Гидрометаллургия

Ядерно-топливный цикл (ЯТЦ)
Когда говорят об атомной энергетике, чаще всего имеют в виду атомные станции, хотя АЭС - это только вершина пирамиды так называемого ядерно-топливного цикла (ЯТЦ).
Как известно, выделение атомной энергии базируется на -изотопе природного урана, уране-235.
Из чего же состоит ядерный топливный цикл?
Первая ступень пирамиды - это сырье. Уран необходимо добыть из земных недр, для чего нужны шахты, карьеры, рудники. Извлеченные на поверхность руды требуют обогащения, следовательно, следующий ярус - обогатительные фабрики с разнообразными (гравитационными, флотационными, радиометрическими) методами обогащения. Затем рудные концентраты перерабатывают химическими методами, где уран переводят в раствор, проводят первую, а затем вторую очистку от примесей сорбционно-экстракционными методами, поскольку для получения цепной реакции деления урана и выделения необходимого количества нейтронов необходима высокая степень чистоты ядерного материала. Эти операции проводят на аффинажных заводах. Таков следующий ярус пирамиды. Наконец, цель достигнута - получено чистое соединение урана. Однако, в природной смеси делящегося изотопа U-235 очень мало. Необходимо увеличение его концентрации в 4-5 раз. Деление изотопов проводится при переводе урана в соединение, которое, желательно при низкой температуре, превращается в газообразное состояние, таковым является гексафторид урана, который получают на специальных предприятиях и уже на других
заводах - ещё один ярус пирамиды, применяя чисто физические процессы, используют как рабочее вещество для разделения изотопов. Наконец получено две фракции продукта: обогащенная и объединенная по урану-23 5. Теперь предстоит вновь из обогащенной фракции получить нелетучее тугоплавкое соединение урана в виде пригодном для изготовления ТВЭЛов (тепловыделяющих элементов) и устойчивым в активной зоне ядерного реактора. Изготовление ТВЭЛов - ответственная операция и проводится на специализированных предприятиях, образующих очередной ярус пирамиды.
Однако, для изготовления оболочки ТВЭЛа требуется металл с особыми физико-химическими свойствами. Он должен противостоять химической коррозии, высокой температуре, не изменять свою структуру под действием жестких радиационных полей и, одно из самых основных условий, быть прозрачным, не захватывать нейтроны, т.е. обладать низким эффективным сечением ядерной реакции. Таким требованиям удовлетворяет металл цирконий к чистоте которого по примесям, как и к урану, предъявляются высокие требования. Производство ядерно-чистого циркония, сложной многооперационной технологии также одна из ступеней пирамиды ЯТЦ.
При ядерной реакции топливо в реакторах выгорает не полностью. При делении образуются «осколки» - продукты деления, что меняет как химический, так и изотопный состав топлива. Появляющиеся вещества не только корродруют оболочку ^\\/ ТВЭЛа изнутри, но и поглощают нейтроны, вызывая замедление ценной реакции деления. В современных реакторах обычно «выгорает» (1-2)% топлива, после чего, облученные ТВЭЛы извлекают из реакторов, выдерживают для снижения уровня радиоактивности в бассейнах заполненных водой и направляют для химической переработки. Радиохимические заводы - очень сложная группа производств в составе ЯТЦ. Здесь отделяют «не выгоревший» уран, вновь превращают его в гексафторид урана, который возвращается на изготовление ТВЭЛов. Здесь же извлекают образовавшиеся искусственные тяжелые элементы -нептуний и плутоний.
На этих же заводах созданы установки по переработке, концентрированию и обезвреживанию радиоактивных отходов, подготовке к длительному хранению в контролируемых условиях высокоактивных отходов и безопасному захоронению средне- и низкоактивных отходов.



К группе производств, связанных с производством урана, ТВЭЛов и работ реакторов примыкают, кроме циркония, производства фтора, соединения бора, металлического гафния, особо чистого графита многих марок сталей, специальных бетонов и других материалов.