Специалисты Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Озерского технологического института (ОТИ) — филиала НИЯУ МИФИ вместе с коллегами из Российской академии наук доработали технологию переработки монацитового концентрата, минерального сырья — источника редкоземельных элементов и тория, который можно использовать в торий-урановом топливном цикле, более экологичном по сравнению с уран-плутониевым.
Фото: Reuters
Фото: Reuters
Ученые ДВФУ и ОТИ НИЯУ МИФИ оптимизировали технологию щелочного извлечения тория из его важнейшего источника — монацитового концентрата, складированного в государственном казенном учреждении «Уралмонацит» (город Красноуфимск Свердловской области). Концентрат содержит от 50% до 68% редкоземельных элементов и от 10% до 28% оксида тория.
Технология включает процессы измельчения, щелочного «вскрытия» минерального сырья, перевода целевых компонентов в раствор с последующей экстракционным разделением и очисткой урана, тория и редкоземельных элементов. Методика позволяет выделить из минерала до 90% тория, до 90% урана и до 100% редкоземельных элементов.
«В отличие от уранового минерального сырья запасы тория в России и в мире неограниченны. Переход к торий-урановому циклу в ядерной энергетике обеспечит экологически безопасное развитие отрасли, поскольку технология исключает накопление долгоживущих радиоактивных отходов. Кроме того, согласно научной литературе, при эксплуатации ториевых тепловыделяющих элементов активную зону реактора можно уменьшить в два-три раза без потери в объемах энерговыработки, а сам реактор сможет непрерывно работать до 50 лет без перезагрузки топлива»,— говорит автор работы Иван Тананаев, директор Школы естественных наук (ШЕН) ДВФУ.
По словам Ивана Тананаева, переход к торий-урановому топливному циклу может быть актуален в среднесрочной перспективе в связи с тем, что в России разворачивается программа развития атомной энергетики, которая вошла в перечень приоритетных направлений модернизации экономики. До настоящего времени ядерная промышленность России развивалась за счет эксплуатации уран-плутониевого цикла, реализованного в середине прошлого века и обеспечивающего гарантированное ядерное сдерживание.
Профессор Тананаев уверен, что альтернативный торий-урановый топливный цикл также имеет ряд косвенных преимуществ. Например, добыча тория ведет к развитию промышленности редкоземельных элементов, сопутствующих ториевому минеральному сырью. Кроме того, в предлагаемой учеными технологии есть важное экологическое преимущество: побочной продукцией переработки монацита становятся фосфатные удобрения, которые можно использовать в агротехнологиях.
Исследование выполняется по соглашению о сотрудничестве ДВФУ и НИЯУ МИФИ от 24.11.2014 года и поддержано грантом РФФИ №8-29-24138 «Научные основы технологии извлечения редких и редкоземельных элементов из отходов предприятий топливно-энергетического комплекса» (руководитель И. Г. Тананаев, директор ШЕН ДВФУ, заместитель директора по научно-исследовательской работе в ОТИ НИЯУ МИФИ).
«Optimal Monazite Concentration Processes for the Extraction of Uranium and Thorium Fuel Material»; Olga Fedorova, Elizaveta Vershinina, Svetlana Krasitskaya, Ivan Tananaev, Boris Myasoedov, Marco Vocciante; журнал Energies, сентябрь 2020 г.