Генерал-полковник Мороз
3
All posts from Генерал-полковник Мороз
Генерал-полковник Мороз in Генерал-полковник Мороз,

Кому-то пора отлитий

ЯОК США грозит столкнуться с дефицитом лития уже в ближайшем будущем. Такой вывод содержится в докладе GAO-15-215 аудиторов главной бухгалтерской службы США (GAO, аналог Счётной палаты).

Литий-6

Литий-6 - один из изотопов, требующихся для ядерного оружия. В природном литии содержится 92,5% 7Li и 7,5% 6Li.

В 1954 году (по другим данным, в 1955 году) на военном заводе Y-12 был построен цех для разделения изотопов лития. Обогащённый по изотопу 6Li направлялся военным, обогащённый по 7Li - на нужды гражданской атомной программы США.


Далее по тексту вместо "литий, обогащённый по изотопу 6Li" используется "литий-6".

Разделение изотопов лития на Y-12 продолжалось до 1963 года и сопровождалось экологическими проблемами и случаями отравления работников ртутью.

Начиная с 1963 года, завод Y-12 работает только с накопленными количествами лития-6. На заводе восстанавливают литий-6 из демонтируемых боеприпасов, очищают его и подготавливают в форме, пригодной для повторного использования военными.

До мая 2013 года в технологическом процессе работы с литием-6 использовалась операция под названием "мокрая химия" (wet chemistry), в настоящее время завод перешёл на операцию "прямое производство материалов"(direct materials manufactirung).

Предыдущий (historic) и нынешний технологические процессы производства лития-6 на Y-12.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Первый этап производства лития-6 в обоих процессах - восстановление(recovery). Оно осуществляется в здании 9204-2E, куда поступают части демонтируемых боеприпасов с завода "Pantex". Из них в здании извлекаются гидрид и/или дейтерид лития.

Второй этап в предыдущем технологическом процессе - "мокрая химия" (wet chemistry). Его выполняли в здании 9204-2, где гидрид и дейтерид лития растворяли в соляной кислоте.

Образовавшийся очищенный хлорид лития хранился на заводе до возникновения в нём нужды, после чего электролизом из солей восстанавливался металлический литий, который, в свою очередь, помещали в химический реактор с водородной или дейтериевой атмосферой, где и образовалась новая партия гидрида или дейтерида лития.

Второй этап в технологическом процессе, применяемый с 2013 года - "прямое производство материалов" (direct materials manufactirung). Химическая обработка в нём заменена на механическую. Исходный гидрид/дейтерид в здании 9202 вручную зашкуривают и зачищают, убирая примеси, и передают на следующий этап процесса.

Наконец, последний третий этап - формование и обработка (forming and machining) в здании 9204-2. На этой стадии поступившее сырьё измельчают в два этапа до порошкового состояния и помещают в формы для прессовки. Полученный полуфабрикат затем доводится на станках до готовых изделий.

В предыдущем технологическом процессе литиевые отходы третьего этапа возвращались на второй (химический) этап для повторного использования. В нынешнем процессе отходы не могут быть использованы повторно, и их хранят для возможных будущих применений.

Литиевая стратегия

Переход с химического на механический процесс производства лития-6 произошёл в 2013 году по причине серьёзного ухудшения состояния оборудования, задействованного в химическом процессе, возраст части которого к тому моменту достиг 72 лет.

Внедрение механического процесса на заводе Y-12 началось в 2012 году. Он не является адекватной заменой химическому, так как в нём производится очистка от примесей только внешних слоёв лития.

Вынужденный переход на более грубый метод очистки совпал с резким увеличением потребностей ЯОК США в литии-6 - аудиторы говорят о росте потребностей в три раза.

По сделанным в 2013 году оценкам, военный атом Соединённых Штатов мог остаться без лития-6 к 2020 году, если не будут предприняты дополнительные меры. А в апреле 2015 года появилась ещё более ранняя дата - 2018 год.

В августе 2013 года субподрядчик, отвечающий за функционирование завода Y-12, представил в NNSA стратегию удовлетворения потребностей в литии-6. До 2025 года предлагалось расширенное использование механического процесса. После 2025 года производство лития-6 должно осуществляться в новом цехе. На основании этого предложения NNSA приняло собственную программу до 2025 года.

В программе NNSA выделяются пять ключевых элементов:

- наращивание возможностей механического процесса;

- задействование резервов, хранящихся в форме хлорида лития;

- закупка обогащённого по 6Li лития на стороне;

- применение технологий, позволяющих очищать литиевые отходы (пыль);

- инвестиции в действующую инфраструктуру с целью сохранить её в работоспособном состоянии до ввода в строй нового цеха.

Риски стратегии

NNSA определило риски своей литиевой стратегии до 2025 года. Один из основных рисков - "катастрофический отказ здания или оборудования", вовлечённых в процесс производства лития-6.

Так, здание 9204-2, являющееся на данный момент ключевым для литиевой программы, давно отслужило свой срок.

Состояние бетона в стенах, перекрытиях и на крыше значительно ухудшилось - в том числе, вследствие многолетних контактов с коррозионно активными средами. То же самое можно сказать и об оборудовании здания.

Состояние оборудования в здании 9204-2.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

В марте 2014 года в здании 9204-2 произошёл инцидент с падением бетонной плиты весом около 140 кг. Плита обрушилась на одном из рабочих участков здания, место падения было огорожено и с тех пор не используется.

Здание 9204-2 не соответствует современным стандартам безопасности, имеет множественные уязвимости и дорого обходится в эксплуатации.

В настоящее время механический процесс очистки лития-6 осуществляется в другом здании - здании 9202. Однако в связи с запланированным в стратегии увеличением общей производительности возможностей здания 9202 будет недостаточно, и часть объёма работ для механического процесса придётся разместить в здании 9204-2, что ещё более повысит его значимости для всей программы.

Место обрушения бетонной плиты в здании 9204-2.
Щёлкните левой клавишей мыши для просмотра.

Но самый главный риск для снабжения ЯОК США литием-6 связан со строительством нового цеха для производства лития - а именно, удастся ли его пустить в намеченный срок?

Проектирование нового цеха должно стартовать в 2016 году. Его строительство должно быть завершено в 2023 году, а промышленная эксплуатация должна начаться в 2025 году.

Естественно, сегодня ещё рано говорить о каких-то конкретных проблемах с сооружением нового цеха. Но аудиторы предупреждают - для проектов NNSA характерны срывы сроков исполнения. Кроме того, на строительство цеха могут негативно повлиять и возможные сокращения федерального финансирования.