Esquivel, Marcelo (2003) Conversión de nucleidos de larga vida en cloruros metálicos / Conversion of long-life nucleides in to metallic chlorides. Tesis Doctoral en Ciencias de la Ingeniería, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
La separación de los nueleidos de lantánidos presentes en los combustibles gastados, fue una idea generada en el Proyecto Delta de la Comisión Nacional de Energía Atómica y a partir de la cual se desarrolló la presente TESIS. El proyecto planteaba la necesidad de encontrar un método de separación químico con el cual se pudieran aislar los nueleidos de los distintos lantánidos presentes en el combustible agotado. Para este estudio se seleccionaron dos lantánidos representativos: Ce y Sm. Debido a que los elementos lantánidos no aparecen en estado nativo, sino que por su gran afinidad por el oxígeno forman carbonatos u óxidos, se eligieron estos últimos como reactivos para el tratamiento químico. El método seleccionado fue la eloración utilizando dos agentes elorantes distintos: Cl_2(g) y Cl_2 (g) + C(s). El origen de la eloración como método de separación y la elección de los distintos reactivos para ser usados en el mismo son tratados en el capítulo 1. Las interacciones que ocurren entre los agentes elorantes y los óxidos de los elementos seleccionados (Sm_20_3 Y Ce0_2) dan una reacción heterogénea como resultado, por lo tanto, las características del método de separación estarán influídas por la cinética de este tipo de reacción. Las características generales de estas reacciones y la metodología para el estudio de los parámetros cinéticos obtenidos de ellas se describen en el capítulo 2. Una breve reseña sobre los métodos experimentales utilizados para medir la evolución de la reacción (Termogravimetría y Gravimetría) y para determinar y analizar los productos (Difracción de Rayos X, Microscopía Electrónica de Barrido y Espectroscopía Dispersiva en Energía) constituyen el núeleo del capítulo 3. Antes de poder realizar el estudio de la posibilidad de separación de los óxidos presentes en los sistemas reactivos Ce0_2-Sm_20_3-Cl_2 Y Ce0_2-Sm_20_3-C-Cl_2 a través de la conversión de los mismos en productos menos estables, eloruros y oxieloruros, fue necesario determinar las interacciones en los sistemas individuales óxido-agente elorante. Esta metodología dio origen al estudio de los sistemas individuales Ce0_2-Cl_2 (capítulo 5), Ce0_2-Cl_2-C (capítulo 6), Sm_20_3-Cl_2 (capítulo 7), Sm_20_3-Cl_2-C (capítulo 8). En cada uno de estos sistemas, se analizan diversos aspectos de las reacciones heterogéneas involucradas: la reactividad con la temperatura, la estequiometría, los efectos del flujo total de gas y el efecto de la presencia del carbono.La oportunidad de estudiar la posibilidad de separación de los productos obtenidos por el método químico, dio origen al estudio de la descomposicion térmica de SmOCl (capitulo 10), evaporación de SmCl_3 (capítulo 9) y evaporación de CeCl_3 (capítulo 4). Este último fue también estudiado por su influencia en la velocidad de la reacción de cloración de Ce0_2. Los capítulos finales están dedicados al análisis de la posibilidad de separación de los óxidos utilizando cada agente clorante seleccionado, lo cual propone el estudio de la cinética, productos de reacción y efectos de la presencia de C en los sistemas Ce0_2-Sm_20_3-Cl_2 (capítulo 11) Y Ce0_2-Sm_20_3-Cl_2-C (capítulo 12). Como corolario, en el capítulo 11 se propone un método de separación parcial consistente en un ciclo, donde la primera parte del mismo consiste en la cloración de la mezcla, seguida por otra etapa donde se lleva a cabo la descomposición térmica de uno de los productos. En el sistema Ce0_2-Sm_20_3-Cl_2-C se proponen diversas alternativas de separación aprovechando las diferencias en la reactividad de cada óxido. Las alternatives propuestas varían desde la implementación de ciclos de separación hasta procesos constituidos por dos etapas: cloración del óxido-evaporación del cloruro producto. En ambos casos, se propone un dispositivo experimental de separación para pruebas en escala de laboratorio
Resumen en inglés
The separation of lanthanide nuclides that occur in depleted nuclear fuels was an idea originated in the Delta Project of the Comisión Nacional de Energía Atómica (National Commission of Atomic Energy of Argentina). This idea originated the present Ph.D. THESIS. The project core idea consists on the development a chemical separation method destinated to isolate lanthanide nuclides. In order to perform this study, two representative lanthanide elements were selected: Sm and Ce.These elements do not occur as natives in nature. Instead, lanthanides form carbonates and oxides due to their strong affinity for oxygen. These last compounds were selected as reactants for the chemical treatment. Chlorination using both Cl_2(g) and Cl_2(g) + C(s) mixture was the method selected. Its origin as a separation method and the selection of the reactants are discussed in chapter one. The interactions produced between the different chlorinating agents and the respective lanthanide oxides (Sm_20_3 and Ce0_2) consist on a heterogeneous reaction.Therefore, the characteristics involved on the separation are associated to those of these type of reactions. Chapter two is dedicated to the description of the features and methodologies used to analyze and discriminate the effect of the different parameters involved on the kinetics of heterogeneous reactions. A brief description of the experimental methods used to measure and study the reactions and to analyze and identify the products are presented in chapter three. Among the first ones, thermogravimetry and gravimetry are mentioned and among the second ones, X-Ray diffracion (XRD), scanning electronic microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) are described. Previous to the study of lanthanide oxides (Sm_20_3 and Ce0_2) separation, the inteactions that can occur in the individual systems need to be studied. This methodology led to the analysis of the following systems: Ce0_2-Cl_2 (chapter five), Ce0_2-Cl_2-C (chapter six), Sm_20_3-Cl_2 (chapter seven), Sm_20_3-CI_2-C (chapter eight).In each of these systems, diverse aspects related to heterogeneous reactions are developed: reactivity of the reaction with temperature, stoichiometry and total gas flow rate and carbon presence effects on the reaction rate.The opportunity of studying the separation of the obtained products originated the following chapters: thermal decomposition of SmOCI (chapter ten), vaporization of SmCl_3 (chapter nine) and vaporization of CeCl_3 (chapter four). This last one was also analyzed because of its influence on the chlorination rate of Ce0_2. The possibility of the separacion of the oxides using both chlorinating agents is the core of the two last chapters. These analysis lead to the study of the kinetics, reaction products and carbon presence effect in the Ce0_2-Sm_20_3-Cl_2 system (chapter eleven) and Ce0_2Sm_20_3-Cl_2-C (chapter twelve). As a corollary of the study, a partial separation consisting in a combination of chlorination- thermal decomposition of the products cycle is proposed in the Ce0_2-Sm_20_3-Cl_2 system. Considering the different reactivity towards temperature exhibited by each oxide, diverse alternatives of separation in the Ce0_2-Sm_20_3-C-Cl_2 system are presented. The proposal includes the implementation of separation cycles to process constituted by two steps: chlorination of the oxide followed by the evaporation of the products. In each case, a laboratory scale experimental set up is proposed
| Tipo de objeto: | Tesis (Tesis Doctoral en Ciencias de la Ingeniería) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Procesamiento; Sólido; Gas; Lantánidos; Cloración; Processing; Solid-Gas; Lanthanides; Chlorination; |
| Materias: | Ingeniería nuclear |
| Divisiones: | Presidencia > Gcia. Complejo Tecnológico Pilcaniyeu |
| Código ID: | 21 |
| Depositado Por: | Administrador RICABIB |
| Depositado En: | 28 Abr 2010 11:23 |
| Última Modificación: | 19 Dic 2012 10:10 |
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