Applications de traitement des déchets radioactifs

L'ion ammonium se forme lorsque le pH est inférieur à 9 (de préférence inférieur à 8). L'ammonium est un cation monovalent. Les résines cationiques telles que le CG8 et le CG10 présentent une sélectivité modeste pour les ions ammonium par rapport au sodium, mais une faible sélectivité par rapport aux ions de dureté tels que le calcium et le magnésium. Le SIR-600 a une sélectivité très élevée pour l'ammonium mais une capacité assez faible et nécessite une dose de sel assez importante (généralement au moins 30 livres de NaCl par pied cube).

L'antimoine est un élément chimique de symbole Sb (du latin : stibium) et de numéro atomique 51. Métalloïde gris brillant, on le trouve dans la nature principalement sous forme de stibnite, un minéral sulfuré (Sb2S3). Les composés d'antimoine sont connus depuis l'Antiquité et étaient réduits en poudre pour être utilisés comme médicaments et cosmétiques, souvent connus sous le nom arabe de khôl. L'antimoine métallique était également connu, mais il a été identifié à tort comme du plomb lors de sa découverte. En Occident, il a été isolé pour la première fois par Vannoccio Biringuccio et décrit en 1540.

Depuis quelque temps, la Chine est le plus grand producteur d'antimoine et de ses composés, la majeure partie de la production provenant de la mine de Xikuangshan dans le Hunan. Les méthodes industrielles de raffinage de l'antimoine sont le grillage et la réduction au carbone ou la réduction directe de la stibnite avec du fer.

L'antimoine pur est un métal souple et fragile. L'antimoine forme des composés similaires à son élément frère, l'arsenic, et se trouve le plus souvent dans son état d'oxydation +3. Les applications les plus importantes de l'antimoine métallique sont un alliage contenant du plomb et de l'étain et les plaques de plomb-antimoine des batteries au plomb. Les alliages de plomb et d'étain avec de l'antimoine ont des propriétés améliorées pour les soudures, les billes et les roulements lisses. Il est également utilisé comme composant dans les produits ignifuges et dans certaines synthèses chimiques organiques.

Les hybrides d'anions à base forte à base de fer sont efficaces pour éliminer l'antimoine des eaux boratées présentes dans les centrales nucléaires.

Le césium ou césium est un élément chimique de symbole Cs et de numéro atomique 55. Il s'agit d'un métal alcalin doux et doré dont le point de fusion est de 28,5 °C (83,3 °F), ce qui en fait l'un des cinq seuls métaux élémentaires liquides à température ambiante ou presque. Le césium possède des propriétés physiques et chimiques similaires à celles du rubidium et du potassium. C'est l'élément le moins électronégatif.

Il ne possède qu'un seul isotope stable, le césium-133. Le césium est extrait principalement de la pollucite, tandis que les radio-isotopes, en particulier le césium-137, un produit de fission, sont extraits des déchets produits par les réacteurs nucléaires.

Le chimiste allemand Robert Bunsen et le physicien Gustav Kirchhoff ont découvert le césium en 1860 grâce à la nouvelle méthode de spectroscopie de flamme. Les premières applications à petite échelle du césium ont été celles utilisées comme agent « absorbeur » dans les tubes à vide et les cellules photoélectriques. En 1967, agissant sur la base de la preuve d'Einstein selon laquelle la vitesse de la lumière est la dimension la plus constante de l'univers, le Système international d'unités a utilisé deux comptes d'ondes spécifiques issus d'un spectre d'émission de césium-133 pour définir conjointement la seconde et le mètre. Depuis lors, le césium a été largement utilisé dans les horloges atomiques de haute précision.

Le césium métallique est très réactif à la fois dans l'air et en particulier dans l'eau, réagissant de manière explosive, même à des températures aussi basses que −116 °C (−177 °F). Le césium forme exclusivement un cation monovalent. Presque tous les sels de césium sont facilement solubles dans l'eau.

Le SIR-600 présente une sélectivité extrêmement élevée pour le césium. Le césium est capté par tamisage moléculaire en plus de l'échange. Des résines cationiques sous forme d'hydrogène telles que le CG8-H peuvent également être utilisées, mais leur capacité à éliminer le césium est limitée par d'autres ions en solution. En général, lors de l'utilisation de résines de type SAC pour éliminer le césium, il est nécessaire d'éliminer tous les autres cations ainsi que le césium.

L'iode radioactif est un isotope artificiel dont les propriétés sont similaires à celles des autres isotopes de l'iode. L'iode radioactif est présent dans l'eau sous forme d'iodure. En tant que trace, il peut être éliminé par différents types de résines anioniques à base forte, favorisant ainsi les amines supérieures. L'argent et les milieux imprégnés d'argent présentent une affinité accrue pour les iodures.

Le pertechnétate, Tc-99, est un composé technique utilisé dans certaines applications pharmaceutiques liées aux radio-isotopes.

Le radium est un élément chimique de symbole Ra et de numéro atomique 88. C'est le sixième élément du groupe 2 du tableau périodique, également connu sous le nom de métaux alcalino-terreux. Le radium pur est blanc argenté, mais il se combine facilement à l'azote (plutôt qu'à l'oxygène) lorsqu'il est exposé à l'air, formant une couche superficielle noire de nitrure de radium (Ra3N2). Tous les isotopes du radium sont hautement radioactifs, l'isotope le plus stable étant le radium-226, qui a une demi-vie de 1600 ans et se désintègre en radon (en particulier l'isotope radon-222). Lorsque le radium se désintègre, le rayonnement ionisant est un produit qui peut exciter des produits chimiques fluorescents et provoquer une radioluminescence.

Le radium est le produit dérivé de la désintégration de l'uranium et est le métal alcalino-terreux le plus lourd. Il a été découvert sous forme de chlorure de radium par Marie et Pierre Curie en 1898. Ils ont extrait le composé de radium de l'uraninite et ont publié la découverte à l'Académie française des sciences cinq jours plus tard. Le radium a été isolé à l'état métallique par Marie Curie et André-Louis Debierne par électrolyse du chlorure de radium en 1911. Il possède la propriété de luminescence et était autrefois utilisé pour faire briller les cadrans des montres dans le noir ainsi que pour divers produits charlatans.

Le radium forme un cation divalent dans l'eau et peut être éliminé par des résines adoucissantes, ainsi que par d'autres ions de dureté. À l'exception du premier cycle d'épuisement, les fuites de radium se produisent peu de temps après la fuite de dureté. C'est pourquoi la résine est utilisée comme adoucissant ordinaire avec régénération de la saumure à intervalles réguliers.

La résine cationique macroporeuse hautement réticulée a prolongé son premier cycle de fonctionnement après la rupture de dureté et peut être utilisée dans des applications à usage unique lorsque la dureté et le TDS ne sont pas trop élevés. Le RSM-50 contient du sulfate de baryum déposé dans les pores de la résine. Le radium est d'abord échangé puis transféré dans le précipitant, ce qui permet une charge beaucoup plus élevée et un débit plus long.

Les niveaux de silice doivent être maintenus à de très faibles niveaux dans le cycle nucléaire. La plupart des méthodes d'élimination éliminent également le bore, qui est utilisé dans le système en tant que modérateur. Des formes spéciales de résine échangeuse d'ions borée élimineront de manière sélective la silice dans ces environnements et maintiendront le niveau de bore souhaité.

Comme le césium, le strontium est un radionucléide produit de fission qui peut apparaître dans les eaux souterraines contaminées.

Le développement de l'énergie nucléaire a laissé un héritage de contamination des eaux souterraines à certains endroits, notamment par la présence de certains métaux lourds et de chromate.

L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un métal blanc argenté de la série des actinides du tableau périodique. Un atome d'uranium possède 92 protons et 92 électrons, dont 6 sont des électrons de valence. L'uranium est faiblement radioactif car tous ses isotopes sont instables (les demi-vies des six isotopes naturels, de l'uranium 233 à l'uranium 238, variant entre 69 ans et 4,5 milliards d'années). Les isotopes les plus courants de l'uranium naturel sont l'uranium 238 (qui possède 146 neutrons et représente plus de 99 %) et l'uranium 235 (qui contient 143 neutrons). Parmi les éléments primordiaux, l'uranium possède le poids atomique le plus élevé. Sa densité est environ 70 % supérieure à celle du plomb et légèrement inférieure à celle de l'or ou du tungstène. Il est naturellement présent à de faibles concentrations de quelques parties par million dans le sol, la roche et l'eau, et est extrait commercialement de minéraux uranifères tels que l'uraninite.

Dans la nature, l'uranium se trouve sous forme d'uranium 238 (99,2739 à 99,2752 %), d'uranium 235 (0,7198 à 0,7202 %) et en très petite quantité d'uranium 234 (0,0050 à 0,0059 %). Bien que l'U238 soit presque stable, l'U235 est significativement radioactif et fissile (peut favoriser des réactions en chaîne). L'uranium se désintègre lentement en émettant une particule alpha. La demi-vie de l'uranium 238 est d'environ 4,47 milliards d'années et celle de l'uranium 235 est de 704 millions d'années, ce qui les rend utiles pour dater l'âge de la Terre.

L'uranium présent dans l'eau potable est facilement éliminé par une variété de résines anioniques basiques fortes. Bien que les résines anioniques soient considérées comme la meilleure technologie disponible pour les petits systèmes, leur utilisation est compliquée par les limites imposées à l'élimination des déchets contenant des résidus d'uranium.

L'uranium peut être éliminé des déchets miniers acides au moyen de diverses résines cationiques acides fortes.