El proceso de sulfuro 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 = D 2 O) que se utiliza en partículas. investigación, en espectroscopia de RMN de deuterio , disolventes deuterados para 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 utilizando este 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 Bruce en Ontario (ubicada en el mismo sitio que Douglas Point y la estación generadora nuclear 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 punto máximo). Utilizó el proceso de sulfuro Girdler para producir agua pesada y requirió en masa 340.000 unidades de agua de alimentación para producir 1 unidad de agua pesada. [4]
La primera instalación de este tipo de la Junta de Aguas Pesadas de la India que utiliza el proceso Girdler se encuentra en Rawatbhata, cerca de Kota, Rajasthan. A esto le siguió una planta más grande en Manuguru, Andhra Pradesh. Existen otras plantas , por ejemplo, en Estados Unidos y Rumanía . [5] Rumania, India y el antiguo proveedor de gran parte de la demanda mundial de agua pesada, Canadá, tienen reactores de agua pesada en funcionamiento; dos en la planta de energía nuclear de Cernavoda en Rumania constituyen toda la flota del país y varios cada uno en la India (principalmente IPHWR ) y Canadá (exclusivamente CANDU ).
Cada uno de varios pasos consta de dos columnas de bandejas de tamiz. Una columna se mantiene a 30 °C (86 °F) y se llama torre fría y la otra a 130 °C (266 °F) y se llama 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 el 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 tiene lugar preferentemente la migración de deuterio desde el gas de sulfuro de hidrógeno al agua líquida. Se alimenta agua normal 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 disminuye y la concentración en el agua aumenta. El deuterio en el circuito caliente prefiere ligeramente estar en el sulfuro de hidrógeno, lo que resulta en 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, haynorte/1,82moles por mol de protio en el sulfuro de hidrógeno. En la torre de frío, parte de este deuterio se transfiere al agua de entrada de la torre de frío, de acuerdo con la constante de equilibrio. A la entrada de la torre fría, la proporción 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 introducir más deuterio en el agua para corregir la proporción. 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 de cascada adecuado logra el enriquecimiento: el agua enriquecida se alimenta a otra unidad de separación y se enriquece aún más.
Normalmente, en este proceso, el agua se enriquece hasta un 15–20 % de D 2 O. Un mayor enriquecimiento hasta agua pesada "calidad de reactor" (> 99 % de D 2 O) se realiza en otro proceso, por ejemplo, la destilación . [7] [8]
