Radwaste Treatment

Radwaste Treatment Applications

Lo sviluppo dell'energia nucleare ha lasciato un'eredità di contaminazione delle acque sotterranee in alcune località che includono la presenza di alcuni metalli pesanti e cromati.

Il cesio o cesio è un elemento chimico con simbolo Cs e numero atomico 55. È un metallo alcalino morbido, argenteo-oro con un punto di fusione di 28,5 ° C (83,3 ° F), che lo rende uno dei soli cinque metalli elementari che sono liquidi a temperatura ambiente o quasi. Il cesio ha proprietà fisiche e chimiche simili a quelle del rubidio e del potassio. È l'elemento meno elettronegativo. Ha un solo isotopo stabile, il cesio-133. Il cesio viene estratto principalmente dalla pollucite, mentre i radioisotopi, in particolare il cesio-137, un prodotto di fissione, vengono estratti dai rifiuti prodotti dai reattori nucleari. Il chimico tedesco Robert Bunsen e il fisico Gustav Kirchhoff scoprirono il cesio nel 1860 con il nuovo metodo della spettroscopia di fiamma. Le prime applicazioni su piccola scala del cesio furono come "gettatore" nei tubi a vuoto e nelle cellule fotoelettriche. Nel 1967, agendo sulla prova di Einstein che la velocità della luce è la dimensione più costante nell'universo, il Sistema Internazionale di Unità di misura ha usato due conteggi d'onda specifici da uno spettro di emissione di cesio-133 per co-definire il secondo e il metro. Da allora, il cesio è stato ampiamente utilizzato in orologi atomici ad alta precisione. Il cesio metallico è altamente reattivo sia nell'aria che in particolare nell'acqua, reagendo in modo esplosivo, anche a temperature fino a -116 ° C (-177 ° F). Il cesio forma esclusivamente un catione monovalente. Quasi tutti i sali di cesio sono facilmente solubili in acqua. SIR-600 ha una selettività estremamente elevata per il cesio. Il cesio viene catturato dal setaccio molecolare oltre che in cambio. Possono essere utilizzate anche resine cationiche a forma di idrogeno come CG8-H, ma la loro capacità di rimuovere il cesio è limitata da altri ioni in soluzione. In generale quando si utilizzano resine di tipo SAC per rimuovere il cesio è necessario rimuovere tutti gli altri cationi insieme al cesio.

Il pertecnetato, Tc-99, è un composto tecnico utilizzato in alcune applicazioni farmaceutiche di radioisotopi.

Il radio è un elemento chimico con simbolo Ra e numero atomico 88. È il sesto elemento del gruppo 2 della tavola periodica, noto anche come metalli alcalino-terrosi. Il radio puro è bianco-argenteo, ma si combina facilmente con l'azoto (piuttosto che con l'ossigeno) per esposizione all'aria, formando uno strato superficiale nero di nitruro di radio (Ra3N2). Tutti gli isotopi del radio sono altamente radioattivi, l'isotopo più stabile è il radio-226, che ha un'emivita di 1600 anni e decade in gas radon (in particolare l'isotopo radon-222). Quando il radio decade, la radiazione ionizzante è un prodotto che può eccitare sostanze chimiche fluorescenti e causare radioluminescenza. Il radio è il prodotto derivato dal decadimento dell'uranio ed è il metallo alcalino terroso più pesante. Fu scoperto sotto forma di cloruro di radio da Marie e Pierre Curie nel 1898. Hanno estratto il composto di radio dall'uraninite e hanno pubblicato la scoperta all'Accademia delle scienze francese cinque giorni dopo. Il radio è stato isolato nel suo stato metallico da Marie Curie e André-Louis Debierne attraverso l'elettrolisi del cloruro di radio nel 1911. Ha la proprietà della luminescenza e un tempo era usato per far brillare i quadranti degli orologi al buio e per vari prodotti da ciarlatano. Il radio forma un catione bivalente in acqua e può essere rimosso dalle resine addolcitrici dell'acqua, insieme ad altri ioni di durezza. Fatta eccezione per il primo ciclo di esaurimento, la perdita di radio si verifica poco dopo la perdita di durezza, pertanto la resina viene utilizzata come un normale addolcitore con rigenerazione della salamoia a intervalli regolari. La resina cationica macroporosa altamente reticolata ha esteso il funzionamento del primo ciclo oltre la rottura della durezza e può essere utilizzata in applicazioni monouso quando la durezza e il TDS non sono troppo elevati. RSM-50 ha solfato di bario depositato nei pori della resina. Il radio viene prima scambiato e poi trasferito al precipitante, consentendo un carico molto più elevato e un rendimento più lungo.

Lo ione ammonio si forma quando il pH è inferiore a 9 (preferibilmente inferiore a 8). L'ammonio è un catione monovalente. Le resine cationiche come CG8 e CG10 hanno una modesta selettività per lo ione ammonio rispetto al sodio ma una scarsa selettività rispetto agli ioni durezza come calcio e magnesio. SIR-600 ha una selettività molto elevata per l'ammonio ma una capacità piuttosto bassa e richiede una dose di sale piuttosto elevata (tipicamente almeno 30 libbre NaCl per piede cubo).

L'antimonio è un elemento chimico con simbolo Sb (dal latino: stibium) e numero atomico 51. Un metalloide grigio brillante, si trova in natura principalmente come minerale solfuro stibnite (Sb2S3). I composti di antimonio sono noti fin dall'antichità e venivano polverizzati per essere usati come medicinali e cosmetici, spesso conosciuti con il nome arabo, kohl. Era noto anche l'antimonio metallico, ma fu erroneamente identificato come piombo al momento della sua scoperta. In Occidente fu isolato per la prima volta da Vannoccio Biringuccio e descritto nel 1540. Per qualche tempo, la Cina è stata il più grande produttore di antimonio e dei suoi composti, con la maggior parte della produzione proveniente dalla miniera di Xikuangshan nell'Hunan. I metodi industriali per la raffinazione dell'antimonio sono la tostatura e la riduzione con carbone o la riduzione diretta della stibnite con ferro. L'antimonio puro è un metallo fragile e morbido. L'antimonio forma composti simili al suo elemento gemello arsenico e si trova più comunemente nel suo stato di ossidazione +3. Le più grandi applicazioni per l'antimonio metallico è una lega con piombo e stagno e le piastre piombo-antimonio nelle batterie al piombo. Le leghe di piombo e stagno con antimonio hanno proprietà migliorate per saldature, proiettili e cuscinetti a strisciamento. È anche usato come componente nei ritardanti di fiamma e in alcune sintesi chimiche organiche. Gli ibridi di anioni a base forte a base di ferro sono efficaci per rimuovere l'antimonio dalle acque borate presenti nelle centrali nucleari.

L'uranio è un elemento chimico con simbolo U e numero atomico 92. È un metallo bianco-argenteo nella serie degli attinidi della tavola periodica. Un atomo di uranio ha 92 protoni e 92 elettroni, di cui 6 sono elettroni di valenza. L'uranio è debolmente radioattivo perché tutti i suoi isotopi sono instabili (con emivite dei sei isotopi naturalmente conosciuti, dall'uranio-233 all'uranio-238, che variano tra 69 anni e 4,5 miliardi di anni). Gli isotopi più comuni nell'uranio naturale sono l'uranio-238 (che ha 146 neutroni e rappresenta oltre il 99%) e l'uranio-235 (che ha 143 neutroni). L'uranio ha il peso atomico più alto degli elementi primordiali. La sua densità è di circa il 70% superiore a quella del piombo e leggermente inferiore a quella dell'oro o del tungsteno. Si trova naturalmente in basse concentrazioni di poche parti per milione nel suolo, nella roccia e nell'acqua e viene estratto commercialmente da minerali contenenti uranio come l'uranite. In natura, l'uranio si trova come uranio-238 (99,2739-99,2752%), uranio-235 (0,7198-0,7202%), e una quantità molto piccola di uranio-234 (0,0050-0,0059%). Sebbene l'U238 sia quasi stabile, l'U235 è significativamente radioattivo e anche fissile (può supportare reazioni a catena). L'uranio decade lentamente emettendo una particella alfa. L'emivita dell'uranio-238 è di circa 4,47 miliardi di anni e quella dell'uranio-235 è di 704 milioni di anni, il che li rende utili per datare l'età della Terra. L'uranio nelle acque potabili viene facilmente rimosso da una varietà di resine anioniche a base forte. Sebbene le resine anioniche siano considerate la migliore tecnologia disponibile per i piccoli impianti, il loro utilizzo è complicato dalle limitazioni allo smaltimento dei rifiuti che contengono residui di uranio. L'uranio può essere rimosso dai rifiuti minerari acidi da una varietà di resine cationiche acide forti.

I livelli di silice devono essere mantenuti a livelli molto bassi nel ciclo nucleare. La maggior parte dei metodi di rimozione rimuove anche il boro, che viene utilizzato nel sistema come moderatore. Forme speciali di resina a scambio ionico borato rimuoveranno selettivamente la silice in questi ambienti e manterranno il livello di boro desiderato.

Lo iodio radioattivo è un isotopo artificiale con proprietà simili ad altri isotopi di iodio. Il radioiodio è presente nell'acqua come ioduro. Come ione traccia può essere rimosso da vari tipi di resine anioniche a base forte, favorendo le ammine superiori. I mezzi impregnati d'argento e d'argento mostrano una maggiore affinità per gli ioduri.

Come il cesio, lo stronzio è un radionuclide prodotto di fissione che può apparire nelle acque sotterranee colpite.

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