韓滔 趙敏

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.101

摘 要：貧化六氟化鈾是具有放射性和較強化學毒性的核工業(yè)副產品。世界核工業(yè)誕生至今積存了大量的貧化六氟化鈾，對環(huán)境安全提出了挑戰(zhàn)。該文在研究世界主要鈾濃縮國家貧鈾管理實踐的基礎上，歸納提出了貧鈾管理的基本策略。該文側重分析了貧化六氟化鈾長期貯存的安全性，以及穩(wěn)定和非穩(wěn)定形態(tài)貧鈾長期貯存的對比經濟性，對研究我國貧鈾管理的基本方向和技術規(guī)劃有很好的參考意義。

關鍵詞：貧鈾 管理 基本策略

中圖分類號：TL94 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（a）-0101-02

貧鈾是核燃料加工產業(yè)鏈中鈾濃縮生產環(huán)節(jié)的主要副產品，其初級形態(tài)主要是貧化六氟化鈾（DUF6）；在乏燃料后處理環(huán)節(jié)也有一定量的貧鈾產生。貧鈾具有α放射性，有內照射防護要求；貧化六氟化鈾的性質活潑，極易與空氣中的水分反應生成氟化氫氣體（酸霧）和氟化鈾酰顆粒，而其中氟化氫具有很強的化學毒性。因此，大量貧鈾以不穩(wěn)定形態(tài)（DUF6）長期儲存，必然存在潛在的環(huán)境風險。貧鈾的安全管理也一直是各國核燃料產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要議題。

該文通過調研國外貧鈾管理實踐，歸納提出貧鈾管理的基本策略，并根據(jù)目前國內貧鈾管理的實際情況，側重分析了貧化六氟化鈾長期儲存的經濟性和安全性，以期為國內貧鈾管理決策提供有益的參考。

1 國外貧鈾管理實踐概述

全球鈾濃縮工業(yè)化生產至今，累積存放了約200萬t貧鈾[1，2]，且多以貧化六氟化鈾的形態(tài)暫存在鋼制容器中。各主要鈾濃縮國家對貧鈾的管理也先后采取了多樣化的策略。

（1）法國。1984年，在法國歐洲氣體擴散廠（EURODIF）投運兩年后，首批共兩套GOGEMA工業(yè)脫氟機組（生產線）在皮爾埃拉特開始投運。每條生產線年處理能力約5 000 tDUF6，轉化產物為八氧化三鈾（U3O8）和氫氟酸（HF）。1993年，第二批同規(guī)模兩條生產線投運，總處理能力達到20 000 tDUF6/a。

法國的脫氟技術采用干法工藝，UF6氣體在干法爐中經兩次水解直接得到U3O8粉末，并使用鋼制DV70容器盛裝。處理后的貧鈾部分存放在生產廠，另一部分則被運往法國中部已關閉的貝鋅礦儲存[3]。目前，法國的貧鈾處理能力除滿足國內需求外，還有5 000 tU/a左右的富余。

（2） 美國。最初美國把從20世紀40年代中期以來產生的DUF6作為一種資源存放在帕杜尤卡、派克頓和橡樹嶺三個鈾濃縮廠址，且全部采用露天存放。1999年美國能源部提出有關貧鈾立法法案，確定將DUF6轉化成更加穩(wěn)定的化學形式。2004年美國政府批準在帕杜尤卡和樸茨茅斯分別建造一座DUF6轉化設施，項目采用法國干法處理技術，年處理能力20 000 tDUF6。目前，上述兩個廠址的貧鈾處理設施均已投產。

在貧鈾再利用方面，2007年前后國際鈾價處于高位時，美國能源部曾重新研究其貧鈾管理策略并考慮通過銷售部分高豐度貧鈾獲利，同時提出了不加工直接出售、再濃縮后出售和不定期儲存三種策略，其中再濃縮活動于2012年前后已付諸實施，但持續(xù)時間較短。目前美國持有的235U豐度超過0.4%的貧鈾約14萬t[3]。

（3）俄羅斯。2005年，俄羅斯TENEX公司和法國阿海琺集團開始正式合作建設本國的貧鈾處理設施。該設施位于克拉斯諾亞爾斯克的鈾濃縮廠區(qū)，共建設兩條貧鈾脫氟生產線，單線產能5 000 tDUF6/a[4]。2011年左右該設施全面投產。

（4）URENCO。從1996年開始，URENCO陸續(xù)將其持有的部分貧鈾運往俄羅斯再濃縮處理（總量約80 000 tUF6）和出口至法國進行穩(wěn)定化處理（總量約23 000 tUF6）[3]。歐洲貧鈾轉移活動在2010年左右已全面中止，且留存在俄羅斯的二次尾料目前還面臨著退返爭議的問題。

2009年，URENCO公司決定在英國卡彭赫斯特建設兩條單線處理能力5 000 tDUF6/a的貧鈾管理設施（TMF），該設施預計在2017年投產。同時，URENCO德國濃縮廠還計劃將現(xiàn)有的DUF6出口至法國進行穩(wěn)定化處理，以降低儲存風險。目前，URENCO美國廠址生產的貧鈾則通過新墨西哥州新建的脫氟設施進行處理，年處理能力同樣為2×5 000 tDUF6/a。

2 國外貧鈾管理基本策略歸納

綜合上述調研情況，全球主要鈾濃縮國家早期都采取以UF6形態(tài)直接儲存的管理策略，發(fā)展至目前都已先后建立了本國的貧鈾穩(wěn)定化處理設施，且以法國的干法轉化技術為主要技術路線，處理后的貧鈾形態(tài)為U3O8。相關國家采用的具體管理策略包括：以UF6形態(tài)長期儲存、間接轉移（出口再濃縮）、國內再濃縮、出口或國內穩(wěn)定化處理。歸納得出貧鈾管理的基本策略有三種，即長期儲存、再濃縮處理和穩(wěn)定化處理。

3 貧化六氟化鈾長期儲存的安全性分析

目前，國內外鈾濃縮行業(yè)儲存DUF6的專用容器主要有48G、48X、國標2.5m3等幾種專用鋼制容器，其壁厚在8～16 mm。根據(jù)美國六氟化鈾工業(yè)操作有關標準[5]，六氟化鈾專用容器的允許腐蝕裕度如下：

美國相關研究機構曾對儲存DUF6的鋼制容器進行過腐蝕試驗，得出在一般露天存放的條件下，容器內外表面腐蝕速率合計約0.043 mm/a，且外表面腐蝕要強于內表面。國內也曾先后多次就DUF6鋼制容器的腐蝕問題進行過研究，最后得出容器的平均腐蝕速率約為0.04 mm/a，與國外相關研究結果基本一致[4]。根據(jù)這一腐蝕速率和表1中容器的允許腐蝕裕度可以得出，48X、48Y型容器的安全存放年限約為70年，48G型容器的安全存放年限約為40年。

國內現(xiàn)存貧鈾主要集中在近15年內生產，容器的安全性還有相當?shù)脑６?。在貧鈾儲存設施安全性可保障、輻射監(jiān)測規(guī)范開展的前提下，國內貧鈾采取非穩(wěn)定形態(tài)直接儲存的風險總體可控。

4 長期儲存策略的經濟性導向

貧鈾的長期儲存管理，是指在特定的場所以某一形態(tài)長期存放的管理策略，并分為穩(wěn)定形態(tài)儲存和非穩(wěn)定形態(tài)儲存兩種方式。長期儲存的根本前提是安全風險可接受，在此前提下，對于上述兩種儲存方式，還有著明確經濟性導向。

（1）對于以非穩(wěn)定形態(tài)（DUF6）長期儲存的方式：如果新建用于DUF6長期儲存的場址，48X型容器按雙層碼放、每隔兩列預留應急和巡檢通道，采用有頂式庫房并建設標準實物保護系統(tǒng)。參考國內現(xiàn)有項目的建設投資，測算可得到：每噸DUF6直接儲存占地約1 m2，廠址平均造價約0.15萬元/m2；場址設計年限按50年考慮，房建物使用年折舊成本約0.003萬元/t DUF6；容器成本約0.7萬元/t DUF6，其安全使用年限按70年考慮，容器使用年折舊成本約0.01萬元/t DUF6；設施運營費用（主要為人工及修理費），按每20 000 t DUF6的廠址定員10人（人均人工成本按15萬元/a計）、設施維護費按200萬元/a考慮，得到年運營成本約0.017 5萬元/a。綜合以上要素，非穩(wěn)定形態(tài)（DUF6）長期儲存的年綜合管理成本約0.044萬元/t U。

（2）對于以穩(wěn)定形態(tài)（U3O8）長期儲存的方式：如果新建用于U3O8長期儲存的場址，采用DV70型容器按5層碼放，采用經一般硬化的露天場地存放。經估算：滿足載荷條件的準永久性（使用年限大于100年）場地綜合建設造價約0.05萬元/m2，折合場地造價約0.003萬元/t U3O8；容器平均造價約0.06萬元/t U3O8；永久場址可采取封蓋處理，設施運營維護費用基本可忽略。

根據(jù)相關預期，到2020年國內貧鈾產量將可能達到12 000 tU/a[6]。如果采取非穩(wěn)定形態(tài)儲存，年綜合管理成本約530萬元；70年容器安全使用期總管理成本（折現(xiàn)后）約37 000萬元。如果采取穩(wěn)定形態(tài)儲存，則場地和容器一次性投資約750萬元，安全儲存時間可超過100年。

顯然，采取穩(wěn)定形態(tài)長期儲存的策略有明顯的對比經濟性，這也是國際主要鈾濃縮國家先后建設貧鈾處理設施的重要原因。毫無疑問，穩(wěn)定形態(tài)長期儲存也有更好的安全性。對國內而言，加快貧鈾穩(wěn)定化處理技術的研發(fā)應用，具有很好的經濟導向。

5 結語

通過調研和歸納總結，貧鈾安全管理的基本策略主要有三種：長期儲存、再濃縮處理和穩(wěn)定化處理。目前國外主要鈾濃縮國家都已逐步放棄以DUF6形態(tài)長期儲存的管理策略，并多數(shù)采用法國的干法轉化技術建立起了本國的貧鈾穩(wěn)定化處理設施，實現(xiàn)貧鈾以穩(wěn)定形態(tài)的長期儲存和安全管理。

從容器使用的安全性來看，目前國內貧鈾管理采取以DUF6形態(tài)長期儲存的策略是可接受的；但從策略經濟性和長期安全性來看，加快對貧鈾穩(wěn)定化技術的研發(fā)應用，勢在必行。

參考文獻

[1] Gerald Boyd（DOE）.Depleted Uranium Hexafluoride （DUF6） Storage， Conversion， and Management in the U.S.[R].St. Petersburg， Russia， September 24th，2003.

[2] MD Laughter.Profile of World Uranium Enrichment Programs-2009[R].Ornl/tm，2007.

[3] 王偉剛，韓滔.我國貧鈾安全管理中長期發(fā)展規(guī)劃研究報告[R].北京：中國核燃料有限公司，2014.

[4] 陳芳流，劉浩潔，吳秀花，等.我國貧鈾處理技術發(fā)展戰(zhàn)略研究[R].北京：中國核工業(yè)集團公司核燃料部，2007.

[5] 程寶璧，樊保柱.美國能源部橡樹嶺工廠六氟化鈾實用操作手冊[M].北京：原子能出版社，1995.

[6] Hui Zhang.Chinas Uranium Enrichment Capacity： Rapid Expansion to Meet Commercial Needs[R].IAEA， August，2015.