Ученые Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН и Сибирского федерального университета разработали экономичный метод отверждения жидких радиоактивных отходов с высоким содержанием цезия и стронция. Утилизация отходов происходит в щелочной среде при относительно низкой температуре с использованием алюмосиликатных микросфер, выделенных из летучих зол от сжигания угля. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Nuclear Materials.

Ценосферы летучих зол от сжигания Кузнецкого угля

Отвержденная форма цезия на основе твердых растворов анальцим-поллуцит

При работе предприятий по переработке отработавшего ядерного топлива и при выводе из эксплуатации ядерных реакторов на быстрых нейтронах образуются большие объемы щелочных радиоактивных отходов, содержащих радионуклиды цезия и стронция. Существующие технологии отверждения предварительно снижают их активность с помощью селективного извлечения радионуклидов. Это приводит к появлению вторичных радиоактивных отходов. Такая многостадийная переработка ресурсозатратна и не всегда эффективна.

Красноярские химики предложили новый подход, который позволяет в одну стадию перевести содержащиеся в отходах радионуклиды цезия и стронция в нерастворимую минералоподобную форму и одновременно снизить их концентрацию в растворе. Процесс обработки щелочных растворов проводится при температуре не выше 150°С в присутствии полых алюмосиликатных микросфер, также известных как «ценосферы». Такие микросферы получают из обычной летучей золы, образующейся при сжигании угля. В их состав входят алюминий, кремний, примеси других металлов, которые при определенных условиях способны вступать в химические реакции с цезием и стронцием.

«В результате гидротермальной обработки в закрытом объеме при взаимодействии алюмосиликатного стекла микросфер с растворенными цезием и стронцием образуются кристаллические микросферы. В них цезий включается в состав минералов поллуцит и анальцим, а стронций – в силикат стронция. При этом степень извлечения радиоактивных элементов из щелочных растворов достигает 90–99%», – подчеркнула доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН Татьяна Верещагина.

Технология может быть использована для переработки низкоактивных щелочных отходов и растворов цезия или стронция высокой активности. Исследование выполнено в рамках программы государственных научных исследований.