Технология извлечения радия из подземной минерализованной воды

Аналога радиевому промыслу на реке Ухта не было в мире нигде. Поэтому его технология уникальна, и сведения о ней представляют большой интерес для истории отечественной промышленности. Описание технологии конца 40-х - начала 50-х гг. составлено Игорем Васильевичем Дахно [70]. В 1951-1953 гг. он работал технологом участка эксплуатации заводов по переработке воды, а в 1953-1956 гг. - начальником цехов № 4 и 5 завода № 226. Уточняющие данные получены нами при анализе архивных документов - протоколов производственных совещаний, пояснительных записок, строительных чертежей, описаний рационализаторских предложений, протоколов заседаний БРИЗа и пр. Ниже мы кратко изложим технологию Водного промысла.

Минерализованная вода с содержанием радия 3 мг на 1000 м3 подавалась от скважин в водонапорную систему химзавода по многокилометровым водотокам из трехметровых деревянных труб.

Соотношение бария и радия в получаемом концентрате должно было иметь заданную величину, поэтому в приемном желобе к воде добавляли раствор хлорида бария. Далее вода распределялась по системе гипсовальных желобов, заполненных дробленым гипсом CaSO4 x 2H2O, где проходила реакция соосаждения бария и радия:

CaSO4 + Ba(Ra)Cl2 = CaCl2 + Ba(Ra)SO4

После гипсовальных желобов вода последовательно проходила через три больших отстойных чана емкостью по 80-85 м3, где оседало 60-70 % смеси нерастворимых сульфатов бария и радия. Из отстойных чанов вода переливалась на фильтры, заполненные опилками и мхом, где происходило окончательное улавливание концентрата. Из фильтров вода сливалась в сборный желоб, направлялась на водомеры объемного типа и сливалась на землю или в ближайший водоем. Содержание радия в отработанной воде составляло всего 0,03-0,05 мг на 1000 м3, т.е. улавливание было практически полным.

По мере накопления осадка чаны отстаивали, воду сливали и производили выемку осадка-концентрата, который затем сушили на противнях в сушилках, отапливаемых природным газом из местных источников. При засорении фильтры меняли, а опилки и мох озоляли в этих же сушилках. Полученный концентрат и озоленные фильтры упаковывали в деревянные бочки и направляли на завод по переработке концентрата. Содержание радия в концентрате составляло в среднем 30 мг на тонну, т.е. степень обогащения на первичных радиохимических заводах достигала 10000 раз.

Радиохимические заводы представляли собой двухэтажные бревенчатые здания. На верхнем этаже находились гипсовальные желоба, на нижнем - фильтры. Отстойные чаны размещались под открытым небом, только на химзаводе № 1 - в помещении. Здания не отапливались, но даже в сильные морозы вода в системе не замерзала, так как с водой из скважин поступало большое количество тепла. По воспоминаниям И. В. Дахно, "...на химзаводах поддерживались идеальная чистота и порядок, не последнюю роль в этом играл лагерный режим" [71]

Всё технологическое оборудование было изготовлено из дерева, которое, в отличие от железа, не разрушалось при контакте с минерализованной водой. Деревянные трубы-водоводы не требовали теплоизоляции и не замерзали в сильные морозы. Важно и то, что дерево - местный материал.

Следует отметить, что первоначально, согласно сохранившимся проектным документам, на химзаводе № 1 для осаждения бария и радия планировали использовать концентрированную серную кислоту [72]. Это дорогостоящий реактив, который пришлось бы завозить на промысел из других районов страны. Кроме того, система емкостей, насосов и трубопроводов для серной кислоты была сложна и требовала специальных материалов. Однако нам неизвестно, был ли реализован данный проект. Доподлинно известно, что в 1934 г. для осаждения радия использовали гипс из расположенного неподалеку месторождения (около лагпункта Веселый Кут) [73].

На удаленных высокодебитных скважинах строили индивидуальные установки, состоявшие, по воспоминаниям И.В. Дахно, из нескольких гипсовальных желобов и фильтров [74], а по сохранившимся проектным документам 1933 г. - из нескольких гипсовальных желобов и двух секций отстойных чанов [75].

Выделение радия и получение конечного продукта производили на заводе по переработке радиевого концентрата в поселке Водный. Концентрат, полученный с радиохимических заводов по переработке воды, смешивали на бегунах с древесным углем, древесными опилками, хлористым барием и раствором хлористого кальция. Смесь (200-250 кг) загружали во вращающиеся муфеля и спекали в течение шести часов при 900° C. Нерастворимые сульфаты бария и радия переходили в растворимые хлориды бария и радия:

Ba(Ra)SO4 + 2C + CaCl2 = Ba(Ra)Cl2 + CaS + 2CO2

Ba(Ra)SO4 + CaCl2 = Ba(Ra)Cl2 + CaSO4

Хлориды бария и радия выщелачивали из спёка горячей водой в подвесной центрифуге. Спёки, в которых оставалось примерно 1 мг радия на тонну, отправляли в отвалы (так называемые "черные отвалы"), а из щелоков в испарителях выделяли кристаллы Ba(Ra)Cl2.

Разделение бария и радия осуществляли путем сложной многоступенчатой процедуры дробной кристаллизации, основанной на различной растворимости в воде галогенидов бария и радия [76]. Вначале проводили дробную кристаллизацию хлоридов бария-радия, затем хлориды переводили в бромиды и на завершающем этапе происходила дробная кристаллизация бромидов бария-радия.

Полученные кристаллы бромида радия прокаливали в муфельной печи и запаивали в стеклянные ампулы. Содержание RaBr2 в готовом препарате составляло не менее 90%.

В 30-е гг. из-за несовершенства технологии содержание радия в "черных отвалах" достигало 5,45 мг на тонну. Отходы с содержанием радия свыше 1,5 мг на тонну считались как "товарные отвалы" и подлежали вторичной переработке [77]. Более совершенный способ переработки концентратов был разработан, по-видимому, при участии заключенного И.Я. Башилова. Вторичная переработка "товарных отвалов" позволила в 1941 г. добиться рекордного на Водном промысле объема выпуска радия - 21541 мг [78].

Особенности технологии выделения радия из отходов урановой промышленности нам пока неизвестны, мало знаем и о происхождении самих отходов. Вероятно, это была урановая руда после выделения из нее смеси изотопов урана на Табошарском радиохимическом комбинате в Таджикской ССР. На завод № 226 она поступала в виде окатышей, упакованных в специальные металлические банки-контейнеры. Здесь из этих отходов извлекали радий ("спецматериал № 1") и уран ("спецматериал № 2").