Proceso COLEX

El 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 en 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 y el centrífugo ^{[ 1 ]} ) y el proceso COLEX ha sido el método más ampliamente implementado hasta ahora.

En Estados Unidos, durante 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 para la producción de litio-6, de manera 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-mercurio. Este proceso se utilizó inicialmente en 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 relativamente pequeña demanda nacional y mundial. ^{[ 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.

El litio natural contiene aproximadamente un 7,5% de litio-6 ( ⁶ ₃ Li ), y el resto es litio-7 ( ⁷ ₃ Li ).

El litio-6 tiene mayor afinidad que el litio-7 por el mercurio. Cuando se añade una amalgama de litio y mercurio a una solución acuosa de hidróxido de litio, el litio-6 se concentra más en la amalgama y el litio-7 en la solución de hidróxido.

El método de separación COLEX aprovecha este principio mediante el paso a contracorriente de una amalgama de litio-mercurio que fluye hacia abajo y una solución acuosa de hidróxido de litio que fluye hacia arriba a través de una cascada de etapas. La fracción de litio-6 se drena preferentemente con el mercurio, mientras que el litio-7 fluye mayoritariamente 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 su reutilización 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 ]}

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 costos mínimos. La tecnología está madura y ha cambiado poco desde su desarrollo en las décadas de 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 ]}

Esta tecnología tiene implicaciones ambientales potencialmente desastrosas. Se requiere una cantidad significativa de mercurio (en Estados Unidos se utilizaron 24 millones de libras entre 1955 y 1963) y existen numerosas posibilidades de fugas al medio ambiente. La limpieza sigue siendo extremadamente difícil y costosa. ^{[ 7 ]}

A pesar de las preocupaciones sanitarias y medioambientales asociadas a los procesos basados ​​en mercurio, todavía se están realizando algunas investigaciones sobre la separación COLEX junto con métodos más limpios de enriquecimiento de litio. ^{[ 3 ]}

Actualmente, parece que China es el único país del mundo que emplea oficialmente el proceso COLEX para enriquecer litio. ^{[ 7 ]} Debido a preocupaciones ambientales y a la relativamente baja demanda de litio enriquecido, el uso del proceso COLEX está oficialmente prohibido en Estados Unidos desde 1963, lo que refuerza el dominio casi exclusivo de China sobre el mercado del litio enriquecido, seguida de Rusia. ^{[ 7 ]}

Las capacidades de enriquecimiento rusas se centran en la producción de litio-7 mediante la electrólisis de una solución acuosa de cloruro de litio utilizando un cátodo de mercurio, lo que difiere del proceso COLEX. ^{[ 9 ]}

Aunque la industria nuclear estadounidense depende en gran medida del litio enriquecido chino y ruso, las preocupaciones ecológicas sobre el proceso COLEX podrían impedir su uso futuro a escala industrial en el país.

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 ⁶ Li- ⁷ Li, 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 ]}

Actualmente no existen instalaciones a escala industrial que puedan satisfacer los requisitos futuros de las centrales de fusión comerciales. ^{[ 1 ]}