Anwendungen zur Behandlung von radioaktiven Abfällen

Ammoniumionen bilden sich, wenn der pH-Wert unter 9 (vorzugsweise unter 8) liegt. Ammonium ist ein monovalentes Kation. Kationenharze wie CG8 und CG10 weisen im Vergleich zu Natrium eine bescheidene Selektivität für Ammoniumionen auf, im Vergleich zu Härteionen wie Calcium und Magnesium jedoch eine schlechte Selektivität. SIR-600 hat eine sehr hohe Selektivität für Ammonium, aber eine relativ niedrige Kapazität und erfordert eine ziemlich hohe Salzdosis (typischerweise mindestens 30 Pfund NaCl pro Kubikfuß).

Antimon ist ein chemisches Element mit dem Symbol Sb (aus dem Lateinischen: Stibium) und der Ordnungszahl 51. Es ist ein glänzendes graues Halbmetall, das in der Natur hauptsächlich als Sulfidmineral Stibnit (Sb2S3) vorkommt. Antimonverbindungen sind seit der Antike bekannt und wurden in Pulverform zur Verwendung als Medizin und Kosmetik verwendet, oft unter dem arabischen Namen Kohl bekannt. Metallisches Antimon war ebenfalls bekannt, wurde aber bei seiner Entdeckung fälschlicherweise als Blei identifiziert. Im Westen wurde es zuerst von Vannoccio Biringuccio isoliert und 1540 beschrieben.

Seit einiger Zeit ist China der größte Hersteller von Antimon und seinen Verbindungen, wobei der Großteil der Produktion aus der Xikuangshan-Mine in Hunan stammt. Die industriellen Verfahren zur Raffination von Antimon sind das Rösten und die Reduktion mit Kohlenstoff oder die direkte Reduktion von Stibnit mit Eisen.

Reines Antimon ist ein weiches, sprödes Metall. Antimon bildet ähnliche Verbindungen wie sein Schwesterelement Arsen und wird am häufigsten in der Oxidationsstufe +3 gefunden. Die meisten Einsatzgebiete für metallisches Antimon sind Legierungen aus Blei und Zinn sowie die Bleiantimonplatten in Blei-Säure-Batterien. Legierungen aus Blei und Zinn mit Antimon haben verbesserte Eigenschaften für Löte, Kugeln und Gleitlager. Sie werden auch als Bestandteil von Flammschutzmitteln und bei bestimmten organischen chemischen Synthesen verwendet.

Die stark basischen Anionenhybride auf Eisenbasis sind wirksam bei der Entfernung von Antimon aus boriertem Wasser, das in Kernkraftwerken vorkommt.

Cäsium oder Cäsium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Cs und der Ordnungszahl 55. Es ist ein weiches, silbrig-goldenes Alkalimetall mit einem Schmelzpunkt von 28,5 °C (83,3 °F). Damit ist es eines von nur fünf elementaren Metallen, die bei oder nahe Raumtemperatur flüssig sind. Cäsium hat ähnliche physikalische und chemische Eigenschaften wie Rubidium und Kalium. Es ist das am wenigsten elektronegative Element.

Es hat nur ein stabiles Isotop, Caesium-133. Cäsium wird hauptsächlich aus Umweltverschmutzung gewonnen, während die Radioisotope, insbesondere Caesium-137, ein Spaltprodukt, aus Abfällen gewonnen werden, die in Kernreaktoren anfallen.

Der deutsche Chemiker Robert Bunsen und der Physiker Gustav Kirchhoff entdeckten 1860 Caesium mit der neu entwickelten Methode der Flammenspektroskopie. Die ersten Anwendungen von Caesium in kleinem Maßstab waren als „Getter“ in Vakuumröhren und in Fotozellen. 1967 stützte sich das Internationale Einheitensystem auf Einsteins Beweis, dass die Lichtgeschwindigkeit die konstanteste Dimension im Universum ist, und verwendete zwei spezifische Wellenzahlen aus einem Emissionsspektrum von Caesium-133, um die Sekunde und den Meter miteinander zu definieren. Seitdem wird Cäsium häufig in hochgenauen Atomuhren verwendet.

Metallisches Cäsium ist sowohl in der Luft als auch insbesondere in Wasser hochreaktiv und reagiert explosionsartig, selbst bei Temperaturen von bis zu −116 °C (−177 °F). Cäsium bildet ausschließlich ein monovalentes Kation. Fast alle Cäsiumsalze sind in Wasser leicht löslich.

SIR-600 hat eine extrem hohe Selektivität für Cäsium. Cäsium wird zusätzlich zum Austausch durch Molekularsiebung aufgefangen. Kationenharze in Wasserstoffform wie CG8-H können ebenfalls verwendet werden, ihre Fähigkeit, Cäsium zu entfernen, wird jedoch durch andere Ionen in Lösung eingeschränkt. Im Allgemeinen ist es bei der Verwendung von Harzen vom Typ SAC zur Entfernung von Cäsium erforderlich, alle anderen Kationen zusammen mit Cäsium zu entfernen.

Radioaktives Jod ist ein künstliches Isotop mit ähnlichen Eigenschaften wie andere Jodisotope. Radiojod ist im Wasser als Jodid vorhanden. Als Spurenion kann es durch verschiedene Arten starker Basisanionenharze entfernt werden, wobei die höheren Amine bevorzugt werden. Silber und silberimprägnierte Medien zeigen eine erhöhte Affinität zu Jodiden.

Pertechnetat, Tc-99, ist eine technische Verbindung, die in einigen pharmazeutischen Radioisotopenanwendungen verwendet wird.

Radium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Ra und der Ordnungszahl 88. Es ist das sechste Element in Gruppe 2 des Periodensystems, das auch als Erdalkalimetalle bekannt ist. Reines Radium ist silbrig-weiß, verbindet sich jedoch leicht mit Stickstoff (und nicht mit Sauerstoff), wenn es der Luft ausgesetzt wird, und bildet eine schwarze Oberflächenschicht aus Radiumnitrid (Ra3N2). Alle Radiumisotope sind hochradioaktiv. Das stabilste Isotop ist Radium-226, das eine Halbwertszeit von 1600 Jahren hat und in Radongas (insbesondere das Isotop Radon-222) zerfällt. Beim Zerfall von Radium entsteht ionisierende Strahlung, die fluoreszierende Chemikalien anregen und Radiolumineszenz verursachen kann.

Radium ist das Tochterprodukt des Uranzerfalls und das schwerste Erdalkalimetall. Es wurde 1898 von Marie und Pierre Curie in Form von Radiumchlorid entdeckt. Sie extrahierten die Radiumverbindung aus Uraninit und veröffentlichten die Entdeckung fünf Tage später an der Französischen Akademie der Wissenschaften. Radium wurde 1911 von Marie Curie und André-Louis Debierne durch Elektrolyse von Radiumchlorid in seinem metallischen Zustand isoliert. Es hat die Eigenschaft der Lumineszenz und wurde einst verwendet, um Uhrenzifferblätter im Dunkeln leuchten zu lassen, sowie für verschiedene Quacksalber.

Radium bildet in Wasser ein zweiwertiges Kation und kann zusammen mit anderen Härteionen durch wasserenthärtende Harze entfernt werden. Mit Ausnahme des ersten Erschöpfungszyklus tritt Radium kurz nach dem Härteverlust aus. Daher wird das Harz als gewöhnlicher Weichmacher verwendet, wobei die Salzlösung in regelmäßigen Abständen erneuert wird.

Das hochvernetzte makroporöse Kationenharz hat einen längeren Betrieb im ersten Zyklus über den Härtebruch hinaus und kann in Einmalanwendungen verwendet werden, wenn Härte und TDS nicht zu hoch sind. Bei RSM-50 lagert sich Bariumsulfat in den Poren des Harzes ab. Radium wird zuerst ausgetauscht und dann auf das Fällungsmittel übertragen, was eine wesentlich höhere Beladung und einen längeren Durchsatz ermöglicht.

Der Siliziumdioxidgehalt muss im Kernzyklus auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden. Bei den meisten Methoden der Entfernung wird auch Bor entfernt, das im System als Moderator verwendet wird. Borierte Ionenaustauscherharze in speziellen Formen entfernen in diesen Umgebungen selektiv die Kieselsäure und halten den gewünschten Borgehalt aufrecht.

Strontium ist wie Cäsium ein Spaltprodukt-Radionuklid, das in betroffenen Grundwässern auftreten kann.

Die Entwicklung der Kernenergie hinterließ an einigen Orten eine Verunreinigung des Grundwassers, zu der auch einige Schwermetalle und Chromat gehören.

Uran ist ein chemisches Element mit dem Symbol U und der Ordnungszahl 92. Es ist ein silbrig-weißes Metall in der Aktinidenreihe des Periodensystems. Ein Uranatom hat 92 Protonen und 92 Elektronen, von denen 6 Valenzelektronen sind. Uran ist schwach radioaktiv, weil alle seine Isotope instabil sind (wobei die Halbwertszeiten der sechs natürlich bekannten Isotope, Uran-233 bis Uran-238, zwischen 69 Jahren und 4,5 Milliarden Jahren variieren). Die häufigsten Isotope in natürlichem Uran sind Uran-238 (mit 146 Neutronen und einem Anteil von über 99%) und Uran-235 (mit 143 Neutronen). Uran hat das höchste Atomgewicht der ursprünglich vorkommenden Elemente. Seine Dichte ist etwa 70% höher als die von Blei und etwas niedriger als die von Gold oder Wolfram. Es kommt in der Natur in niedrigen Konzentrationen von wenigen Teilen pro Million in Boden, Gestein und Wasser vor und wird kommerziell aus uranhaltigen Mineralien wie Uraninit gewonnen.

In der Natur kommt Uran als Uran-238 (99,2739— 99,2752%), Uran-235 (0,7198— 0,7202%) und in einer sehr geringen Menge Uran-234 (0,0050— 0,0059%) vor. Obwohl U238 fast stabil ist, ist U235 signifikant radioaktiv und auch spaltbar (kann Kettenreaktionen unterstützen). Uran zerfällt langsam, indem es ein Alpha-Teilchen emittiert. Die Halbwertszeit von Uran-238 beträgt etwa 4,47 Milliarden Jahre und die von Uran-235 704 Millionen Jahre, weshalb sie für die Datierung des Erdalters nützlich sind.

Uran in Trinkwasser wird leicht durch eine Vielzahl von starken Basisanionenharzen entfernt. Obwohl Anionenharze als die beste verfügbare Technologie für kleine Systeme angesehen werden, wird ihre Verwendung durch Einschränkungen bei der Entsorgung von Abfällen, die Uranrückstände enthalten, erschwert.

Uran kann durch eine Vielzahl stark saurer Kationenharze aus sauren Bergbauabfällen entfernt werden.