29 апреля 2014

Модернизация технологий обращения с жидкими и твердыми РАО в ОАО «ПО ЭХЗ»

Atomic-Energy.ru
Цех химочистки ПО "ЭХЗ"

ОАО «Производственное объединение «Электрохимический завод» – предприятие разделительно-сублиматного комплекса российской атомной отрасли, обеспечивающего объекты ядерно-топливного цикла Госкорпорации «Росатом» энергетическим ураном. Охрана окружающей среды является приоритетной сферой деятельности объединения. Исходя из этого, в последние годы в технологический цикл обращения с радиоактивными отходами, образующимися в производственном процессе, внесены существенные технические изменения, направленные на уменьшение объема РАО, поступающих на хранение.

Очистка сбросных растворов

Технология переработки ядерных материалов (рис. 1), реализованная в цехе регенерации Производственного объединения «Электрохимический завод» (ОАО «ПО ЭХЗ»), позволяет производить глубокое извлечение урана из урансодержащих растворов и получать на выходе сбросные растворы с минимальной концентрацией урана, колеблющейся в пределах 1-2 мг/дм3.

Рис. 1. Технология переработки ядерных материалов в ОАО «ПО ЭХЗ»

Полученные на выходе с экстракционного передела сбросные растворы направляются на станцию нейтрализации. Концентрация урана в сбросных растворах постоянно контролируется химической лабораторией цеха с целью исключения направления на нейтрализацию некондиционных растворов с концентрацией урана выше 2 мг/дм3.

На станции нейтрализации сбросные растворы смешиваются с известковым молоком. Известковая пульпа, получаемая после нейтрализации сливных растворов, проходит повторный анализ на определение концентрации урана и удельной активности и в случае удовлетворительных результатов анализа  передается на долговременное хранение в хранилище-шламонакопитель, находящийся вне промплощадки предприятия.

В ходе исследований, к выполнению которых были привлечены специалисты экологической службы, цеха регенерации и центральной заводской лаборатории предприятия, было установлено, что в процессе нейтрализации растворов соединения урана концентрируются в твердой фазе пульпы и при разделении пульпы на две фазы – твердую и жидкую – все долгоживущие радиоактивные изотопы остаются в твердой фазе. В жидкой фазе значение удельной активности составляет 0,8-1,2 Бк/м3, что явно ниже уровня вмешательства по содержанию изотопов урана в питьевой воде, вследствие этого жидкая фаза не относится к категории радиоактивных растворов.

Этот факт позволяет минимизировать неконтролируемое распространение радиоактивных материалов в окружающую среду путем фиксации твердой фазы пульпы и оперативно производить контроль величины удельной активности радиоактивных отходов, направляемых на хранение. При этом осадок, содержащий соединения урана и относящийся к твердым радиоактивным отходам, помещается в герметичные упаковки и направляется в хранилище твердых радиоактивных отходов.

В 2008 году с целью минимизации­ поступления на сооружение-шламона­копитель соединений урана, содержащихся в твердой фазе пульпы, было принято решение о модернизации станции нейтрализации путем организации узла разделения пульпы на твердую (осадок) и жидкую (фугат) фазы с помощью центрифуги производства «СвердНИИхиммаш» (рис. 2).

Рис. 2. Схема обращения с технологическими растворами

К настоящему времени все монтажно-наладочные работы на узле разделения пульпы закончены, подписан акт готовности узла к эксплуатации, идет процесс оформления разрешительной документации в федеральных надзорных органах.

Обращение с твердыми РАО

Твердые радиоактивные отходы, образующиеся в процессе переработки ядерных материалов собираются, упаковываются и после процедуры контроля удельной активности передаются на хранение.

Для минимизации поступления объема твердых РАО в хранилище было принято решение по изменению существующей схемы обращения с ТРО. После накопления определенного количества отходов, предназначенных для вывоза и размещения на хранение, их помещают в 200-литровые бочки и непосредственно в них, с помощью установки прессования производства «СвердНИИхиммаш», производят компактирование ТРО. После прессования каждая бочка герметично закрывается, и выполняется процедура контроля удельной активности прессованных ТРО. В настоящее время все монтажно-наладочные работы на установке прессования завершены, идет процесс оформления разрешительной документации.

Применение установки прессования для выполнения компактирования ТРО позволит максимально компактно упаковывать отходы в бочки, а использование герметично закрытых бочек для размещения отходов на хранение обеспечит поддержание благоприятной радиационной обстановки на территории хранилища ТРО.

Компактированию (прессованию) предполагается подвергать следующие виды ТРО:

  • пластикат и резинотехнические изделия;
  • респираторы, средства индивидуальной защиты;
  • строительный и прочий мусор;
  • фильтры, ветошь;
  • металлолом, не поддающийся дезактивации;
  • изделия из керамики.

Перед вывозом спрессованных ТРО на хранение в обязательном порядке осуществляется радиационный контроль.

Контроль активности РАО

Радионуклидный состав радиоактивного загрязнения твердых и жидких отходов ОАО «ПО ЭХЗ» представлен природными изотопами урана – 238,235,234U. Классический метод определения удельной активности изотопов урана, α-спектрометрический, не может быть использован в технологических схемах фильтрации пульпы или прессовании ТРО из-за длительной радиохимической подготовки проб.

Оперативность контроля величины удельной активности изотопов урана может быть достигнута использованием технологий неразрушающего контроля, одной из которых является метод γ-спектрометрии. Однако существуют физические ограничения применения данного метода при регистрации энергий γ-излучения изотопов урана, особенно 234U. В список ограничений входят такие параметры, как высокая удельная плотность ТРО, неравномерное распределение отходов с разными плотностями по объему контейнера, большая толщина стенок герметичной упаковки.

В случае определения активности твердой фазы пульпы все эти ограничения снимаются, так как, во-первых, герметичной упаковкой для твердой фазы служит полиэтиленовый мешок, а поглощение излучения изотопов урана полиэтиленом невелико. Во-вторых, в состав твердых отложений пульпы входят следующие химические вещества: Fe (2,30%), Cr3+ (0,01%), Cr6+ (0,02%), Ni (0,06%), Cu (0,07%), NH+ (0,013%), Cl- (0,14%), SO42- (12,22%), CO32 (0,28%), NO3- (1,07%). Данная матрица имеет невысокие значения плотности и гомогенна в силу технологических особенностей процесса разделения фаз. Все это при наличии в составе спектрометра γ-детектора ОЧГ (из особо чистого германия) с высоким разрешением по энергии и наилучшим соотношением пик-комптон позволит с большой вероятностью регистрировать пик 234U.

Несколько сложнее выглядит задача измерения удельной активности прессованных ТРО в металлических бочках. Бочку необходимо вращать на платформе, чтобы уменьшить погрешность измерения, которую вносит неравномерность распределения плотностей по объему емкости. Эта же операция необходима для усреднения значения активности по объему бочки.

Наиболее подходящим инструментом для решения сложной задачи определения удельной активности изотопов урана в ТРО с низкими и неравномерными плотностями является γ-спектрометрическая система «ISOCS» (компании Canberra), состоящая из коаксиального ОЧГ-детектора, имеющего эффективность не менее 40%, и вращающейся весовой платформы. Данная система уже применяется в ОАО «ПО ЭХЗ» и демонстрирует высокую оперативность и эффективность при контроле ТРО.

Авторы

Бочаров Кирилл Геннадьевич

Меркулов Сергей Анатольевич

Паршуткин Сергей Викторович

Филиппов Роман Александрович