Непрерывность цикла. Химики Кольского научного центра создали первую в стране установку для производства борной кислоты из отходов атомной станции

Можно ли эту работу назвать большим прорывом? Несомненно. Кольской АЭС теперь не придется закупать за рубежом борную кислоту для работы водо-водяного корпусного энергетического ядерного реактора. Наоборот, ее будут производить тут же, да еще и в количествах втрое больше необходимого для нашей северной станции. Работа по внедрению новой технологии - заслуга группы химиков Института химии и технологии редких элементов и минеральных соединений КНЦ РАН.

- Работа начиналась еще в 2015 году, а ее идеологом и идейным вдохновителем был ушедший в прошлом году доктор технических наук Владимир Иванович Иваненко, - рассказывает заместитель директора ИХТРЭМС по научно-инновационной деятельности Роман Корнейков.

Роман Иванович вошел тогда в группу специалистов Института химии, в которой состояли Татьяна Седнева и Эфроим Локшин, а руководил ей Владимир Иваненко. Эта группа ученых занималась научно-исследовательскими работами, которые заказала институту КАЭС. Тогда же была обозначена проблема получения собственной борной кислоты, а также кислот и щелочей при комплексной переработке отходов.

Работа ученых разделилась на три этапа. Первый - поисковый с обзором литературы, определением ранее предлагаемых методов, патентной проработкой. Второй - выделение борной кислоты. Третий - разделение кислот и щелочей процессом электродиализа после выделения борной кислоты. Эти химические продукты - гидроокиси калия и натрия, азотная кислота - могут также быть использованы в процессах работы КАЭС, и их извлечение после борной кислоты является полным циклом глубокой переработки технологических обезвреженных растворов. К сожалению, третий этап пока не реализован: необходимы дополнительные производственные мощности. Если бы схема была реализована полностью, это еще больше минимизировало бы количество отходов. Но подобный этап пока в планах.

- Работники атомной станции обозначили конкретную задачу, и мы начали работу, - рассказывает Роман Корнейков. - Проблема заключалась в том, что станция вырабатывает технологические растворы в непрерывном режиме, которые очищаются от радионуклидов по отработанной технологии. Раствор после этого процесса упаривается до солевого сплава, который складируется, его запасы накапливаются и хранятся. А наша технология позволяет выделять из технологических отходов, а именно предварительно растворенного солевого плава, ценный компонент - качественную борную кислоту марки "А" согласно ГОСТу. После этого ее можно использовать в повторных технологических режимах атомной станции, а именно в контурах в качестве нейроногасителя, то есть для регулирования интенсивности цепной ядерной реакции. Для любых АЭС с ВВЭР это абсолютно незаменимый химический реагент.

В лаборатории института ученые подбирали условия выделения борной кислоты из модельных растворов, которые повторяют составы технологических растворов. Основная задача, что стояла перед ними в последний год - отработать режимы доочистки борной кислоты до необходимого качества и провести совместно с сотрудниками КАЭС пуско-наладочные работу по запуску установки по производству борной кислоты, которую создали отечественные проектировщики и инженеры, смонтировали сотрудники Кольского филиала "Атомэнергоремонта" и Кольской электромонтажной компании. Она представляет собой несколько модулей и располагается в зоне контролируемого доступа на комплексе переработки жидких радиоактивных отходов. Подобная установка - первая в России, в планах - распространение подобных установок на атомные электростанции с подобным типом реакторов.

В течение ноября специалисты ИХТРЭМС КНЦ РАН проводили пуско-наладочные работы на КАЭС: установка по производству борной кислоты наработала партию целевого продукта и в ближайшее время войдет в цикл непрерывной эксплуатации. Заявленные мощности по ней - около 60-70 тонн кислоты в год при собственном потреблении станции в 20-30 тонн. Предполагаемая производительность установки составит 500 литров солевого раствора в час, причем на объем получаемой борной кислоты напрямую будет влиять ее концентрация в исходном солевом растворе. Продукт пройдет оценку качества и государственную экологическую экспертизу, после чего КАЭС планирует полностью перейти на потребление собственной борной кислоты до конца 2025 года.

Пуско-наладочные работы на КАЭС прошли успешно благодаря усилиям ученых Института химии: заведующей сектором, главного научного сотрудника института, доктора технических наук Марины Масловой, старшего научного сотрудника, кандидата технических наук Вадима Ефремова и кандидата технических наук Романа Корнейкова.

- Мы показали, что технология жизнеспособная, она работает не только на небольших лабораторных объемах, но и для производства продукта на промышленном объекте, - рассказывает Роман Иванович. - И здесь еще раз хочу вспомнить Владимира Ивановича Иваненко, идеолога и двигателя всего проекта. Именно благодаря его усилиям эта работа была реализована и сегодня стала неким памятником этому большому ученому. Его детище внедрено, а для нас, коллег, воплощение идеи Иваненко стало делом чести.

С борной кислотой в стране сегодня проблема. Промышленный сектор России потребляет в год около 25 тысяч тонн борной кислоты в год, а выпускает ее только одно отечественное предприятие - Дальнегорский горно-обогатительный комбинат. Из-за санкций спрос на этот продукт вырос кратно, кислота стала практически дефицитом. Она необходима для производства стекла и стекловолокна, теплоизоляционных материалов, эковат, удобрений и смазочно-охлаждающих жидкостей. Поэтому если говорить о коммерциализации разработки заполярных химиков, то она не исключена.

Внедрение разработки специалистов ИХТРЭМС показывает - фундаментальные исследования при определенных условиях могут перейти в практическую плоскость. Но...

- Если заказчик поставит перед нами конкретную задачу для реализации, то степень и шанс внедрения идеи в производство повышается, - объясняет Роман Корнейков. - Как только контакт между учеными и производственниками найден, снимаются многие ограничения. Конечно, мы проводим собственный мониторинг, но в основном в поле зрения попадают только те задачи, что на виду. Мы пробуем решать их, предлагая свои идеи, разработки, технологии, но все это может и не представлять интерес для заказчика. А вот запрос с его стороны существенно облегчает нам работу.

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья КНЦ РАН предлагает сегодня эффективные подходы и технологические решения, которые способствуют обезвреживанию техногенных отходов. Однако, к сожалению, в последние годы мало что было внедрено в виде производственного узла, хотя уникальных разработок у института немало.

- Дело в том, что заказчик реально обозначал проблему извлечения из отходов ценных компонентов, а кроме того, тщательно просчитал рентабельность, учел собственные производственные мощности, - говорит Роман Иванович. - Это была кропотливая работа в течении семи, лет и на всем протяжении этого времени мы общались с сотрудниками станции, решали вопросы. Если есть заинтересованность - возникнет контакт, а тут он была в полной мере. Мы очень благодарны начальнику цеха по обращению с радиоактивными отходами Славе Ринатовичу Авезниязову, инженеру по эксплуатации Александру Михайловичу Петрову, сотрудникам химического цеха КАЭС, которые своевременно проводили анализ примесей в полученной борной кислоты.

Извлечение полезного из отработанного - очень важный процесс, к непрерывному "замкнутому" технологическому циклу на любом производстве сегодня стремится человечество: такова современная экологическая повестка. И химики ИХТРЭМС КНЦ РАН решают ее с большим успехом!