РАДИОХИМИЯ, 2022, том 64, № 3, с. 203-212

УДК 621.039.59

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАЛЛАДИЯ ИЗ

ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА АЭС И ПУТИ

ОСВОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ЕГО ВЫДЕЛЕНИЯ НА

РАДИОХИМИЧЕСКОМ ПРЕДПРИЯТИИ

^а Радиевый институт им. В.Г. Хлопина, Санкт Петербург, 2-й Муринский пр., д. 28

^б Дальневосточный федеральный университет, 690090, Владивосток, п. Аякс, д. 10

*e-mail: yapokhitonov@mail.ru

Поступила в редакцию 10.08.2021, после доработки 04.03.2022, принята к публикации 10.03.2022

Извлечение платиноидов (Pd, Rh, Ru) из облученного топлива, выход которых составляет килограммы

на тонну, представляет собой сложную проблему вследствие ряда причин как технического, так и

экономического характера. В работе предложены пути поэтапного подхода к внедрению технологии

выделения металлов платиновой группы (МПГ) на одном из радиохимический предприятий.

Представлены сведения по динамике объема производства и цен МПГ в мире запоследние десятилетия,

а также возможности использования реакторных платиноидов в различных областях. По мнению

авторов, представляет интерес рассмотреть проблемувыделения и использования «реакторного» Pd в

водородной энергетике и при переработке отходов радиохимических предприятий.

Ключевые слова: отработанное ядерное топливо, палладий, родий, рутений.

DOI: 10.31857/S0033831122030017, EDN: FPNDXS

ВВЕДЕНИЕ

Из перечня радионуклидов, содержащихся в

ОЯТ, особого внимания заслуживают металлы пла-

тиновой группы (МПГ). Поиски способов извлече-

Первые публикации, касающиеся работ по вы-

ния МПГ из топлива были начаты давно [2]. Одна-

делению отдельных продуктов деления из облучен-

ко, несмотря на все достигнутые успехи в этой об-

ного топлива, появились в трудах Второй Между-

ласти, ни в одной стране не было предложено при-

емлемого промышленного метода, позволяющего

народной конференции по мирному использованию

извлекать платиновые металлы из реальных ради-

атомной энергии (Женева) в 1958 г. [1]. Уже тогда

оактивных растворов, образующихся при перера-

пришло понимание, что отработавшее ядерное то-

ботке ОЯТ АЭС. Среди причин, которые привели к

пливо (ОЯТ) нельзя рассматривать только как от-

сложившейся ситуации, хотелось бы отметить, что

ходы или источник делящихся материалов. И на

освоение технологии переработки топлива начина-

сегодняшний день точка зрения, что ОЯТ являет-

лось с целью выделения плутония (урана) в рамках

ся ценным сырьевым источником для целого ряда

решения оборонных задач, но никак не для извлече-

важных радионуклидов, является общепринятой, и

ния отдельных продуктов деления для какого-либо

их промышленное производство реально существу-

коммерческого использования.

ет в нашей стране и за рубежом. Так, например, на

Пожалуй, впервые задача промышленного выде-

ПО «Маяк» многие годы проводится наработка це-

ления МПГ и других продуктов деления была озву-

зия, стронция и других нуклидов, востребованных

чена в проекте завода РТ-2 с производительностью

в народном хозяйстве.

от 900 до 3000 т/год по урану, но эти планы не на-

203

204

ПОХИТОНОВ, ТАНАНАЕВ

шли воплощения. Отметим также, что были и дру-

с перспективой их использования в будущем. При

гие отдельные программы по выделению МПГ из

таком подходе потребуется пересмотр режима рабо-

топлива и их дальнейшему использованию в народ-

ты многих других узлов в схеме завода и, в первую

ном хозяйстве и по созданию резерва техногенных

очередь, узла растворения и операций по обраще-

платиноидов.

нию с нерастворимыми осадками.

Вместе с тем, разработка даже самых эффек-

При планировании работ на предприятии нужно

тивных технологий выделения Pd, Rh, Ru не мо-

будет учитывать два важных обстоятельства. Пре-

жет привести к их внедрению, если на них не бу-

жде всего, надо будет знать распределение плати-

дет устойчивого спроса со стороны потребителей.

ноидов по узлам существующей схемы и особен-

Перспективы выделения «реакторного» Pd (Rh) из

ности их химического поведения, определяющие

продуктов переработки ОЯТ будут определяться в

распределение по отдельным продуктам в схеме.

первую очередь потребностями техники и возмож-

Эти вопросы играют исключительно важную роль,

ностью его появления на рынке по более низким це-

поскольку отдельные продукты в схеме завода су-

нам по сравнению со стоимостью платиноидов из

щественно отличаются как по содержанию плати-

рудных источников [3].

новых металлов, так и по удельной активности.

Помимо себестоимости МПГ, которые в буду-

Также необходимо учитывать и наличие всего

щем будут извлекать из топлива, остается другой

имеющегося оборудования в основном производ-

важный вопрос - есть ли возможность замены при-

стве (и возможность перемонтажа). Нельзя забы-

родных элементов (из рудного сырья) на техноген-

вать, что главным требованием при выборе того или

ные металлы, обладающих рядом специфических

иного метода для выделения платиноидов остается

свойств. Принятие стратегических решений по про-

условие полной совместимости с действующей схе-

блеме платиноидов должно проходить с учетом их

мой переработки ОЯТ, включая операции фракцио-

количеств, которые могут быть получены, а также

нирования ВАО и дальнейшее обращение со всеми

с учетом возможности их использования в обозри-

отходами.

мом будущем.

Полный обзор методов и предложенных схем

Целью представленной работы было наметить

выделения МПГ из ОЯТ не входил в задачи данной

возможные пути поэтапного внедрения технологий

публикации. Здесь был сделан акцент на методы,

выделения МПГ, которые будут совместимы с ос-

которые наиболее подходят на первом этапе их ос-

новной технологией предприятия и с минимальным

воения на предприятии, не затрагивают основную

вмешательством в существующий производствен-

технологию и могут быть реализованы с минималь-

ный процесс. Вместе тем, на начальном этапе бу-

ными затратами.

дет не менее важно совместить практику выделения

Когда мы говорим о проблеме выделения пла-

МПГ (например, палладия) с текущими задачами

тиноидов, сразу же отметим, что на сегодняшний

основного производства, связанными с модерниза-

день большинство публикаций посвящено Pd, что

ций узла остекловывания.

во многом объясняется более простой и лучше изу-

ченной химией его соединений в нитратных средах.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ

Гораздо сложнее ситуация с Rh, где и число

ВЫДЕЛЕНИЯ МПГ

публикаций гораздо меньше. Говоря о возможно-

сти выделения родия, отметим, что по сравнению

При появлении реального спроса на техноген-

с палладием его химия гораздо сложнее, и сейчас

ные МПГ рано или поздно встанет вопрос о вы-

нет достоверных данных по его распределению

боре способа и промышленного предприятия, на

в Пурекс-процессе. В то же время ионообмен-

котором начнется освоение технологии выделения

ное и экстракционное выделение родия малопер-

платиноидов, и все это будет проходить в условиях

спективно, поскольку наиболее устойчивая форма

действующего производства.

цис-[Rh(NO₂)₃(H₂O)₃] имеет нулевой заряд.

В более отдаленной перспективе будут решаться

Что касается рутения, то целью первых работ по

вопросы выделения Pd, Rh (Ru) и создания резерва

его выделению было стремление исследователей

РАДИОХИМИЯ том 64 № 3 2022

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАЛЛАДИЯ ИЗ ТОПЛИВА АЭС

205

увеличить степень очистки целевых продуктов от

экстракционных систем для переработки ВАО и

радиоактивных изотопов Ru в I цикле Пурекс-про-

последующего выделения Pd интерес представля-

цесса, а вопрос о выделении рутения как целевого

ют системы на основе нейтральных фосфороргани-

продукта никогда не рассматривался. Для «реактор-

ческих соединений - алкилфосфиноксидов и кар-

ного» Ru вопрос спроса не столь актуален и мало-

бамоилфосфиноксидов. В рамках предложенных

привлекателен для потенциальных потребителей

вариантов Труэкс-процесса наряду с выделением

ввиду малой востребованности. Но ситуация может

ТПЭ, РЗЭ, U, Pu можно достичь селективного вы-

коренным образом измениться в случае появления

деления Pd в отдельный продукт [6]. Отметим, что

непредвиденного (и большого) спроса в каких-ни-

высокая емкость экстрагента позволяет перераба-

будь совершенно новых стратегических областях,

тывать растворы любого состава вплоть до упарен-

например, в металлургии, для замены Re в жаро-

ных рафинатов первого экстракционного цикла.

прочных сплавах на Ru.

Положительные результаты экспериментов на

Наиболее удобным представляется извлечение

модельных растворах были также получены при

основной массы рутения на операции растворения

использовании экстракционных систем на основе

топлива путем отгонки в виде четырехокиси. В бу-

изоамилдиалкилфосфиноксида (ФОР), каликсаре-

дущем при внедрении операции волоксидации от-

нов и диамидов дипиколиновой кислоты. Однако,

гонка рутения может стать основным методом для

несмотря на положительные результаты проведен-

его выделения.

ных исследований, рассчитывать на внедрение (или

На сегодняшний день в качестве потенциальных

даже опытную проверку) экстракционных методов

источников, из которых можно извлекать плати-

в действующем производстве не приходится. Об

ноиды на промышленном предприятии, в первую

этом можно будет говорить только после изменения

очередь следует назвать рафинат I экстракционного

подхода ко всей схеме переработки ОЯТ и когда по-

цикла Пурекс-процесса и отходы узла растворения

явится возможность серьезной модернизации обо-

топлива (нерастворимые осадки).

рудования в цикле фракционирования. Принимая

во внимание вышесказанное, на первом этапе ра-

Первые работы по выделению палладия на ПО

«Маяк» с участием сотрудников Радиевого инсти-

бот по выделению МПГ из ОЯТ на промышленном

предприятии следует обратить внимание на более

тута были проведены в 1970-х гг., и в качестве про-

дукта для извлечения палладия как раз и был ис-

простые технологии, использование которых мини-

пользован рафинат I цикла. Для выделения Pd в экс-

мально затронет действующее производство.

периментах использовали активированный уголь, и

В отличие от экстракционных систем, предусма-

было получено около 660 г «реакторного» палладия.

тривающих выделение интересующих нас метал-

Степень очистки после аффинажа от γ-активных при-

лов, использование электрохимического или оса-

месей составила ≥10¹¹ [4].

дительного процесса может быть проведено на от-

Помимо активированного угля в ряде работ ис-

дельном продукте, отобранном из основной техно-

пользовали сорбенты различных классов: Amberlite,

логической схемы работающего предприятия. И эти

Dowex и отечественный ионообменник ВП1-АП.

операции не приводят к необходимости остановки

При сорбции палладия из растворов азотной кисло-

или перемонтажа основной схемы рециклирования

ты наиболее удачным оказался опыт использования

делящихся нуклидов и последующей переработки

отечественного амфолита ВП1-АП. [5]. В резуль-

ВАО.

тате проведенных экспериментов был получен ко-

Осадительные методы достаточно привлекатель-

эффициент очистки от β-активных радионуклидов

ны с точки зрения как аппаратурного оформления,

3 × 10² при степени извлечения Pd 88.6%.

так и возможности получить высокую очистку за

По мере совершенствования экстракционных

одну операцию. Ввиду химических особенностей

технологий под задачи фракционирования в лите-

ионов Pd в азотнокислых растворах выделение Pd

ратуре росло число публикаций по выделению Pd

в виде металла кажется более предпочтительным

из высокоактивных отходов (ВАО) с использова-

по сравнению с его осаждением в виде какого-либо

нием различных экстрагентов. Из предложенных

труднорастворимого соединения.

РАДИОХИМИЯ том 64 № 3 2022

206

ПОХИТОНОВ, ТАНАНАЕВ

В Радиевом институте был исследован процесс

В одной из последних публикаций [9] для вы-

осаждения палладия с использованием гидразина

деления палладия было предложено использовать

и монооксида углерода (CO) [7]. При комнатной

осадок, включающий композицию гексацианофер-

температуре и избытке гидразина восстановле-

ратов железа и калия. Было показано, что степень

ние палладия сопровождается выпадением белого

извлечения Pd не зависит от кислотности раствора

осадка гидразината палладия состава [Pd(N₂H₄)₂]

вплоть концентрации азотной кислоты 5 моль/л.

(NO₃)₂·nH₂O. При нагревании и выдерживании

В экспериментах при извлечении Pd из модельного

раствора гидразинат палладия разлагается с обра-

раствора последний извлекался практически пол-

зованием металлического палладия. Параллельно с

ностью, и в состав образующегося композита вхо-

процессом осаждения гидразината идет радиолити-

дят цезий, молибден и серебро.

ческое окисление гидразина, конечными продукта-

С точки зрения простоты аппаратурного оформ-

ми которого являются азотистоводородная кислота,

ления в условиях работающего предприятия наибо-

азот и нитрат аммония.

лее простым будет применение электрохимического

С учетом полученных результатов было предло-

способа выделения Pd. Также отметим отсутствие

жено проводить осаждение палладия из нагретого

дополнительных реагентов, которые могут оказать

раствора с растянутым во времени порционным

отрицательное влияние на дальнейших стадиях пе-

добавлением гидразина. Таким образом, удалось

реработки отходов.

решить задачу осаждения палладия в виде металла,

Восстановление ионов Pd(II) протекает на пла-

минуя стадию образования объемного осадка ги-

тиновом электроде при потенциалах 0.1-0.2 В от-

дразината. В диапазоне кислотности 0.9-3.0 моль/л

носительно нормального водородного электрода в

при комнатной температуре 80-90% Pd выпадало в

широком интервале концентраций азотной кисло-

осадок. Повышение температуры раствора до 70°С

ты, и скорость осаждения Pd на катоде будет опре-

и выше приводило к снижению количества осадка.

деляться плотностью тока и условиями, обеспечи-

Это могло быть связано с растворимостью гидра-

вающими поступление ионов в прикатодный слой

зината палладия и его разрушением. Несмотря на

из объема раствора.

достаточно высокую эффективность выделения

В соответствии с результатами экспериментов,

палладия, необходимо отметить, что в случае прак-

представленных в работах японских ученых [10,

тического использования данного процесса в тех

11], при концентрации азотной кислоты 2.5 моль/л

нологии переработки ВАО присутствие в растворе

и плотности тока 500 мА/см² из модельного раство-

даже небольших количеств гидразина крайне неже-

ра можно получить на катоде следующие значения

лательно.

выхода (%): Ru 23, Rh 28, Pd 94 и Tc 68. Таким об-

Более предпочтительным является использова-

разом, использование разницы в потенциалах осаж-

ние газообразных реагентов (водород, монооксид

дения и растворения осажденных металлов может

углерода, метан, этилен и др.). Как показали экспе-

позволить проводить количественное извлечение (и

рименты, только монооксид углерода способен вос-

разделение) металлов платиновой группы.

станавливать палладий до металла из азотнокислых

Был предложен вариант процесса, в котором ме-

растворов. Предварительное введение в азотно-

таллы платиновой группы извлекают из раствора

кислые растворы палладия добавок ряда реагентов

после растворения топлива перед экстракционной

дает возможность осаждать палладий монооксидом

переработкой. Согласно предложенной концепции,

углерода даже при высокой кислотности [7]. При

из раствора проводят выделение платиновых ме-

этом были получены высокие значения коэффици-

таллов с использованием электрохимических про-

ентов очистки от присутствующих в растворе ра-

цессов, после этого из раствора экстрагируют U, Pu,

дионуклидов. Для таких радионуклидов, как ¹³⁷Cs,

Np и далее из рафината извлекают Am и Cm [12].

¹⁴⁴Ce, ¹⁵⁴Eu и ²⁴¹Am, коэффициенты очистки пал-

ладия составили свыше 1 × 10³. Вместе с тем, от-

Результаты по электрохимическому выделению

метим, что для ¹⁰⁶Ru и ¹²⁵Sb коэффициент очистки

палладия, в том числе в неводных средах, приведе-

оказался не более 10. На предложенный способ был

ны в работах индийских исследователей [13-15].

получен патент [8].

По мнению авторов работы [15], процесс селек-

РАДИОХИМИЯ том 64 № 3 2022

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАЛЛАДИЯ ИЗ ТОПЛИВА АЭС

207

(а)

(б)

Рис. 1. Общий вид электрохимической ячейки (а) и вставка с насадкой из алюминия и нержавеющей стали (б).

тивного электрохимического выделения палладия

Дальнейшее освоение электрохимической тех-

может быть применен в сочетании с другими мето-

нологии и усовершенствование более крупных

дами, например, после экстракции проводится его

опытных установок позволит внедрить методы из-

осаждение в виде металла.

влечения, помимо палладия, других платиноидов и

технеция.

Большой объем экспериментальных исследова-

ний по выбору режима электрохимического выде-

В завершении обзора методов, позволяющих

извлекать Pd из водных растворов, остановимся

ления Pd был проведен в Радиевом институте [5, 16,

на вопросе возможного использования и другого

17], и в отличие от общепринятых схем электрохи-

потенциального источника, а именно, нераствори-

мического осаждения было предложено использо-

мых осадков узла растворения топлива. По суще-

вать короткозамкнутую электродную пару. Если в

ствующей технологии эти осадки отправляются на

раствор поместить биметаллическую пару, напри-

захоронение вместе с циркониевыми оболочками, и

мер, алюминий и нержавеющую сталь, палладий

сепарация этих продуктов не предусмотрена.

может быть выделен в виде металла на катоде. При

Число публикаций, посвященных изучению со-

контакте с раствором биметаллическая пара при-

става осадков и методам обращения с ними, гораздо

обретает потенциал в интервале от +0.4 до +0.6 В.

меньше по сравнению с работами по водной химии

Эксперименты проводили в специально разрабо-

платиноидов. На сегодняшний день достоверно из-

танной электрохимической ячейке (рис. 1). Рабочий

вестно, что нерастворимые остатки, образующие-

объем ячейки составил 100 см³. Внутри корпуса

ся при растворении ОЯТ, представляют собой по-

была помещена специальная вставка, заполненная

лидисперсные частицы различных фаз: пятерного

отрезками стальной и нержавеющей проволоки.

сплава Mo-Tc-Ru-Rh-Pd, оксидов и оксигидратов

В условиях работающего предприятия будет

этих металлов, нерастворившегося топлива (UO₂,

достаточно просто провести в такой электрохими-

PuO₂) и мелких фрагментов оболочек.

ческой ячейке небольшого объема (~200-1000 см³)

Основными факторами, определяющими коли-

первые эксперименты на установке, не связанной с

чество и состав осадков, образующихся на стадии

основным технологическим процессом.

переработки топлива, являются степень выгорания

Использование электрохимического способа вы-

и условия растворения. Количество нерастворимых

деления в условиях действующего производства не

остатков растет примерно линейно с ростом выго-

только позволит осуществить наработку продукта

рания. В их состав входят: 0.5-5% Tc, ~20% Mo,

(Pd), но и во многом поможет решить задачу очист-

50-60% Ru и ~10% Rh + Pd. К сожалению, до насто-

ки производственных растворов, поступающих на

ящего времени процессы растворения облученного

остекловывание.

топлива и сопутствующие процессы осадкообразо-

РАДИОХИМИЯ том 64 № 3 2022

208

ПОХИТОНОВ, ТАНАНАЕВ

и наглядно показано, что в зависимости от условий

растворения (и выдержки растворов) относитель-

ный выход отдельных продуктов деления (Pd, Rh,

Ru, Zr, Mo), а также U и Pu в осадки может быть

большим.

Во многом аналогичные результаты были по-

55%

лучены в работах ПО Маяк (табл. 2). Диаграмма

распределения основных компонентов взвесей,

20%

присутствующих в растворах ОЯТ ВВЭР-1000 (по

средним значениям), приведена на рис. 2 [19].

Рис. 2. Диаграмма распределения основных компонентов в

Согласно результатам масс-спектрального ана-

осадке ОЯТ ВВЭР-1000 [19].

лиза, основными компонентами осадка являются

вания изучены недостаточно, и среди авторов пу-

Ru, Mo, Al и Mg. Сумма массовых долей составляет

бликаций нет единого мнения о механизме их об-

86% к массе осадка (остальные компоненты иден-

тифицированы не были).

разования.

Задача анализа высокоактивных продуктов свя-

Работы по изучению нерастворимых осадков

зана с трудностями как при пробоотборе, так и не-

после растворения облученного топлива реактора

посредственно при анализе и оценке результатов.

ВВЭР-1000 с разным выгоранием были проведены

Обращает на себя внимание наличие Na, Mg, Al,

в Радиевом институте. Их целью явилось не только

K, Ca, Cu, образующих хорошо растворимые соли

определение массы и состава первичных осадков,

как в воде, так и в азотной кислоте. Очевидно, что

но и исследование природы вторичных осадков, об-

эти соли должны были вымыться из осадков при

разующихся в процессе выдержки уже осветленных

их промывке в процессе подготовки к вскрытию.

растворов. Полученные результаты приведены в ра-

Причины загрязнения проб растворов от вскрытия

боте [18].

осадков неясны и требуют отдельного изучения.

Было показано, что содержание платиноидов в

Необходимо подчеркнуть и другое важное обстоя-

осадках от растворения топлива с разным выгора-

тельство. Условия растворения (концентрация кис-

нием может сильно отличаться в зависимости от ус-

лоты, температура) оказывают настолько сильное

ловий получения растворов (табл. 1). На основании

влияние на массу и состав, что даже при исполь-

результатов работы [18] были выполнены расчеты

зовании в экспериментах одинаковых образцов то-

Таблица 1. Условия проведения экспериментов по растворению топлива и результаты анализа по содержанию пла-

тиноидов в первичных осадках

Содержание элементов в

Условия растворения

Выход первичных

Выгорание,

воздушно-сухом осадке, мас%

осадков, % от массы

МВт·сут/(кг U)

температурный

концентрация кислоты в

топлива

режим

фильтрате, моль/л

15.0

Кипение

3.1

0.023

Кипение

1.7

0.25

80°С

2.8

0.055

3.6

23.8

Кипение

3.3

0.071

41.1

Кипение

3.5

0.27

80°С

3.3

0.18

8.2

43.1

Кипение

3.2

0.20

80°С

3.7

0.44

7.0

4.0

53.8

Кипение

2.6

0.37

80°С

3.2

0.41

7.0

4.5

РАДИОХИМИЯ том 64 № 3 2022

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАЛЛАДИЯ ИЗ ТОПЛИВА АЭС

209

Таблица 2. Данные анализа раствора после растворения топлива и рафината 1-го экстракционного цикла на комбинате

Маяк

Результат анализа проб от операций

Массовая концентрация,

Продукт

мг/л

Раствор от растворения ОЯТ, выгорание

296.0

503.0

25-28 ГВт·сут/(т U), выдержка 4.7 года

60.2

92.9

137.0

254.0

Высокоактивный рафинат 1-го экстракционного

Ru^стаб

420

400

цикла, выгорание 47.1 ГВт·сут/(т U),

5.6

выдержка 5.2-6.7 года

¹⁰⁷Pd

плива можно получать осадки, сильно отличающи-

мышленным предприятием откроется возможность

еся по своему составу. В свою очередь, изменение

снять проблему очистки ВАО перед остекловыва-

состава осадков приводит к изменению их удельной

нием, где присутствие МПГ крайне нежелательно.

активности и содержания в них урана и плутония.

Здесь же отметим, что использование высокотем-

Подводя итог сказанному выше, попробуем

пературных методов для выделения платиноидов

перед остекловывание представляется нецелесоо-

определить 2 направления в подходе к обращению с

нерастворимыми осадками. Первый вариант связан

бразным.

с режимом растворения, при котором будут созданы

Еще раз подчеркнем, что задачи планируемых

условия максимально полного перевода МПГ в рас-

работ по выделению МПГ на предприятии надо

твор. При этом платиноиды можно будет извлечь из

четко разделить во времени с учетом технической

раствора перед циклом экстракции.

возможности и актуальности их проведения для са-

мого производства, а также и появлением областей,

Альтернативой такого подхода является решение

где они будут востребованы.

задачи максимально полного выведения МПГ в оса-

док. Обеспечить условия полного выделения пла-

И самым простым методом с точки зрения ап-

тиноидов в осадок достаточно сложно. Трудность

паратурного оформления в условиях работающего

заключается в выборе оборудования, обеспечива-

промышленного предприятия будет электрохими-

ющего эффективное осветления большой массы

ческий способ выделения Pd с использованием ко-

трудно фильтруемых осадков. Не будем забывать и

роткозамкнутой электродной пары. Имеющейся на

о больших потерях урана (плутония), которые оста-

сегодняшний день информации вполне достаточно

нутся в осадке.

для подготовки проекта небольшой установки с

привязкой к оборудованию, имеющемуся на произ-

С другой стороны, если операцию растворе-

водстве.

ния-фильтрации проводить с целью максимально

возможного выделения платиноидов и других мно-

Разработка технологии выделения МПГ из всей

говалентных продуктов деления (молибден, цирко-

массы ОЯТ, выгруженного и находящегося на хра-

ний), то можно получить значительный выигрыш

нении, будет востребована только в будущем. К это-

на следующих стадиях переработки (упаривание,

му времени в топливе останутся только стабильные

остекловывание ВАО). Задача дальнейшего извле-

нуклиды Rh (Ru), и низкая активность самого то-

чения платиновых металлов из таких осадков пред-

плива сделает эти платиноиды более доступными и

ставляется достаточно сложной, но, тем не менее,

дешевыми.

отрицать такую возможность не следует.

Задача промышленного освоения технологии

Главным преимуществом такого подхода будет

выделения МПГ из отработавшего топлива нераз-

возможность создавать некий запас платиноидов в

рывно связана с появлением спроса на эти техно-

нерастворимых осадках, который в дальнейшем мо-

генные металлы. Поэтому, начиная с первых пу-

жет быть использован. И в случае успеха перед про-

бликаций, наряду с описанием различных методов

РАДИОХИМИЯ том 64 № 3 2022

210

ПОХИТОНОВ, ТАНАНАЕВ

выделения платиноидов мы старались наметить те

небольших количеств ¹⁰⁷Pd никак не повлияет на

области техники, где МПГ будут востребованы [3].

его каталитическую активность. Низкая удельная

Наиболее полно обзор по запасам платиноидов, ди-

активность изделий (катализаторов), содержащих в

намике мировых цен и прогнозам применения тех-

своем составе нуклиды ¹⁰⁷Pd, на первый взгляд, не

ногенных металлов представлен в работах [20, 21].

будет представлять какой-либо значимой опасности

для потребителей. Но при этом не будем забывать о

двух важных обстоятельствах.

ВОЗМОЖНЫЕ ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

РЕАКТОРНЫХ МПГ, РАЗВИТИЕ КОТОРЫХ

Во-первых, само производство катализаторов

ПРИВЕДЕТ К ИХ ПРОМЫШЛЕННОМУ

сразу попадет в сферу обращения с радиоактивны-

ПРОИЗВОДСТВУ

ми материалами. А это повлечет целый ряд проблем

как в самом производстве таких катализаторов, так

Мировые ресурсы платиноидов, включая запа-

и при использовании автомобилей.

сы в недрах, на конец ХХ в. оценивались в 120-

Другим серьезным препятствием является то,

140 тыс. т. Мировым лидером по запасам платино-

что палладий входит в состав государственных

идов является ЮАР (залежи составляют 95% всех

стратегических материалов, и при использовании

мировых запасов). На долю России приходится

«реакторного» палладия всегда существует риск

около 2% [22]. Но благодаря составу руд Россия

смешения эти продуктов. И никто не может дать га-

на сегодняшний день является мировым лидером

рантий, что этого не произойдет в процессе исполь-

в производстве палладия и родия. Четыре круп-

зования катализаторов или при обращении с от-

нейших компании контролируют 90% всей добычи

работавшими свой срок изделиями (при рецикле).

палладия, и среди них ГМК «Норильский никель»,

Сейчас мало кто помнит, что это обстоятельство по-

на долю которого приходится около 37% всей ми-

служило причиной сворачивания в СССР программ

ровой добычи. Структура мощностей по добыче

по использованию платиноидов, которые планиро-

МПГ в России и ЮАР коренным образом разли-

валось извлекать из отработавшего топлива [3].

чается. В рудах ЮАР преобладает платина, объем

На увеличение спроса на палладий может повли-

производства которой примерно в 2 раза больше,

ять рост интереса к возобновляемым источникам

чем палладия. В России же запасы палладия в рудах

энергии, где палладий используется в солнечных

более чем в 3 раза превышают запасы платины. И

батареях и существенно повышает их эффектив-

поэтому, если проводить сопоставление с ЮАР, то

ность за счет улучшения проводимости контактов

при существенно меньших объемах добычи плати-

металл-полупроводник. Были также разработаны

ны (по сравнению с ЮАР) Россия больше добывает

материалы на основе палладия, обладающие термо-

палладия, и уже с 1970-х гг. СССР был основным

электрическими свойствами. Другой перспектив-

поставщиком палладия на мировом рынке.

ной сферой можно считать применение палладия

На сегодняшний день основная масса потребляе-

в газовых сенсорах - устройствах для контроля за-

мого в мире палладия расходуется на катализаторы

грязнения окружающей среды и контроля состава

дожигания выхлопных газов в автомобилях и в хи-

газов в ряде технологических процессов.

мической промышленности [21]. И автомобильный

Наиболее вероятно ожидать спроса на «реактор-

сектор остается основным сегментом спроса на

ный» палладий в областях, где работа с радиоактив-

палладий (82% от общего спроса в 2020 г.).

ными веществами не потребует серьезных измене-

Не будем забывать, что помимо постоянного

ний в лицензировании и ограничений, обусловлен-

роста производства в горнорудной отрасли в мире

ных работой с РАВ.

происходит постоянный рост производства ре-

Речь идет о применении Pd в процессах и аппа-

циклируемых МПГ. И рецикл этих металлов растет

ратах, применяемых в атомной энергетике, изоли-

каждым годом.

рованной от гражданского сектора. Одним из таких

С точки зрения химических свойств замена пал-

применений может быть обращение с водородом

ладия, произведенного из рудных источников, на

и защита от избыточного давления в корпусах ре-

палладий из ОЯТ вполне допустима. Присутствие

акторов с кипящей водой. Для удаления водорода

РАДИОХИМИЯ том 64 № 3 2022

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАЛЛАДИЯ ИЗ ТОПЛИВА АЭС

211

из корпуса реактора исследовали возможность ис-

разложения и газификации органического топлива

пользования тантала с покрытием из палладия.

и получать водород. Трудно сейчас оценить объем

Использование уникальных свойств палладия по

палладия, который потребуются в случае успешной

отношению к водороду может найти применение в

реализации намеченных планов, но именно исполь-

процессе «сухого» хранения облученного ядерного

зование «реакторного» палладия внутри пристан-

топлива [3].

ционного комплекса ВТГР будет вполне оправдан-

Заслуживает внимания идея использования «ре-

ным.

акторного» палладия и в технологии переработки

Если говорить о Rh и Ru, то состав смесей их ра-

ОЯТ на стадии волоксидации топлива. В процессе

дионуклидов, образующихся в ОЯТ, после выдерж-

окисления отработавшего топлива в газовую фазу

ки позволяет использовать эти металлы в технике

переходит более 99% трития, который может быть

без каких-либо ограничений, наравне с полученны-

выделен в отдельный продукт в виде гидрида пал-

ми из рудных источников.

ладия.

Резюмируя сказанное, повторим, что благодаря

С другой стороны, в литературе известен мало-

уникальным свойствам платиноиды остаются не-

растворимый иодид палладия, который может пре-

заменимы во многих областях. И никто не может

тендовать на роль соединения для долговременного

гарантировать, что в ближайшие десятилетия не по-

хранения и/или окончательного захоронения ¹²⁹I. И

явятся новые направления в технике, где будет вос-

использование «реакторного» палладия для синтеза

требованы платиноиды из отработавшего топлива.

подобных продуктов в данном случае представля-

Авторы не претендуют на отсутствие в статье

ется вполне оправданным [23].

спорных и недостаточно обоснованных положений,

Точно так же можно рассчитывать на использо-

но очень надеются, что высказанные предложения

вание реакторного палладия при выборе компози-

будут внимательно проанализированы и учтены

ций для иммобилизации трансплутониевых элемен-

при планировании будущих работ.

тов. Отличительной чертой палладия по сравнению

с другими платиноидами является его способность

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

растворяться в азотной кислоте. Если использовать

материалы на основе Pd для длительного хранения

Самым простым методом с точки зрения аппа-

ТПЭ и возникнет необходимость их извлечь, будет

ратурного оформления в условиях работающего

достаточно провести растворение в азотной кисло-

промышленного предприятия представляется ис-

те с последующим экстракционным извлечением

пользование на первом этапе электрохимического

(разделением) интересующих элементов (напри-

способа выделения Pd. Имеющейся на сегодняш-

мер, Am, Cm) [20].

ний день информации достаточно для подготовки

Отметим, что переход на водородную энергети-

проекта небольшой установки. Эти работы будут

ку и крупномасштабное производство водорода, а

способствовать и решению другой насущной за-

также его хранение, транспортировка и использова-

дачи, а именно, удаления палладия из растворов

ние для выработки энергии с помощью топливных

ВАО перед остекловыванием. И серьезным под-

элементов могут стать главным фактором, который

спорьем для старта работ могут стать результаты

приведет к спросу на реакторный палладий. Трудно

совместных исследований в Радиевом институте

прогнозировать темпы развития этой новой отрас-

(Отделении прикладной радиохимии, Гатчина) и на

ли, но с уверенностью можно сказать, что при ра-

ПО «Маяк».

стущем дефиците палладия на рынке востребован-

Поскольку ожидать появления спроса на техно-

ность «реакторного» палладия станет реальностью.

генные платиноиды в традиционных отраслях не

Также отметим, что будущее водородной энер-

представляется возможным, первым шагом на пути

гетики напрямую связано с успехами создания

промышленного применения «реакторного» палла-

промышленных высокотемпературных газоохлаж-

дия может стать его использование в радиохимиче-

даемых реакторов (ВТГР). С помощью высокотем-

ской отрасли (изоляция РАО, улавливание водорода

пературного тепла можно осуществлять процессы

(трития)).

РАДИОХИМИЯ том 64 № 3 2022

212

ПОХИТОНОВ, ТАНАНАЕВ

Существенные изменения на рынке могут про-

Похитонов Ю.А., Гевирц В.Б., Зеленцова Л.А., Коз-

лов А.Е. Пат. RU 2228380. 2004.

изойти при дальнейшем успешном развитии водо-

Давыдова П.В., Корнейко Ю.И., Королев В.А., Крас-

родной энергетики, которая, в свою очередь, будет

ников Л.В., Крецер Ю.Л. // Радиохимия. 2022. Т. 64,

базироваться на использовании высокотемператур-

№ 3. С. 213-216.

ных газоохлаждаемых реакторов (ВТГР).

10. Koizumi K., Ozawa M., Kawata T. J. Nucl. Sci. Technol.

1993. Vol. 30, N 11. P. 1195-1197.

БЛАГОДАРНОСТИ

11. Ozawa M., Sano Y., Nomura K., Koma Y., Takanashi M.

A new reprocessing system composed of PUREX and

Авторы признательны К.К. Корченкину за по-

TRUEX processes for total separation of long-lived

radionuclides. Akasaka, Tokyo, Japan: Japan Nuclear

мощь в подготовке работы и предоставленные ма-

Cycle Development Inst. (JNC). II paper

1.pdf

териалы.

(yandex.ru)

12. Ozawa M., Ishida M., Sano Y. // The Third Russian-

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Japanese Seminar on Technetium (Tc-2002): Extended

Synopses. Dubna, Russia, June 23-July 1, 2002. P. 82-

Авторы заявляют об отсутствии конфликта ин-

85.

тересов.

13. Giridhar P., Venkatesan K.A., Srinivasan T.G.,

Rao P.R.V. // Hydrometallurgy. 2006. Vol. 81, N

P. 30-39.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

14. Jayakumar M., Venkatesan K.A., Srinivasan T.G. //

Electrochim. Acta. 2007. Vol. 52, N 24. P. 7121-7127.

Дополнительные материалы для этой статьи доступ-

15. Jayakumar M., Venkatesan K.A., Srinivasan T.G.,

ны по https://doi.org/10.31857/S0033831122030017

Vasudeva Rao P.R. J. Appl. Electrochem. 2009. Vol. 39,

для авторизированных пользователей

N 10. P. 1955-1962.

16. Похитонов, Ю.А., Киршин М.Ю. // Радиохимия.

2005. Т. 47, № 1. С. 334-338.

17. Похитонов Ю.А., Киршин М.Ю. Пат. RU 2235374.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2002.

18. Бураков Б.Е., Похитонов Ю.А., Рязанцев В.И., Са-

Топчиев А.В., Аладьев И. Т., Савицкий И.С. Тр. Вто-

вин Р.А., Сапрыкин В.Ф., Рэнс П.Д. (Rance P.J.W.) //

рой Междунар. конф. по мирному использованию

Радиохимия. 2010. Т. 53, № 3. С. 342-345.

атомной энергии, Женева 1958. Докл. советских уче-

19. Машкин А.Н. Особенности переработки ОЯТ Вли-

ных. Получение и применение изотопов / Под общ.

яние выгорания на особенности переработки ОЯТ.

ред. Г.В. Курдюмова, И.И. Новикова. М.: Атомиздат,

Выполнение требований на готовую продукцию со

1959. С. 7-24.

стороны фабрикации топлива / VII Междунар. школа

Feasibility of separation and utilization of ruthenium,

по обращению с ОЯТ энергетических реакторов. М.,

rhodium and palladium from high level wastes: IAEA

03.09.2019.

Tech. Rep. Ser. Vienna: IAEA, 1989. N 308.

20. Палладий. Мировая добыча, потребление и тор-

Похитонов Ю.А. // Атом. стратегия. 2021. № 173.

говля в 2019 году. Кто лидеры? https://zen.yandex.

C. 11-15.

ru/media/statistica/palladii-mirovaia-dobycha-

Зайцев Б.Н., Королев В.А., Попик В.П., Прокоп-

potreblenie-i-torgovlia-v-2019-godu-kto-lidery-

чук Ю.З., Чубаров М.Н. // Радиохимия. 1988. Т. 30,

5ed38550a12a0d12252838f8

№ 3. C. 411-412.

21. Обзор рынка металлов платиновой группы. Центр

Похитонов, Ю.А., Давыдов В.А., Киршин М.Ю., Ко-

интеграционных исследований

04/2019. https://

ролев В.А., Рязанцев В.И., Савин Р.А. // Радиохимия.

eabr.org/upload/iblock/b32/EABR_Platinum-Group-

2008. Т. 50, № 2. С. 151-153.

Metals_04_2019.pdf

6. Похитонов, Ю.А., Зайцев Б.Н., Квасницкий И.Б., Ко-

22. Platinum Group Metals World Reserves. http://

ролев В.А. // Радиохимия. 2005. Т. 47, № 4. С. 343-

americanresources.org/wp-content/uploads/2011/05/

346.

PtGroup_Reserves_small.jpg

Похитонов Ю.А., Гевирц В.Б., Зеленцова Л.А., Коз-

23. Похитонов Ю.А. // Радиохимия. 2012. Т. 54, № 1.

лов А.Е. // Радиохимия. 2005. Т. 47, № 4. С. 347-350.

С. 21-27.

РАДИОХИМИЯ том 64 № 3 2022