El grupo Quiane estudia las propiedades de los lantánidos presentes en residuos nucleares

CGP/DICYT El Grupo de Investigación en Química Analítica y Electroquímica de Materiales (Quiane) de la Universidad de Valladolid estudia las propiedades y el comportamiento de los lantánidos (LNS), elementos presentes en los residuos nucleares cuya separación sería determinante para disminuir su toxicidad y posibilitar el reciclaje. En la actualidad, tal y como ha recordado en declaraciones a DiCYT Enrique Barrado Esteban, responsable del equipo de científicos, existe un enorme interés a nivel mundial en el desarrollo tecnológico de un nuevo ciclo del combustible nuclear, el denominado “avanzado”.

“Existe una carrera enorme entre Estados Unidos, Europa y Japón sobre el combustible nuclear irradiado. Una vez que el combustible se utiliza se generan unos residuos que suponen el problema de la energía nuclear. Se está intentando reducir la toxicidad de esos residuos, en los que aparecen una serie de elementos que se llaman lantánidos y que estorban muchísimo”, asegura el investigador, quien explica que es necesario separar estos elementos de los actínidos, fundamentalmente uranio y plutonio.

Si esto sucediera “se generarían unos residuos que se podrían reciclar y disminuiría su toxicidad enormemente”, incide el coordinador del Quiane. En concreto, el reciclado o destrucción de los actínidos (ANS) presentes en los combustibles irradiados, convirtiéndolos en nucleidos estables o de vida corta, reduciría el volumen de los residuos, su inventario radiotóxico, así como su tiempo de almacenamiento, lo que posibilitaría al mismo tiempo el riesgo de proliferación nuclear. No obstante, antes es necesario separar los actínidos minoritarios de otros productos de fisión, especialmente de los lantánidos.

La separación de los actínidos minoritarios de los lantánidos es una tarea compleja debido a la cantidad de LNS los productos de fisión y la similitud en sus propiedades químicas. Así, el grupo vallisoletano realiza “estudios básicos sobre el comportamiento y las propiedades de estos elementos, con el fin de poder eliminarlos del combustible nuclear”. Esta línea de investigación está dirigida por Yolanda Castrillejo y se inició a través de una colaboración con Ciemat-Enresa.

Uso de sales fundidas

El grupo considera que los esquemas de separación piroquímica utilizando sales fundidas y metales fundidos parecen ser los más “adecuados” para un reciclado homogéneo de los actínidos. Tales métodos de reproceso (procesado por segunda vez) pueden concebirse mediante un análisis termodinámico basado en un conocimiento profundo de la química y electroquímica de los actínidos y lantánidos en sales fundidas, en el que es importante que tras varios ciclos de separación la sal fundida debe ser descontaminada de los otros productos de fisión que se han ido acumulando en ella.

En este campo los investigadores de la Universidad de Valladolid vienen trabajando en un Programa de Investigación en el cual contemplan dos etapas: la obtención selectiva de actínidos y la extracción de lantánidos para la descontaminación del medio salino. Los estudios se concentran en la adquisición de datos básicos de lantánidos ligeros y pesados que permitan un diseño conceptual y una valoración de las etapas que componen el reproceso, como son la separación, la electroextracción vía cátodos inertes y reactivos, la extracción con metales líquidos, y la disolución selectiva o separación de dos sólidos disueltos.

Premio a la mejor comunicación

En 2007, en el marco de la XIV Reunión de la Sociedad Española de Química Analítica, el grupo presentó una comunicación en la que se detallaban las propiedades químicas y el comportamiento electroquímico de lantánidos ligeros en una mezcla eutéctica (combinación de dos componentes de tal forma que el punto de fusión es el más bajo posible). En el trabajo se puso de manifiesto que las condiciones más adecuadas para llevar a cabo solubilizaciones o precipitaciones selectivas de los óxidos y oxicloruros de los lantánidos estudiados se pueden predecir utilizando un tipo de diagramas denominados Pourbaix. Para la construcción de estos diagramas se necesitan los potenciales normales aparentes de los diversos sistemas electroquímicos e información acerca de la estabilidad de los diferentes cloruros y oxicloruros.