Сибирские ученые предложили новаторский метод решения двух острых экологических проблем – утилизации отходов теплоэнергетики и безопасной изоляции радиоактивных материалов. Исследователи из Красноярского научного центра СО РАН разработали уникальный композитный материал на основе угольной золы, способный надежно «запечатывать» наиболее опасные продукты атомной промышленности.
В основе разработки лежат так называемые ценосферы – полые микроскопические шарики, содержащиеся в золе, которая остается после сжигания угля на теплоэлектростанциях. Из этого, по сути, бросового материала ученые создали сорбенты, действующие по принципу «умной губки». Они способны избирательно и эффективно извлекать из жидких радиоактивных отходов изотопы цезия и стронция – одни из самых долгоживущих и проблемных компонентов ядерного наследия.
Ключевая особенность технологии заключается в дальнейшей судьбе этого сорбента. После того как «губка» впитала в себя радионуклиды, ее не утилизируют, а превращают в сверхпрочную минералоподобную форму. Путем высокотемпературной обработки материал спекается в стабильный искусственный минерал, в кристаллическую решетку которого оказываются прочно встроены опасные изотопы. Такая иммобилизация не позволяет радиации выходить в окружающую среду.
Как отмечают разработчики, полученные минералоподобные матрицы обладают исключительной химической и физической устойчивостью. Такие монолитные блоки идеально подходят для долгосрочного и безопасного хранения в пунктах глубинного захоронения радиоактивных отходов (ПГЗРО), один из которых создается в Красноярском крае недалеко от Железногорска. Таким образом, технология предлагает комплексный подход: она не только помогает перерабатывать жидкие радиоактивные отходы, но и находит полезное применение многотонным отвалам угольной золы.
«В результате ряда химических преобразований мы впервые получили из присутствующих в угольной золе ценосфер композитные частицы, в состав которых входят цеолит типа анальцим и гидратированный диоксид циркония, связывающие цезий и стронций из раствора», – пояснила ведущий научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Татьяна Верещагина. Научно-исследовательская работа на этом не остановилась. Ученые уже создали составы на основе ценосфер, способные улавливать не только цезий и стронций, но и более тяжелые элементы – актиноиды, к которым относятся уран и плутоний.
На текущем этапе исследования проводились с использованием безопасных растворов, содержащих нерадиоактивные изотопы, химические свойства которых полностью имитируют поведение настоящих отходов. Следующим шагом станет проверка эффективности разработанных композитов в реальных условиях – на растворах, содержащих радиоактивные элементы. Успешное завершение этого этапа откроет путь к созданию промышленной технологии для переработки больших объемов накопленных жидких радиоактивных отходов.