Chu trình nhiên liệu năm 2009

ứng phát điện), mà không có cơ sở làm giàu đồng vị urani hoặc tái chế thì không bị cộng đồng quốc tế bao vây kinh tế, v.v. . Chủ vận hành nhà máy điện hạt nhân chỉ sử dụng bó nhiên liệu thành phẩm cho lò phản ứng. Để được nhiên liệu dưới dạng bó nhiên liệu cho lò phản ứng cần thực hiện công đoạn chế tạo nhiên liệu từ nguyên liệu như là UF6 và UO2 dạng bột. Các cơ sở chế tạo phải chế tạo nhiên liệu cần có cho mỗi thiết kế lò. Các lò vận hành với hiệu suất cao cần nhiên liệu với thay đổi riêng biệt cho mỗi bó nhiên liệu. Việc chế tạo này có tính chuyên môn cao nhưng chủ nhà máy điện hạt nhân có thể thể thực hiện hợp đồng cho những dịch vụ này với các nhà máy giàu đồng vị U-235 hoặc nhà máy chế tạo nhiên liệu. Dịch vụ chế tạo nhiên liệu, giống như dịch vụ làm giàu đồng vị urani, đều nằm trong thị trường cạnh tranh nhưng có khác nhau quan trọng. Trong khi urani làm giàu thấp là hàng hóa có thể trao đổi (sản phẩm từ các nhà làm giàu đồng vị khác nhau có thể trao đổi với nhau), chế tạo nhiên liệu có tính đặc thù cho mỗi lò phản ứng như đã trình bày. • Nhu cầu nhiên liệu cho nhà máy điện hạt nhân Theo tài liệu Sổ tay NLNT của Hiệp Hội Công Nghiệp Hạt nhân Nhật Bản, lượng urani cần thiết cho một năm dùng cho loại lò nước nhẹ công suất 1000MW có độ cháy nhiên liệu 40GWd/tU) là ~ 200 tấn U3O8 hoặc 170 tấn U tự nhiên, tương đương 23 tấn UO2 có độ giàu U-235 là 4,1% hoặc 20 tấn U tính cho dạng kim loại. • Giá nhiên liệu và cách thức mua bán nhiên liệu Giá nhiên liệu chiếm < 10% giá điện năng bao gồm cả việc tính chi phí chôn cất chất thải. Những tính toán mới đây của Hoa Kỳ cho thấy giá nhiên liệu có thể lên đến 15% (8USD/MWh theo giá USD 2006) và đã bao gồm 1USD/MWh cho việc chôn thải. Giá nhiên liệu: 4-5USD/MWh ~ 10% giá điện trong đó: 25% cho U; 30% làm giàu đồng vị; 20% chế tạo nhiên liệu và 25% chôn cất thải với tính toán giá thành điện hạt nhân: 30-50USD/MWh (70% cho khấu hao, 20% cho vận hành và bảo dưỡng, 10 % chi phí cho chu trình nhiên liệu). Giá vận chuyển và bảo quản nhiên liệu đã cháy gồm 70-100 USD/kg cho việc vận chuyển bằng xe hoặc bằng tàu hỏa; 200 USD/ kg cho việc vận chuyển bằng tàu thủy và 100-300 USD/ kg bảo quản nhiên liệu khô vòng đời 50 năm. Giá để thu nhận lại nhiên liệu sau khi cháy và bảo quản dài hạn là nhỏ, chiếm 10 % của nhiên liệu mới hoặc 1-2% giá điện năng. Gía chôn cất thẳng nhiên liệu đã cháy được ước lượng là 400-900USD/kg. Nguyên liệu đầu urani dạng kỹ thuật sau khi tinh chế đến mức độ nhất định là hàng hóa, có thể được nhà vận hành lò phản ứng ủy thác cho bất kỳ nhà máy chuyển hóa nào đã kí kết hợp đồng và sản phẩm sau chuyển hóa được chuyển đến bất kỳ nhà máy làm giàu nào trong khuôn khổ thương mại giữa các nước. Một điểm đặc biệt của chu trình nhiên liệu hạt nhân là cách các công ty có lò phản ứng mua nhiên liệu. Thay cho việc mua bó nhiên liệu từ nhà chế tạo, thường họ mua urani thuộc tất cả các dạng trung gian. Điển hình, người mua nhiên liệu của công ty có lò phản ứng sẽ ký kết riêng rẽ với các nhà cung cấp ở tầng bước của quá trình sản xuất. Đôi lúc người mua có thể mua urani giàu và kí kết hợp đồng chế tạo riêng. Họ cũng thường thuê hai hoặc ba nhà cung cấp cho mỗi giai đoạn của chu trình là những ai cạnh tranh cho việc kinh doanh của họ. Hiện nay, tất cả các nhà chế tạo nhiên liệu cạnh tranh nhau để sản xuất và bán nhiên liệu bổ sung hàng năm. Phần lớn cơ sở chế tạo nhiên liệu nằm bên trong lãnh thổ của của các nước có nhà cung cấp lò phản ứng và cũng là phần lớn nước làm giàu đồng vị urani (xem phụ lục kèm theo). Việc buôn bán nhiên liệu, vật liệu hạt nhân, thiết bị hạt nhân không chỉ đơn thuần dựa vào kí kết hợp đồng mang tính kinh tế giữa nhà chế tạo hoặc cung cấp với người mua mà còn phụ thuộc vào quan hệ giữa các quốc gia và bị ràng buộc quốc tế về Hiệp định không phổ biến vũ khí hạt nhân, về quản lý xuất khẩu, v.v. . • Tình hình cung cầu nhiên liệu hạt nhân của thế giới hiện nay và dự báo cho giai đoạn 2020-2030 và sau 2030 - Tài nguyên urani và cung cầu nhiên liệu hạt nhân trên thế giới + Phân bố tài nguyên urani trên thế giới Khác với nhiên liệu hóa thạch, phân bố tài nguyên urani không tập trung vào một số khu vực, mà phân bố khá đồng đều: Liên Xô cũ: 27% (Nga: 10%; Kazakhstan: 15%; Uzbekistan: 2%); Úc: 23%; Châu Mỹ (19%) (Canada: 8%; Hoa Kỳ: 6%; Brazil: 5%); Châu Phi: 18% (Nam Phi: 8%; Niger: 5%; Namibia: 5%) và các nước khác: 13%. (So sánh nhiên liệu hóa thạch: Trung Đông: 61%, Liên Xô cũ: 9,6%; Châu Mỹ: 14,6% và Châu Phi: 9,5%). Phần lớn các nước có tài nguyên urani có chế độ chính trị ổn định. Sự phân bố này tạo thuận lợi cho việc đảm bảo cung cấp nguyên liệu urani. +Cung cầu nguyên liệu urani trên thế giới Khả năng sản xuất urani kỹ thuật Theo tài liệu phân tích của Tổ chức NLNT thế giới (IAEA), tốc độ đóng góp phần điện hạt nhân hàng năm vào tổng điện năng của thế giới trong giai đoạn 2006 đến 2030 từ 0,6 đến 2,8%. Với tốc độ này, điện hạt nhân phát triển từ 369,7 GWe vào năm 2006 đến 447- 691 GWe vào năm 2030. Để đáp ứng nhu cầu điện hạt nhân này, nhu cầu urani nguyên liệu từ 66.500 tấn U vào năm 2006 đến 93.775- 121.955 tấn U vào năm 2030. IAEA cũng đưa ra số liệu dự kiến khả năng sản xuất urani của thế giới tới năm 2030 như sau: Năm 2007 2010 2015 2020 2025 2030 A 54 370 80 685 95 630 88 525 83 840 83 130 Sản lượng (tấn U) B 56 855 86 720 117 420 122 620 118 060 117 850 (cột A: Năng lực của các cơ sở đang sản xuất và có kế hoạch sản xuất từ tài nguyên RAR và EAR-I có giá < 80USD/kgU. Cột B: Bao gồm các cơ sở đang xây dựng hoặc có kế hoạch xây dựng với dự kiến sản xuất từ tài nguyên RAR và EAR-I có giá < 80USD/KgU). Để thỏa mãn nhu cầu urani đến năm 2020 cần phải tăng cường điều tra địa chất và đến năm 2030 cần đưa vào vận hành hàng chục mỏ mới và vượt mức khai thác hiện nay đến 2-3 lần. Theo IAEA, giải quyết vấn đề này là hoàn toàn hiện thực. Các đánh giá sơ bộ của tổ chức IAEA và OECD NEA, về tổng thể của thế giới, từ các nguồn urani đã được thăm dò và trữ lượng urani dự báo đủ cho nhân loại trong thời gian dài. Thời gian này hiện được đánh giá là ~ 100 năm tới. Hiện có 11 quốc gia sản xuất urani kỹ thuật chính và được sắp xếp theo thứ tự sau: Canađa, Úc, Kazakhstan, Nga, Namibia, Niger, Uzbekistan, Nam phi, Mỹ, Ukraina và Trung Quốc ( xem bảng 1). Năng lực làm giàu và chế tạo nhiên liệu Như đã trình bày ở trên, nhiên liệu hạt nhân thành phẩm dùng trực tiếp cho lò phản ứng được chế biến từ urani kỹ thuật qua các công đoạn như chuyển hóa urani kỹ thuật sang dạng UF6, làm giàu đồng vị urani nhằm đạt hàm lượng đồng vị U-235 cỡ 4-5% và chế tạo nhiên liệu (gồm các bước: chế tạo gốm nhiên liệu từ UF6 đã làm giàu; chế tạo vỏ bọc nhiên liệu; chế tạo thanh và bó nhiên liệu). Hiện nay, những nước sau có công nghệ làm giàu đồng vị urani-235: Brazil, Trung Quốc, Pháp, Đức, Ấn Độ, Nhật Bản, Hà Lan, Pakistan, Nga, Anh và Hoa Kỳ. Trong đó, một số nước phục vụ cho cả chương trình vũ khí, một số chỉ phục vụ cho nhu cầu nhiên liệu hạt nhân của quốc gia. Chỉ có hai quốc gia: Nga (MINATOM) và Hoa kỳ (DOE và USEC) và hai tổ hợp quốc tế: Eurodif (ở Pháp) và Urenco (ở Đức, Hà Lan, Anh và sắp tới là ở Hoa kỳ và liên doanh với Pháp) cung cấp dịch vụ làm giàu đồng vị U-235 cho các nước khác. Công suất làm giàu đồng vị của Nga và Hoa kỳ và hai tổ hợp quốc tế: Eurodif (ở Pháp) và Urenco (ở Đức, Hà Lan, Anh và sắp tới là ở Hoa kỳ và liên doanh với Pháp) đủ cho việc hoạt động của các nhà máy điện nội địa và các nước hiện các cơ sở này cung cấp dịch vụ. Tổng năng lực làm giàu đồng vị urani của 10 quốc gia là 45.755 103SWU /năm xếp theo thứ tự sau: Nga, Mỹ, Pháp, Hà Lan, Anh, Đức, Nhật bản, Trung Quốc, Achentina và Pakistan. Quốc gia thực hiện công nghệ chế tạo nhiên liệu từ nguyên liệu urani đã được làm giàu phụ vụ cho nhu cầu nội địa: Achentina, Brazil, Canađa, Trung Quốc, Ấn Độ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Romani, Pakistan và quốc gia vừa cung cấp nhu cầu nội địa vừa cung cấp dịch vụ chế tạo cho nước khác: Bỉ, Pháp (AREVA NC), Đức (Framatom ANP), Nga, Tây Ban Nha, Thủy Điển (WH), Anh Quốc, Hoa Kỳ (GE, WH, Siemens, AREVA NC). Phần lớn cơ sở chế tạo nhiên liệu hiện nay được xây dựng tại các nước có bán lò phản ứng và cũng là phần lớn là những nước thực hiện việc làm giàu urani. • Xu thế bảm bảo cung ứng nhiên liệu của thế giới Dựa trên Hiệp ước NPT, các nước sỡ hữu vũ khí hạt nhân và các nước có nền công nghiệp hạt nhân phát triển (Nga, Hoa Kỳ, Đức, Anh, Nhật Bản) cũng như một số tổ chức quốc tế (IAEA, Hội Hạt Nhân quốc tế, …) đề xuất các sáng kiến và cơ chế đảm bảo cho việc cung cấp nhiên liệu hạt nhân. Bản chất của các đề xuất này là không cho phép các nước mới tham gia vào điện hạt nhân xây dựng cơ sở làm giàu đồng vị và tái chế nhiên liệu hạt nhân đã cháy. Các cơ sở hạt nhân nhạy cảm này được hạn chế ở một số quốc gia đặc thù. Các quốc gia đặc thù này phải bảo đảm cho các nước khác việc cung cấp ổn định nhiên liệu hạt nhân. Xu hướng chung hiện nay là: (1) Xây dựng các trung tâm làm giàu đồng vị U-235 quốc tế, đặt tại các nước sỡ hữu vũ khí hạt nhân và (2) Xây dựng ngân hàng nhiên liệu dạng sản phẩm urani đã làm giàu nhẹ như UO2 và UF6 nhằm cung cấp nhiên liệu cho nhà máy điện hạt nhân khi có đứt quãng trong việc cung cấp nhiên liệu do những đổ vỗ chính trị. Triển vọng của các đề xuất, sáng kiến này vẫn còn rất hạn chế trong triển khai thực tế. Hiện nay, việc cung cấp urani và các dịch vụ nhiên liệu vẫn được thực hiện theo cơ chế đã trình bày. Trong các đề xuất trên cũng nhấn mạnh cơ chế cung cấp nhiên liệu hiện tại. III. 3. Đảm bảo cung cấp nhiên liệu hạt nhân cho giai đoạn 2020-2030 • Nhu cầu nhiên liệu hạt nhân Theo QHĐ VI trong giai đoạn từ 2020 đển 2025 nhu cầu nhiên liệu thành phẩm của 11 tổ máy là: 220 tấn U cho mỗi năm nhằm để bổ sung nhiên liệu. Giai đoạn sau 2025 -2030 nhu cầu nhiên liệu thành phẩm của 16 tổ máy là: 320 tấn U cho mỗi năm nhằm để bổ sung nhiên liệu chưa kể nhiên liệu lần đầu nạp cho các lò phản ứng là . Việc đánh giá giá nhiên liệu vào thời điểm này là rất khó. Giá hiện nay cho một lò phản ứng công suất 1000 MW một năm là 25-30 triệu USD. • Phương án cung cấp nhiên liệu Trong giai đoạn này cần có lõi nhiên liệu hạt nhân đầu tiên cho việc khởi động nhà máy và nhiên liệu chạy trong một số năm trong thời gian bảo hành nhà máy ( tối thiểu 03 năm). Số nhiên liệu này tốt nhất sẽ do công ty trúng thầu cung cấp nhà máy đảm nhiệm. Nhiên liệu thành phẩm cho lõi lò và bổ sung hàng năm được thực hiện bằng cách thức nhập khẩu. Phương thức nhập khẩu nhiên liệu hạt nhân thành phẩm có thể được thực hiện: - Chủ nhà máy ĐHN ủy thác cho một công ty nước ngoài, đó là công ty trúng thầu cung cấp nhà máy ĐHN, đảm nhiệm. - Chủ nhà máy ĐHN trực tiếp nhập khẩu nhiên liệu từ một hoặc một số công ty nước ngoài. Trong thời gian này chủ nhà máy ĐHN ủy thác nhập khẩu cho công ty trung thầu là thích hợp nhất do kinh nghiệm, sự chuẩn bị về cơ sở hạ tầng và trách nhiệm bảo hành của chủ thầu. • Các chuẩn bị cho việc đảm bảo nhập khẩu nhiên liệu thành phẩm Chuẩn bị yêu cầu đấu thầu cho nhà máy ĐHN - Đưa yêu cầu cung cấp nhiên liệu vào yêu cầu thầu cung cấp nhà máy ĐHN. - Thương thảo hợp đồng và kí kết hợp đồng với nhà thầu. Chuẩn bị cơ sở pháp lý nhập khẩu và chuyên chở nhiên liệu Tuy nhập khẩu ủy thác, nhưng Việt Nam phải có trách nhiệm tạo cơ sở pháp lý cho việc nhập khẩu nhiên liệu hạt nhân thành phẩm. Đó là cơ sở pháp lý quốc tế, song phương và đa phương và cơ sở pháp lý cho hoạt động chuyên chở, kiểm định nhiên liệu, v.v. tại Việt Nam. Thành lập công ty nhiên liệu hạt nhân Công ty nhiên liệu hạt nhân chuyên trách công tác đảm bảo cung cấp nhiên liệu gồm nhập khẩu và triển khai hoạt động về nhiên liệu trong nước. Đây là công ty nhà nước với đầu tư tài chính của chủ nhà máy điện và các nhà đầu tư khác. Trong giai đoạn đầu, công ty phối hợp các cơ sở nghiên cứu như Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam để để thực hiện việc nhập khẩu nhiên liệu (kiểm tra nhiên liệu tại nhà máy chế tạo, …), xây dựng chính sách, các đề án tiền khả thi, khả thi xây dựng nhà máy chế tạo nhiên liệu và nhà máy chế biến quặng urani. Thành lập công ty vận chuyển nhiên liệu và nhiên liệu hạt nhân đã cháy Chuyên chở nhiên liệu hạt nhân cần đáp ứng yêu cầu cao về an ninh, anh toàn. Việc chuyên chở được thực hiện bỡi công ty chuyên trách, có chuyên môn cao. Công ty này được đầu tư bỡi chủ nhà máy điện hạt nhân và các nhà đầu tư khác. • Trách nhiệm của các cơ quan Trách nhiệm chính của chủ đầu tư - Đưa vào yêu cầu đấu thầu yêu cầu về cung cấp nhiên liệu. Phần thầu cung cấp nhiên liệu được thực hiện dưới dạng hợp đồng riêng, như là một phần của hợp đồng chính xây dựng nhà máy. Cấu trúc phần thương lượng giá cả trong hợp đồng cung cấp nhiên liệu được thực hiện trọn gói hoặc dưới dạng tính toán từng phần một như giá nguyên liệu urani, giá tinh chế, chuyển hóa, làm giàu đồng vị và chế tạo nhiên liệu. - Thiết lập các công ty nhiên liệu hạt nhân và công ty chuyên chở nhiên liệu hạt nhân và nhiên liệu hạt nhân đã cháy. - Phối hợp với Viện NLNTVN đào tạo cán bộ, đặc biệt cán bộ có hiểu biết thực tế về nhiên liệu, nắm chắc các hiểu biết liên quan kiểm soát chất lượng (QA, QC) phục vụ cho công tác giám sát quá trình chế tạo nhiên liệu ở cơ sở nước ngoài cung cấp nhiên liệu cho lò phản ứng trong quá trình nhập khẩu. Trách nhiệm của chính phủ - Tham gia đầy đủ các hiêp định và công ước Quốc tế liên quan đến ứng dụng năng lượng nguyên tử và trực tiếp đến xuất nhập khẩu vật liệu, thiết bị hạt nhân, quản lý nhiên liệu đã cháy. (Ngoài hiệp định quốc tế đã ký kết: Hiệp ước không phổ biến vũ khí hạt nhân (1982), Công ước thông báo sớm tai nạn hạt nhân (1987), Công ước trợ giúp trong trường hợp sự cố hạt nhân hoặc tai nạn phóng xạ (1987), Hiệp ước cấm thử vũ khí hạt nhân toàn diện (ký năm 1996, phê chuẩn năm 2006), Hiệp định thanh sát hạt nhân với Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế IAEA (1990) và Nghị định thư bổ sung cho Hiệp định thanh sát (ký năm 2007, chưa phê chuẩn), Việt Nam cần tham gia: Điều ước bảo vệ vật thể hạt nhân trong đó có việc bảo vệ vật liệu hạt nhân và Quản lý xuất khẩu (London guideline for Nuclear supply Group (1978/1992),v.v.). - Kí kết hiệp định song phương và đa phương về hợp tác trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử vì mực đích hòa bình làm làm khung pháp lý cho việc các công ty kí kết hơp đồng kinh tế cung cấp nhiên liệu hạt nhân và các dịch vụ khác trên cơ sở đa phương và đa dạng quan hệ quốc tế trong vấn đề này nhưng tập trung vào đối tác có tiềm năng về nguyên liệu, công nghệ, có chế độ chính trị ổn định và có quan hệ chính trị và kinh tế lâu dài với Việt Nam III.4. Đảm bảo cung cấp nhiên liệu hạt nhân cho giai đoạn sau 2030 • Nhu cầu nhiên liệu hạt nhân Theo QHĐ VI trong giai đoạn sau 2030 nhu cầu nhiên liệu thành phẩm của 16 tổ máy là: 320 tấn U cho mỗi năm nhằm để bổ sung nhiên liệu. • Phương án cung cấp nhiên liệu Trong giai đoạn này thực hiện hai phương thức cung cấp nhiên liệu: - Chủ động nhập khẩu nhiên liệu thành phẩm trực tiếp không qua ủy thác nhằm thay thế tối đa việc nhập khẩu nhiên liệu qua ủy thác; - Chủ nhà máy ĐHN nhập khẩu UO2, UF6 đã được làm giàu và bỏ thanh nhiên liệu. Chế tạo nhiên liệu tại cơ sở nhiên liệu hạt nhân ở Việt Nam cho các lò phản ứng và thay thế hoàn toàn việc nhập khẩu nhiên liệu hạt nhân thành phẩm sau năm 2035. • Các chuẩn bị cho việc đảm bảo nhập khẩu nhiên liệu thành phẩm và nội địa hóa chu trình nhiên liệu - Hoàn thiện cơ sở pháp lý quốc tế và trong nước và Tăng cường và mở rộng hợp tác song phương và đa phương với các quốc gia có tiềm năng và công nghệ nhiên liệu hạt nhân. Ký kết các hợp đồng ngắn và dài hạn cung cấp nguyên liệu urani kỹ thuật, các dịch vụ chuyển hóa, làm giàu, cung cấp vỏ thanh nhiên liệu. - Nhập khẩu công nghệ chế tạo và thiết kế nhiên liệu cho giai đoạn chế tạo nhiên liệu. Xây dựng cơ sở chế tạo nhiên liệu. • Trách nhiệm của các cơ quan Trách nhiệm của chủ nhà máy điện nhân: - Lựa chọn đối tác và kí kết các hợp đồng kinh tế cung cấp nguyên liệu urani kỹ thuật, cung cấp dịch vụ và các sản phẩm UO2 và UF6 đã làm giàu cho việc chế tạo nhiên liệu. - Thành lập cơ sở chế tạo nhiên liệu hạt nhân từ nguyên liệu UO2 và UF6 đã làm giàu cho việc chế tạo nhiên liệu. III.5. Nội địa hóa một số giai đoạn của chu trình nhiên liệu Nội địa hóa một số giai đoạn chu trình nhiên liệu hạt nhân nhằm tạo cho Việt Nam giảm phụ thuộc vào quan hệ với các đối tác, tăng tính đa dạng cho việc cung cấp các dạng khác nhau của urani, tăng khả năng dự trữ, dự phòng urani ở các dạng khác nhau và chủ động sử dụng tài nguyên urani cho công tác dự phòng cũng như đưa ra thị trường dịch vụ để lấy nguyên liệu cho nhà máy chế tạo nhiên liệu. • Nội đung nội địa hóa chu trình nhiên liệu Việt Nam thực hiện hai giai đoạn trong chu trình nhiên liệu: - Giai đoạn khai thác, chế biến quặng urani từ tài nguyên của Việt Nam và của nước khác; - Giai đoạn chế tạo nhiên liệu từ UO2 và UF6 đã làm giàu trên cơ sở nhập khẩu công nghệ chế tạo nhiên liệu. • Yêu cầu về công nghệ chế tạo nhiên liệu nhập khẩu - Công nghệ chế tạo nhiên liệu nhập khẩu phải là công nghệ tiến tiến. Đối tác cần ký hợp đồng cung cấp nhiên liệu là đối tác có chương trình phát triển và cải tiến công nghệ dài hạn. - Hợp đồng kinh tế ngoài việc chuyển giao công nghệ và thiết bị chính, cần xem xét các yếu tố như dịch vụ và trợ giúp phát sinh trong quá trình sản xuất, các phối hợp và hợp tác nghiên cứu hoàn thiện và phát triển công nghệ cũng như chuyển giao công nghệ mới do đối tác phát triển. • Quy mô và Lộ trình nội địa hóa chu trình nhiên liệu Cơ sở chế tạo nhiên liệu hạt nhân: -Quy mô cơ sở chế tạo nhiên liệu hạt nhân chỉ một dây chuyền công sản xuất và phải đảm bảo thỏa mãn nhu cầu cho tất cả nhà máy điện với hệ số dự phòng 30% nghĩa là cỡ 200-300 tấn kim loại nặng/năm tương đương với công suất nhiều cơ sở chế tạo nhiên liệu cỡ nhỏ của thế giới. - Lộ trình thực hiện nhập khẩu và xây dựng cơ sở chế tạo nhiên liệu hạt nhân: + 2010-2020: Chuẩn bị nghiên cứu tiền khả thi; Báo cáo đầu tư; + 2020-2025: Lựa chọn đối tác cung cấp công nghệ, kí kết hợp đồng ; + 2025-2030: Xây dựng cơ sở chế tạo nhiên liệu hạt nhân; + 2030: Đưa cơ sở chế tạo nhiên liệu hạt nhân vào vận hành. Cơ sở chế biến quặng urani: - Quy mô cơ sở chế biến quặng urani Việt Nam sẽ được tính toán trên cơ sở đề án tiền khả thi. Dựa trên kinh nghiệm của các nước, có thể xây dựng cơ sở chế biến quặng urani với công suất 300-500 tấn U/ năm. - Lộ trình thực hiện xây dựng cơ sở chế biến quặng urani Việt Nam: + 2010-2020: Điều tra chi tiết cấp C1 8.000 tấn urani Vùng Nông Sơn. Mở rộng điều tra và nâng cấp trữ lượng urani. Nghiên cứu đánh giá công nghệ, đánh giá chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật; Chuẩn bị nghiên cứu tiền khả thi; Báo cáo đầu tư; + 2020-2025: Xây dựng cơ sở chế biến quặng urani vùng Nông Sơn, Quảng Nam; + sau 2025: Đưa cơ sở chế biến quặng urani vào vận hành. • Chuẩn bị cho chương trình nội địa hóa Hoạt động nghiên cứu R&D Hoạt động nghiên cứu phát triển là cơ sở phát triển tiềm năng trong lĩnh vực nhiên liệu hạt nhân và trực tiếp thực hiện nhiệm vụ nội địa hóa giai đoạn chế biến quặng, sản xuất urani kỹ thuật và làm chủ công nghệ chế tạo nhiên liệu ở giai đoạn nhập khẩu và cải tiến và phát triển công nghệ chế tạo nhiên liệu trong thời gian tiếp theo.. Nội dung của hoạt động nghiên cứu và phát triển công nghệ (hoạt động R&D) bao gồm: - Đánh giá giá trị kinh tế - kỹ thuật của quặng urani Việt Nam, chuẩn bị báo cáo khả thi và báo cáo đầu tư cho nhà máy chế biến quặng urani Vùng Nông Sơn quy mô 300-500 tấn / năm. - Xây dựng cơ sở hạ tầng (cơ sở nghiên cứu, trang thiết bị nghiên cứu, đào tạo đội ngũ cán bộ, v.v.) cần thiết cho việc nghiên cứu công nghệ chế tạo nhiên liệu hạt nhân và thiết kế nhiên liệu. Xây dựng pilot chế tạo nhiên liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu R&D. - Nghiên cứu ở quy mô pilot nhằm mục đích đánh giá lựa chọn công nghệ và nhà cung cấp công nghệ chế tạo và thiết kế nhiên liệu. Chuẩn bị Báo cáo khả thi và Báo cáo đầu tư cơ sở chế tạo nhiên liệu từ nguyên liệu UF6/UO2 đã làm giàu nhập khẩu. - Nghiên cứu sử dụng tài nguyên zirconi Việt Nam nhằm chế tạo zirconi kim loại và hợp kim zircaloy làm vỏ bọc thanh nhiên liệu. Chuẩn bị Báo cáo khả thi và Báo cáo đầu tu cơ sở chế tạo zircaloy làm vỏ thanh nhiên liệu từ tài nguyên zirconi Việt Nam. Điều tra khảo sát tài nguyên urani ở Việt Nam và ở nước ngoài - Thực hiện đề án thăm dò 8.000 tấn urani Vùng Thành Mỹ, Quảng Nam. Mở rộng điều tra nâng cấp trữ lượng urani Vùng Nông Sơn. - Nghiên cứu mở rộng điều tra urani các nước trong khu vực, nhằm tiến tới chủ động hợp tác khai thác nếu có. Công ty cung cấp nhiên liệu - Quá trình nội địa hóa nhiên liệu hạt nhân được giao trách nhiệm cho chủ đầu tư nhà máy điện hạt nhân kết hợp với Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam. Ngoài ra, để trực tiếp vận hành cơ sở chế biến quặng và chế tạo nhiên liệu, vỏ bọc nhiên liệu do Công ty nhiên liệu hạt nhân của Nhà nước đảm nhiệm trong đó có vai trò của các viện nghiên cứu, đặc biệt Viện NLNTVN. Công ty này được thành lập khi xây dựng nhà máy điện hạt nhân và có vai trò trong việc nhập khẩu nhiên liệu hạt nhân thành phẩm cho nhà máy điện hạt nhân đầu tiên như đã trình bày ở trên. Xây dựng chính sách và cơ sở hạ tầng cho nội địa hóa - Để đảm bảo thành công của chương trình nội địa hóa chu trình nhiên liệu và đảm bảo an ninh cung cấp nhiên liệu hạt nhân cần có chính sách đồng bộ về cung cấp đảm bảo cung cấp nhiên liệu hạt nhân. Chính sách này liên tục được hoàn thiện phù hợp sự thay đổi tình hình cung cầu urani, tình hình kinh tế, chính trị của thế giới và năng lực phát triển công nghiệp hạt nhân trong nước . III.6. Kết luận Việc đảm bảo an ninh cung cấp nhiên liệu hạt nhân là vấn đề cực kỳ quan trọng. Vấn đề này không chỉ mang tính chất kỹ thuật, công nghệ cao mà còn là vấn đề liên quan đến quan hệ song phương, đa phương của Việt Nam với các nước và tình hình chính trị quốc tế. Lựa chọn đối tác hạt nhân chiến lược và phát triển tiềm năng, năng lực hạt nhân nói chung và năng lực nhiên liệu hạt nhân là rất quan trọng cho việc đảm bảo thắng lợi chương trình điện hạt nhân của Việt Nam. Lộ trình đảm bảo nhiên liệu hạt nhân cho các nhà máy điện hạt nhân (NM ĐHN) ở Việt Nam Milestone 1: Khởi động chương trình ĐHN Milestone 2: Chọn thầu NMĐHNđầu tiên Milestone 3: Xây dựng, Khởi động và vận hành NMĐHN đầu tiên PD của QH Chuẩn bị chọn thầu cho nhà náy ĐHN đầu tiên Chọn thầu Xây dựng NMĐHN NMĐHN: 4 Tổ máy Tiếp tục xây dựng NMĐHN: 12 tổ máy Mốc quan trọng Tích lũy công nghệ Giai đoạn chuyển giao công nghệ Phát triển CN Lộ trình 2008 2009 2010 2011 2013 2014 2015 2019 2020 2025 2030 Sau 2030 Kế hoạch cung cấp nhiên liệu Khẳng định loại hình cung cấp nhiên liệu, dịch vụ nhiên liệu đã cháy cho Nhà máy đầu tiên. Đàm phán cấp Nhà nước và cấp công ty cho nhập khẩu nhiên liệu -Nhập khẩu nhiên liệu - Khai thác và chế biến quặng urani Việt Nam Chế tạo nhiên liệu tại Việt Nam Chuẩn bị cho việc thực hiện kế hoạch cung cấp nhiên liệu và Nội địa hóa một số giai đoạn chu trình nhiên liệu Chính sách và cơ sở pháp lý -Chính sách- kế hoạch và lộ trình chu trình nhiên liệu. Xây dựng chính sách và cơ sở hạ tầng cho nội địa hóa. - Xác dịnh và ký kết hợp tác song phương và đa phương trong việc cung cấp vật liệu hạt nhân. - Chuẩn bị cơ sở pháp lý nhập khẩu và chuyên chở nhiên liệu, V.v. -Tiếp tục bổ sung hoàn thiện chính sách và lộ trình chu trình nhiên liệu. -Hoàn thiện cơ sở pháp lý quốc tế và trong nước và Tăng cường và mở rộng hợp tác song phương và đa phương với các quốc gia có tiềm năng và công nghệ nhiên liệu hạt nhân. Ký kết các hợp đồng ngắn và dài hạn cung cấp nguyên liệu urani kỹ thuật, các dịch vụ chuyển hóa, làm giàu, cung cấp vỏ thanh nhiên liệu. Thăm dò U Thăm dò: 8.000 tấn Mở rộng thăm dò : 7.000 tấn Mở rộng thăm dò: - 15.000 tấn (2020-2030) - 30.000 tấn (sau 2030-2050) - Uran từ nguồn thứ cấp. - Mở rộng thăm dò ra nước ngoài Xử lý quặng U - Tiếp tục thực hiện R&D - Thực hiện xử lý mẫu công nghệ trong các dự án thăm dò Thử nghiệm Pilot,Đánh giá KH-KT quặng urani Nông Sơn -Lập luận chứng nhà máy công suất 200-400 tấn U/năm. - Xây dựng nhà máy chế biến quặng urani - Nhà máy chế biến đi vào hoạt động -Xây dựng phòng thí nghiệm và pilot chế tạo nhiên liệu (gồm: công nghệ gốm, thiết kế nhiên liệu, đánh giá nhiên liệu ) từ U giàu (từ 235UF6, 235UO2,…) và đào tạo cán bộ. - Xây dựng luận chứng, kế hoạch chi tiết, lựa chọn đối tác cung cấp nhà máy chế tạo nhiên liệu. - Xây dựng nhà máy chế tạo nhiên liệu - Nhà máy chế tạo nhiên liệu cung cấp cho nhà máy ĐHN - Hoạt động R&D chế tạo gốm nhiên liệu. - Nghiên cứu công nghệ gốm nhiên liệu, thiết kế nhiên liệu, nâng cao tính năng và an toàn của nhiên liệu,… Chế tạo nhiên liệu -Nghiên cứu chế tạo Zr kim loại và Zircaloy tinh khiết hạt nhân từ nguyên liệu trong nước ở quy mô phòng thí nghiệm. -Nghiên cứu chế tạo Zr và zircaloy ở quy mô thử nghiệm lớn. -Lập FS cho cơ sở chế tạo vỏ nhiên liệu -Xây dựng đề án chi tiết về nhà máy sản xuất vỏ thanh nhiên liệu -Xây dựng nhà máy chế tạo vỏ thanh nhiên liệu Lộ trình 2008 2009 2010 2011 2013 2014 2015 2019 2020 2025 2030 Sau 2030 IV. Nghiên cứu xử lý chế biến quặng urani Viện Công nghệ xạ hiếm hiện nay đang hoàn thiện các nghiên cứu công nghệ quy mô phòng thí nghiệm, tập trung vào tất cả các khâu của quá trình xử lý quặng thu urani kỹ thuật. Từ chuẩn bị quặng đầu, gia công quặng, hoà tách, làm sạch tạp chất, kết tủa sản phẩm thu urani kỹ thuật và xử lý bã thải của quá trình xử lý quặng. Trong khuôn khổ của hoạt động nghiên cứu hằng năm, năm 2008-2009, Viện CNXH thực hiện 02 nhiệm vụ cơ bản sau: 1- Đề tài cấp Bộ 2008-2009: Hoàn thiện quy trình thử nghiệm công nghệ và thiết bị thu nhận urani kỹ thuật từ quặng cát kết Pà Lừa bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion 2- Đề tài cấp cơ sở 2008-2009: Xây dựng phương án công nghệ và thiết bị cho công đoạn thuỷ luyện mẫu công nghệ của dự án thăm dò 8.000 tấn U3O8 khu vực Thành Mỹ tỉnh Quảng Nam 3- Đề án mẫu xử lý công nghệ: Viện đang chuẩn bị cho dự án xử lý mẫu công nghệ quặng urani vùng Thành Mỹ. Dự án này làm dự án thành phần trong đề án thăm dò 6.000 tấn U cấp C1 quặng urani vùng Thành Mỹ, Quảng Nam do Bộ Công Thương chủ trì. Nội dung nghiên cứu xử lý mẫu công nghệ, phương án công nghệ thử nghiệm, trang thiết bị cần thiết, quy hoạch mặt bằng, diện tích cho pilot thử nghiệm đã được đề xuất. IV.1. Đề tài cấp Bộ 2008-2009: “Hoàn thiện quy trình thử nghiệm công nghệ và thiết bị thu nhận urani kỹ thuật từ quặng cát kết Pà Lừa bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion” Mục tiêu chính của đề tài là hoàn thiện hệ thống thiết bị công nghệ và quy trình công nghệ thu nhận urani kỹ thuật từ quặng cát kết Pà Lừa bằng kỹ thuật trộn ủ và trao đổi ion trên hệ thiết bị trao đổi liên tục quy mô sau phòng thí nghiệm. Trên cơ sở các số liệu thực nghiệm, tính toán chi phí xử lý quặng (chủ yếu về chi phí nguyên vật liệu, năng lượng và nhân công trên quy mô hệ thống thiết bị thử nghiệm). Kết quả cụ thể như sau: - Về khâu chuẩn bị quặng đầu: Quặng cát kết urani khu vực Nông Sơn tồn tại dưới 3 loại hình phong hoá, bán phong hoá và chưa phong hoá, các đặc điểm thành phần khoáng, thành phần hoá học đã được xác định. Các thông số công nghệ và thiết bị về gia công quặng cho phù hợp với quá trình hoà tách quặng bằng các kỹ thuật khác nhau như hoà tách thấm, trộn ủ hay khuấy trộn đã được xác định. Với kỹ thuật hoà tách trộn ủ đã xây dựng quy trình đập quặng hai cấp, trên thiết bị đập. Bước 1: là đập sơ bộ, thực hiện trên máy đập trung: điều chỉnh khe đập (khoảng cách giữa 2 má) về 5 cm. Hầu như toàn bộ quặng có thể qua được máy đập nhỏ nên không cần sàng phân cấp sau bước đập này. Bước 2: đập quặng về kích thước 1 cm trên máy đập nhỏ: điều chỉnh khe đập về 1 cm. Sau khi quặng qua máy này được đưa vào sàng rung (sàng dưới cùng có mắt lỗ 1 cm). Phần quặng trên sàng này (khoảng 20%) được quay lại máy đập cùng với quặng mới. - Về khâu hoà tách quặng: đã xây dựng quy trình hoà tách bằng kỹ thuật trộn ủ, đây là phưong pháp phù hợp với với đối tượng quặng có nhiều thành phần sét, bở rời và khó hoà tách. Các thông số công nghệ cơ bản đã được xác định chi tiết như nồng độ axit, chi phí axit, tỷ lệ rắn lỏng, chi phí chất oxi hoá, quy trình trộn, thời gian trộn, thời gian ủ, kỹ thuật rửa, chi phí nước rửa, thời gian và số lần rửa, tốc độ bơm dung dịch. + Thông số công nghệ cơ bản khâu trộn quặng: Kích thước hạt quặng (max) 2,5cm; Chi phí axit 30-70 kg /tấn quặng, chi phí chất ôxi hoá 3-4kg/tấn quặng tùy theo tỷ lệ các loại quặng; Độ ẩm khi trộn 10-15% khối lượng; thơì gian ủ quặng 3 ngày. + Thông số công nghệ cơ bản khâu rửa kết hợp hoà tách: Tốc độ tưới 6E- 05m/s, tốc độ có thể điều chỉnh tuỳ thuộc tỷ lệ các loại quặng và theo lần rửa nào; số lần rửa là 6 lần; Số bậc tuần hoàn dung dịch rửa là 2 (môi bậc 3 lần rửa); Dung dịch rửa lần 1, 2,3 có pH =1, dung dịch rửa lần 4, 5 có pH = 2, dung dịch rủa lần 6 dùng nước thường. + Chuẩn bị dung cho tách loại tạp chất: Dung dịch hoà tách và dung dịch rửa được phối trộn và điều chỉnh về pH=1,5-1,6, nồng độ urani khoảng 1-1,5 g/l thích hợp cho khâu trao đổi ion tách tạp chất tiếp theo. Đã thử nghiệm quy trình trộn ủ trên quy mô một mẻ hoà tách 3.000 kg quặng. Với phương pháp này, thời gian hoà tách giảm đi nhiều so với phương pháp hoà tách thấm. Các chi phi thêm về gia công quặng và quá trình trộn tăng lên không nhiều, thiết bị đơn giản. - Về khâu trao đổi ion: đã thiết kế và chế tạo (xem hình dưới đây) và vận hành thành công hệ trao đổi ion liên tục năng suất xử lý 20 lít dung dịch hoà tách /giờ. Đã xây dựng được nguyên lý hoạt động và trình tự thao tác của hệ. Đây là kết quả rất quan trọng của đề tài, lần đầu tiên đã chế tạo và vận hành hệ trao đổi ion liên tục. Quy trình xử lý dung dịch hoà tách thu được từ mẻ trộn ủ có nồng độ U =0,496 g/l sau khi điều chỉnh pH = 1,6, hấp dung U của nhựa đạt 42 gU /l nhựa. Một số chế độ riêng cho dung dịch này là: + Tốc độ dòng khi hấp thu: 270 ml/phút + Hấp thu chu kỳ đầu tiên: bơm 54,4 lít dung dịch hoà tách (có thể kiểm tra nồng độ U ở đầu ra để kiểm soát); + Thể tích dung dịch hoà tách ở các chu kỳ tiếp theo: 25,3 lít (93 phút); + Tốc độ dòng dung dịch axit hoá khi chuyển nhựa: 300 ml/phút; + Thể tích nhựa thay thế /lần chuyển: 300 ml; + Tốc độ dòng tác nhân NaCl 1M+ H2SO4 0,1M khi rửa giải: 12 ml/phút + Thể tích dung dịch tác nhân rửa giải /chu kỳ: 1,054 lít (72 phót) - Về khâu kết tủa sản phẩm Đã xác định được chi phí H2O2 là 0,182 gH2O2/g U3O8. Các bước thực hiện gồm: • Kết tủa tạp chất: dùng dung dịch sữa vôi 20% đã qua sàng 75 µm kết tủa tạp chất tại pH = 3,8, tổng thời gian khuấy khoảng 1 giờ. Tiếp theo là để lắng, lọc và rửa bã thu dung dịch sạch. • Kết tủa sản phẩm: dùng dung dịch H2O2 với lượng cần thiết cho lượng dung dịch urani trong thùng và bổ sung đồng thời dung dịch NH4OH (pha loãng 1/1 để giảm tốc độ bay hơi) sao cho pH dung dịch được duy trì ở pH =3, 3. Thời gian kết tủa khoảng 1 giờ là có thể thu được sản phẩm dạng tinh thể. Sau khi kết thúc, để cho ổn định tinh thể, sau đó lọc, rửa và sấy sản phẩm. Với quy trình như vậy, sản phẩm thu được sẽ có chất lượng rất cao (95% U3O8) và sản phẩm rất dễ lắng, lọc rửa. Hiệu suất thu hồi urani quá trình kết tủa đạt trên 99%. Kết luận: Hiệu suất thu hồi urani toàn bộ quá trình từ hoà tách, tách loại tạp chất và kết tủa thu sản phẩm đạt trên 70%. Quy trình không quá phức tạp, không đòi hỏi các thiết bị phức tạp, đặc chủng. N−íc H2SO4 ®Æc MnO2 41 B ¬ 32 B ¬ m B ¬ m S¬ ®å quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý quÆng b»ng trén ñ vµ trao ®æi ion PhÇn xö lý quÆng vµ dung dÞch QuÆng ®· ®Ëp+bét N−íc H2SO4 ®Æc N−íc NH4O N−íc §i xö lý th¶i D u n g d Þ c h u r a n i s ¹ c h D u n g d Þ c h t u Ç n h o µ n N−íc NaCl HCl Yellowcak e Trén T§IO ñ + röa Läc, röa SÊy KÕt tña IV.2. Đề tài cấp cơ sở 2008-2009: Xây dựng phương án công nghệ và thiết bị cho công đoạn thuỷ luyện mẫu công nghệ của dự án thăm dò 8.000 tấn U3O8 khu vực Thành Mỹ tỉnh Quảng Nam Phương án công nghệ xử lý quặng được lựa chọn có những đặc điểm chính sau: - Chuẩn bị quặng đầu bao gồm 2 nội dung là phân loại quặng và giảm kích thước quặng đến cỡ hạt cần thiết. - Hòa tách bao gồm 2 quá trình: hòa tách thấm đối với khoảng 40-50% đối tượng quặng đầu và hòa tách trộn ủ (rửa trên thiết bị khuấy trộn) đối với khoảng 50-60% đối tượng quặng đầu. - Dùng phương pháp trao đổi ion để làm sạch tạp chất và làm tăng hàm lượng urani trong dung dịch hòa tách. - Thực hiện các khâu xử lý thải lỏng và rắn, tuần hoàn tái sử dụng nước, thường xuyên kiểm tra quan trắc khu vực làm việc, đảm bảo nghiêm ngặt những quy định về an toàn phóng xạ và môi trường. Một số đặc điểm của sơ đồ công nghệ: 1. Các số liệu chung - Tỷ lệ quặng: . xử lý bằng phương pháp thấm: 40% . xử lý bằng phương pháp trộn ủ - rửa bằng khuấy trộn: 60% - Năng suất: . phương pháp thấm: 2 tấn/mẻ; 30 ngày/mẻ . phương pháp trộn ủ - rửa bằng khuấy trộn: 100 kg/giờ - Dung tích bồn chứa quặng đầu: 10 tấn - Hàm lượng trung bình: 0,06% U3O8, tương đương 600 g U3O8/1 tấn quặng - Độ ẩm trung bình của quặng: 8% - Tỷ trọng riêng của quặng: 2,7 - Thời gian vận hành: . 24 h/ngày đối với các công đoạn nghiền, hòa tách, tách rắn/lỏng, trao đổi ion, xử lý thải. . 8h/ ngày đối với các công đoạn kết tủa. . vận hành theo mẻ đối với các công đoạn lọc, sấy và đóng bao. 2. Chuẩn bị quặng: - cỡ hạt: - 0,5 mm đối với quá trình trộn ủ - rửa bằng khuấy trộn. - 1 inch đối với phương pháp thấm. 3. Hòa tách: - Tỷ lệ rắn trong bùn quặng : 55% đối với quá trình khuấy trộn. - Tiêu tốn H2SO4, kg/kgquặng: 40 – 70 - Tỷ trọng riêng của H2SO4: 1,84 - Nồng độ H2SO4 thương phẩm, %: 98 - Tiêu tốn tác nhân oxi hóa, kg MnO2: 2,5 - Nồng độ piroluzit thương phẩm, %MnO2 : 80 - Nhiệt độ hòa tách: 28-35 0C - Hiệu suất hòa tách, %: 90% 3. Tách rắn/lỏng - Tỷ lệ rửa, m3/tấn: 3 - Phần rắn trong bùn lắng, % trọng lượng: 50 - Lượng chất trợ lắng, g/tấn 80 - Diện tích bề mặt lắng m2./tấn.ngày: 0,4 4. Trao đổi ion: - Nhựa trao đổi ion: Amberlite IRA-420 - Năng suất: 20 lit/giờ - Dung dịch rửa giải: NaCl 120 g/l - Nồng độ urani trong dung dịch rửa giải: 10 g/l 5. Kết tủa urani kỹ thuật: - Nhiệt độ : 28- 35 0C - NH3, kg/kgU3O8: 0,2 - Hàm lượng urani trong sản phẩm, %U3O8: 85 - Tỷ trọng riêng của sản phẩm: 4,5 - Nồng độ urani trong nước cái, gU3O8/l: 0,004 6. Xử lý thải: - Tác nhân trung hòa: sữa vôi - Nồng độ sữa vôi, % trọng lượng: 20 - Tỷ trọng riêng của sữa vôi: 1,18 - Lượng vôi sử dụng kgCaO/kgH2SO4: 0,6 - Lượng BaCl2, g/m3 : 20 - Nồng độ BaCl2, g/l: 100 Theo sơ đồ công nghệ đã lựa chọn, cơ sở thử nghiệm mẫu công nghệ cho Dự án thăm dò 8.000 tấn U3O8 khu vực Thành Mỹ bao gồm các phân xưởng sau: - Phân xưởng chuẩn bị nguyên liệu: . tiếp nhận và chứa quặng đầu (tối thiểu có kho chứa thường xuyên 10 tấn quặng đầu cho thử nghiệm), . thực hiện quá trình phân loại quặng . thực hiện quá trình đập và nghiền quặng đến kích thước cần thiết cho 2 loại thử nghiệm hòa tách: hòa tách thấm và hòa tách bằng trộn ủ (thực chất là quá trình hòa tách khuấy trộn). Trang thiết bị bao gồm: máy đập hàm (2), máy nghiền (2), máy sàng (2), máy trộn chịu axit (2), bể chứa quặng đầu (4 m3), bể chứa quặng sau đập nghiền (2x 2 m3), bể ủ quặng (2 x 2 m3), thùng chứa trung gian và gầu nâng, xe cải tiến.. Diện tích mặt bằng phân xưởng cần: 450 m2. - Phân xưởng hòa tách: . thực hiện quá trình loại sét để tăng hiệu quả quá trình hòa tách, . thực hiện quá trình hòa tách thấm đối với khoảng 40% lượng quặng đầu, . thực hiện quá trình hòa tách khuấy trộn với khoảng 60% lượng quặng đầu, . thực hiện quá trình tách lắng lọc thu dung dịch sau hòa tách, . thu và lưu giữ thường xuyên khoảng 3 m3 dung dịch sau hòa tách cho các công đoạn sau. Trang thiết bị bao gồm: bể hòa tách thấm (2), thiết bị hòa tách khuấy trộn (5), thiết bị lắng (5), thiết bị lọc ép khung bản (1), bồn chứa dung dịch sau hòa tách (3 m3), các loại bơm, thùng chứa trung gian và gầu nâng, xe cải tiến. Diện tích mặt bằng phân xưởng cần: 630 m2 - Phân xưởng trao đổi ion: . thực hiện quá trình hấp thu và rửa giải để loại bỏ tạp chất và làm giàu urani đến hàm lượng 10 g U3O8, . thu và lưu giữ thường xuyên khoảng 1 m3 dung dịch sau hấp thu để chuẩn bị xử lý và hồi lưu, . thu và lưu giữ thường xuyên khoảng 1 m3 dung dịch sau rửa giải cho hoạt động của công đoạn kết tủa sản phẩm urani kỹ thuật. Thiết bị gồm: hệ cột trao đổi ion và rửa giải (2), bể chứa dung dịch (2 x 1 m3), bơm và các thùng chứa trung gian. Diện tích mặt bằng phân xưởng cần 180 m2. - Phân xưởng kết tủa sản phẩm: . thực hiện quá trình kết tủa loại tạp chất, . thực hiện quá trình kết tủa urani kỹ thuật min. 76% U3O8. . thực hiện quá trình lọc, sấy và đóng gói sản phẩm. . lưu giữ sản phẩm an toàn với lượng tối đa 50 kg urani kỹ thuật. Thiết bị gồm: thiết bị kết tủa tạp chất (3), thiết bị kết tủa urani kỹ thuật (2), thiết bị lắng (5), thiết bị lọc chân không (1), lò sấy và nung (2), dụng cụ đóng bao, bể chứa dung dịch (1 m3), các loại bơm, thùng chứa trung gian. Diện tích mặt bằng phân xưởng cần: 450 m2. - Phân xưởng xử lý thải phóng xạ: . thực hiện nhiệm vụ quan trắc phóng xạ đối với các phân xưởng và vị trí công tác, cũng như đối với toàn bộ vật liệu (dạng khí, rắn, lỏng) có liên quan đến phóng xạ thuộc khu vực xử lý mẫu công nghệ, . tiếp nhận toàn bộ bã thải rắn từ quá trình hòa tách, đem trung hòa, xi măng hóa và đưa đến nơi cất trữ, thực hiện quá trình niêm cất lâu dài bã thải sau khi kết thúc các bước thử nghiệm công nghệ, . tiếp nhận toàn bộ dung dịch sau quá trình hấp thu, xử lý sơ bộ để hoàn lưu về quá trình hòa tách, . tiếp nhận toàn bộ kết tủa tạp chất trong giai đoạn kết tủa tách loại tạp chất, đóng rắn và cất trữ theo quy định . tiếp nhận toàn bộ dung dịch nước cái sau kết tủa urani kỹ thuật, xử lý tách loại radi vào kết tủa rắn, đóng rắn và bảo quản theo quy định. . thực hiện quan trắc đối với các khu vực cất trữ bã thải theo quy định. Thiết bị gồm: thiết bị khuấy trộn (5, có thể dùng chung với phân xưởng xử lý quặng), thiết bị trộn pha rắn (2, có thể dùng chung với phân xưởng xử lý quặng), thiết bị kết tủa (3), thiết bị lắng (3), lọc khung bản (1, có thể dùng chung với phân xưởng xử lý quặng), thiết bị trộn bê tông (1), bể chứa bã thải tạm thời (4 m3), mô hình hệ thống đổ thải rắn và thu hồi pha lỏng, các loại bơm, thùng chứa trung gian, xe cải tiến. Diện tích phân xưởng cần 540 m2, bãi thải thực nghiệm: 1.000 m2. - Các bộ phận khác: . Bộ phận bảo vệ, hành chính, khu vệ sinh: 300 m2 . Phòng phân tích và xử lý số liệu: 45 m2 . Phân xưởng sửa chữa cơ điện: 45 m2 . Sân bãi cho các họat động chung (để xe, đường đi lại, tập kết vật liệu các loại ...): 1.000 m2. Nhà bảo vệ, hành chính, khu vệ sinh: 360 m2 Tổng số diện tích nhà xưởng: 2.340 m2 Bãi thải thực nghiệm: 1.000 m2 Sân bãi và đường giao thông nội bộ: 2.300 m2 Tổng cộng: 6.000 m2 IV.3. Đề án mẫu công nghệ trong đề án “Thăm dò quặng urani khu Pà Lừa- Pà Rồng, huyện Nam Giang, Tỉnh Quảng Nam” . Nội dung của Đề án số 15 trong kế học tổng thể thực hiện chiến lược ứng dụng năng lượng nguyên tử vì mục đích hòa bình đến năm 2020 là điều tra để phát hiện các loại hình mỏ quặng urani có giá trị kinh tế; tập trung thăm dò mỏ quặng urani vùng bồn trũng Nông Sơn (Quảng Nam) với mục tiêu 8.000 tấn trữ lượng cấp 122; thăm dò các diện tích khác đã được đánh giá để có thêm trữ lượng. Trong khuôn khổ của đề án số 15, Bộ Tài nguyên và Môi trường trình chính phủ phê duyệt đề án “Thăm dò quặng urani khu Pà Lừa-Pà Rồng, huyện Nam Giang, Tỉnh Quảng Nam” Trong khuôn khổ của đề án “Thăm dò quặng urani khu Pà Lừa - Pà Rồng, huyện Nam Giang, Tỉnh Quảng Nam”, Viện CNXH tham gia với đề án thành phần “Xử lý mẫu công nghệ” với mục tiêu sau: - Xác định tính khả tuyển quặng cát kết khu Pà lừa- Pà Rồng và lựa chọn giải pháp gia công, tuyển thích hợp cho công nghệ hóa học. - Xác định hiệu quả xử lý ứng với các giải pháp công nghệ khác nhau. Xác định các nhu cầu về năng lượng và cung cấp nguyên liệu, nước, nhu cầu thải các loại, xử lý thaior cho dây chuyền công nghệ. - Xác định cavcas chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật môi trường (hiệu suất thu hồi urani qua các giai đoạn, chi phí nguyên liệu, năng lượng cho mỗi đơn vị sản phẩm, vốn đầu tư trang thiết bị, nhà xưởng, chi phí xử lý thải, mức độ phát tán đồng vị PX và các kim loại nặng, các nhân tố độc hại vào môi trường) làm cơ sở để tính toán giá sản xuất urani kỹ thuật. Trên cơ sở này Viện CNXH đã xây dựng đề cương chi tiết và đã được thông qua các cấp góp phần vào việc phê duyệt đề án chung của Bộ Tài nguyên và Môi trường. Viện xem rằng đây là đề án rất quan trọng cần tập trung thực hiện. Đề án sẽ là cơ sở để xây dựng pilot chế biến quặng urani tại mỏ Nông Sơn. V. Nghiên cứu chế tạo gốm nhiên liệu Trong khuôn khổ của hoạt động nghiên cứu hằng năm, năm 2008-2009, Viện CNXH thực hiện 03 nhiệm vụ cơ bản sau: 1- Đề tài cấp Bộ 2008-2009: Nghiên cứu chế tạo bột gốm UO2 và viên gốm UO2 từ bột ADU thu được sau quá trình chuyển hóa UO2F2. 2- Đề tài cấp cơ sở 2008-2009: Nghiên cứu thăm dò kết tủa amoni uranyl carbonat (AUC) từ dung dịch uranyl clorua + Thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu về công nghệ chế tạo, thiết bị thí nghiệm và tiêu chuẩn chất lượng gốm nhiên liệu hạt nhân. + Nghiên cứu thăm dò kết tủa amoni uranyl cacbonat (AUC) từ dung dịch uranyl florua. V.1. Đề tài cấp bộ “Nghiªn cøu chÕ t¹o bét gèm UO2 vµ viªn gèm UO2 tõ bét ADU thu ®−îc sau qóa tr×nh chuyÓn hãa UO2F2” Sau đây là một số kết quả nghiên cứu chế tạo viên gốm UO2 từ ADU thu được sau quá trình chuyển hóa UO2F2 Xu thế sản xuất điện hạt nhân trên thế giới hiện nay là sử dụng các lò phản ứng hạt nhân nước nhẹ. Nhiên liệu cho các nhà máy điện hạt nhân này là urani đioxit làm giàu nhẹ U-235 từ 2,5 - 4,5%. Nguyên liệu đầu cho công nghệ này là UF6 đã được làm giàu tương ứng. Việc nghiên cứu chế tạo nhiên liệu hạt nhân ở Việt Nam trong mấy năm gần đây cũng đã có những chuyển hướng nghiên cứu chế tạo viên gốm đioxit urani có những đặc tính kĩ thuật của viên gốm nhiên liệu sử dụng cho lò phản ứng nước nhẹ. Để chế tạo viên gốm UO2, bột UO2 được nghiên cứu điều chế theo phương pháp ướt, một phương pháp đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay. Theo phương pháp này, dung dịch thủy phân của UF6 là dung dịch UO2F2 được kết tủa bằng dung dịch NH3 để tạo ra amoni điuranat (ADU) rồi ADU được nung phân hủy, loại bỏ flo và khử thành bột UO2 bằng khí H2. Sơ đồ công nghệ và thiết bị nghiên cứu điều chế bột UO2 như trên hình 1 và hình 2. Dung dịch UO2F2 Bột UO2 Hình 1: Sơ đồ công nghệ điều chế bột UO2 N2 H2 + N2 N 2 + H 2O 6000C Hình 2: Sơ đồ thiết bị loại bỏ flo và khử bột UO2 từ ADU Kết tủa ADU Nung phân hủy Khử Lọc, Rửa Sấy ADU Dung dịch NH3 Nước Khí N2 + Hơi nước Khí H2 + N2 ADU sau khi kết tủa chủ yếu ở dạng tinh thể như trên hình 3. Sản phẩm ADU nhận được sau khi được lọc, rửa và sấy ở dạng hạt xốp, diện tích bề mặt lớn. Các tính chất hóa lý của ADU như trên bảng 1. Hình 4 là ảnh SEM của ADU sau khi sấy được khô. Bảng 1: Đặc tính hóa lý chính của ADU F- % U % NH4+ % Tû sè mole NH4+/U Tû sè mole F/U SBET m2/g 0,84 74,59 3,17 0,563 0,141 20,1 Hình 3: Hình thái hạt ADU sau khi kết tủa Hình 4: Hình thái hạt ADU sau khi sấy. Bột UO2 nhận được sau khi nung, khử từ ADU có dạng mềm, xốp. Những bột này cho khả năng tạo hình và thiêu kết tốt. Hình 4 và hình 5 là hình thái hạt bột UO2 được nung phân hủy ở 7000C và khử ở 6500C. Hình 5: Hình thái hạt bột UO2 Hình 6: Ảnh SEM của bột UO2 nung ở 7000C và khử ở 6500C nung ở 7000C và khử ở 6500C Các tính chất hóa lý của bột UO2 được điều chế được như sau: - Kích thước hạt trung bình, µm: 0,71 - Diện tích bề mặt riêng, m2/g: 4,1 - Tỷ số O/U: 2,11 - Hàm lượng F-: ≤ 30 - Khối lượng riêng đống, g/cm3: 1,29 Bột UO2 được điều chế được sử dụng để nghiên cứu chế tạo viên gốm UO2. Sơ đồ công nghệ nghiên cứu chế tạo viên gốm UO2 như trên hình 7. Bột UO2 Viên Gốm UO2 Hình 7: Sơ đồ công nghệ nghiên cứu chế tạo viên gốm UO2 Viên gốm UO2 sau khi được ép và thiêu kết đã đạt được một số chỉ tiêu cơ bản của viên gốm nhiên liệu sử dụng cho lò phản ứng nước nhẹ. Các đặc tính của viên gốm UO2 đã được như sau: - Khối lượng riêng thiêu kết, g/cm3: 10,48 ÷ 10,62 - Tỷ số O/U: 2,01 ÷ 2,02 - Kích thước hạt tinh thể, µm: 11 ÷ 15 Hình 8 và hình 9 là ảnh của viên gốm và ảnh cấu trúc tế vi của viên gốm UO2 đã được nghiên cứu chế tạo qua con đường ADU. Ép sơ bộ Tạo hạt Trộn chất bôi Ép viên Thiêu Kết Kẽm sterat-0,3% Khí N2 + 3H2 1T/cm2 + 10 -60 mesh 3T/cm2 17000C – 8h Hình 8: Viên gốm UO2 Hình 9: Cấu trúc tế vi của viên gốm UO2 được thiêu kết ở 17000C trong 8 giờ V.2. Đề tài cấp cơ sở “Thu thËp, ph©n tÝch vµ tæng hîp tµi liÖu vÒ c«ng nghÖ chÕ t¹o, thiÕt bÞ thÝ nghiÖm vµ tiªu chuÈn chÊt l−îng gèm nhiªn liÖu h¹t nh©n” Kết quả thu được: - Thu thập, phân tích và tổng hợp các tài liệu về công nghệ, thiết bị chế tạo gốm nhiên liệu hạt nhân từ UF6 bằng con đường kết tủa ADU, AUC và phương pháp thuần khô (IDR): Thu thập được khoảng 300 bài có liên quan, dịch một số bài, phân tích và tổng hợp tài liệu - Mua một bộ tiêu chuẩn của ASTM (Mỹ) về năng lượng hạt nhân: Bộ tiêu chuẩn gồm 250 tiêu chẩn về năng lượng hạt nhân, 200 tiêu chuẩn về năng lượng nói chung, dịch một số tiêu chuẩn (12 tiêu chuẩn) quan trọng cho nghiên cứu chu trình nhiên liệu hạt nhân. - Đề xuất về các hướng nghiên cứu phát triển nhiên liệu hạt nhân, xây dựng phòng thí nghiệm nghiên cứu chế tạo nhiên liệu hạt nhân và các phương án đào tạo nguồn nhân lực cho phòng thí nghiệm V.3. Đề tài cấp cơ sở “Nghiªn cøu th¨m dß kÕt tña amoni uranyl carbonat (AUC) tõ dung dÞch uranyl florua“ Kết quả thu được: - Nghiên cứu quá trình kết tủa AUC từ hệ dung dịch UO2F2 – HF bằng tác nhân kết tủa (NH4)2CO3. Nghiên cứu này mang tính sơ bộ về đánh giá khả năng điều chế bột UO2 qua con đường kết tủa AUC. - Các nghiên cứu tập trung chủ yếu thăm dò các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình kết tủa AUC như: tỷ lệ C/U, nồng độ urani ban đầu và nhiệt độ kết tủa. Dựa trên việc phân tích và đánh giá các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng: quá trình kết tủa AUC từ hệ dung dịch UO2F2 – HF bằng tác nhân kết tủa (NH4)2CO3 luôn kèm theo sự hình thành của kết tủa AUF. Để giảm thiểu sự hình thành của kết tủa AUF không mong muốn, quá trình kết tủa phải tiến hành ở các điều kiện như: không tiến hành kết tủa ở tốc độ chậm, kết tủa phải được già hóa trong thời gian đủ lớn (khoảng 6h). - Đã xác định được các thông số kết tủa như: tỷ lệ C/U, nồng độ urani ban đầu có ảnh hưởng đến quá trình kết tủa AUC. Để đạt được hiệu suất kết tủa cao >90%, cần phải tiến hành kết tủa ở nồng độ urani > 100g/L và tỷ lệ C/U từ 8 – 9 (tính theo mol/mol). Tiến hành kết tủa ở nhiệt độ cao (>500C) sẽ làm giảm hiệu suất kết tủa nhưng ở điều kiện đó, kết tủa được lọc dễ dàng hơn so với kết tủa ở nhiệt độ phòng. - Trong nội dung nghiên cứu sắp tới của đề tài sẽ chuyển hóa thử nghiệm một mẫu kết tủa AUC thành bột UO2. Từ đó sẽ có cơ sở để đánh giá tính chất bột UO2 được chuyển hóa từ kết tủa AUC. Từ năm 2010, các nghiên cứu về điều chế UO2 qua con đường kết tủa AUC sẽ được tiến hành hệ thống và sâu hơn (nghiên cứu kết tủa AUC bằng tác nhân (NH4)2CO3 và tác nhân hỗn hợp khí NH3 + CO2, nghiên cứu tách loại flo, nghiên cứu quá trình chuyển hóa AUC thành UO2,…). Các kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở đánh giá chi tiết hơn về quá trình điều chế UO2 qua con đường kết tủa AUC. VI. Đề xuất kiến nghị Trong năm 2009, Viện CNXH đã thực hiện được nhiều công việc đáp ứng nhu cầu đề ra trong lĩnh vực chu trình nhiên liệu từ tổ chức lại bộ máy, sắp xếp lại đội ngũ cán bộ, phòng thí nghiệm đến xây dựng đề tài, kế hoạch chương trình nghiên cứu và triển khai thực nghiệm. Nhiều đề tài nghiên cứu về chính sách, công nghệ về chế biến quặng, nghiên cứu nhiên liệu được triển khai. Trên đây mới là những kết quả ban đầu, nhưng đã chỉ rõ những công việc, bước phát triển tiếp theo đúng lộ trình đã vạch ra về chu trình nhiên liệu, những việc cần triển khai để đảm bảo cung cấp an ninh nhiên liệu cho nhà máy điện hạt nhân đầu tiên ở nước ta vào năm 2020, làm rõ khả năng chế biến nguồn quặng urani Việt Nam, tiến đến nội địa hoá một phần chu trình nhiên liệu hạt nhân. Mục tiêu và hướng đi đã rõ ràng, công việc phía trước còn rất nhiều, trong thời gian tới đòi hỏi phải có sự quan tâm đầu tư tích cực của Viện NLNTVN, của Bộ Khoa học và Công nghệ và Nhà nước về kinh phí cho nghiên cứu tổng thể từ thăm dò, đánh giá nguồn quặng urani, chương trình khoa học cấp nhà nước về ứng dụng năng lượng nguyên tử trong đó có chu trình nhiên liệu, cho đến đào tạo đội ngũ cán bộ và xây dựng tiềm lực trang thiết bị cơ sở vật chất.