La Vitrificación In Situ (ISV) es una tecnología prometedora, en desarrollo por el DOE, para la estabilización a largo plazo de residuos peligrosos enterrados en emplazamientos poco profundos. Se basa en fundir el suelo contaminado en el emplazamiento y dejarlo enfriar. La fusión se solidifica en una roca vítrea o policristalina que incorpora los residuos, reduciendo así significativamente la lixiviación de contaminantes a las aguas subterráneas. La fusión se induce aplicando energía eléctrica al suelo a través de electrodos insertados verticalmente en el suelo que se va a fundir. La fusión se produce hacia abajo y da lugar a un cuerpo semiesférico al enfriarse. Se coloca una campana sobre el emplazamiento para confinar los gases y partículas liberados por la fusión y dirigirlos a un sistema de tratamiento de gases de escape. Las etapas del proceso ISV se representan en la Figura 1.
Los residuos enterrados, que contienen materiales radiactivos, orgánicos, metálicos y combustibles, son un componente importante de los emplazamientos de residuos del DOE que requerirán remediación. Las ventajas de la VSI para estos residuos incluyen: (1) los contaminantes orgánicos peligrosos y los materiales combustibles se pirolizan y destruyen, lo que permite reducir el volumen y evitar futuros hundimientos del emplazamiento, (2) los radionucleidos se incorporan a fases vítreas o cristalinas al enfriarse la masa fundida, lo que reduce su movilidad, y (3) los componentes metálicos se funden, minimizando así el volumen y la superficie.
En mayo de 1991 se realizó en el ORNL una prueba de campo a escala piloto bien instrumentada. Hemos analizado los enormes datos recogidos y desarrollado diversos modelos para: comprobar la coherencia de los datos; comprender los procesos implicados y cuáles dominan; determinar los valores efectivos de los parámetros (como las conductividades térmica y eléctrica); explicar lo que se observa, geoquímica y térmicamente; y desarrollar herramientas eficaces de estimación y simulación. Por ejemplo, entre otras cosas, desarrollamos un sencillo método no invasivo para determinar la temperatura de fusión a partir de datos de amperaje y tensión (Figura 2). Este tipo de procedimientos indirectos son indispensables en las aplicaciones a emplazamientos altamente contaminados ya existentes. Entre las cuestiones cruciales que la modelización puede dilucidar se encuentra el destino del vapor de agua bajo la masa fundida y las condiciones en las que puede formarse una zona saturada de agua.
El enfriamiento y la solidificación del fundido son de gran interés geológico. Hemos desarrollado un modelo detallado y un código de simulación para el enfriamiento y la solidificación de un magma binario, que incluye: conducción de calor acoplada y difusión de solutos, termodinámica cristal-fusión binaria, superenfriamiento constitucional, propiedades termofísicas dependientes de la temperatura y la composición, enfriamiento conductivo del suelo circundante. La descripción es macroscópica en términos de variables locales (concentración, entalpía, temperatura, fracción sólida); leyes de conservación válidas en todas partes en sentido débil (integral), las fases se distinguen únicamente por los valores de la fracción sólida. En este enfoque de "volumen de fluido", no es necesario el seguimiento explícito de los frentes, lo que resulta especialmente cómodo para los cálculos. Lo hemos aplicado al binario Diópsido-Anortita y también al pseudobinario Feldespato-Piroxeno con muy buenos resultados: coincidencia de curvas de enfriamiento simuladas y experimentales (Figura 3), puede determinar valores efectivos de parámetros (por ejemplo, conductividades) y sensibilidades, y puede simular varios escenarios de enfriamiento.
Original article: web.math.utk.edu/~vasili/va/descr/isv/
