Повседневная радиация

Пирометаллургическая дезактивация металлических радиоактивных отходов.
Источник: «Техномет»

На территории России в хранилищах находится более 1 млн. тонн металлических радиоактивных отходов (МРО). Масса накопленных МРО увеличивается в результате вывода из эксплуатации ядерных объектов. Площади, занимаемые могильниками МРО, увеличиваются, а из хозяйственной деятельности выводится значительное количество дорогого и дефицитного металла.

При добыче и транспортировке нефти или природного газа радионуклидами загрязняется значительное количество труб и оборудования. Такие отходы в больших количествах неконтролируемо используются вторично на территории России. Напомним, что при добыче нефти и газа насосно-компрессорное оборудование (насосы, задвижки, трубы) загрязняются на внутренней поверхности отложениями солей бария (Ba(Ra)SO4), содержащими естественные радионуклиды (изотопы R радия 226, радия 228) из глубоко расположенных пластовых вод и минералов. При транспортировке нефти и газа по трубопроводам загрязнение труб и перекачивающего оборудования значительно меньше. Поэтому актуальны вопросы дезактивации и утилизации МРО.

В незначительных объемах применяются различные способы дезактивации МРО, главным образом – очистка от поверхностного загрязнения механическим, гидравлическим, химическим или пирометаллургическим способами. Наиболее эффективным является пирометаллургический способ, предусматривающий переплав МРО в окислительных условиях под слоем шлака, ассимилирующего окисленные радионуклиды.

В отечественных и зарубежных условиях для этой цели обычно используют тигельные индукционные сталеплавильные печи. Индукционные печи как агрегаты для дезактивации МРО имеют ряд существенных недостатков, ограничивающих объемы дезактивируемого металла и снижающих эффективность его дезактивации.

При плавке металла в такой печи шлак холоднее металла, недостаточно нагрет и имеет высокую вязкость, что затрудняет ассимиляцию (поглощение) радионуклидов шлаком. Из-за высокой вязкости шлака затруднено разделение продуктов плавки дезактивированного металла и радиоактивного шлака. Производительность работающей периодическим процессом индукционной печи невелика, и при дезактивации образуется большое количество (7–9% к массе металла) вторичных радиоактивных отходов (шлака, отработавшей огнеупорной футеровки, пыли), нуждающихся в захоронении.

Новая методика

Промышленной компанией «Техномет» (г. Челябинск) разработаны непрерывно действующий топливокислородный плавильный агрегат «МАГМА», имеющий оригинальную систему охлаждения корпуса жидкометаллическим теплоносителем, и инновационная технология пирометаллургической дезактивации больших масс МРО. Отдельные элементы конструкции агрегата и технологической схемы успешно опробованы в производственных условиях.

Внутренняя поверхность корпуса агрегата защищена шлаковым гарнисажем, образующимся на ней вследствие интенсивного отвода тепла от корпуса жидкометаллическим теплоносителем. Плавильный агрегат имеет системы загрузки МРО и флюсов, улавливания и очистки газов, раздельного выпуска металла и шлака. Для утилизации тепла отходящих газов агрегат снабжен герметичным шахтным подогревателем загружаемых МРО. Агрегат снабжен средствами контроля и автоматизации технологических процессов, обеспечивающими безопасную работу агрегата и обслуживающего персонала.

Процесс плавления загружаемых в агрегат подогретых до 750 градусов Цельсия МРО осуществляется непрерывно в жидкой ванне расплавленного металла в окислительных условиях, что дает возможность ускорить плавление и улучшить дезактивацию МРО, уменьшить образование пыли. Для ассимиляции окисленных, удаляющихся из металла радионуклидов над расплавленным металлом наводится и поддерживается постоянно слой нагретого до 1600–1650 градусов Цельсия окисленного шлака низкой основности (2–3% массы расплавленного металла).

Чистый дезактивированный металл периодически (или непрерывно) сливают из плавильной камеры в разливочный ковш, установленный на «чистой» стороне агрегата, и разливают на шихтовые слитки, используемые после дозиметрического контроля для выплавки стали.

Загрязненный радионуклидами шлак периодически сливают из агрегата непосредственно в контейнеры для захоронения отходов. Кислый шлак с высоким содержанием оксидов железа не рассыпается со временем и не размывается водой и является идеальным материалом для поглощения и хранения радионуклидов.

Уловленная в газоочистке пыль, содержащая радионуклиды, вдувается инжекторами в шлаковый расплав и, ассимилируясь шлаком, вместе с ним попадает в контейнеры для захоронения.

Типовой агрегат «МАГМА» имеет производительность по проплавленному металлу от 50 до 200 тыс. т в год. Использование агрегата и разработанной технологии переработки МРО обеспечивает возможность решения проблемы утилизации накопленных в России МРО при исключении какого-либо загрязнения окружающей среды радионуклидами. Количество вторичных радиоактивных отходов не превышает 3,5%, а в хозяйственный оборот возвращается большое количество металла, в том числе дорогого высоколегированного.

По оценке, для строительства предприятия по переработке 100 тыс. т МРО в год потребуется 20–40 млн. долл. Срок окупаемости инвестиций составляет 2,5–4 года с момента пуска предприятия. Срок проектирования и строительства предприятия около двух лет. В принципе производительность агрегата «МАГМА» позволяет переработать накопленные в РФ МРО за 5–6 лет. Учитывая значительную разбросанность мест хранения МРО на территории страны и сложности транспортировки МРО, реальный срок следует увеличить в 2–2,5 раза. С учетом того, что высокопроизводительных установок по переработке МРО за рубежом нет, экспортный потенциал проекта также достаточно высок. Например, в Германии принят закон о выводе из эксплуатации всех атомных электростанций. Естественно, при этом встанет вопрос об утилизации значительного количества МРО. Несмотря на внешне благосклонное отношение чиновников разных рангов к данному проекту, никакими народно-хозяйственными планами и программами строительство высокопроизводительного предприятия по переработке МРО в агрегате «МАГМА» пока не предусмотрено. Российские инвесторы тоже не спешат вкладывать средства в этот проект. Скорее всего, как считают его создатели, реализация проекта будет возможна лишь с помощью внешних инвесторов.