Российские ученые уточнили параметры модели переработки ядерных отходов и получения из них металлов платиновой группы

Ученые Кольского научного центра РАН и Уральского федерального университета уточнили термодинамические параметры получения из отработавшего ядерного топлива металлов платиновой группы, что позволит построить физико-математические модели процесса и получать чистые от опасных примесей ценные металлы.

Одна из главных проблем современной ядерной энергетики — нарастающее количество радиоактивных отходов. Поэтому актуальной задачей является разработка новых безопасных для окружающей среды технологий их переработки, утилизации и долговременного захоронения.

Сейчас основной технологией переработки отработавшего ядерного топлива является PUREX-процесс, который позволяет извлекать уран и плутоний. При этом в нерастворимом остатке остаются ценные элементы — платиноиды и актиноиды. Металлы платиновой группы присутствуют в отработавшем ядерном топливе в виде частиц сплава Mo-Tc-Ru-Rh-Pd, а также соединений с неметаллами. Их количество достигает 5,6-40 кг на тонну отработавшего ядерного топлива, в зависимости от типа реактора и степени выгорания.

По оценкам ученых, фракционирование актиноидов и платиноидов при переработке нерастворимого остатка позволит снизить радиотоксичность отходов, а последующее использование платиноидов сделает экономически более эффективной переработку отработавшего ядерного топлива. Родий и рутений после выделения и выдержки в течение 7-13 лет можно снова использовать без ограничений, а реакторный палладий пригоден в качестве конструкционного материала.

«Один из перспективных способов разделения платиноидов нерастворимого остатка — электролиз в хлоридных расплавах. Такие среды устойчивы к радиолизу и тепловыделению нерастворимого остатка. Особый интерес представляет эвтектическая смесь LiCl–KCl–CsCl с температурой плавления 263 °C. Работа при температурах ниже 500 °C важна для предотвращения термического разложения трихлорида рутения. Также при низких температурах незначительны обменные реакции между осаждаемым металлом и расплавом, содержащим хлорид другого металла. Кроме того, хлорид цезия в этой смеси улучшает комплексообразующие свойства и таким образом улучшает разделение платиноидов», — отмечают авторы исследования.

Проведя серию экспериментов, ученые уточнили термодинамические параметры образования хлоридов благородных металлов в расплаве хлоридов лития, калия и цезия, что позволяет построить физико-математические модели этого процесса и получать чистые от опасных примесей ценные металлы платиновой группы. Эти корректировки важны для построения физико-математических моделей процесса электрохимического разделения платиноидов. Они влияют на точность расчета граничных условий разделения платиноидов электролизом по потенциалу и их остаточному содержанию в расплаве и, как следствие, на чистоту выделяемых продуктов.

По мнению исследователей, уточнение термодинамических параметров модели переработки поможет создать основу для научно обоснованных подходов к обращению с радиоактивными отходами и рациональному использованию ресурсов атомной отрасли.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации