CETMIC   05378
CENTRO DE TECNOLOGIA DE RECURSOS MINERALES Y CERAMICA
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
REMOCIÓN DE CERIO DE SOLUCIÓN ACUOSA E INMOVILIZACIÓN EN FASE CRISTALINA DE VITROCERÁMICO
Autor/es:
ARIANA SALVIA; ARNAL PABLO MAXIMILIANO
Lugar:
Ciudad Autónoma de Buenos Aires
Reunión:
Congreso; XXXII Congreso Argentino de Química; 2019
Resumen:
REMOCIÓN DE CERIO DE SOLUCIÓN ACUOSA E INMOVILIZACIÓN EN FASE CRISTALINA DE VITROCERÁMICO Ariana Salvia1, Pablo M. Arnal1,2,*1. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica (CETMIC), Camino Centenario y 506, CC 49, B1897ZCA, M. B. Gonnet ? La Plata, Province of Buenos Aires, Republic of Argentina.2. Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, 47 y 115, 1900, La Plata, Province of Buenos Aires, Republic of Argentina.*Autor de correspondencia: arnal@cetmic.unlp.edu.arIntroducciónEn el ciclo del combustible nuclear, cuando isótopos de U se queman mediante reacciones de fisión nuclear en un reactor1⁠, se forman elementos actínidos. Algunos de estos actínidos poseen isótopos radioactivos que continúan su descomposición radioactivo por año o incluso centurias. En caso de accidente o atentado, estos elementos podrían alcanzar el ambiente.La investigación y desarrollo de materiales que recuperen e inmovilicen actínidos está dificultada por su radioactividad. Sin embargo, el uso de sustitutos de actínidos (isótopos estables de otros elementos que se comportan químicamente como actínidos2⁠) simplifica la investigación.Debido a la radioactividad, los procesos con actínidos deben ser tan simples como sea posible. En este trabajo, probamos la hipótesis de que las partículas coloidales núcleo@cáscara (SiO2@ZrO2) remueven de solución acuosa un sustituto del plutonio (el cerio) y forman, después del tratamiento térmico, un vitrocerámico donde el Ce se aloja en esferoides cristalinos de ZrO2.ResultadosLas partículas coloidales SiO2@ZrO2 remueven significativamente Ce de soluciones acuosas en menos de 3 h. SiO2@ZrO2 con Ce en su superficie se convierte en un vitrocerámico durante un tratamientos térmico hasta 1000 o 1450 °C. El vitrocerámico está formado por una fase silícea amorfa que contiene en su seno esferoides cristalinos de ZrO2 donde se encuentra el Ce. La cristalización del ZrO2 durante el tratamiento térmico se produce en dos etapas centradas a 300 y a 900 °C. La presencia de Ce en la circonia cristalina no modifica significativamente la esctructura cristalina del ZrO2, pero influye sobre el proceso de formación del vitro-cerámico. DiscusiónEn este trabajo encontramos que ZrO2@SiO2 recuperó Ce de una solución acuosa en sistemas estancos y que las partículas de ZrO2@SiO2 con Ce en su superficie se transforman durante un tratamiento térmico hasta 1000-1450 °C en una vitrocerámico con cristales esferoidales de ZrO2 que contienen Ce.El comportamiento de Ce(IV) en solución acuosa es bastante complejo. El Ce (IV) forma especies monoméricas, oligoméricas y poliméricas, cuyo equilibrio depende directamente de factores experimentales como el pH, la edad de la solución, la concentración de Ce(IV), así como la concentración de oxi-aniones como nitrato y sulfato con los cuales se compleja3⁠.Los cationes monoméricos y oligoméricos de Ce(IV) de la solución se unen en general a la superficie de los sólidos mediante intercambio iónico.Durante el tratamiento térmico, las altas temperaturas alcanzadas permitieron que los átomos en partículas coloidales alcanzaron una importante difusión en el seno del material. Así, los átomos de todo el material pudieron reordenarse y convertirse en un vitrocerámico. El ZrO2 que formaba la cáscara en ZrO2@SiO2 y el Ce(IV) sobre su superficie terminan atrapados en una matriz silícea amorfa formada por la sílice originalmente en el núcleo de las partículas coloidales.El tratamiento térmico a 1000 °C (una temperatura algo inferior a la temperatura de Tamman de sílice amorfa: 1150 °C) permitió a los elementos del sólido difundir y formar cristales esferoidales de ZrO2 con Ce(IV), pero sin destruir la forma esférica de las partículas núcleo@cáscara. Un tratamiento térmico a 1450 °C, por encima de la temperatura de Tamman de la sílice, permitió una difusión atómica deformó las partículas esféricas individuales y produjo un vitrocerámico donde los cristales esferoidales se hicieron más grandes que en experimentos a baja temperatura.Hasta ahora, la investigación sobre la inmovilización del Ce(VI) sustituto de Pu en la vitrocerámica consideró procesos que comenzaron con precursores bien definidos. Un proceso sol-gel, por ejemplo, requiere condiciones de inicio cuidadosamente controladas para producir la estructura deseada. En este estudio, removimos directamente el Ce(VI) sustituto de Pu de la solución con SiO2@ZrO2 e inmovilizamos Ce(VI) dentro de la fase cristalina del vitrocerámico, independientemente de la concentración de Ce(VI) en la fase líquida, con un tratamiento térmico del material. Por lo tanto, este estudio apoya la idea de que la inmovilización de actínidos se puede simplificar con SiO2@ZrO2 y que SiO2@ZrO2 podría recuperar actínidos directamente de las aguas en el ambiente en caso de una fuga accidental o intencional de material nuclear en el ambiente.ConclusionesEn resumen, nuestro proceso de dos pasos primero elimina el Ce(IV) (sustituto de Pu) de la solución acuosa y luego permite la reestructuración del material por tratamiento térmico. El SiO2@ZrO2 con Ce(IV) sobre su superficie se convierte con un tratamiento térmico en un vitrocerámico con una fase silícea amorfa libre de Ce y esferoides cristalinos de circonia con Ce atrapado en su seno.AgradecimientosPICT-2014-2583. Beca de Jóvenes graduados universitarios de la CICPBA. Hans Bongard, Adrian Schlueter (microscopía electrónica), Wolfgang Schmidt (difracción de rayos X) y Ferdi Schüth del Max Planck Institut für Kohlenforschung (Alemania).Referencias 1.Burakov, B. E., Ojovan, M. I. & Lee, W. E. Crystalline Materials for Actinide Immobilisation. (Imperial College Press, 2011).2.Lopez, C. et al. Solubility of actinide surrogates in nuclear glasses. J. Nucl. Mater. 312, 76?80 (2003).3.Laufer, F., Yariv, S. & Steinberg, M. The Adsoprtion of quadrivalent cerium by kaolinite. Clay Minerals 19, (1984).