Агрегатор новостей
современной Российской науки, анонсы мероприятий, события, мнения
При поддержке Российского фонда фундаментальных исследований

Ученые разработали метод выделения урана из радиоактивных отходов

Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) придумали, как перерабатывать радиоактивный урансодержащий шлам. Технологию, описанную в Journal of Environmental Chemical Engineering, они проверили на шламовых отходах из хранилища одного из предприятий атомной промышленности. Образцы содержали гипс, карбонат и фторид кальция, оксид кремния, таумасит, то есть были типичными по химическому составу. Содержание урана в отходах составило 0,1%. То есть это был урансодержащий шлам с низким уровнем активности. Именно такие отходы накоплены в огромных количествах и нуждаются в масштабной переработке.

«Нам удалось извлечь уран, пригодный для возврата в производство ядерного топлива. Таким образом, предложенный нами метод позволяет при применении в промышленных масштабах решить одновременно несколько важных задач: переработать радиоактивные отходы, получить ценный уран, а также попутные полезные материалы», — поясняет Ксения Наливайко, основной исполнитель исследований и соавтор статьи, аспирант и инженер кафедры редких металлов и наноматериалов УрФУ. 

Метод заключается в следующем. На первом этапе исследований образцы урансодержащего шлама подвергли «классическому» методу выщелачивания серной кислотой, варьируя концентрацию кислоты, температуру и время. Исследователи установили, что наиболее эффективно выщелачивание урана из отходов происходит при концентрации серной кислоты 200 г/л и поддержании температуры раствора на уровне 80 оС в течение четырех часов. В этом случае степень извлечения урана достигает максимальных значений и составляет 99,98%. 

Кроме продуктивного раствора, содержащего уран, при выщелачивании образуются и твердые нерастворимые остатки гипса, карбоната и фторида кальция, оксида кремния (таумасит растворяется полностью). При этом активность альфа- и бета-излучения нерастворимого остатка снижается в 2,5–3 раза по сравнению с исходным составом. Поэтому нерастворимый остаток возможно использовать в других областях промышленности.

На втором этапе образцы полученного урансодержащего раствора серной кислоты пропустили через ионообменные смолы различных промышленных марок. Затем смолу промыли дистиллированной водой и провели десорбцию урана из насыщенного ионита смешанным раствором серной кислоты и нитрата аммония. Благодаря этому концентрация урана выросла в 3-8 раз. 

В результате дальнейшей нейтрализации концентрированного уранового раствора образовался конечный концентрированный твердый осадок урана, так называемый желтый кек. Содержание урана в нем составило 68,54%, при этом изотопный состав урана в осадке и содержание примесей (натрия, кальция, алюминия, магния, железа и других) соответствуют международному стандарту качества ASTM C967-13. 

На продолжение исследований по этому направлению группа ученых УрФУ получила грант Российского научного фонда (проект № 22-29-00846 «Поведение актиноидов при формировании и последующем хранении твердых радиоактивных отходов в приповерхностных хранилищах»).

Справка

За десятилетия эксплуатации предприятий атомной промышленности накоплены миллионы тонн твердых радиоактивных урансодержащих отходов, которые являются потенциальными источниками загрязнения атмосферы, прилегающих территорий и грунтовых вод. При этом, накапливаясь в человеческом организме, радионуклиды провоцируют развитие онкологических заболеваний. 

Вместе с тем уран является наиболее важным материалом для атомной промышленности. В настоящее время запасы высокосортных урановых руд истощаются, и становится насущной задача извлечения урана из источников с его низким содержанием. Перспективным техногенным источником урана являются отходы, накопленные в открытых шламовых отвалах предприятий по производству урана.