Opgelost aluminium gevormd tijdens industriële verwerking heeft chemici verbijsterd door in veel grotere concentraties voor te komen dan voorspeld. Pogingen om het fenomeen te verklaren werden gehinderd door een onvermogen om de concentraties van elke aanwezige aluminiumsoort nauwkeurig te identificeren. Nieuw onderzoek van wetenschappers van het Interfacial Dynamics in Radioactive Environments and Materials (IDREAM) Energy Frontier Research Center sorteert uit welke verbindingen aanwezig zijn en hun concentraties, het verstrekken van een belangrijk nieuw instrument met brede toepasbaarheid.

Het werk, geleid door Pacific Northwest National Laboratory-wetenschappers in samenwerking met wetenschappers van de Washington State University en Washington River Protection Solutions, was te zien in The Journal of Physical Chemistry B in een paper getiteld, "Ab Initio Molecular Dynamics onthult spectroscopische broers en zussen en ionenparen als nieuwe uitdagingen voor het ophelderen van prenucleatie-aluminiumspeciatie."

Deze bevinding biedt ondersteuning voor een verbeterd ontwerp van aluminiumproductie- en scheidingsprocessen voor energieopwekking en transmissie naar hoogradioactief afvalverwerking.

Industriële verwerking van aluminium voor energieproductie en/of sanering van hoogradioactief afval vereist het oplossen van aluminiumcomplexen zoals gibbsiet (α-Al(OH) ₃ ) en boehmiet (AlOOH), typisch onder sterk alkalische omstandigheden. Extreem hoge concentraties opgelost aluminium kunnen worden verklaard door dimere aluminiumsoorten te overwegen, maar spectroscopisch bewijs om deze soorten te ondersteunen is niet overtuigend geweest. Meerdere dimere soorten zijn mogelijk, inclusief Ali ₂ O(OH) ₆ ^2- en Ali ₂ (OH) ₈ ^2- , die overlappende trillingsbanden hebben die unieke identificatie verhinderden, tot nu.

In dit werk, de onderzoekers gebruikten een combinatie van Raman- en infrarood (IR) spectroscopieën en computationele methoden (ab-initio moleculaire dynamica, AIMD) om toewijzingen van trillingsbanden op te lossen. Oplossingsfase monomeer Al (OH) ^4- en dimere Al als ofwel Al ₂ O(OH) ₆ ^2- of Al ₂ (OH) ₈ ^2- waren opgelost. In aanvulling, bandbreedtes, anharmonische verschuivingen, en gemiddelde oplosmiddeleffecten werden bepaald, het mogelijk maken van specifieke bandtoewijzingen en het leveren van vibrationele vingerafdrukken voor elke soort. Verder, oplosmiddeleffecten die belangrijk zijn in dergelijke geconcentreerde oplossingen van elektrolyten werden bepaald. Deze resultaten bieden een basis voor het verbeteren van evenwichtsmodellen voor oplosbaarheid van boehmiet en gibbsiet, wat het vertrouwen in het ontwerp van industriële aluminiumverwerkingsschema's vergroot.

De unieke identificatie van aluminiumsoorten met behulp van vibratiemethoden zal nu worden toegepast op geconcentreerde elektrolytoplossingen die aluminaat bevatten om verschillen in aluminiumoplosbaarheid onder alkalische omstandigheden op te lossen.