В Политехническом университете разрабатываются методы получения конкурентоспособного фторида водорода

Преподаватели и научные сотрудники Высшей школы прикладной математики и вычислительной физики ИПММ СПбПУ в сотрудничестве с индустриальными партнерами, санкт-петербургской компанией «Новые химические продукты», резидентом Инновационного центра «Сколково», АО «Сибирский химический комбинат», предприятием Госкорпорации «Росатом» и с научными партнерами, РНЦ «Прикладная химия» и Физико-техническим институтом им А.Ф.Иоффе разработали коммерческую технологию переработки обедненного гексафторида урана UF₆ (ОГФУ) с получением фторида водорода и оксидов урана, обедненного по изотопу U-235.

ОГФУ появляется в качестве побочного продукта при изотопном обогащении природного урана в ядерном топливном цикле. В мире в настоящее время накоплено до 2 млн тонн ОГФУ, в России – до 1 млн, и количество этого вещества все время увеличивается. Сейчас ОГФУ и в России, и за рубежом направляют на длительное хранение в стальных контейнерах на открытых площадках. Это связано с отсутствием эффективных технологий его переработки.

ОГФУ является высокотоксичным веществом 1 класса опасности, летучим, склонным к гидролизу и α-радиолизу и коррозионно-активным. Таким образом, его хранение и накопление представляет собой экологическую проблему.

В то же время в составе ОГФУ присутствует ценный сырьевой элемент фтор, который целесообразно регенерировать из ОГФУ, например, в виде фторида водорода, и направить вновь в ядерный топливный цикл (ЯТЦ) для получения фторидов природного урана, тем самым замкнув ЯТЦ по фтору.

Фторид водорода и получаемый из него электролизом фтор являются стратегическими веществами для производства ядерного топлива и боевых делящихся материалов. Только с их использованием можно получить единственное известное летучее соединение урана – его гексафторид, который применяют при центрифужном изотопном обогащении природного урана. В современной промышленности фторид водорода производят из концентрата природного плавикового шпата, запасы которого в России исчерпаны, и его приходится импортировать из Монголии. Таким образом, существует политическая проблема – сырьевая импортозависимость ЯТЦ.

Разработанная учеными Политеха технология переработки ОГФУ с получением фторида водорода позволяет решить обе вышеупомянутые проблемы – и экологическую, и политическую.

Созданный метод включен в утвержденную в 2020 году «Программу безопасного обращения с ОГФУ ГК «Росатом», в которой фигурируют две технологии – вышеупомянутая отечественная и технология крупнейшей французской ядерной корпорации «Orano SA». При этом производственная себестоимость фторида водорода, получаемого из ОГФУ по французской технологии, существенно выше, чем получаемого из плавикового шпата. А для российской, наоборот, существенно ниже. Таким образом, внедрение отечественной технологии должно привести к снижению издержек при производстве ядерного топлива.

Фторид водорода применяют не только при получении гексафторида урана. Его используют для производства практически всех современных промышленных соединений фтора: фторполимеров, озонобезопасных хладонов, электронных газов, синтетического криолита для алюминиевой промышленности, газовых диэлектриков, газотранспортных средств и др. В России производство этих веществ сдерживается отсутствием сырья для производства фторида водорода – плавикового шпата. Это мотивирует политехников продолжать свои исследования по расширению техногенной сырьевой базы для получения конкурентоспособного фторида водорода.

В настоящее время в сотрудничестве с уже упомянутыми компаниями ООО «Новые химические продукты» и АО «Сибирский химический комбинат» и при финансовой поддержке Минобрнауки России (проект RFMEFI60819X0277) проводятся исследования по созданию метода получения фторида водорода из фторсодержащих побочных продуктов производства экстракционной фосфорной кислоты из природного фторапатита, большие запасы которого имеются в России, в частности, на Кольском полуострове. Природный фторапатит является основным природным фторсодержащим минералом, запасы фтора в котором на Земле превышают запасы в плавиковом шпате не менее чем в десять раз. По предварительным оценкам, производственная себестоимость фторида водорода, получаемого по разрабатываемому методу, может быть до двух раз ниже аналогичного показателя для технологии, основанной на плавиковом шпате.

«Своими разработками мы пытаемся решить три крупные проблемы современной промышленности: коммерческую – расширение сырьевой базы производства фторида водорода и снижение его производственной себестоимости с использованием техногенного сырья; политическую – исключение сырьевой зависимости от импортного плавикового шпата стратегических отраслей российской промышленности, в том числе ЯТЦ; экологическую – прекращение накопления и сокращение запасов токсичных фторсодержащих отходов, накопленных в предыдущие периоды развития техносферы. Меня часто спрашивают: “Почему инженеры-физики занимаются разработкой химических технологий?” Но я не вижу в этом ничего странного – в рамках нашего направления магистерской подготовки «Прикладные математика и физика» студентам преподаются элементы химической физики, в том числе, основы теории горения и эксперимента в области процессов горения, а это прямой выход и на энергетическую, и на химическую, и на ядерно-химическую технологии. В случае с ОГФУ промышленный процесс его переработки реализуется в режиме горения, а это область интересов специалистов по теплофизике и аэродинамике», – поясняет руководитель проекта профессор Дмитрий Станиславович ПАШКЕВИЧ.

Ссылки по теме:

1. Отходы ядерной энергетики — стратегически важное для страны сырье 
   industryrussia.ru/pashkevich#rec87483132
2. Ученые СПбПУ разработали технологию переработки токсичных отходов
   research.spbstu.ru/news/uchenie_polyteha_razrabotali_tehnologiu_pererabotki_geksaftorida_urana/
3. Петербургские учёные нашли способ извлечения пользы из токсичных отходов
   aif.ru/society/science/peterburgskie_uchyonye_nashli_sposob_izvlecheniya_polzy_iz_toksichnyh_othodov?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop&utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.ru%2Fnews
4. Российские ученые придумали, как извлечь пользу из токсичных отходов
   ria.ru/20200512/1571175186.html

Иллюстрации взяты с сайта Общественного совета Госкорпорации «Росатом» – из совместного доклада Комиссии по экологии Общественного совета Госкорпорации «Росатом» и Эколого-правового центра «Беллона» «Обедненный гексафторид урана (современная ситуация, вопросы безопасного обращения и перспективы)»: 1. Площадка хранения ОГФУ; 2. Морская транспортировка – контейнеры с ОГФУ на судне; 3. Цистерна с фтористоводородной кислотой (продукт переработки ОГФУ)