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Study of complexing reactions causing the depletion of gadolinium ions from the moderator of CANDU-PHW nuclear reactors



The addition of gadolinium nitrate solution in the moderator of Hydro-Québec's Gentilly 2 reactor led to an unexpected depletion of gadolinium (Gd) by precipitation. Analysis of moderator samples revealed that bicarbonate (HCO3) was the main anionic impurity. A study of the complexing reactions of Gd in concentrated solutions (0.0509M) of Gd(NO3)3 showed that in the absence of HCO3 and at pH < 6, the species in equilibrium are distributed as follows: predominant: Gd3+, NO3 and [GdNO3]2+; and traces: [GdOH]2+ and [Gd(NO3)2]+. An increase in pH over 6.4 led to the formation of the solid phase: Gd2(OH)5.1(NO3)0.9. In the presence of bicarbonate, the solid phase Gd2(OH)5.0(NO3)1.0 is visually detected at a pH as low as 5.8. In other respects, analysis of dilute solutions (0.00065M) of Gd(NO3)3 containing bicarbonate allows the solid phase precipitating between pH 5.5 and 6.6 to be ascribed to the formula Gd2(OH)4CO3·3H2O. In the absence of HCO3, no precipitation occurred up to pH 6.8. Finally, the loss of Gd from the moderator was established as being due to the formation of a hydroxide carbonate salt.


L'injection de solutions de nitrate de gadolinium dans le modérateur du réacteur nucléaire Gentilly 2 d'Hydro-Québec a été suivie d'un phénomène imprévu de précipitation du gadolinium (Gd). L'analyse d'échantillons d'eau lourde du modérateur a révélé le bicarbonate (HCO3) comme principale impureté ionique. L'étude des réactions de complexation du Gd pour des solutions concentrées (0.0509M) de Gd(NO3)3, a montré qu'en absence de HCO3, et à pH < 6, les espèces en équilibre sont distribuées selon: prédominants: Gd3+, NO3 et [GdNO3]2+; et traces: [GdOH]2+ et [Gd(NO3)2]+. Une élévation du pH vers 6.4 conduit à la formation de la phase solide: Gd2(OH)5.1(NO3)0.9. En présence de bicarbonate, la phase solide Gd2(OH)5.0(NO3)1.0 est détectée visuellement à un pH aussi bas que 5.8. Par ailleurs, l'étude de solutions dilutées (0.00065M) de Gd(NO3)3, contenant du bicarbonate, permet d'attribuer le précipité formé entre pH 5.5 et 6.6 à la formule Gd2(OH)4CO3·3H2O. En absence de bicarbonate, aucun précipité n'est détecté pour des pH allant jusqu'à 6.8. Ces résultats nous permettent d'attribuer le phénomène de précipitation du gadolinium dans le modérateur de Gentilly 2 à la formation d'un hydroxycarbonate de Gd.

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