Успешный синтез циркона – ценного материала для надежного связывания радиоактивных отходов переработки плутония – осуществили специалисты Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН. Для его создания использованы региональные ресурсы: бадделеитовый концентрат от Ковдорского ГОКа и отвальные шлаки Кольской ГМК.
Вызовы атомной энергетики и необходимость безопасных решений
Атомные электростанции – ключевой поставщик стабильной электроэнергии без углеродного следа. Однако их работа неизбежно связана с образованием опасных радиоактивных отходов. Наиболее сложные из них – долгоживущие актиниды – требуют создания надежных матриц для безопасного захоронения.
Исследование отечественных специалистов
Значительные результаты в этой области представили ученые института: инженер-исследователь Владимир Виноградов, ведущий научный сотрудник Александр Касиков и главный научный сотрудник Александр Калинкин. Их работа продемонстрировала эффективность нового подхода.
Синтез циркона на основе местного сырья
Ученые разработали метод получения циркона с помощью механической активации. В качестве исходных компонентов выступили диоксид циркония из бадделеитового концентрата Ковдорского ГОКа и гидратированный оксид кремния из шлаков комбината «Печенганикель» (входит в Кольскую ГМК). В процессе также использовался оксид церия. Важно, что исследование подтвердило высокий потенциал синтезированного циркона для иммобилизации радиоактивных отходов атомной энергетики благодаря способности надежно включать их в свою кристаллическую структуру.
Цирконовый минерал: стабильность и многофункциональность
Минералы типа циркона обладают выдающейся химической устойчивостью. Они эффективно удерживают актиноиды, лантаноиды и другие элементы, что доказывается их крайне низкой растворимостью в природных условиях. Эти уникальные свойства делают природный и синтетический циркон незаменимым для создания керамических матриц, специально предназначенных для безопасного хранения высокоактивных отходов, включая продукты переработки ядерного топлива.
Прорывная методика синтеза
Хотя существует несколько методов получения циркона, они сталкиваются со сложностями: низкая скорость реакций при умеренных температурах (~1200 °C) или распад минерала при высоких (>1600 °C). Кольские ученые предложили инновационное решение – применять предварительную механическую активацию сырья в центробежно-планетарной мельнице со стальными элементами. Это позволило значительно повысить реакционную способность смеси.
Выдающиеся результаты и практическая значимость
Внедрение механической активации привело к впечатляющим результатам: образование циркона с выходом до 75,3% уже при нагреве до 1100 °C всего за 3 часа. Последующий отжиг при 1200 °C обеспечил стопроцентный выход. Полученный материал отличается исключительной способностью к накоплению церия, сравнимой или превышающей существующие аналоги. Метод позволил снизить температуры синтеза на 200-300 °C и радикально сократить время реакции без необходимости предварительного прессования порошков.
Таким образом, ученые Института им. И.В. Тананаева представили перспективную возможность использовать местное кольское минеральное сырье и промышленные отходы для создания высокоэффективного циркона и его церийсодержащих твердых растворов. Эти материалы служат надежным решением для иммобилизации радиоактивных отходов плутониевых производств.
Источник: naked-science.ru
