Síntesis, caracterización y aplicación de fosfato cerámico de hierro para inmovilización de corrientes de residuos radiactivos de cesio

Abstract

El presente trabajo surge ante la necesidad global de un material capaz de retener e inmovilizar de manera eficiente 137Cs de los residuos radiactivos provenientes de la producción ded 99Mo. Se plamtea para esto, llevar a cabo la síntesis hidrotermal de un material fosfato cerámico de hierro (IOP) a base de polvo de ladrillo, como fuente económica de hematita, magnetita y ácido fosfórico. El residuo radiactivo se simuló a partir de soluciones de Cs no radiactivo a distintas concentraciones, contemplando las alcanzadas en la producción de 99Mo, tanto a nivel nacional como mundial. Además se propuso inmovilizar resinas de Silicotitonato CST, que son utilizadas para retención de Cs en la separación de 99Mo, tanto en Argentina como otros países. Finalmente para optimizar el material se realizó sobre el mismo, un prensado isostático en caliente (HIP) de manera de densificar y mejorar sus propiedades mecánicas. Estos materiales fueron caracterizados en cuento a su estructura cristalina, microestructura, composisción elemental, resistencia a la compresión, análisis termogravimétrico y lixiviación. Así se pudo determinar el mecanismo de reacción del cerámico, identificar las fases y su morfología, y temperatura de cambio de fase. El material IOP sintetizado presenta una resistencia a la compresión comparable a la alternativa para la inmovilización de estos residuos, el cemento. Pero a diferencia de éste último, el fosfato cerámico tiene una capacidad de retención de Cs extremadamente superior. Su aplicación a resinas CST es eficiente para una carga de hasta 30% en masa de la misa, presentado buenas propiedades mecánicas y mayor resistencia a la lixiviación que el IOP original. Finalmente el prensado hisostático en caliente permitió aumentar la resistencia de la comprensión superando al cemento y comparándose con materiales como SYNROC. A su vez, se logró la mayor capacidad de retención de Cs en comparación a todos los materiales analizados. De esta manera se cumplió el objetivo de sintetizar un material fosfato cerámico capaz de retener de manera eficiente Cs, con propiedades mecánicas similares a las matrices de inmovilización utilizadas actualmente para residuos radiactivos.