L'aluminium dissous formé au cours du traitement industriel a laissé les chimistes perplexes en se produisant à des concentrations beaucoup plus élevées que prévu. Les efforts pour expliquer le phénomène ont été entravés par une incapacité à identifier avec précision les concentrations de chaque espèce d'aluminium présente. De nouvelles recherches menées par des scientifiques du Centre de recherche Energy Frontier sur la dynamique interfaciale dans les environnements et les matériaux radioactifs (IDREAM) déterminent quels composés sont présents et leurs concentrations, fournissant un nouvel outil important avec une large applicabilité.

L'oeuvre, dirigé par des scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory en collaboration avec des scientifiques de la Washington State University et de Washington River Protection Solutions, a été présenté dans Le Journal de chimie physique B dans un article intitulé, "La dynamique moléculaire Ab Initio révèle les frères et sœurs spectroscopiques et l'appariement ionique comme de nouveaux défis pour élucider la spéciation de l'aluminium de prénucléation."

Cette découverte soutient l'amélioration de la conception des procédés de production et de séparation de l'aluminium pour la production et la transmission d'énergie au traitement des déchets radioactifs de haute activité.

Le traitement industriel de l'aluminium pour la production d'énergie et/ou le nettoyage des déchets hautement radioactifs nécessite la dissolution de complexes d'aluminium tels que la gibbsite (α-Al(OH) 3 ) et la boehmite (AlOOH), généralement dans des conditions très alcalines. Des concentrations excessivement élevées d'aluminium dissous pourraient s'expliquer en considérant les espèces d'aluminium dimère, mais les preuves spectroscopiques à l'appui de ces espèces n'ont pas été concluantes. Plusieurs espèces dimères sont possibles, y compris Al 2 O(OH) 6 ^2- et Al 2 (OH) 8 ^2- , qui ont des bandes de vibration qui se chevauchent qui ont empêché une identification unique, jusqu'à maintenant.

Dans ce travail, les chercheurs ont utilisé une combinaison de spectroscopies Raman et infrarouge (IR) et de méthodes de calcul (dynamique moléculaire ab-initio, AIMD) pour résoudre les attributions de bandes vibratoires. Al(OH) monomérique en solution ^4- et Al dimère soit Al 2 O(OH) 6 ^2- ou Al 2 (OH) 8 ^2- ont été résolus. En outre, largeurs de bande, décalages anharmoniques, et les effets moyens du solvant ont été déterminés, permettant des affectations de bandes spécifiques et fournissant des empreintes vibratoires pour chaque espèce. Par ailleurs, les effets des solvants qui sont importants dans de telles solutions concentrées d'électrolytes ont été déterminés. Ces résultats fournissent une base pour améliorer les modèles d'équilibre pour les solubilités de la boehmite et de la gibbsite, ce qui augmente la confiance dans la conception des schémas de traitement de l'aluminium industriel.

L'identification unique des espèces d'aluminium à l'aide de méthodes vibrationnelles sera désormais appliquée à des solutions électrolytiques concentrées contenant de l'aluminate pour résoudre les écarts de solubilité de l'aluminium dans des conditions alcalines.