ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРИЕВЫХ ОТХОДОВ В СОСТАВЕ МОНАЦИТА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ

В условиях роста глобального спроса на экологически чистую и устойчивую энергию особое внимание привлекает использование тория в качестве ядерного топлива. Данная исследовательская работа направлена на комплексный анализ возможностей переработки горнодобывающих промышленных отходов, содержащих торий, с целью их применения в ториевой энергетике. В работе рассматривается минерал монацит как ключевой источник тория, образующийся в отвалах золотодобывающей и редкоземельной промышленности. Проведены теоретические исследования, направленные на разработку математических моделей активной зоны ториевого реактора с использованием программных комплексов ANSYS и COMSOL Multiphysics. Модели учитывают процессы переноса нейтронов, теплообмена, течения теплоносителя и механических напряжений. Также исследованы физико-химические методы извлечения тория из отходов с целью минимизации экологических рисков.
Представлены данные по геологии и запасам тория в Казахстане, где определены перспективные месторождения, в том числе в Мангистауской области, Южно-Казахстанской области и Северо-Казахстанской области. Результаты исследования подчеркивают высокую технологическую и экологическую целесообразность развития ториевой энергетики в Республике Казахстан и создают научную основу для внедрения реакторов IV поколения на основе тория.

1. Manchanda V.K. Thorium as an abundant source of nuclear energy and challenges in separation science // Radiochimica Acta. – 2023. – Т. 111, № 4. – Р. 243-263.

2. Emblemsvag J. Safe, clean, proliferation resistant and cost-effective Thorium-based Molten Salt Reactors for sustainable development // International Journal of Sustainable Energy. – 2022. – Т. 41, № 6. – Р. 514-537.

3. Houghton J. Molten Salt Reactors: Overview and Comparison of Uranium and Thorium Fuel Cycles. – 2020.

4. Li D. TruUtilization and MA transmutation in thorium-based fluorinated molten salt fast reactor // Progress in Nuclear Energy. – 2024. – Т. 168. – Р. 105015.

5. Occurrence of uranium, thorium and rare earth elements in the environment: A review / K.S. Patel et al // Frontiers in environmental science. – 2023. – Т. 10. – Р. 1058053.

6. Aziman E.S. Investigation of thorium separation from rare-earth extraction residue via electrosorption with carbonbased electrode toward reducing waste volume // Nuclear Engineering and Technology. – 2021. – Т. 53, № 9. – Р. 2926-2936.

7. A safer and cleaner process for recovering thorium and rare earth elements from radioactive waste residue / J. Su et al // Journal of Hazardous Materials. – 2021. – Т. 406. – Р. 124654.

8. Aziman E.S. Remediation of thorium (IV) from wastewater: Current status and way forward / E.S. Aziman, A.H.J. MohdSalehuddin, A.F. Ismail // Separation & Purification Reviews. – 2021. – Т. 50, № 2. – Р. 177-202.

9. Thorium resources as Co- and By-products of rare earth deposits. – IAEA-Tecdoc-1892, Vienna, 2019. – 68 p.

10. Kelley D.D. The US Department of Energy (DOE) is considering a proposal to operate an integrated pit disassembly and conversion demonstration process at the Los Alamos National Laboratory (LANL) / D.D. Kelley // DOE has prepared an Environmental Assessment, Pit Disassembly and Conversion Demonstration (DOE/EA-1207).

11. The chemistry of the actinide and transactinide elements / M.S. Wickleder et al. – 2006. – Р. 52-160.

12. Ligun A., Afroz N. Radioactive Waste. – 2023.

13. Thorium resources as Co- and By-products of rare earth deposits. – IAEA-Tecdoc-1892, Vienna, 2019. – 68 p.

14. Международное агентство по атомной энергии (2023). Информационная система энергетических реакторов – в эксплуатации и приостановленная эксплуатация. Доступно онлайн: https://pris.iaea.org/PRIS/WorldStatistics/OperationalReactorsByCountry.aspx (дата обращения: 05.01.2023).

15. Understanding rare earth elements as critical raw materials / W.L. Filho et al // Sustainability. – 2023. – Т. 15, № 3. – Р. 1919.

16. Thorium: geology, occurrence, deposits and resources / Barthel F.H. et al // International Symposium on Uranium Raw MAterial for the Nuclear Fuel Cycle: Exploration, Mining, Production, Supply and Demand, Economics and Environmental Issues (URAM 2014). – Vienna. Proceedings. – 2014.

17. Chemical and mineralogical characterization of Malaysian monazite concentrate / S. Udayakumar et al // Mining, Metallurgy & Exploration. – 2020. – Т. 37. – Р. 415-431.

18. Balaram V. Sources and applications of rare earth elements / V. Balaram // Environmental Technologies to Treat Rare Earth Elements Pollution: Principles and Engineering; IWA Publishing: London, UK. – 2022. – Р. 75-113.

19. Quantification of thorium and rare earth elements in Perak’s ex-mining monazite / C.R.C. Hak et al // JurnalSainsNuklear Malaysia. – 2020. – Т. 32, № 1. – Р. 10-19.

20. REE and Th potential from placer deposits: a reconnaissance study of monazite and xenotime from Jerai pluton, Kedah, Malaysia / F.A. Fauzi et al // Thai Geoscience Journal. – 2021. – Т. 2, № 2. – Р. 43-60.

21. Suwannapura V. The Influence of Rare Earth Elements on Thermal Infrared Spectra of Monazite: University of Twente, 2024.

22. Singer D.A. Long-Term Copper Production to 2100 / D.A. Singer // Mathematical Geosciences. – 2024. – Т. 56, № 4. – Р. 711-722.

23. Phillips N. Formation of gold deposits. – Singapore: Springer, 2022. – Т. 10.

24. A responsible mining approach to the economic modeling of small-scale gold mining / O.M.S. Nico et al // World Development Perspectives. – 2024. – Т. 33. – Р. 100561.

25. Chitadze N. World Natural Resources and Their Impact on the Environmental Conditions of Our Planet / N. Chitadze // Perspectives on Ecological Degradation and Technological Progress. – IGI Global, 2023. – Р. 42-78.

26. Meißner S. The impact of metal mining on global water stress and regional carrying capacitiesa GIS-based water impact assessment / S. Meißner // Resources. – 2021. – Т. 10, № 12. – Р. 120.

27. Global carbon dioxide removal potential of waste materials from metal and diamond mining / L.A. Bullock et al // Frontiers in Climate. – 2021. – Т. 3. – Р. 694175.

28. Yıldız T.D. How can the state rights be calculated by considering a high share of state right in mining operating costs in Turkey? / T.D. Yıldız // Resources Policy. – 2022. – Т. 75. – Р. 102509.

29. The implication of thorium fraction on neutronic parameters of pebble bed reactor / Z. Zuhair et al // Kuwait Journal of Science. – 2021. – Т. 48, № 3.

30. The absence of metamictisation in natural monazite / L. Nasdala et al // Scientific reports. – 2020. – Т. 10, № 1. – Р. 14676.

31. Monazite-type SmPO4 as potential nuclear waste form: insights into radiation effects from ionbeam irradiation and atomistic simulations / J.M. Leys et al // Materials. – 2022. – Т. 15, № 10. – Р. 3434.

32. Review of rare-earth phosphate materials for nuclear waste sequestration applications / M.R. Rafiuddin et al // ACS omega. – 2022. – Т. 7, № 44. – Р. 39482-39490.

33. Zglinicki K. Monazite-bearing post processing wastes and their potential economic significance / K. Zglinicki, K. Szamałek, G. Konopka // gospodarkasurowcamimineralnymi. – 2020. – Т. 36.

34. Chemical and mineralogical characterization of Malaysian monazite concentrate / S. Udayakumar et al // Mining, Metallurgy & Exploration. – 2020. – Т. 37. – Р. 415-431.

35. Annan C.A. Mineralogical and geochemical characterisation of monazite placers in the neufchâteau syncline (Belgium). – 2021.

36. Echeverry-Vargas L. Recovery of light rare earth elements, cerium, lanthanum, and neodymium from alluvial gold mining waste from the Bagre-Nechí mining district in Colombia using acid leaching, oxalate precipitation and calcination / L. Echeverry-Vargas, N.R. Rojas-Reyes, L.M. OcampoCarmona // Hydrometallurgy. – 2023. – Т. 216. – Р. 106009.

37. Abaka-Wood G.B. The use of mining tailings as analog of rare earth elements resources: Part 1–characterization and preliminary separation / G.B. Abaka-Wood, J. Addai-Mensah, W. Skinner // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. – 2022. – Т. 43, № 6. – Р. 701-715.

38. Prayogo D. Identification of Mineral Zircon (ZrSiO4) Rare Earth Metal (REM) As Smart Material for Electric Tactical Motor Bike Battery / D. Prayogo, R. Murniati, C. Likitaporn // International Journal of Applied Mathematics, Sciences, and Technology for National Defense. – 2024. – Т. 2, № 1. – Р. 29-36.

39. Казахстан может стать основным поставщиком тория 28 мая 2014 altaynews.kz https://www.atomic-energy.ru/news/2014/05/28/49202.

40. Россыпи золота Казахстана / X.А. Беспаев и др. // Справочник Алматы, 1999, 228 с.

41. Ермұханбетов Е.Е. Вещественный состав вмещающих пород и коренных руд на месторождении Верхний Иргиз / Е.Е. Ермұханбетов, М.К. Кембаев // труды Сатпаевских чтений «Сатпаевские чтения – 2020» Алматы 2020. С.27-30.

42. Еекрасоба Р.Л. Куларит – аутигенная разновидность монацита / Р.Л. Еекрасоба, Е.Е. Еекрасоб // ДАН. – 1983. – Т. 268. – С. 688-693.

43. О возможности создания редкоземельной отрасли в РК журнале «Промышленность Казахстана», №5, октябрь 2008 г.) Мадали Найманбаев https://proza.ru/2009/02/05/425.