Applicazioni per il trattamento dei rifiuti radioattivi

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 selettività modesta per lo ione ammonio rispetto al sodio ma 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 di NaCl per piede cubo).

L'antimonio è un elemento chimico con il simbolo Sb (dal latino: stibium) e il numero atomico 51. Un metalloide grigio brillante, si trova in natura principalmente come minerale solforato stibnite (Sb2S3). I composti dell'antimonio sono conosciuti fin dall'antichità ed erano ridotti in polvere per essere utilizzati in medicinali e cosmetici, spesso conosciuti con il nome arabo, kohl. Era noto anche l'antimonio metallico, ma al momento della sua scoperta fu erroneamente identificato come piombo. 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 nello Hunan. I metodi industriali per raffinare l'antimonio sono la tostatura e la riduzione con carbonio o la riduzione diretta della stibnite con ferro.

L'antimonio puro è un metallo morbido e fragile. L'antimonio forma composti simili al suo elemento gemello, l'arsenico, e si trova più comunemente nel suo stato di ossidazione +3. Le maggiori applicazioni per l'antimonio metallico sono una lega con piombo e stagno e le piastre di piombo antimonio nelle batterie al piombo-acido. Le leghe di piombo e stagno con antimonio hanno proprietà migliorate per saldature, proiettili e cuscinetti radenti. Viene anche utilizzato 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.

Il cesio o cesio è un elemento chimico con simbolo Cs e numero atomico 55. È un metallo alcalino morbido, argentato-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 vicino a essa. 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 metodo recentemente sviluppato della spettroscopia di fiamma. Le prime applicazioni su piccola scala del cesio furono come “getter” nei tubi a vuoto e nelle cellule fotoelettriche. Nel 1967, basandosi sulla prova di Einstein che la velocità della luce è la dimensione più costante nell’universo, il Sistema Internazionale di Unità utilizzò 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 negli orologi atomici altamente accurati.

Il cesio metallico è altamente reattivo sia nell'aria che soprattutto 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 mediante setacciatura molecolare e tramite scambio. Possono essere utilizzate anche resine cationiche in 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.

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

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) se esposto 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 tempo di dimezzamento di 1600 anni e decade in gas radon (in particolare l'isotopo radon-222). Quando il radio decade, si creano radiazioni ionizzanti che possono eccitare sostanze chimiche fluorescenti e causare radioluminescenza.

Il radio è il prodotto derivato del 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. Essi estrassero il composto del radio dall'uraninite e pubblicarono la scoperta all'Accademia francese delle scienze cinque giorni dopo. Il radio fu 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 veniva utilizzato per far brillare al buio i quadranti degli orologi e per vari prodotti ciarlatani.

Il radio forma un catione bivalente nell'acqua e può essere rimosso dalle resine addolcitrici dell'acqua, insieme ad altri ioni di durezza. Ad eccezione del primo ciclo di esaurimento, la perdita di radio si verifica subito 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 un funzionamento prolungato 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 una produttività più lunga.

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

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

Lo sviluppo dell'energia nucleare ha lasciato in alcune località un'eredità di contaminazione delle falde acquifere, che include la presenza di alcuni metalli pesanti e cromati.

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 elettroni di valenza. L'uranio è debolmente radioattivo perché tutti i suoi isotopi sono instabili (con tempi di dimezzamento 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 tra gli elementi primordiali. La sua densità è 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, nelle rocce e nell'acqua e viene estratto commercialmente da minerali contenenti uranio come l'uraninite.

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. Il tempo di dimezzamento dell'uranio-238 è di circa 4,47 miliardi di anni e quello 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 basiche forti. Sebbene le resine anioniche siano considerate la migliore tecnologia disponibile per i piccoli sistemi, il loro utilizzo è complicato dalle limitazioni sullo smaltimento dei rifiuti che contengono residui di uranio.

L'uranio può essere rimosso dai rifiuti acidi dell'estrazione mineraria mediante una varietà di resine cationiche forti.