Электрометаллургический репроцессинг

Электролитический/электрометаллургический способ репроцессинга («пиропроцессинг») для извлечения радионуклидов из отходов состоит из нескольких этапов, включая: волатизацию; жидкостную экстракцию с использованием несмешивающихся металл-металл фаз или металл- соль фаз; электролитическое разделение в расплаве солей и фракционную кристаллизацию.

В настоящее время разработка методов пиропроцессинга направлена на создание ЯТЦ для реакторов на быстрых нейтронах, для реакторов на расплавленных солях, и для гибридных систем. Эти методы скорее применимы для металлических, чем для оксидных топлив. Электрометаллургический пиропроцессинг применим к топливу с высоким выгоранием. Он позволяет уменьшить размер оборудования и стоимость переработки по сравнению с установками жидкостной экстракции. Процесс может быть реализован на площадке АЭС, что позволяет избежать транспортировки ОЯТ с его проблемами безопасности, отправляя на хранение гораздо меньший объём продуктов деления в виде ВАО. Время хранения ОЯТ после выгрузки из реактора резко уменьшается (менее года) поскольку высокая температура топлива в пиропроцессинге является не недостатком, а преимуществом (пирохимические процессы обычно осуществляют при 500+800°)- При электроосаждении на катоде все актиниды осаждаются вместе, не разделяясь, и полученный продукт может быть использован как топливо в быстром реакторе. Здесь не применяют растворители, содержащие водород и углерод, которые являются замедлителями нейтронов, создавая риски аварий и критичности, тритий и ‘«С не входят в растворители, из которых их потом извлечь невозможно. Проблема пиропроцессинга - необходимость в температуре- и коррозионно-стойких материалах.

В ближайшей перспективе планируется уничтожение особо опасных радионуклидов методами трансмутации на специальных реакторах- дожигателях, что позволит существенно понизить радиационную опасность в хранилище отходов. Это направление требует эффективного разделения идущих на трансмутацию радионуклидов и удаления нежелательных примесей. Такие задачи можно решить либо пирометаллургической переработкой ОЯТ, либо электролитической переработкой остатков от пурекс- или других водных процессов.

Пиропроцесс основан на использовании либо расплавленных солей, таких как хлориды или фториды (например, LiCl + КС1 и LiF + CaF2), либо расплавов металлов, таких как Cd, Bi, Mg, Al. Если топливо изготовлено из металлического урана, то его растворяют в расплаве LiCl + КС1, U осаждается на твёрдом катоде, в то время как нержавеющая сталь облицовки и благородные металлы (продукты деления) остаются в соли и формируют прочные отходы. ТУЭ и ПД, находящиеся в виде солей, включают в цеолитовые матрицы, которые подвергают горячему прессованию в керамические композиционные отходы.

Обычно пиропроцесс состоит из трёх этапов: растворение ОЯТ в расплавленных солях, осаждение Ри02 или электролитическое осаждение U02 и Ри02 из расплава, с последующей обработкой материала осаждением на катоде или осаждением в нижней части расплава для производства гранулированного топлива. Процесс восстанавливает катодные осадки без изменения их химического состава или перераспределения плутония. Всё используемые топливо перерабатывается с целью полного рециклинга Ри, Np, Am и Cm, а также U. Этот процесс в сочетании с виброупаковкой топлива используется для производства горючего для реактора на быстрых нейтронах. Высокая радиоактивность топлива служит дополнительной защитой от его несанкционированного использования.

jPKRO-процесс - пирохимический процесс, предназначенный для переработки рафината L/REX-процесса. Проводится разделение ТУЭ и ПД, содержащихся в отходах урекс-процесса. Нитраты актинидов в рафинатном кислотном растворе преобразуются в оксиды, которые затем восстанавливают электрохимически в расплаве солей LiCl-Li20. ТУЭ отделяются на твёрдом катоде от продуктов деления. Более химически активные ПД (например, Cs, Sr, Zr) не восстанавливаются и остаются в виде ионов в расплавленной соли. Более благородные металлы (Pd, Rh, Тс, Ru) не окисляются на аноде и остаются в виде элементных примесей на расплавленном кадмиевом аноде.

РУКО-Л-процесс предназначен для интегрированных быстрых реакторов. ОЯТ помещается в анодную ячейку, погружается в электролит, представляющий собой расплавленную соль. Подаётся электрический ток и металлический уран откладывается на твёрдом металлическом катоде, а другие актиниды и РЗЭ всасываются в жидкий кадмиевый катод.

PYRO-B процесс для получения топлива быстрого реактора- трансмутатора. Такое топливо вообще не содержит урана, а состоит из ТУЭ, извлечённых из ОЯТ тепловых реакторов и заключённых в инертную матрицу (например, из металлического циркония). В эту же мишень включают Тс и J, а другие ПД отправляются в отходы.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >