贫铀管理的基本策略

韩滔 赵敏

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

摘 要：贫化六氟化铀是具有放射性和较强化学毒性的核工业副产品。世界核工业诞生至今积存了大量的贫化六氟化铀，对环境安全提出了挑战。该文在研究世界主要铀浓缩国家贫铀管理实践的基础上，归纳提出了贫铀管理的基本策略。该文侧重分析了贫化六氟化铀长期贮存的安全性，以及稳定和非稳定形态贫铀长期贮存的对比经济性，对研究我国贫铀管理的基本方向和技术规划有很好的参考意义。

关键词：贫铀 管理 基本策略

中图分类号：TL94 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（a）-0101-02

贫铀是核燃料加工产业链中铀浓缩生产环节的主要副产品，其初级形态主要是贫化六氟化铀（DUF6）；在乏燃料后处理环节也有一定量的贫铀产生。贫铀具有α放射性，有内照射防护要求；贫化六氟化铀的性质活泼，极易与空气中的水分反应生成氟化氢气体（酸雾）和氟化铀酰颗粒，而其中氟化氢具有很强的化学毒性。因此，大量贫铀以不稳定形态（DUF6）长期储存，必然存在潜在的环境风险。贫铀的安全管理也一直是各国核燃料产业可持续发展的重要议题。

该文通过调研国外贫铀管理实践，归纳提出贫铀管理的基本策略，并根据目前国内贫铀管理的实际情况，侧重分析了贫化六氟化铀长期储存的经济性和安全性，以期为国内贫铀管理决策提供有益的参考。

1 国外贫铀管理实践概述

全球铀浓缩工业化生产至今，累积存放了约200万t贫铀[1，2]，且多以贫化六氟化铀的形态暂存在钢制容器中。各主要铀浓缩国家对贫铀的管理也先后采取了多样化的策略。

（1）法国。1984年，在法国欧洲气体扩散厂（EURODIF）投运两年后，首批共两套GOGEMA工业脱氟机组（生产线）在皮尔埃拉特开始投运。每条生产线年处理能力约5 000 tDUF6，转化产物为八氧化三铀（U3O8）和氢氟酸（HF）。1993年，第二批同规模两条生产线投运，总处理能力达到20 000 tDUF6/a。

法国的脱氟技术采用干法工艺，UF6气体在干法炉中经两次水解直接得到U3O8粉末，并使用钢制DV70容器盛装。处理后的贫铀部分存放在生产厂，另一部分则被运往法国中部已关闭的贝锌矿储存[3]。目前，法国的贫铀处理能力除满足国内需求外，还有5 000 tU/a左右的富余。

（2） 美国。最初美国把从20世纪40年代中期以来产生的DUF6作为一种资源存放在帕杜尤卡、派克顿和橡树岭三个铀浓缩厂址，且全部采用露天存放。1999年美国能源部提出有关贫铀立法法案，确定将DUF6转化成更加稳定的化学形式。2004年美国政府批准在帕杜尤卡和朴茨茅斯分别建造一座DUF6转化设施，项目采用法国干法处理技术，年处理能力20 000 tDUF6。目前，上述两个厂址的贫铀处理设施均已投产。

在贫铀再利用方面，2007年前后国际铀价处于高位时，美国能源部曾重新研究其贫铀管理策略并考虑通过销售部分高丰度贫铀获利，同时提出了不加工直接出售、再浓缩后出售和不定期储存三种策略，其中再浓缩活动于2012年前后已付诸实施，但持续时间较短。目前美国持有的235U丰度超过0.4%的贫铀约14万t[3]。

（3）俄罗斯。2005年，俄罗斯TENEX公司和法国阿海珐集团开始正式合作建设本国的贫铀处理设施。该设施位于克拉斯诺亚尔斯克的铀浓缩厂区，共建设两条贫铀脱氟生产线，单线产能5 000 tDUF6/a[4]。2011年左右该设施全面投产。

（4）URENCO。从1996年开始，URENCO陆续将其持有的部分贫铀运往俄罗斯再浓缩处理（总量约80 000 tUF6）和出口至法国进行稳定化处理（总量约23 000 tUF6）[3]。欧洲贫铀转移活动在2010年左右已全面中止，且留存在俄罗斯的二次尾料目前还面临着退返争议的问题。

2009年，URENCO公司决定在英国卡彭赫斯特建设两条单线处理能力5 000 tDUF6/a的贫铀管理设施（TMF），该设施预计在2017年投产。同时，URENCO德国浓缩厂还计划将现有的DUF6出口至法国进行稳定化处理，以降低储存风险。目前，URENCO美国厂址生产的贫铀则通过新墨西哥州新建的脱氟设施进行处理，年处理能力同样为2×5 000 tDUF6/a。

2 国外贫铀管理基本策略归纳

综合上述调研情况，全球主要铀浓缩国家早期都采取以UF6形态直接储存的管理策略，发展至目前都已先后建立了本国的贫铀稳定化处理设施，且以法国的干法转化技术为主要技术路线，处理后的贫铀形态为U3O8。相关国家采用的具体管理策略包括：以UF6形态长期储存、间接转移（出口再浓缩）、国内再浓缩、出口或国内稳定化处理。归纳得出贫铀管理的基本策略有三种，即长期储存、再浓缩处理和稳定化处理。

3 贫化六氟化铀长期储存的安全性分析

目前，国内外铀浓缩行业储存DUF6的专用容器主要有48G、48X、国标2.5m3等几种专用钢制容器，其壁厚在8～16 mm。根据美国六氟化铀工业操作有关标准[5]，六氟化铀专用容器的允许腐蚀裕度如下：

美国相关研究机构曾对储存DUF6的钢制容器进行过腐蚀试验，得出在一般露天存放的条件下，容器内外表面腐蚀速率合计约0.043 mm/a，且外表面腐蚀要强于内表面。国内也曾先后多次就DUF6钢制容器的腐蚀问题进行过研究，最后得出容器的平均腐蚀速率约为0.04 mm/a，与国外相关研究结果基本一致[4]。根据这一腐蚀速率和表1中容器的允许腐蚀裕度可以得出，48X、48Y型容器的安全存放年限约为70年，48G型容器的安全存放年限约为40年。

国内现存贫铀主要集中在近15年内生产，容器的安全性还有相当的裕度。在贫铀储存设施安全性可保障、辐射监测规范开展的前提下，国内贫铀采取非稳定形态直接储存的风险总体可控。

4 长期储存策略的经济性导向

贫铀的长期储存管理，是指在特定的场所以某一形态长期存放的管理策略，并分为稳定形态储存和非稳定形态储存两种方式。长期储存的根本前提是安全风险可接受，在此前提下，对于上述两种储存方式，还有着明确经济性导向。

（1）对于以非稳定形态（DUF6）长期储存的方式：如果新建用于DUF6长期储存的场址，48X型容器按双层码放、每隔两列预留应急和巡检通道，采用有顶式库房并建设标准实物保护系统。参考国内现有项目的建设投资，测算可得到：每吨DUF6直接储存占地约1 m2，厂址平均造价约0.15万元/m2；场址设计年限按50年考虑，房建物使用年折旧成本约0.003万元/t DUF6；容器成本约0.7万元/t DUF6，其安全使用年限按70年考虑，容器使用年折旧成本约0.01万元/t DUF6；设施运营费用（主要为人工及修理费），按每20 000 t DUF6的厂址定员10人（人均人工成本按15万元/a计）、设施维护费按200万元/a考虑，得到年运营成本约0.017 5万元/a。综合以上要素，非稳定形态（DUF6）长期储存的年综合管理成本约0.044万元/t U。

（2）对于以稳定形态（U3O8）长期储存的方式：如果新建用于U3O8长期储存的场址，采用DV70型容器按5层码放，采用经一般硬化的露天场地存放。经估算：满足载荷条件的准永久性（使用年限大于100年）场地综合建设造价约0.05万元/m2，折合场地造价约0.003万元/t U3O8；容器平均造价约0.06万元/t U3O8；永久场址可采取封盖处理，设施运营维护费用基本可忽略。

根据相关预期，到2020年国内贫铀产量将可能达到12 000 tU/a[6]。如果采取非稳定形态储存，年综合管理成本约530万元；70年容器安全使用期总管理成本（折现后）约37 000万元。如果采取稳定形态储存，则场地和容器一次性投资约750万元，安全储存时间可超过100年。

显然，采取稳定形态长期储存的策略有明显的对比经济性，这也是国际主要铀浓缩国家先后建设贫铀处理设施的重要原因。毫无疑问，稳定形态长期储存也有更好的安全性。对国内而言，加快贫铀稳定化处理技术的研发应用，具有很好的经济导向。

5 结语

通过调研和归纳总结，贫铀安全管理的基本策略主要有三种：长期储存、再浓缩处理和稳定化处理。目前国外主要铀浓缩国家都已逐步放弃以DUF6形态长期储存的管理策略，并多数采用法国的干法转化技术建立起了本国的贫铀稳定化处理设施，实现贫铀以稳定形态的长期储存和安全管理。

从容器使用的安全性来看，目前国内贫铀管理采取以DUF6形态长期储存的策略是可接受的；但从策略经济性和长期安全性来看，加快对贫铀稳定化技术的研发应用，势在必行。

参考文献

[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] 王伟刚，韩滔.我国贫铀安全管理中长期发展规划研究报告[R].北京：中国核燃料有限公司，2014.

[4] 陈芳流，刘浩洁，吴秀花，等.我国贫铀处理技术发展战略研究[R].北京：中国核工业集团公司核燃料部，2007.

[5] 程宝璧，樊保柱.美国能源部橡树岭工厂六氟化铀实用操作手册[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.