Pemisahan torium dari residu pemprosesan nadir bumi melalui elektroserapan aliran terus dengan elektrod karbon bagi pengurusan residu radioaktif

Abstract

Industri pemprosesan unsur nadir bumi (REE) di Malaysia menghasilkan sekitar 1.1 juta tan metrik residu Permurnian Larut Lesap (WLP) yang mengandungi kepekatan torium melebihi nilai had 1.0 Bq/g dan dikategorikan sebagai sisa radioaktif aras rendah oleh Jabatan Tenaga Atom Malaysia (Atom Malaysia). Jumlah residu ini dijangka mencecah 1.5 juta tan metrik sehingga akhir 2024 dan akan terus meningkat selagi aktiviti pengekstrakan dilakukan. Salah satu kaedah untuk mengurangkan jumlah residu WLP adalah dengan memisahkan torium dari WLP. Kajian sebelumnya mendapati proses elektroserapan dengan menggunakan elektrod berasaskan karbon (CBE) dapat memisahkan torium dalam masa 180 minit dan menggurangkan jumlah sisa sehingga 40%. Namun, pelaksanaannya adalah terhad pada ujian mod kelompok makmal sahaja. Oleh itu, pembangunan dan pengujian prototaip sistem pemisahan torium adalah penting untuk pengesahan kebolehan rawatan sisa radioaktif pada skala industri setelah pembuktian konsep skala makmal telah berjaya dilakukan. Usaha ke arah peralihan tahap kesediaan teknologi (TRL) dari TRL 3 ke TRL 4, kajian ini menggunakan teknik elektroserapan sebagai sistem pemisahan aliran terus secara sehala sebagai sebahagian daripada pelan alternatif pengurusan komprehensif radionuklid torium dalam industri pemprosesan REE. Kajian ini menentukan kecekapan pemisahan torium pada sistem pemisahan melalui penilaian daya keupayaan voltan, masa pengoperasian dan kepekatan awal suapan torium. Kepekatan torium sebelum dan selepas proses pemisahan dianalisis menggunakan Spektrometri Jisim Plasma Gandingan Teraruh (ICP-MS). Larutan torium sulfat disintesis terlebih dahulu digunakan dalam kajian ini untuk menilai tingkah laku pemisahan torium pada keupayaan voltan dalam julat 0.0 hingga 1.0 V. Tanpa kehadiran ion pesaing, ujian ini mendapati keupayaan voltan optimum adalah 1.0 V dengan kecekapan pemisahan torium sebanyak 84.5%. Penilaian lanjut terhadap masa pengoperasian sistem pemisahan dan kepekatan awal suapan torium adalah menggunakan larut resap torium daripada residu WLP pada keupayaan voltan optimum 1.0 V. Empat ion pesaing REE yang dominan (La, Ce, Pr dan Nd) dalam larut resap torium dilabel sebagai bendasing berpengaruh. Ujian yang dijalankan dalam tempoh 300 minit pengoperasian mendapati bahawa CBE menunjukkan penepuan selepas 180 minit dengan kecekapan pemisahan torium sebanyak 47.4%. Pemisahan torium dengan sistem prototaip dalam kajian ini menepati kedua-dua pemodelan isoterma Langmuir dan Freundlich dengan nilai regresi, nilai pekali taburan dan kapasiti elektroserapan maksimum adalah masing-masing 0.99, 11.3 L/g dan 105.3 mg-Th/g-karbon. Hasil merumuskan ion torium dapat dipindahkan dan disimpan pada lapisan ganda dua elektrik dalam liang CBE dengan berkesan atas faktor afiniti pengikatnya yang tinggi terhadap CBE. Pengesahan kehadiran torium pada elektrod selepas elektroserapan telah dicirikan menggunakan peralatan pengimbas pancaran medan mikroskopi elektron dengan spektroskopi serakan tenaga sinar-X (FESEM EDX) dan spektroskopi fotoelektron sinar-X. Malahan, dengan kepekatan ion REE yang tinggi, sistem pemisahan ini masih menunjukkan pemilihan torium yang tinggi. Kesimpulannya, demonstrasi pelaksanaan sistem prototaip dalam kajian ini membuktikan keupayaan pemisahan torium dari sisa radioaktif WLP menggunakan proses elektroserapan dan berpotensi untuk dinilai ke tahap seterusnya.