Aplicaciones de tratamiento de residuos radiales

El ion amonio se forma cuando el pH es inferior a 9 (preferiblemente inferior a 8). El amonio es un catión monovalente. Las resinas catiónicas como la CG8 y la CG10 tienen una selectividad modesta para el ion amonio en comparación con el sodio, pero una selectividad pobre en comparación con los iones de dureza como el calcio y el magnesio. La SIR-600 tiene una selectividad muy alta para el amonio, pero su capacidad es bastante baja y requiere una dosis de sal bastante alta (por lo general, al menos 30 libras de NaCl por pie cúbico).

El antimonio es un elemento químico con el símbolo Sb (del latín: stibium) y el número atómico 51. Es un metaloide gris brillante que se encuentra en la naturaleza principalmente como el mineral sulfurado estibnita (Sb2S3). Los compuestos de antimonio se conocen desde la antigüedad y se pulverizaban para su uso como medicamentos y cosméticos, a menudo conocidos con el nombre árabe de kohl. También se conocía el antimonio metálico, pero fue identificado erróneamente como plomo en el momento de su descubrimiento. En Occidente, Vannoccio Biringuccio lo aisló por primera vez y lo describió en 1540.

Durante algún tiempo, China ha sido el mayor productor de antimonio y sus compuestos, y la mayor parte de la producción proviene de la mina Xikuangshan en Hunan. Los métodos industriales para refinar el antimonio son la torrefacción y la reducción con carbono o la reducción directa del estibnita con hierro.

El antimonio puro es un metal blando y quebradizo. El antimonio forma compuestos similares a su elemento hermano, el arsénico, y se encuentra más comúnmente en su estado de oxidación +3. Las principales aplicaciones del antimonio metálico son las aleaciones con plomo y estaño y las placas de plomo y antimonio de las baterías de plomo-ácido. Las aleaciones de plomo y estaño con antimonio tienen propiedades mejoradas para soldaduras, balas y cojinetes lisos. También se utiliza como componente en materiales ignífugos y en ciertas síntesis químicas orgánicas.

Los híbridos de aniones de base fuerte a base de hierro son eficaces para eliminar el antimonio de las aguas boradas que se encuentran en las centrales nucleares.

El cesio o cesio es un elemento químico con el símbolo Cs y el número atómico 55. Es un metal alcalino blando, plateado y dorado con un punto de fusión de 28,5 °C (83,3 °F), lo que lo convierte en uno de los cinco únicos metales elementales que son líquidos a temperatura ambiente o cerca de ella. El cesio tiene propiedades físicas y químicas similares a las del rubidio y el potasio. Es el elemento menos electronegativo.

Tiene un solo isótopo estable, el cesio-133. El cesio se extrae principalmente de la polucita, mientras que los radioisótopos, especialmente el cesio 137, un producto de la fisión, se extraen de los residuos producidos por los reactores nucleares.

El químico alemán Robert Bunsen y el físico Gustav Kirchhoff descubrieron el cesio en 1860 mediante el recientemente desarrollado método de espectroscopía de llama. Las primeras aplicaciones a pequeña escala del cesio fueron como «captador» en tubos de vacío y células fotoeléctricas. En 1967, basándose en la demostración de Einstein de que la velocidad de la luz es la dimensión más constante del universo, el Sistema Internacional de Unidades utilizó dos recuentos de ondas específicos de un espectro de emisión de cesio-133 para codefinir el segundo y el metro. Desde entonces, el cesio se ha utilizado ampliamente en relojes atómicos de alta precisión.

El cesio metálico es altamente reactivo tanto en el aire como especialmente en el agua, y reacciona de forma explosiva incluso a temperaturas tan bajas como -116 °C (-177 °F). El cesio forma exclusivamente un catión monovalente. Casi todas las sales de cesio son fácilmente solubles en agua.

El SIR-600 tiene una selectividad extremadamente alta para el cesio. El cesio se captura mediante tamizado molecular además de a intercambio. También se pueden usar resinas catiónicas en forma de hidrógeno, como la CG8-H, pero su capacidad para eliminar el cesio está limitada por la presencia de otros iones en solución. En general, cuando se utilizan resinas de tipo SAC para eliminar el cesio, es necesario eliminar todos los demás cationes junto con el cesio.

El yodo radiactivo es un isótopo artificial con propiedades similares a las de otros isótopos del yodo. El yodo radiactivo está presente en el agua en forma de yoduro. Como oligoion, puede eliminarse mediante varios tipos de resinas aniónicas de base fuerte, favoreciendo las aminas superiores. La plata y los medios impregnados con plata muestran una mayor afinidad por los yoduros.

El pertecnetato, Tc-99, es un compuesto técnico utilizado en algunas aplicaciones farmacéuticas de radioisótopos.

El radio es un elemento químico con el símbolo Ra y el número atómico 88. Es el sexto elemento del grupo 2 de la tabla periódica, también conocido como metales alcalinotérreos. El radio puro es de color blanco plateado, pero se combina fácilmente con el nitrógeno (en lugar del oxígeno) al exponerse al aire, formando una capa superficial negra de nitruro de radio (Ra3N2). Todos los isótopos del radio son altamente radiactivos, siendo el isótopo más estable el radio 226, que tiene una vida media de 1600 años y se desintegra en gas radón (específicamente el isótopo radón 222). Cuando el radio se desintegra, la radiación ionizante es un producto que puede excitar sustancias químicas fluorescentes y provocar radioluminiscencia.

El radio es el producto hijo de la descomposición del uranio y es el metal alcalinotérreo más pesado. Fue descubierto en forma de cloruro de radio por Marie y Pierre Curie en 1898. Extrajeron el compuesto de radio de la uraninita y publicaron el descubrimiento en la Academia de Ciencias de Francia cinco días después. Marie Curie y André-Louis Debierne aislaron el radio en su estado metálico mediante la electrólisis del cloruro de radio en 1911. Tiene la propiedad de la luminiscencia y alguna vez se usó para hacer que las esferas de los relojes brillaran en la oscuridad, así como para varios productos curanderos.

El radio forma un catión divalente en el agua y se puede eliminar con resinas que ablandan el agua, junto con otros iones de dureza. A excepción del primer ciclo de agotamiento, la fuga de radio se produce poco después de que se produzca una pérdida de dureza, por lo que la resina se utiliza como un ablandador normal con regeneración de salmuera a intervalos regulares.

La resina catiónica macroporosa altamente reticulada ha extendido el funcionamiento del primer ciclo más allá de la rotura por dureza y se puede utilizar en aplicaciones de un solo uso cuando la dureza y el TDS no son demasiado altos. El RSM-50 tiene sulfato de bario depositado en los poros de la resina. El radio se intercambia primero y luego se transfiere al precipitante, lo que permite una carga mucho mayor y un rendimiento más prolongado.

Los niveles de sílice deben mantenerse en niveles muy bajos durante el ciclo nuclear. La mayoría de los métodos de eliminación también eliminan el boro, que se usa en el sistema como moderador. Las formas especiales de resina de intercambio iónico boratada eliminarán selectivamente la sílice en estos entornos y mantendrán el nivel de boro deseado.

Al igual que el cesio, el estroncio es un radionúclido producto de la fisión que puede aparecer en las aguas subterráneas impactadas.

El desarrollo de la energía nuclear dejó un legado de contaminación de las aguas subterráneas en algunos lugares, que incluye la presencia de algunos metales pesados y cromato.

El uranio es un elemento químico con el símbolo U y el número atómico 92. Es un metal blanco plateado de la serie de actínidos de la tabla periódica. Un átomo de uranio tiene 92 protones y 92 electrones, de los cuales 6 son electrones de valencia. El uranio es débilmente radiactivo porque todos sus isótopos son inestables (las vidas medias de los seis isótopos conocidos naturalmente, del uranio 233 al uranio 238, varían entre 69 y 4.500 millones de años). Los isótopos más comunes del uranio natural son el uranio 238 (que tiene 146 neutrones y representa más del 99%) y el uranio 235 (que tiene 143 neutrones). El uranio tiene el peso atómico más alto de los elementos primordiales. Su densidad es aproximadamente un 70% superior a la del plomo y ligeramente inferior a la del oro o el tungsteno. Se encuentra de forma natural en bajas concentraciones de unas pocas partes por millón en el suelo, las rocas y el agua, y se extrae comercialmente de minerales que contienen uranio, como la uraninita.

En la naturaleza, el uranio se encuentra en forma de uranio 238 (99,2739— 99,2752%), uranio 235 (0,7198— 0,7202%) y una cantidad muy pequeña de uranio 234 (0,0050— 0,0059%). Si bien el U238 es prácticamente estable, el U235 es considerablemente radiactivo y también fisible (puede provocar reacciones en cadena). El uranio se desintegra lentamente al emitir una partícula alfa. La vida media del uranio 238 es de unos 4.470 millones de años y la del uranio 235 es de 704 millones de años, lo que los hace útiles para fechar la edad de la Tierra.

El uranio en las aguas potables se elimina fácilmente mediante una variedad de resinas aniónicas de base fuerte. Si bien las resinas aniónicas se consideran la mejor tecnología disponible para sistemas pequeños, su uso se complica debido a las limitaciones en la eliminación de los desechos que contienen residuos de uranio.

El uranio se puede eliminar de los desechos ácidos de la minería mediante una variedad de resinas catiónicas de ácido fuerte.