PRODUCCIÓN DE CERÁMICOS DE LITIO A PARTIR DE RECURSOS NATURALES NACIONALES

N. PALACIOS; I. A. CARBAJAL RAMOS; M. RODRIGUEZ; J. ANDRADE GAMBOA; J. L. ZACUR; F. C. GENNARI

Buenos Aires

Jornada; AATN 2015, XLII Reunión anual; 2015

AATN-CNEA

El manto fértil es un componente clave de los reactores de fusión porque éste involucra directamente la reproducción de tritio y la extracción de energía, siendo ambos procesos críticos para el desarrollo de la energía de fusión. En los diseños actuales, el manto fértil está formado por el ?breeder? (compuesto de litio), un refrigerante para la extracción de calor y un material estructural que contiene y soporta el breeder. El breeder o reproductor es el responsable de formar tritio por reacción con los neutrones y liberarlo para mantener el ciclo del combustible dentro del reactor.  Los cerámicos de litio, tales como Li2TiO3, Li4SiO4, Li2ZrO3, son considerados candidatos promisorios a ser empleados como reproductores de tritio. Estos cerámicos son usualmente obtenidos por diferentes métodos de síntesis, como los que involucran fase húmeda (sol-gel, hidrotérmicos, co-precipitación) o también fase sólida (molienda mecánica, tratamiento térmico). El posterior comportamiento del cerámico en condiciones de servicio (atmósferas reductoras, altas temperaturas) y bajo condiciones de irradiación, es fuertemente dependiente del proceso de producción, de la microestructura obtenida y del conformado del material. En este trabajo se presentan dos métodos de síntesis de Li2TiO3: combustión y molienda mecánica. Ambos procesos fueron diseñados empleando como materia prima Li2CO3 producido en Argentina a partir de salmueras naturales. Los materiales resultantes fueron estudiados en atmósferas levemente reductoras (He/<5%H2) a diferentes temperaturas para clarificar la influencia de la microestructura/ estructura sobre la estabilidad fisicoquímica de dichos materiales. Para la reacción de combustión, se forma una solución acuosa de Li2CO3 y TiO2 como precursores metálicos, ácido cítrico/tartárico como quelantes/combustible y HNO3 como oxidante. La mezcla, con agitación para obtener una solución homogénea, se calienta hasta sequedad, para luego auto-combustionar. El sólido obtenido fue calcinado a 550°C por 12 h hasta obtener un sólido blanco. El sólido resultante es Li2TiO3 (fase monoclínica), como lo indica difracción de rayos X (DRX). En el caso de la molienda mecánica, la mezcla Li2CO3-TiO2 es molida en aire a temperatura ambiente por diferentes tiempos (10 minutos, 0.5 h, 1h, 5 h) y posteriormente tratada térmicamente a 400 °C, 600 °C y 800 °C. Se estudió el efecto del tiempo de molienda y de tratamiento térmico en la formación de Li2TiO3. Se obtuvieron altos rendimientos de Li2TiO3 incluso a bajas temperaturas de calentamiento (400 °C, 24 h). Para el posterior estudio de estabilidad fisicoquímica y para comparar con el Li2TiO3 obtenido por combustión, se seleccionó el sólido resultante de la molienda por 1 h y posterior tratamiento térmico a 600 °C por 24 h. Se determinaron la composición química, la textura, la microestructura y la estructura de los polvos de Li2TiO3 obtenidos mediante cada método de síntesis. Se identificaron los cambios que ocurren durante el tratamiento térmico en diferentes atmósferas (inerte y reductora). Se presenta un análisis de las ventajas y desventajas de cada material.