volatilidad del fluoruro

La volatilidad del fluoruro es la tendencia de las moléculas altamente fluoradas a vaporizarse a temperaturas relativamente bajas. Los heptafluoruros , hexafluoruros y pentafluoruros tienen puntos de ebullición mucho más bajos que los fluoruros de menor valencia . La mayoría de los difluoruros y trifluoruros tienen puntos de ebullición altos, mientras que la mayoría de los tetrafluoruros y monofluoruros se encuentran en un punto intermedio. El término "volatilidad del fluoruro" es jerga técnica utilizada particularmente en el contexto de la separación de radionúclidos .

La valencia de la mayoría de los elementos se basa en el fluoruro de mayor valencia conocido. Sin embargo, los elementos con alta valencia tienden a alcanzar estados de oxidación más elevados en compuestos con oxígeno que con flúor.

En términos generales, la volatilidad del fluoruro puede utilizarse para eliminar elementos con una valencia de 5 o superior: uranio , neptunio , plutonio , metaloides ( telurio , antimonio ), no metales ( selenio ), halógenos ( yodo , bromo ) y metales de transición medios ( niobio , molibdeno , tecnecio , rutenio y posiblemente rodio ). Esta fracción incluye los actínidos más fácilmente reutilizables como combustible nuclear en un reactor térmico , y los dos productos de fisión de larga vida más adecuados para su eliminación por transmutación, Tc-99 e I-129 , así como Se-79 .

Los gases nobles ( xenón , criptón ) son volátiles incluso sin fluoración y no se condensan excepto a temperaturas mucho más bajas.

Quedan los metales alcalinos ( cesio , rubidio ), los metales alcalinotérreos ( estroncio , bario ), los lantánidos , los actínidos restantes ( americio , curio ), los metales de transición restantes ( itrio , circonio , paladio , plata ) y los metales postransición ( estaño , indio , cadmio ). Esta fracción contiene los productos de fisión que son riesgos de radiación en una escala de décadas ( Cs-137 , Sr-90 , Sm-151 ), los cuatro productos de fisión de larga vida restantes Cs-135 , Zr-93 , Pd-107 , Sn-126 de los cuales solo el último emite radiación fuerte, la mayoría de los venenos de neutrones , y los actínidos superiores ( americio , curio , californio ) que son riesgos de radiación en una escala de cientos o miles de años y son difíciles de manipular debido a la radiación gamma pero son fisionables en un reactor rápido . El americio se encuentra en uso en detectores de humo de ionización mientras que el californio se usa como fuente de neutrones basada en fisión espontánea . El curio solo tiene usos muy limitados fuera de los reactores nucleares. Los actinoides fisionables pero no fisionables pueden usarse o eliminarse en un reactor nuclear subcrítico usando una fuente de neutrones externa como un sistema impulsado por acelerador .

Los óxidos de uranio reaccionan con el flúor para formar hexafluoruro de uranio gaseoso ; la mayor parte del plutonio reacciona para formar hexafluoruro de plutonio gaseoso; la mayoría de los productos de fisión (especialmente los elementos electropositivos: lantánidos , estroncio , bario , itrio , cesio ) forman fluoruros no volátiles. Algunos metales presentes en los productos de fisión (los metales de transición niobio , rutenio , tecnecio , molibdeno y el halógeno yodo ) forman fluoruros volátiles (punto de ebullición <200  °C) que acompañan a los hexafluoruros de uranio y plutonio, junto con gases inertes . Posteriormente, se utiliza la destilación para separar el hexafluoruro de uranio de la mezcla. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

La fracción de productos de fisión alcalinos no volátiles y actínidos menores es la más adecuada para su posterior procesamiento mediante métodos electroquímicos secos ( piroquímicos ) no acuosos . Los fluoruros de lantánidos son difíciles de disolver en el ácido nítrico utilizado en los métodos de reprocesamiento acuoso, como PUREX , DIAMEX y SANEX , que emplean extracción con disolventes . La volatilidad del fluoruro es solo uno de los diversos procesos piroquímicos diseñados para reprocesar el combustible nuclear usado.

El instituto de investigación nuclear de Řež, en la República Checa, probó dosificadores de tornillo que alimentaban óxido de uranio molido (simulando pastillas de combustible usado) a un fluorador donde las partículas se quemaban en gas flúor para formar hexafluoruro de uranio . ^{[ 3 ]}

Hitachi ha desarrollado una tecnología, denominada FLUOREX, que combina la volatilidad del fluoruro, para extraer uranio, con la extracción por solventes más tradicional (PUREX), para extraer plutonio y otros elementos transuránicos. ^{[ 4 ]} El ciclo de combustible basado en FLUOREX está diseñado para su uso con el reactor de agua de moderación reducida . ^{[ 5 ]}

Algunos fluoruros son solubles en agua, mientras que otros no lo son (véase la tabla de solubilidad ) y pueden separarse en solución acuosa. Sin embargo, todos los procesos acuosos que tienen lugar sin la eliminación completa del tritio (un producto común de la fisión ternaria ) ^{[ 6 ] [ 7 ]} antes de la adición de agua contaminarán el agua con agua tritiada , que es difícil de eliminar del agua. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} Algunos elementos que forman fluoruros solubles forman cloruros insolubles. La adición de un cloruro soluble adecuado (p. ej., cloruro de sodio ) precipitará esos cationes. Un ejemplo es el fluoruro de plata (I) (soluble en agua) que forma un precipitado de cloruro de plata al añadir un cloruro soluble.

AgF + NaCl → AgCl↓ + NaF

Algunos fluoruros reaccionan agresivamente con el agua y pueden formar fluoruro de hidrógeno altamente corrosivo . Esto debe tenerse en cuenta si se van a utilizar procesos acuosos que involucren fluoruros. ^{[ 11 ]}

Si se desea, se puede utilizar una serie de adiciones de aniones adicionales, similares al proceso de:Kationentrennungsgang, para separar diferentes cationes para su eliminación, procesamiento posterior o uso.

• FLiNaK
• reactor de sales fundidas

• Fluoruros superiores faltantes: ^{[ 13 ]}
  • PrF ₄ (porque se descompone a 90  °C)
  • TbF ₄ (porque se descompone a 300  °C)
  • CeF ₄ (porque se descompone a 600  °C)
• Sin fluoruros estables: Kr ^{[ 14 ]}

• Estudio de procesos electroquímicos para la separación de actínidos y lantánidos en medios de fluoruro fundido ( PDF )
• "Separación y purificación de UF ₆ a partir de fluoruros volátiles mediante rectificación" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 13 de enero de 2005.
• Destilación a baja presión de una porción de la sal portadora de combustible del Experimento del Reactor de Sales Fundidas (PDF)
• Uso del proceso de volatilidad del fluoruro para extraer tecnecio del combustible nuclear gastado transmutado (PDF)
• Revisión por pares de la estrategia para caracterizar la contaminación por transuránicos y tecnecio en cilindros de colas de hexafluoruro de uranio empobrecido (PDF)
• CONSTANTES FÍSICAS DE COMPUESTOS INORGÁNICOS (PDF)