Госкорпорация «Росатом» первой в мире приступила к созданию замкнутого ядерного топливного цикла (ЯТЦ), который предусматривает поставку с АЭС отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), его выдержку и переработку, извлечение Pu-239 и U-238, производство на их основе МОКС-топлива и его поставку на АЭС.
Основой технологии переработки ОЯТ радиохимических заводов является ПУРЕКС-процесс, обеспечивающий высокую степень извлечения урана и плутония с высокой степенью очистки от продуктов деления [1].
Экстракцию урана и плутония из водно-хвостовых растворов ПУРЕКС-процесса осуществляют трибутилфосфатом (ТБФ) с использованием различных органических разбавителей (керосин, очищенные углеводороды, гексахлорбутадиен и др.), которые с течением времени теряют свою эффективность и превращаются в горючие отходы переработки ОЯТ (ГОП ОЯТ).
При этом, оставшиеся без урана и плутония после первого экстракционного цикла отходы переработки (ОП ОЯТ) представляют собой слабоконцентрированные водносолевые растворы, имеющие следующий модельный состав [2]: HNO3 - 18,0 %, H2O - 81,43 %, Fe - 0,07 %, Mo - 0,1 %, Nd - 0,11 %, Y - 0,06 %, Zr - 0,058 %, Na - 0,04 %, Ce - 0,039 %, Cs - 0,036 %, Co - 0,031 %, Sr - 0,026 %.
По действующей технологии ОП ОЯТ после выпаривания и добавления химических реагентов остекловываются или цементируются с последующим захоронением [3]. Эта технология многостадийна, экологически небезопасна, требует значительных энергозатрат и химических реагентов.
В работе представлены результаты моделирования процесса совместной плазменной утилизации ГОП ОЯТ и ОП ОЯТ в виде горючих водно-органических композиций и рекомендованы оптимальные составы и режимы для практической реализации процесса. Показано, что прямая плазменная утилизация ОП ОЯТ в виде оптимальных по составу горючих водно-органических композиций позволяет исключить стадию выпаривания, существенно снизить удельные энергозатраты на процесс, а также применить магнитную сепарацию для эффективного извлечения твёрдых дисперсных продуктов плазменной утилизации в виде простых и сложных оксидов металлов, включающих магнитную окись железа,
Рекомендованные режимы подтверждены результатами экспериментальных исследований исследуемого процесса на модельных диспергированных горючих водно-органических композициях в воздушной плазме ВЧФ-разряда.
Результаты проведенных исследований могут быть использованы при создании энергоэффективной и экологически безопасной плазменной технологии утилизации различных отходов замкнутого ядерного топливного цикла.