一种将放射性废物捕获在矿物中以进行长期储存的新方法

全球32个国家约有440座核电站在运行，供应全球约10%的电力。另有60座反应堆正在建设中，另外还有300座正在建设中。

澳大利亚只有一个反应堆，用于研究和医疗目的。但澳大利亚通常每年生产5,000多吨铀。这大约占世界总数的9%。

铀矿开采和加工以及核电站运营会产生一系列放射性元素(称为放射性核素)。如果释放到环境中，这些物质可能会产生长期危害。液体放射性废物提出了一个特殊的挑战：它们通常含有放射性核素的混合物，很少有技术能够可靠地快速有效地捕获和安全地包含这些污染物。

我们发明了一种快速工艺，可以从粘土状矿物中的液体废物中捕获放射性核素，然后将其烘烤形成稳定的材料，以便进行处置和长期储存。该研究发表在《科学报告》上，并将很快在世界上最大的放射性废物管理会议废物管理研讨会上发表。

捕捉放射性元素

人们早就知道一些矿物质可以捕获某些放射性核素。然而，这个过程通常需要让受污染的水通过许多装有这些材料的过滤器。

相比之下，我们的技术(称为EUREECA)使用一种方法，在放射性核素污染的水中形成一种称为层状双氢氧化物的粘土状矿物。这些矿物质是一种天然吸收剂，可以一次去除一系列放射性核素，将这些和其他污染物作为其结构的组成部分。

这种简单的方法与传统技术相比具有许多优势。实际上，将两种常见的工业化学品添加到受污染的水中。反应在几秒钟内发生，产生层状双氢氧化物矿物，放射性核素被困在里面。

重要的是，矿物质通常占处理水质量的不到0.5%。这意味着污染物的浓度提高了数百倍。

使用传统的工业分离技术，这种矿物质也很容易从水中分离出来。

在使用澳大利亚铀矿废水的研究中，该矿物含有高达1%的铀——比该矿的矿石浓度更高。还捕获了许多其他污染物，包括采矿和相关活动期间释放的一系列放射性核素。

管理液体放射性废物是铀矿的一个重要问题。图片来源：Shutterstock

烘烤以长期储存

在层状双氢氧化物矿物中捕获污染物后，需要将它们永久锁定。

这是EUREECA工艺的下一步：烘烤矿物以使其转化，就像窑中的陶器一样。

我们将矿物加热到1,300摄氏度以上，类似于夏威夷熔岩流的温度，并与科廷大学的同事一起分析了它在原子水平上的变化。发生了一些有趣的变化。

首先是层状双氢氧化物转化为三种不同的矿物：橄榄石、方镁石和尖晶石。这是通常在地表以下约2,500公里处的下地幔中发现的矿物组合。

这些矿物质不仅在高温高压下稳定，而且在很大程度上抵抗辐射损伤。

当烘烤过的矿物冷却下来时，我们发现放射性核素被进一步浓缩。铀、钍、铅和其他污染物现在被挤压到新的矿物中，形成在橄榄石、方镁石和尖晶石之间的显微镜下很薄的边界上。

在这些边界区域，放射性核素的浓度比原来的含铀废水高出约50,000倍。

更容易去污

我们的工艺在永久捕获、控制和储存可溶性放射性废物方面具有许多潜在应用。除了处理铀矿废水外，它还可用于捕获和控制医疗废物流中的放射性核素。

在2011年福岛第一核电站核灾难产生大量复杂液体废物之后，它也有很大的用处。

EUREECA技术无需使用多个步骤和大量且通常很复杂的水处理程序和基础设施，而是可以快速部署以净化水并将放射性核素去除为固体矿物以进行长期储存。

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