El proceso de sulfuro de Girdler ( GS ) , también conocido como proceso Geib–Spevack ( GS ) , [1] es un método de producción industrial para filtrar del agua natural el agua pesada ( óxido de deuterio = D2O ) que se utiliza en la investigación de partículas, en la espectroscopia de RMN de deuterio , en disolventes deuterados para la espectroscopia de RMN de protones, en reactores nucleares de agua pesada (como refrigerante y moderador ) y en fármacos deuterados .
Karl-Hermann Geib y Jerome S. Spevack , de forma independiente y en paralelo, inventaron el proceso en 1943 [2] y su nombre deriva de la empresa Girdler, que construyó la primera planta estadounidense que utilizó el proceso.
El método es un proceso de intercambio isotópico entre H 2 S y H 2 O (agua "ligera"), que produce agua pesada en varios pasos. Es un proceso que consume mucha energía. [3]
Hasta su cierre en 1997, la planta de agua pesada de Bruce en Ontario (ubicada en el mismo sitio que Douglas Point y la central nuclear de Bruce ) era la planta de producción de agua pesada más grande del mundo, con una capacidad máxima de 1600 toneladas por año (800 toneladas por año por planta completa, dos plantas en pleno funcionamiento en su pico). Utilizaba el proceso de sulfuro de Girdler para producir agua pesada y requería en masa 340000 unidades de agua de alimentación para producir 1 unidad de agua pesada. [4]
La primera instalación de este tipo de la Junta de Agua Pesada de la India que utilizó el proceso Girdler se encuentra en Rawatbhata, cerca de Kota, Rajastán. A esta le siguió una planta más grande en Manuguru, Andhra Pradesh. Existen otras plantas en los Estados Unidos y Rumania , por ejemplo. [5] Rumania, la India y el antiguo proveedor de gran parte de la demanda mundial de agua pesada, Canadá, tienen todos ellos reactores de agua pesada en funcionamiento: dos en la planta de energía nuclear de Cernavoda en Rumania constituyen la flota completa del país y varios en la India (en su mayoría IPHWR ) y Canadá (exclusivamente CANDU ).
Cada uno de los pasos consta de dos columnas de bandejas de tamiz. Una columna se mantiene a 30 °C (86 °F) y se denomina torre fría y la otra a 130 °C (266 °F) y se denomina torre caliente . El proceso de enriquecimiento se basa en la diferencia de separación entre 30 °C y 130 °C.
El proceso de interés es la reacción de equilibrio,
A 30 °C, la constante de equilibrio K = 2,33, mientras que a 130 °C, K = 1,82. Esta diferencia se aprovecha para enriquecer deuterio en agua pesada. [6]
El gas de sulfuro de hidrógeno circula en un circuito cerrado entre la torre fría y la torre caliente (aunque pueden ser torres separadas, también pueden ser secciones separadas de una torre, con la sección fría en la parte superior). El agua desmineralizada y desaireada se alimenta a la torre fría donde se produce preferentemente la migración de deuterio del gas de sulfuro de hidrógeno al agua líquida. El agua normal se alimenta a la torre caliente donde se produce la transferencia de deuterio del agua líquida al gas de sulfuro de hidrógeno. En los sistemas en cascada, se utiliza la misma agua para ambas entradas. El mecanismo para esto es la diferencia en la constante de equilibrio; en la torre fría, la concentración de deuterio en el sulfuro de hidrógeno se reduce y la concentración en el agua aumenta. El deuterio en el circuito caliente prefiere ligeramente estar en el sulfuro de hidrógeno, lo que da como resultado un exceso de deuterio en el sulfuro de hidrógeno en relación con la torre fría. Para n moles de deuterio por mol de protio en el agua de entrada de la torre caliente, hay norte/1.82 moles por mol de protio en el sulfuro de hidrógeno. En la torre fría, parte de este deuterio se transfiere al agua de entrada de la torre fría, de acuerdo con la constante de equilibrio. En la entrada a la torre fría, la relación de productos a reactivos en la ecuación anterior es 1,82, ya que ambas corrientes de entrada tienen concentraciones iguales de deuterio. El equilibrio químico intenta forzar más deuterio en el agua para corregir la relación. Idealmente, para cantidades iguales de agua y sulfuro de hidrógeno, la torre fría debería producir agua con un 12% más de deuterio del que entró. El agua enriquecida sale de la torre fría, mientras que el agua empobrecida sale de la torre caliente.
Un sistema en cascada adecuado permite realizar el enriquecimiento: el agua enriquecida se introduce en otra unidad de separación y se enriquece aún más.
Normalmente, en este proceso, el agua se enriquece hasta un 15-20% de D2O . Un enriquecimiento adicional hasta agua pesada de "grado de reactor" (>99% de D2O ) se realiza en otro proceso, por ejemplo, la destilación . [7] [8]
