Reducción del volumen de residuos de resinas usadas mediante tratamiento químico

ARTÍCULO COMPLETO
Durante el funcionamiento de casi todos los tipos de centrales nucleares, las resinas de intercambio iónico (IEX) gastadas tienen que ser acondicionadas y eliminadas como residuos radiactivos. Asimismo, algunos emplazamientos antiguos almacenan resinas de IEX gastadas que deben ser retiradas antes de que puedan llevarse a cabo otras actividades de desmantelamiento. La cementación es la técnica de acondicionamiento que se utiliza en la mayoría de los países del mundo para producir una matriz estable que se ajuste a los requisitos de almacenamiento final e intermedio. La eliminación final conlleva, en la mayoría de los casos, unos costes específicos elevados. Además de los elevados costes de eliminación, la cementación conlleva los siguientes problemas.

La cementación de IEX gastados a menudo implica dificultades, comenzando con el transporte de las resinas, seguidos de problemas de dosificación precisa de las resinas gastadas durante el proceso de mezcla y a menudo terminan con el problema de las matrices inestables. Debido a los efectos de hinchamiento, y a las interacciones entre el IEX y la matriz de cemento, la presión en la matriz aumenta. Esto puede dar lugar a grietas que posteriormente pueden evolucionar en la destrucción de la matriz. Para conseguir una matriz estable, la tasa de incorporación de resinas se mantiene baja (alrededor del 5 % en peso).

Para evitar problemas durante la cementación, Framatome desarrolló un proceso químico basado en el proceso Fenton, que es capaz de descomponer completamente la matriz y de reducir significativamente otros contenidos orgánicos atrapados en el IEX. La licuefacción del IEX destruye la matriz polimérica, permite una excelente homogeneización y caracterización de los residuos y evita, por tanto, los problemas anteriormente descritos. Esto conduce también a una tasa de incorporación significativamente mayor. Una vez eliminado el exceso de agua, el residuo puede solidificarse por cementación sin mayores dificultades. De este modo se obtiene una matriz estable con excelentes propiedades. El volumen de los bidones de residuos solidificados resultante, es comparable al de las resinas IEX gastadas húmedas antes del tratamiento. Normalmente, el acondicionamiento de las resinas usadas conduce, debido a la baja tasa de incorporación, a una multiplicación del volumen. El tratamiento químico de las resinas de intercambio iónico usadas también permite la transformación en residuos acuosos y, por lo tanto, el uso de instalaciones existentes, por ejemplo, el evaporador, el tambor de secado y la ruta de residuos para los residuos líquidos.

Figura 1. Secuencia de la licuefacción por intercambio iónico: (1) Antes de la licuefacción (resina de intercambio iónico gastada, catalizadores, agua de transferencia). (2)+(3): Durante la licuefacción – formación de CO2 y O2. (4) Fin de la licuefacción con pH > 3. (5) Fin de la licuefacción con pH < 3.

Los ejemplos de reducción de volumen se muestran sobre la base de paquetes de residuos cementados estándar y de la actividad.

El método de Framatome se desarrolla en un ambiente suave (a presión atmosférica, temperatura << 100°C) y robusto. Los productos químicos usados no son tóxicos y son baratos, y, si es necesario, el contenido orgánico puede incluso reducirse por debajo de 100 ppm mediante otro proceso de oxidación adicional (oxidación electroquímica avanzada). La mayor parte del C-14 ligado a las resinas puede eliminarse y capturarse antes del proceso de licuefacción sin grandes costes.

Las primeras pruebas de demostración in situ se realizaron con éxito en la central nuclear (NPP) de Gösgen, Suiza, en 2020, incluyendo la licuefacción de IEX representativos y la cementación del IEX licuado. Posteriormente se analizó el comportamiento de lixiviación y la resistencia a la compresión de acuerdo con los criterios de aceptación de residuos suizos.

Framatome ha desarrollado una planta piloto a escala intermedia para el tratamiento químico de las resinas gastadas (licuefacción de IEX) que se está fabricando actualmente, y se pondrá en marcha en diciembre de 2022. Esta planta piloto se caracteriza por su gran flexibilidad debido a su diseño modular, lo que permite integrar y utilizar las instalaciones existentes para el tratamiento de residuos (evaporador, secado en tambor, cementación) y por las escasas limitaciones para su implantación en una central nuclear. Tras la puesta en marcha de esta planta piloto, está previsto que se realicen más pruebas no radiactivas para ajustar los parámetros de control y la configuración en 2023, seguidas de las primeras operaciones radiactivas en 2024.

¡Recibe nuestra newsletter!

    Los datos facilitados por usted son tratados por Sociedad Nuclear Española conforme al Reglamento UE 2016/679 de Protección de Datos, con la finalidad de gestionar sus peticiones, responder consultas, trámite administrativo, estadístico y el envío de comunicaciones de SNE, sobre su actividad, eventos, etc. No está prevista la cesión de datos (salvo precepto legal) ni transferencias internacionales de datos; y a través de la Política de Privacidad dispone de todos los derechos que le asisten en materia de privacidad.