I reattori ad attivazione alcalina agiscono come catalizzatori per la trasformazione strutturale. Applicando un'intensa forza di taglio meccanica, questa apparecchiatura di miscelazione combina soluzioni di idrossido di sodio ad alta concentrazione con precursori solidi come ceneri volanti, pozzolane e scorie d'altoforno. Questa agitazione fisica è il prerequisito per la reazione chimica che converte i componenti radioattivi sciolti in un geopolimero solido e stabile.
L'apparecchiatura di miscelazione fornisce l'energia meccanica essenziale per sciogliere le specie di silicio e alluminio, innescando la formazione di una rete di gel N-A-S-(H) tridimensionale che incapsula in modo sicuro i rifiuti radioattivi.
La meccanica dell'attivazione chimica
Promuovere una rapida dissoluzione
La funzione principale dell'apparecchiatura di miscelazione non è semplicemente l'omogeneizzazione, ma la facilitazione della degradazione chimica.
Il reattore applica forza di taglio meccanica alla miscela di attivatori liquidi e precursori solidi.
Questo stress fisico espone l'area superficiale dei precursori all'idrossido di sodio ad alta concentrazione.
Di conseguenza, questo ambiente promuove la rapida dissoluzione delle specie di Si4+ (silicio) e Al3+ (alluminio) dai materiali solidi.
Iniziare la policondensazione
Una volta che le specie di silicio e alluminio vengono liberate nella soluzione, l'ambiente di miscelazione consente loro di interagire.
Queste specie subiscono la policondensazione, una reazione chimica in cui piccole molecole si uniscono per formare catene strutturali più grandi.
Questo è il passaggio fondamentale per trasformare la miscela da una sospensione a una matrice solida.
Costruire la matrice di contenimento
Formazione del gel N-A-S-(H)
Il risultato del processo di policondensazione è la creazione di una robusta rete di gel allumino-silicato.
La documentazione tecnica si riferisce a questa specifica struttura come gel N-A-S-(H).
Questo gel agisce come legante, creando un quadro tridimensionale denso che conferisce alla forma finale del rifiuto la sua resistenza meccanica.
Incapsulamento della cenere radioattiva
L'obiettivo finale di questo processo è l'immobilizzazione del materiale pericoloso.
Man mano che la rete N-A-S-(H) si forma e si indurisce, cresce attorno alle particelle di cenere radioattiva.
La cenere non viene semplicemente mescolata; viene incapsulata in modo sicuro all'interno della struttura molecolare del gel.
Ciò garantisce che i contaminanti radioattivi siano fisicamente bloccati, prevenendo il rilascio o la dispersione.
Comprendere i compromessi
La criticità della forza di taglio
L'efficacia di questo processo dipende interamente dall'apporto energetico dell'apparecchiatura.
Una forza di taglio meccanica insufficiente comporterà una dissoluzione incompleta dei materiali precursori.
Se le specie Si4+ e Al3+ non vengono completamente rilasciate, la rete di gel risultante sarà debole e porosa.
Aggressività chimica
Il processo si basa su un ambiente fortemente alcalino per funzionare.
Sebbene necessario per la dissoluzione, ciò richiede apparecchiature costruite con materiali in grado di resistere all'idrossido di sodio ad alta concentrazione senza corrodersi.
Fare la scelta giusta per il tuo obiettivo
Per garantire la solidificazione sicura dei rifiuti radioattivi, devi dare priorità all'efficienza delle fasi di dissoluzione e polimerizzazione.
- Se la tua priorità principale è l'integrità strutturale: Assicurati che la tua apparecchiatura di miscelazione fornisca un'elevata forza di taglio per massimizzare la dissoluzione delle specie Si4+ e Al3+ per una rete di gel più densa.
- Se la tua priorità principale è il contenimento dei rifiuti: Verifica che i precursori (ceneri volanti, scorie) siano completamente omogeneizzati con l'attivatore per garantire che il gel N-A-S-(H) crei una sigillatura completa attorno alla cenere radioattiva.
Combinando energia meccanica e attivazione chimica, trasformi la cenere sciolta pericolosa in un solido monolitico stabile.
Tabella riassuntiva:
| Fase del processo | Azione del reattore/apparecchiatura | Risultato per la solidificazione dei rifiuti |
|---|---|---|
| Dissoluzione | Applica intenso taglio meccanico e elevata alcalinità | Rapido rilascio di specie Si4+ e Al3+ dai precursori |
| Policondensazione | Facilita l'interazione molecolare nella sospensione | Formazione di una catena polimerica strutturale tridimensionale |
| Indurimento | Mantiene l'omogeneizzazione durante la gelificazione | Creazione di una densa rete di gel allumino-silicato N-A-S-(H) |
| Incapsulamento | Garantisce una copertura completa del legante | La cenere radioattiva è fisicamente bloccata all'interno della matrice molecolare |
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Riferimenti
- Andrea Santi, Mario Mariani. Design of sustainable geopolymeric matrices for encapsulation of treated radioactive solid organic waste. DOI: 10.3389/fmats.2022.1005864
Questo articolo si basa anche su informazioni tecniche da Kintek Solution Base di Conoscenza .
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