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 нейтроногасителя, 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!
