Utilizzo di leganti idrofili piridinici nei processi di estrazione selettiva degli attinidi

This thesis work is contextualized in the field of the reprocessing of spent nuclear fuel, in particular within the Partitioning and Transmutation area. The separation of actinides from lanthanides, in fact, still represents a challenging aspect in the P&T strategy. This experimental activity is mainly focused on the study of the extracting proprieties of a new hydrophilic piridinic ligand, specifically designed for the selective separation of actinides in advanced separation processes such as the i-SANEX and GANEX ones. In order to find the optimal working condition, the extracting proprieties of this molecule was investigated by solvent extraction experiments by changing several key parameters, such as the ligand and nitrate concentrations and the acidity of the aqueous solution. Other tests were performed to better understand the stripping phenomenum, first by considering the effect of each chemical equilibrium involved separately and then jointly. Furthermore, the kinetics of this stripping step was studied, as well as the pH variations of the aqueous phases during the extraction and stripping tests. Finally, an optimal working condition for an efficient actinide separation from a PUREX raffinate simulating solution was determined.

Il presente lavoro di tesi si inserisce nell’ambito del riprocessamento del combustibile nucleare esaurito ed in particolare nel settore del Partitioning & Transmutation. Un problema non ancora risolto nella strategia del P&T riguarda la separazione di attinidi da lantanidi. La presente attività sperimentale ha come obiettivo principale lo studio delle proprietà di un nuovo legante idrofilo piridinico progettato per lo stripping selettivo di attinidi da impiegarsi in processi separativi avanzati quali l’i-SANEX e il GANEX. Le capacità estraenti della molecola oggetto di studio sono state analizzate attraverso esperimenti di estrazione con solvente al variare di diversi parametri chiave, quali la concentrazione del legante stesso, dell’acidità della soluzione acquosa e della concentrazione di nitrati in essa disciolti, al fine di determinarne le condizioni ottimali di lavoro. Sono stati effettuati esperimenti ad hoc per cercare di comprendere al meglio ciò che accade nel processo di stripping, considerando dapprima separatamente e poi congiuntamente l’effetto di ogni singolo equilibrio chimico che governa tale fenomeno. Inoltre è stata determinata la cinetica del fenomeno di stripping e sono state valutate le variazioni di pH nelle diverse fasi del processo separativo. Sono state quindi individuate delle condizioni di lavoro nelle quali la molecola oggetto di studio si è dimostrata in grado di separare selettivamente un attinide trivalente da una soluzione con composizione analoga a quella in uscita dal processo PUREX. Sono state inoltre condotte una serie di analisi comparative con altri estraenti idrofili appartenenti alla medesima famiglia, che hanno evidenziato l’elevata selettività dell’intera famiglia per gli attinidi.