浅谈铀浓缩尾料处理处置与再利用

摘要：铀浓缩尾料（贫铀）兼具资源属性和环境风险，其处理处置与再利用已成为全球核能可持续发展的重要问题。本文梳理了全球主要核国家的尾料处理处置策略，分析了四种技术路径的优劣，并重点对再浓缩方案进行了经济性分析，从技术创新、政策体系、国际合作、产业模式与公众沟通等方面提出展望与建议。

关键词：贫铀；尾料；转化；浓缩；处理处置；二次利用

一、概况

贫铀是核燃料铀浓缩生产环节的副产物，形态一般为气态六氟化铀，行业内常称为“尾料”，其核心特征是铀235丰度显著低于天然铀的0.711%，铀235丰度一般在0.15%至0.3%之间，尾料的产生量一般与铀浓缩工艺和参数相关。

二、尾料全球处理处置现状

    全球铀浓缩尾料累计存量已达数百万吨，主要集中于核电产业发达的国家，各国对铀浓缩尾料的处理处置方式存在一定差异，仅少数国家实现规模化再利用，尾料再利用率和资源化率整体偏低，长期储存的环境风险与资源浪费问题日益凸显。

    (一)北美地区

美国最初以露天存放为主，20世纪90年代末，美国开始建造尾料转化设施，将尾料从六氟化铀形态转化为更为稳定的八氧化三铀形态，存入地下处置库；2010年左右，美国研究尾料作为新型放射性屏蔽材料、通过激光分离法再浓缩、以及制作MOX燃料（氧化铀-钚混合燃料）等再利用方式。加拿大因铀资源储量丰富，采用“储存-待利用”策略，主要通过钢制容器暂存，依托铀资源优势暂缓大规模处置。

    (二)欧洲地区

法国将尾料看作具有长远利用价值的资源贮存，对尾料采用的策略是直接转化处理成稳定氧化物的形式贮存。由法国欧安诺集团进行尾料UF6的脱氟处理，生成适合长期安全贮存的U3O8，存放于铀浓缩厂或已关闭的废弃铀矿中，转化产生的氢氟酸作为工业用副产品出售。欧洲铀浓缩公司（Urenco）对尾料的处理策略经历了露天贮存、贫铀再浓缩、转化处理的过程。2009年开始Urenco与英国、德国、法国等国家合作，开始将尾料转化处理成U3O8进行贮存。

(三)俄罗斯

考虑到快中子反应堆可以用贫铀作为燃料原料，俄罗斯对铀浓缩尾料的处理策略是长期贮存直到快中子反应堆运行阶段，明确其对贫铀的需求为止。

（四）亚洲地区

日本结合后处理设施开展尾料循环试点，中国则处于“储存为主、技术研发并行”阶段，逐步完善尾料管理模式和策略。

    三、处理处置方式

    目前全球主流的铀浓缩尾料处理处置方式主要包括临时储存、化学转化+地质处置、再浓缩利用+化学转化+地质处置、先进反应堆转化利用四类：

    （一）临时储存

将尾料以六氟化铀形态存入专用钢制容器，或转化为铀氧化物后存放于储存设施，待技术成熟后再进行后续处理，是当前应用最广泛的过渡性方案。临时储存方案技术简单、灵活性强，但长期运行需承担设备维护和安全监测成本，且存在泄漏风险。

（二）化学转化+地质处置

    将尾料通过化学转化的方式转化为稳定氧化物的形式，将经稳定化处理的尾料深埋于符合地质条件的地下处置库，通过多重屏障（天然岩层、人工屏障）实现长期隔离。地质处置具有永久性和安全性优势，但需满足严格的地质条件要求，且前期勘查与建设周期长，同时也失去了尾料未来再次利用的可能。

（三）再浓缩利用+化学转化+地质处置

将尾料作为铀浓缩原料在铀浓缩产线进行再浓缩利用，该方式目前存在的问题一是浓缩效率低、经济性欠佳，二是再浓缩会产生新的富集度更低的尾料，新的尾料一般经过化学转化后，深埋于符合地质条件的地下处置库，通过多重屏障（天然岩层、人工屏障）实现长期隔离。该方式在现有技术条件下实现了尾料的最大化利用和长期处置，但相对于“天然铀+转化”的一次利用方式，目前的再浓缩成本较高，在天然铀和转化价格较高时，才具备经济性。

（四）先进反应堆转化利用

通过快中子增殖反应堆或熔盐反应堆，将尾料中占比99%以上的铀238转化为可裂变的钚239，实现核燃料的循环利用。技术特点为资源利用率高（可将尾料资源转化率提升至80%以上）、废物减容效果显著，但反应堆技术复杂度高、建设周期长。

三、经济性分析

临时储存的初始投资较低，但每年运行维护成本较高，且需面临未来二次处置的额外支出。地质处置的单位体积处置成本最低（长期分摊），但初始投资可高达数十亿美元，且选址要求极为苛刻。考虑到不同国家临时贮存和地质处置的情况不同，本文主要针对尾料的二次浓缩利用进行经济性分析。

按照0.25%富集度的尾料二次浓缩后，产生二次浓缩的尾料为0.15%的方式，计算公式如下：

Mu= Me×[(Ne－Nw)／(Nu－Nw)]

Mc=Me×[ (Ne-Nw) / (Nu-Nw）]

S = Me×[V(Ne)－V(Nw)]－Mc×[V(Nu)－V(Nw)]

V(Nx) = (2Nx－1)×Ln[(Nx)／(1－Nx)]

式中：

Mu：一次尾料数量，kgU；取值1000

Ne：二次浓缩后的浓缩铀富集度；取值为0.711％；

Nu：一次尾料富集度，其值为0.25％；

Nw：二次尾料富集度，其值为0.15％；

Me：二次浓缩后的浓缩铀数量，kgU；

Mc：转化服务数量，千克铀；

S：分离功数量；

V(Nx)：计算系数。

根据上述公式计算可知二次浓缩后的浓缩铀数量Me约为176.5kgU。即1000kg的一次尾料（富集度为0.25%），进行再浓缩（产生0.15%富集度二次尾料的方式），可得到富集度为0.711%的浓缩铀约176.5kg，需要分离功约235tSWU。

仅考虑二次浓缩分离功费用，分离功按照170美元/kgSWU测算，折算二次浓缩成本约226美元/kgU，此外，还要考虑到二次浓缩成本还包括容器费用、贮存费用、运输等多方因素。即现有一次供应“天然铀采购+转化”成本至少要大于226美元/kgU时，尾料的二次浓缩才具备经济性。

四、总结与建议

铀浓缩尾料作为核燃料循环的重要副产品，兼具资源属性和环境风险，其处理处置与再利用已成为全球核能可持续发展的重要问题。尾料再利用的经济性高度依赖资源价格、技术规模和政策支持，虽面临技术、安全和社会等多重挑战，但发展潜力巨大，是实现核能资源循环、降低环境风险的核心路径。建议如下：

1.技术创新驱动：加大激光浓缩、先进反应堆型等核心技术研发投入，提升尾料浓缩效率，降低单位能耗和成本。

    2. 政策体系完善：建立统一的尾料管理标准和安全规范，完善核扩散风险防控机制；推出长期稳定的补贴和税收优惠政策，降低项目投资风险。

     3. 国际合作深化：通过国际交流与合作，推进跨境尾料处理设施共享，建立全球统一的监管和保障体系；加强技术转让和人才交流，实现全球资源优化配置。

    4. 产业模式升级：构建“尾料-提取-制造-回收”的闭环产业链，拓展尾料在储能、新材料等领域的应用场景；推动建立核燃料产业园，推动核燃料、尾料再利用等项目与核电项目协同发展，降低运输和配套成本。

    5. 公众沟通强化：通过科普宣传、透明化监管和社区参与，提升公众对尾料利用安全性的认知；建立项目环境影响公开制度，增强社会信任度。

    未来，随着技术成熟度提升、政策支持力度加大和市场需求增长，铀浓缩尾料将从“废物”转变为重要的战略资源，其再利用产业将成为核能低碳转型的重要支撑，为全球能源安全和环境保护提供新的解决方案。

参考文献

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[3]李晓明, 张伟, 王磊. 贫化铀处理处置技术研究进展与展望[J]. 核科学与工程, 2021,41(4):789-795.

[4]李洪辉，赵帅维，贾梅等.贫铀的处理与处置探讨[J].环境科学与管理,2016,41（7）：96-100.

作者简介：周辉（1990－），男，江苏徐州人，工程师，硕士研究生，燃料与乏燃料经理，主要从事核燃料循环前后端等相关工作。