3.4. Размещение адсорбента в океане

Необходимое число базовых модулей фиксируется в океане в области теплых течений. Поскольку в притопленном и плавучем вариантах используются модули, состоящие из 100 отдельных поглощающих блоков, вес адсорбента в них достигает 12,5 тонн. При этом общий вес одного модуля равен 100 тоннам с учетом массы крепления и контейнеров. Установка удерживается на плаву за счет подъемной силы. При подъеме на поверхность вес системы составляет свыше 120 тонн.

Проектные характеристики установки в рабочем состоянии предполагают скорость течения 1,4 м/сек и рассчитаны на высоту волны до 10 м при скорости ветра 55 м/сек (шторм и т.д.).

1. Притопленный вариант.

В притопленном варианте на 1 платформу приходится 1 модуль (100 блоков). Такие платформы устанавливаются на расстоянии 200 метров друг от друга и крепятся к морскому дну 4 якорями каждая. Через 60 дней платформы по очереди поднимаются на поверхность. Грузоподъемность плавучего крана должна составлять порядка 1000 тонн. С учетом эксплуатационных возможностей кранов потребуется 59 судов, а оптимальная ежегодная частота выемки (подъемов) составляет 3,3 раза. В этом случае число платформ возрастет с 3200 до 4530, а количество используемого адсорбента увеличится в 1,4 раза.

Характеристика расходов показана в таблице 3.

Хотя значительная доля расходов приходится на оборудование, эксплуатационные затраты, включая оплату персонала, также составляют значительную часть по сравнению с другими вариантами.

2. Плавучий вариант.

Размеры плавучей установки определены с учетом особенностей конструкции. 27 рядов поглощающих модулей из 20 модулей объединяются в единую матрицу; таким образом, на 1 платформу приходится 540 поглощающих модулей. Необходимые для добычи намеченного объема урана 3200 поглощающих модулей распределяются по 6 платформам, которые крепятся якорями. Поглощающие модули поочередно грузятся краном на перегрузочные суда. Если считать, что судно будет работать по 300 дней в году с учетом времени на перегрузочные работы и путь до порта и обратно, потребуется 20 судов грузоподъемностью 5000 тонн.

Основная доля расходов приходится на строительство плавучих платформ и эксплуатационные работы.

3. Вариант "цепочка".

С учетом возможного провисания стяжки на глубине 50 метров модуль компонуется из 10 поглощающих блоков. Таким образом, потребуется 32000 модулей. Если эти модули расположить друг за другом на расстоянии 10 метров, общая длина стяжки составит 320 км. Поэтому оборудование в системе "цепочка" располагается в виде 14 сегментов, длина каждого сегмента равна 23 км. Число поглощающих модулей равно 2300 в каждом сегменте. Стяжка, соединяющая эти сегменты, крепится к платформе через каждые 15 модулей (150 м). Платформа удерживает поглощающие модули на постоянной глубине. Выемка поглощающих модулей осуществляется по принципу горнолыжного подъемника; поглощающий модуль поднимается, модуль снимается и крепится новый. При цикле в 60 суток за день обрабатывается 134 модуля.

В данном варианте основная доля расходов приходится на стоимость изготовления оборудования. Из трех вариантов в данном случае добыча урана обходится дешевле всего.

Примечание:

• оценка стоимости для каждого варианта включает затраты на перевозку, замену и т.д.;
  
  
• 15-летний срок работы при 3% расходах на амортизацию оборудования;
  
  
• эксплуатационные расходы составляют 3% в год от стоимости оборудования;
  
  
• затраты на выплату персоналу - 10 млн.йен в год на человека.
  
  

3.5. Стадия десорбции-очистки

Процесс десорбции тяжелых металлов и очистки полученного урана включает ряд стадий. После промывки струей морской воды для удаления мелких морских организмов адсорбент погружается в 0,01% раствор соляной кислоты, при этом натрий и магний десорбируются и отделяются. Затем адсорбент помещается в 0,1% раствор азотной кислоты, где происходит выделение тяжелых металлов для последующего их изъятия. Полученный раствор с тяжелыми металлами проходит процесс очистки на установке, при этом выделяются различные металлы, включая уран. После десорбции тяжелых металлов адсорбент подвергается обработке в щелочной среде (гидроксид натрия), после чего адсорбент становится пригодным для последующего использования. Адсорбент, замененный из-за утраты поглощающей способности, сжигается.

В таблице 4 приведена оценка стоимости процесса в предположении, что ежегодно 10000 тонн адсорбента подвергается десорбции и очистке. Расчеты выполнены только применительно к добыче урана без учета затрат на получение других, параллельно извлеченных тяжелых металлов.

30-летняя амортизация зданий, 15-летняя амортизация оборудования.

4. Анализ

    Оценки затрат на производство адсорбента, на якорные системы крепления и на процесс десорбции и очистки для трех вариантов размещения адсорбента приведены в таблице 5. В этой же таблице приводятся данные по площади морской акватории, отчуждаемой для этих работ. Основная задача оценки стоимости заключалась в определении вопросов, которые могут стать ключевыми для повышения экономичности. Прибыль, получаемая от добычи сопутствующих металлов, компенсации, выплачиваемые рыболовной индустрии за использование водного пространства, и затраты на строительство портовых сооружений не учитывались.

При сравнении трех вариантов оказалось, что наименьшей стоимостью характеризуется метод "цепочка". Важным в этом методе является то, что для тестирования механизма, предотвращающего обрыв стяжек при сильном волнении, необходимо провести дополнительные исследования.

При сильном волнении основная проблема, предположительно, заключается в резких движениях платформы, а не в ее прочности (это может, например, диктовать необходимость ограничений на замену адсорбента в рабочих условиях). Поэтому необходимо исследовать динамические свойства модулей и поглощающих блоков в условиях сильного волнения. Кроме того, в варианте плавучей платформы, когда к последней крепится большое количество блоков, необходимо проверить вероятность контакта блоков друг с другом, их столкновений и т.д.

Каждый из рассматриваемых здесь вариантов предполагает использование слоистого адсорбента, изготовленного из полимерных волокон, размещенного в контейнерах из нержавеющей стали. Около 80% затрат приходится на крепежную систему, что обусловлено большими расходами на создание крепежных приспособлений для крепления крупногабаритных блоков адсорбента в районе проведения работ. Сам адсорбент в погруженном состоянии лишен веса. Основная весовая нагрузка определяется стальным контейнером, вес в воде обусловлен практически только металлической конструкцией. Стоимость добычи урана может быть существенно снижена за счет использования облегченных контейнеров.

Поглощающая способность адсорбента напрямую влияет на стоимость. Стоимость приблизительно уменьшается вдвое, если поглощающая способность (темпы добычи) увеличивается в два раза. Важной проблемой является также продление срока годности адсорбента. Сокращение стоимости добычи непосредственно зависит и от увеличения срока годности адсорбента.

Затраты на десорбцию и очистку составляют малую долю от общей стоимости. Хотя технология очистки в основном уже отработана, ведутся исследования по созданию технологии сепарационной десорбции, позволяющей компенсировать ослабление поглощающей способности адсорбента. В результате это может повысить его поглощающую способность и существенно снизить затраты.

5. Заключение

    Рассматриваются три варианта установки для добычи урана из морской воды с использованием полиэтиленового волокнистого адсорбента, содержащего амидоксимные группы и синтезированного методом радиационной графт-полимеризации. Проведены оценочные расчеты стоимости этих вариантов. Оценка имела целью выявить технические проблемы технологии. Детальная проработка конструкций систем и оборудования не проводилась. В ходе исследований выявлены проблемы, которые следует решить в будущем для повышения экономичности добычи урана из морской воды. На основе полученных результатов необходимо провести более тщательные исследования с целью получения уточненных оценок стоимости.

1. Поглощающая способность адсорбента напрямую влияет на стоимость. Для улучшения свойств адсорбента необходимо провести дополнительные исследования с тем, чтобы повысить экономичность и продление срока годности адсорбента.

2. В каждом из рассмотренных вариантов около 80% общих затрат приходится на стоимость якорно-крепежной системы. Основная причина заключается в использовании металлических конструкций, определяющих большой вес системы. Необходимо проведение исследований для снижения стоимости за счет использования облегченных материалов, таких как упрочненный пластик и другие.

3. Наряду с этим необходимо сократить площадь, занимаемую платформой, в плавучем варианте.

Если в результате технических исследований окажутся возможными повышение поглощающей способности адсорбента, разработка метода десорбции, не снижающего адсорбирующей способности материала, облегчение конструкционных материалов якорно-крепежной системы, возможно дальнейшее снижение стоимости добычи урана. С учетом сказанного необходимо продолжить научно-исследовательские работы в данной области.

Технический отчет Таканобу Суго, Масао Тамада, Тадао Сегучи, Такао Шимидзу и др. Отделение радиационной химии Такасаки Института атомных исследований Японии. Nihon Genshiryoku Gakkaishi, Vol. 43, No. 10 (2001).