Hispanopedia WikiEl proceso COLEX (o separación COLEX ) es un método químico de separación isotópica de litio-6 y litio-7 , basado en el uso de mercurio . COLEX significa intercambio de columna.
Desde el comienzo de la era atómica , se han desarrollado diversos métodos de enriquecimiento de litio (como el intercambio químico, el electromagnético, el láser, el centrífugo [1] ) y el proceso COLEX ha sido el método más ampliamente implementado hasta el momento.
Desarrollo temprano
En Estados Unidos, en las décadas de 1930 y 1940 se investigaron varios métodos de intercambio químico para la separación de isótopos de litio con el fin de desarrollar un proceso de producción de litio-6, de modo que se pudiera obtener tritio para la investigación de armas termonucleares.
El sistema finalmente seleccionado fue el proceso COLEX, con hidróxido de litio acuoso (LiOH) en contacto con amalgama de litio y mercurio. Este proceso se utilizó inicialmente en los EE. UU. entre 1955 y 1963 en la planta Y12 en Oak Ridge, Tennessee . Las plantas COLEX en Oak Ridge tuvieron un comienzo muy difícil en 1955 con grandes problemas en esta tecnología completamente nueva, complicada y potencialmente peligrosa. [2] Las reservas de litio-6 y litio-7 de ese período han estado disponibles hasta hace poco para satisfacer la demanda nacional y mundial relativamente pequeña [3].
Desde entonces, debido a preocupaciones ambientales, Estados Unidos detuvo las operaciones de enriquecimiento de litio en 1963. [1]
Sudáfrica también construyó una planta piloto utilizando el método COLEX para producir litio-6 para su programa de armas nucleares en la década de 1970.
Isótopos de litio y usos
El litio natural contiene aproximadamente un 7,5% de litio-6 (6
3Li ), siendo el resto litio-7 (7
3Yo ).
Litio natural
El litio natural tiene muchos usos industriales no nucleares, que van desde baterías de iones de litio , cerámica, lubricantes y vidrio.
A principios del siglo XXI, el aumento constante de la producción mundial de litio está estimulado principalmente por la demanda de baterías de iones de litio para vehículos eléctricos .
Las aplicaciones nucleares del litio requieren cantidades anuales relativamente pequeñas de litio, en forma de litio-6 y litio-7 enriquecidos.
Litio-6
El litio-6 es valioso como materia prima para la producción de tritio y como absorbente de neutrones en reacciones de fusión nuclear.
El litio-6 enriquecido se utiliza como potenciador de neutrones en bombas termonucleares y será un componente clave en los módulos de reproducción de tritio (enriquecimiento requerido del 7,5% al 30%-90%) de los futuros reactores de fusión basados en confinamiento de plasma. [1]
La extracción de litio-6 ya ha cesado en las grandes potencias termonucleares (en particular, EE.UU., Rusia y China), pero aún quedan reservas en dichos países.
Litio-7
El litio-7 altamente enriquecido (más del 99%) se utiliza como refrigerante en reactores de sales fundidas (MSR) y estabilizador de pH en reactores de agua presurizada (PWR). [4] [5]
Principio de funcionamiento
El litio-6 tiene una mayor afinidad que el litio-7 por el elemento mercurio. [ cita requerida ] Cuando se agrega una amalgama de litio y mercurio al hidróxido de litio acuoso, el litio-6 se concentra más en la amalgama y el litio-7 más en la solución de hidróxido.
El método de separación COLEX aprovecha esta situación haciendo pasar un flujo en contracorriente de amalgama de litio-mercurio que fluye hacia abajo y de hidróxido de litio acuoso que fluye hacia arriba a través de una cascada de etapas. La fracción de litio-6 es drenada preferentemente por el mercurio, pero el litio-7 fluye principalmente con el hidróxido. En la parte inferior de la columna, el litio (enriquecido con litio-6) se separa de la amalgama y el mercurio se recupera para reutilizarlo en el proceso. En la parte superior, la solución de hidróxido de litio se electroliza para liberar la fracción de litio-7.
El enriquecimiento obtenido con este método varía con la longitud de la columna, la velocidad de flujo y la temperatura de operación. [6]
Ventajas y desventajas
Desde un punto de vista técnico y económico, la separación COLEX ha sido hasta ahora el único método que permite la producción a escala industrial de litio enriquecido a un coste mínimo. La tecnología está madura y ha cambiado poco desde su desarrollo en los años 1950 y 1960. [7]
El método no está exento de una serie de inconvenientes, los principales de los cuales son:
- toxicidad y grandes cantidades de mercurio, participando en el proceso
- Tendencia de la amalgama a la descomposición en soluciones acuosas.
- Formación de residuos peligrosos que contienen mercurio
- alto consumo de energía [8]
La tecnología tiene consecuencias ambientales potencialmente desastrosas. Se requiere una cantidad significativa de mercurio (entre 1955 y 1963 se utilizaron 24 millones de libras en los EE. UU.) y existen muchas posibilidades de que se produzcan fugas al medio ambiente. La limpieza sigue siendo extremadamente difícil y costosa. [7]
A pesar de las preocupaciones ambientales y de salud asociadas con los procesos basados en mercurio, todavía se están realizando algunas investigaciones sobre la separación COLEX junto con métodos de enriquecimiento de litio más limpios. [3]
Instalaciones de separación de COLEX en el mundo
Hoy en día, parece que China es el único país del mundo que emplea oficialmente el proceso COLEX para enriquecer litio. [7] Debido a las preocupaciones ambientales y a la demanda relativamente baja de litio enriquecido, el uso posterior del proceso COLEX está prohibido oficialmente en los EE. UU. desde 1963, lo que fortalece el control casi unánime de China sobre el mercado de litio enriquecido, seguida por Rusia. [7]
Las capacidades de enriquecimiento rusas se centran en la producción de litio-7 mediante electrólisis de una solución acuosa de cloruro de litio utilizando un cátodo de mercurio, que por tanto es diferente del proceso COLEX. [9]
Aunque la industria nuclear estadounidense depende en gran medida del litio enriquecido de China y Rusia, las preocupaciones ecológicas sobre el proceso pueden impedir su futuro uso doméstico a escala industrial.
Sin embargo, con el auge de la investigación en el área general de la tecnología de reactores de fusión (ITER, DEMO), ha habido un renovado interés durante la última década en mejores procesos para la separación de 6Li- 7Li , especialmente en Japón y los EE. UU. [3]
Se estima que Corea del Norte ha adquirido los medios para construir una planta de enriquecimiento de litio-6 basada en la separación COLEX. [10]
Hoy en día no existen instalaciones a escala industrial que puedan satisfacer las necesidades futuras de las centrales eléctricas de fusión comerciales. [1]
Véase también
Referencias
- ^ abcd "Cuestiones de enriquecimiento de litio en la cadena de suministro sostenible de los futuros reactores de fusión" (PDF) . Nucleus.iaea.org . Archivado desde el original (PDF) el 13 de septiembre de 2017 . Consultado el 3 de octubre de 2017 .
- ^ "LA HISTORIA DE LA SUPERBOMBA LITHIUM 6" (PDF) . Oakridgeheritage.com . Archivado desde el original (PDF) el 13 de septiembre de 2017 . Consultado el 3 de octubre de 2017 .
- ^ abc "Separación de isótopos de litio: una revisión de las posibles técnicas" (PDF) . Iaea.org . Consultado el 3 de octubre de 2017 .
- ^ Holden, Norman E. (enero-febrero de 2010). "El impacto del 6Li empobrecido en el peso atómico estándar del litio". Unión Internacional de Química Pura y Aplicada. Consultado el 6 de mayo de 2014.
- ^ Gestión de isótopos críticos: es necesario administrar el litio-7 para garantizar un suministro estable, GAO-13-716 // Oficina de Responsabilidad Gubernamental de los Estados Unidos, 19 de septiembre de 2013; pdf
- ^ "Separación de isótopos con un toque ligero". Physicsworld.com . 2012-03-02 . Consultado el 3 de octubre de 2017 .
- ^ abcd "Enriquecimiento de isótopos de litio: alternativas viables de enriquecimiento doméstico" (PDF) . Fhr.nuc.berkeley.edu . Consultado el 3 de octubre de 2017 .
- ^ Martoyan, GA; Kalugin, MM; Gabrielyan, AV; Martoyan, AG (2016). "Perspectivas de enriquecimiento de litio en el isótopo 7 Li mediante el método de electromigración controlada de iones". Serie de conferencias IOP: Ciencia e ingeniería de materiales . 112 : 012035. doi : 10.1088/1757-899X/112/1/012035 .
- ^ "Litio - Asociación Nuclear Mundial". World-nuclear.org . Consultado el 3 de octubre de 2017 .
- ^ "Producción de litio 6 de Corea del Norte para armas nucleares" (PDF) . Isis-online.org . Consultado el 3 de octubre de 2017 .
