В рамках ФЦП ЯРБ-2 в ГЕОХИ РАН под руководством академика Б.Ф. Мясоедова проведены уникальные научные исследования, направленные на решение проблем отверждения ЖРО ФГУП «ПО «Маяк», относящихся к категории САО. В настоящее время в России принята концепция безопасного обращения с ЖРО, которая предусматривает полное прекращение их сброса в открытые гидросистемы. При этом ЖРО должны быть переведены в форму, пригодную для долговременного контролируемого хранения и/или захоронения в геологических формациях и максимально безопасную для окружающей среды.
В лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН в течение последних 10 лет проводятся исследования по изучению свойств минералоподобной магний-фосфатной матрицы, отличительной особенностью которой является ее образование при комнатной температуре. Использование данной матрицы лежит в основе создаваемой новой технологии отверждения САО. Актуальность работ была обусловлена тем, что отверждение САО с высоким содержанием сульфатов, аммония и альфа-излучающих нуклидов с использованием промышленных методов цементирования и остекловывания существующими нормативами не допускается. Использование магний-фосфатной матрицы позволяет решить проблему отверждения таких ЖРО.
Магний-фосфатную матрицу иногда называют «фосфатным цементом», однако при этом следует подчеркнуть, что образующийся фосфатный компаунд имеет ряд существенных преимуществ перед цементоподобным компаундом, в первую очередь больший объем отверждаемых ЖРО на единицу массы вводимых связующих реагентов, более высокая плотность компаунда и степень его наполнения по солям ЖРО, что в конечном итоге позволяет до 2 раз снизить объем отвержденных форм отходов в сравнении с цементированием. Учитывая огромный объем накопленных и подлежащих отверждению ЖРО, использование предприятиями разрабатываемой технологии на основе магний-фосфатной матрицы позволит существенно сократить затраты на эти цели. Особо следует подчеркнуть высокую химическую устойчивость магний-фосфатных компаундов, прежде всего в отношении выщелачивания актинидов, цезия и стронция при возможном контакте с водой, что обеспечивается образованием этими элементами малорастворимых фосфатных соединений. К примеру, скорость выщелачивания цезия-137 составляет менее 10-6 г/(см2•сутки), что значительно ниже действующих нормативных требований НП-019-15 к цементу (не более 10-3 г/(см2•сутки)) и соответствует таковым к стеклоподобным компаундам, получаемым при температурах около 1000 0С.
В 2016 году проведены успешные опытно-промышленные испытания разрабатываемой технологии на ПО «Маяк». В 2017 году поставлена амбициозная задача исследовать возможность применения магний-фосфатной матрицы для отверждения ВАО, образующихся при переработке ОЯТ при вводе в эксплуатацию ОДЦ ФГУП «ГХК», как альтернатива процессу остекловывания. При этом следует отметить, что практическое использование магний-фосфатной матрицы для отверждения ВАО в отличие от остекловывания не требует создания массивных высокотемпературных электропечей или специальных плавителей, ликвидация которых после окончания срока эксплуатации представляет огромную радиоэкологическую проблему и в настоящее время не осуществляется.
В настоящее время для отверждения ЖРО на практике используются только битумные, полимерные, цементные и стеклоподобные компаунды, которые, как отмечалось ранее, обладают целым рядом недостатков, не позволяющих их использовать для отверждения некоторых видов ЖРО сложного состава. Ближайшая задача разработчиков состоит в получении разрешения на включение магний-фосфатной матрицы в список материалов для кондиционирования ЖРО.
Разрабатываемая технология может найти широкое практическое применение и таким образом внести весомый вклад в решение проблемы обращения с ЖРО, которая является ключевой на пути масштабного развития атомной отрасли страны.