Iodine Removal from CsI by FeCl2-Assisted Air Oxidation
Cette étude démontre que l'ajout de FeCl₂ au CsI sous oxydation à l'air à 500 °C pendant 4 heures permet d'atteindre une efficacité d'élimination de l'iode de 98,37 % en convertissant le CsI en CsCl et en volatilisant l'iode sous forme d'I₂, offrant ainsi une méthode prometteuse pour le traitement du combustible nucléaire usé.
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Les centrales nucléaires génèrent de l'électricité en scindant des atomes, mais ce processus laisse derrière lui un combustible usé qui contient un mélange d'éléments radioactifs. Parmi ceux-ci, l'iode est une préoccupation particulière car l'une de ses formes, l'iode 129, reste radioactive pendant un temps incroyablement long et peut facilement circuler dans l'environnement. S'il est libéré, il a tendance à s'accumuler dans la glande thyroïde humaine, posant un risque sanitaire important. Pour gérer cela, les scientifiques doivent trouver des moyens de capturer et d'extraire l'iode du combustible avant qu'il ne devienne un danger. Dans les environnements à haute température où le combustible est traité, l'iode se lie souvent étroitement avec le césium, un autre sous-produit courant, pour former un composé solide stable appelé iodure de césium. Ce composé est difficile à décomposer ; simplement le chauffer ou le ventiler avec de l'air ne suffit généralement pas pour libérer l'iode, qui reste piégé à l'intérieur de la structure solide.
Des chercheurs de l'Institut de l'Énergie Atomique de Chine ont entrepris de trouver un moyen plus efficace de rompre cette liaison et d'extraire l'iode. Ils ont utilisé l'iodure de césium comme substitut sûr et non radioactif du véritable combustible usé pour tester différentes méthodes. Leurs expériences initiales consistaient à chauffer le matériau en présence de gaz oxydants puissants, tels que l'oxygène pur ou un mélange contenant de l'ozone. L'objectif était de voir si ces gaz pouvaient forcer l'iode à se transformer en gaz et à s'échapper. Cependant, les résultats ont été décevants. Même avec ces gaz puissants, le matériau solide changeait à peine, et très peu d'iode était extrait. La structure stable de l'iodure de césium tenait bon, prouvant qu'une atmosphère oxydante plus forte seule n'était pas la clé pour libérer l'iode.
L'équipe a ensuite introduit un nouvel élément dans le mélange : un simple produit chimique appelé chlorure ferreux. Lorsqu'ils ont ajouté cette substance à l'iodure de césium et chauffé le mélange dans l'air ordinaire, le résultat a radicalement changé. L'iode, qui était auparavant obstinément piégé, a commencé à quitter le solide pour entrer dans l'air. Les chercheurs ont constaté que le type de gaz utilisé importait très peu une fois le chlorure ferreux présent ; qu'ils utilisent de l'oxygène pur, de l'ozone ou simplement de l'air ordinaire, l'efficacité de l'extraction de l'iode était presque la même. Cela suggérait que le chlorure ferreux faisait le plus gros du travail, agissant comme un catalyseur qui rendait la réaction possible sans nécessiter de fournitures de gaz coûteuses ou complexes.
Pour trouver les conditions parfaites de ce processus, les scientifiques ont fait varier le temps de chauffage du mélange, la température et le rapport entre le produit chimique ajouté et le composé d'iode. Ils ont découvert que la configuration la plus efficace consistait à chauffer le mélange à 500 degrés Celsius pendant quatre heures, en utilisant une quantité égale de chlorure ferreux et d'iodure de césium. Sous ces conditions spécifiques, la méthode a réussi à extraire près de 98,4 % de l'iode. Le matériau solide laissé après la réaction n'était plus l'iodure de césium d'origine. Au lieu de cela, l'analyse a montré qu'il s'était transformé en deux nouvelles substances : le chlorure de césium, un sel stable, et l'oxyde de fer, une poudre rougeâtre.
L'étude a également révélé ce qu'il advient de l'iode lui-même. Étant donné que le solide restant ne contenait aucun composé d'iode significatif, et parce que les conditions chimiques favorisaient la libération gazeuse, les chercheurs ont conclu que l'iode s'était échappé principalement sous forme de gaz d'iode élémentaire. Le processus a essentiellement échangé l'iode du composé d'origine contre le chlore du produit chimique ajouté, créant un nouveau sel solide tout en libérant l'iode dans l'air où il pouvait être capturé. Cette découverte est significative car elle démontre qu'un produit chimique simple et à faible coût, combiné à l'air ordinaire, peut accomplir ce que des gaz oxydants puissants ne pouvaient pas faire seuls. De plus, l'oxyde de fer laissé derrière est faiblement magnétique, ce qui pourrait potentiellement permettre une séparation et une récupération faciles du fer du produit de déchets final. Ces travaux offrent une voie pratique, étayée par l'expérimentation, pour nettoyer l'iode du combustible nucléaire, en s'appuyant sur une réaction chimique directe plutôt que sur des contrôles atmosphériques complexes.
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