Anwendungen zur Behandlung von radioaktiven Abfällen

Ammoniumionen bilden sich, wenn der pH-Wert unter 9 (vorzugsweise unter 8) liegt. Ammonium ist ein einwertiges Kation. Kationenharze wie CG8 und CG10 haben im Vergleich zu Natrium eine mäßige Selektivität für Ammoniumionen, aber eine schlechte Selektivität im Vergleich zu Härteionen wie Calcium und Magnesium. SIR-600 hat eine sehr hohe Selektivität für Ammonium, aber eine relativ geringe Kapazität und erfordert eine ziemlich große Salzdosis (normalerweise mindestens 30 Pfund NaCl pro Kubikfuß).

Antimon ist ein chemisches Element mit dem Symbol Sb (aus dem Lateinischen: Stibium) und der Ordnungszahl 51. Es ist ein glänzendes graues Metalloid und kommt in der Natur hauptsächlich als Sulfidmineral Stibnit (Sb2S3) vor. Antimonverbindungen sind seit der Antike bekannt und wurden zur Verwendung als Medizin und Kosmetika pulverisiert, oft bekannt unter dem arabischen Namen Kohl. Metallisches Antimon war ebenfalls bekannt, wurde jedoch bei seiner Entdeckung fälschlicherweise als Blei identifiziert. Im Westen wurde es erstmals von Vannoccio Biringuccio isoliert und 1540 beschrieben.

China ist seit einiger Zeit der größte Produzent von Antimon und seinen Verbindungen, wobei der Großteil der Produktion aus der Xikuangshan-Mine in Hunan stammt. Die industriellen Methoden zur Raffinierung von Antimon sind Rösten und Reduktion mit Kohlenstoff oder die direkte Reduktion von Stibnit mit Eisen.

Reines Antimon ist ein weiches, sprödes Metall. Antimon bildet ähnliche Verbindungen wie sein Schwesterelement Arsen und kommt am häufigsten in der Oxidationsstufe +3 vor. Die größten Anwendungen für metallisches Antimon sind Legierungen mit Blei und Zinn sowie die Blei-Antimon-Platten in Blei-Säure-Batterien. Legierungen aus Blei und Zinn mit Antimon haben verbesserte Eigenschaften für Lötmittel, Kugeln und Gleitlager. Sie werden auch als Komponente in Flammschutzmitteln und in bestimmten organischen chemischen Synthesen verwendet.

Die stark basischen Anionenhybride auf Eisenbasis sind wirksam bei der Entfernung von Antimon aus boriertem Wasser in Kernkraftwerken.

Caesium oder Cäsium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cs und der Ordnungszahl 55. Es ist ein weiches, silbrig-goldenes Alkalimetall mit einem Schmelzpunkt von 28,5 °C (83,3 °F), was es zu einem von nur fünf elementaren Metallen macht, die bei oder nahe Raumtemperatur flüssig sind. Cäsium hat ähnliche physikalische und chemische Eigenschaften wie Rubidium und Kalium. Es ist das am wenigsten elektronegative Element.

Es hat nur ein stabiles Isotop, Cäsium-133. Cäsium wird hauptsächlich aus Pollucit gewonnen, während die Radioisotope, insbesondere Cäsium-137, ein Spaltprodukt, aus Abfällen von Kernreaktoren gewonnen werden.

Der deutsche Chemiker Robert Bunsen und der Physiker Gustav Kirchhoff entdeckten Cäsium im Jahr 1860 durch die neu entwickelte Methode der Flammenspektroskopie. Die ersten kleinen Anwendungen für Cäsium waren die Verwendung als „Getter“ in Vakuumröhren und in Fotozellen. Basierend auf Einsteins Beweis, dass die Lichtgeschwindigkeit die konstanteste Dimension im Universum ist, verwendete das Internationale Einheitensystem 1967 zwei spezifische Wellenzahlen aus einem Emissionsspektrum von Cäsium-133, um die Sekunde und das Meter gemeinsam zu definieren. Seitdem wird Cäsium häufig in hochpräzisen Atomuhren verwendet.

Metallisches Cäsium ist sowohl in der Luft als auch insbesondere in Wasser hochreaktiv und reagiert explosionsartig, selbst bei Temperaturen von bis zu −116 °C (−177 °F). Cäsium bildet ausschließlich ein einwertiges Kation. Fast alle Cäsiumsalze sind gut wasserlöslich.

SIR-600 weist eine extrem hohe Selektivität für Cäsium auf. Cäsium wird zusätzlich zum Austausch durch Molekularsiebung eingefangen. Kationenharze in Wasserstoffform wie CG8-H können ebenfalls verwendet werden, ihre Fähigkeit, Cäsium zu entfernen, wird jedoch durch andere Ionen in Lösung eingeschränkt. Im Allgemeinen ist es bei der Verwendung von SAC-Harzen zur Entfernung von Cäsium erforderlich, alle anderen Kationen zusammen mit Cäsium zu entfernen.

Radioaktives Jod ist ein künstliches Isotop mit ähnlichen Eigenschaften wie andere Jodisotope. Radiojod liegt im Wasser als Jodid vor. Als Spurenion kann es durch verschiedene Arten stark basischer Anionenharze entfernt werden, wobei die höheren Amine bevorzugt werden. Silber und mit Silber imprägnierte Medien zeigen eine erhöhte Affinität zu Iodiden.

Pertechnetat, Tc-99, ist eine technische Verbindung, die in einigen pharmazeutischen Radioisotopanwendungen verwendet wird.

Radium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ra und der Ordnungszahl 88. Es ist das sechste Element in der Gruppe 2 des Periodensystems, auch bekannt als Erdalkalimetalle. Reines Radium ist silberweiß, verbindet sich jedoch an der Luft leicht mit Stickstoff (anstelle von Sauerstoff) und bildet eine schwarze Oberflächenschicht aus Radiumnitrid (Ra3N2). Alle Radiumisotope sind hochradioaktiv, wobei das stabilste Isotop Radium-226 ist, das eine Halbwertszeit von 1600 Jahren hat und in Radongas (insbesondere das Isotop Radon-222) zerfällt. Beim Zerfall von Radium entsteht ionisierende Strahlung, die fluoreszierende Chemikalien anregen und Radiolumineszenz verursachen kann.

Radium ist das Tochterprodukt des Uranzerfalls und das schwerste Erdalkalimetall. Es wurde 1898 von Marie und Pierre Curie in Form von Radiumchlorid entdeckt. Sie extrahierten die Radiumverbindung aus Uraninit und veröffentlichten die Entdeckung fünf Tage später in der Französischen Akademie der Wissenschaften. Radium wurde 1911 von Marie Curie und André-Louis Debierne durch Elektrolyse von Radiumchlorid in seinem metallischen Zustand isoliert. Es hat die Eigenschaft der Lumineszenz und wurde einst verwendet, um Zifferblätter im Dunkeln leuchten zu lassen, sowie für verschiedene Quacksalberprodukte.

Radium bildet in Wasser ein zweiwertiges Kation und kann zusammen mit anderen Härteionen durch Wasserenthärtungsharze entfernt werden. Mit Ausnahme des ersten Erschöpfungszyklus tritt der Radiumaustritt kurz nach dem Härteverlust auf, daher wird das Harz als gewöhnlicher Weichmacher mit Sole-Regeneration in regelmäßigen Abständen verwendet.

Das hochvernetzte makroporöse Kationenharz verlängert den Betrieb im ersten Zyklus über den Härtebruch hinaus und kann in Einmalanwendungen verwendet werden, wenn Härte und TDS nicht zu hoch sind. Bei RSM-50 ist Bariumsulfat in den Poren des Harzes abgelagert. Radium wird zunächst ausgetauscht und dann auf das Fällmittel übertragen, was eine wesentlich höhere Beladung und einen längeren Durchsatz ermöglicht.

Der Siliciumdioxidgehalt muss im Kernkreislauf auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden. Bei den meisten Entfernungsmethoden wird auch Bor entfernt, das im System als Moderator verwendet wird. Spezielle Formen von boriertem Ionenaustauscherharz entfernen selektiv Kieselsäure in diesen Umgebungen und halten den gewünschten Borgehalt aufrecht.

Strontium ist wie Cäsium ein Spaltprodukt-Radionuklid, das in betroffenen Grundwässern auftreten kann.

Die Entwicklung der Kernenergie hinterließ an einigen Standorten eine Grundwasserverschmutzung, die auch das Vorhandensein einiger Schwermetalle und Chromat beinhaltet.

Uran ist ein chemisches Element mit dem Symbol U und der Ordnungszahl 92. Es ist ein silberweißes Metall in der Aktinidenreihe des Periodensystems. Ein Uranatom hat 92 Protonen und 92 Elektronen, davon 6 Valenzelektronen. Uran ist schwach radioaktiv, da alle seine Isotope instabil sind (die Halbwertszeiten der sechs natürlich bekannten Isotope Uran-233 bis Uran-238 variieren zwischen 69 und 4,5 Milliarden Jahren). Die häufigsten Isotope in natürlichem Uran sind Uran-238 (mit 146 Neutronen und einem Anteil von über 99 %) und Uran-235 (mit 143 Neutronen). Uran hat das höchste Atomgewicht der ursprünglich vorkommenden Elemente. Seine Dichte ist etwa 70 % höher als die von Blei und etwas niedriger als die von Gold oder Wolfram. Es kommt natürlicherweise in geringen Konzentrationen von wenigen Teilen pro Million im Boden, Gestein und Wasser vor und wird kommerziell aus uranhaltigen Mineralien wie Uraninit gewonnen.

In der Natur kommt Uran als Uran-238 (99,2739–99,2752 %) und Uran-235 vor (0,7198–0,7202 %) und eine sehr geringe Menge Uran-234 (0,0050–0,0059 %). Obwohl U238 nahezu stabil ist, ist U235 deutlich radioaktiv und auch spaltbar (kann Kettenreaktionen unterstützen). Uran zerfällt langsam durch die Emission eines Alphateilchens. Die Halbwertszeit von Uran-238 beträgt etwa 4,47 Milliarden Jahre und die von Uran-235 704 Millionen Jahre, was sie für die Altersbestimmung der Erde nützlich macht.

Uran in Trinkwasser lässt sich leicht durch eine Vielzahl stark basischer Anionenharze entfernen. Obwohl Anionenharze als die beste verfügbare Technologie für kleine Systeme gelten, wird ihre Verwendung durch Einschränkungen bei der Entsorgung von Abfällen, die Uranrückstände enthalten, erschwert.

Uran kann aus sauren Bergbauabfällen durch eine Vielzahl stark saurer Kationenharze entfernt werden.