無機離子交換在放射性廢液處理中的應用

車建業(yè)（中國原子能科學研究院，北京102413）

無機離子交換在放射性廢液處理中的應用

車建業(yè)（中國原子能科學研究院，北京102413）

無機離子交換技術(shù)以其自身諸多的優(yōu)勢在放射性廢液處理中得到了廣泛應用?；诖它c，本文首先簡要闡述了無機離子交換技術(shù)的應用優(yōu)勢，在此基礎(chǔ)上對放射性廢液處理中無機離子交換材料的應用進行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)Ψ派湫詮U液的有效處理有所幫助。

無機離子交換技術(shù)；放射性廢液；處理

近年來，隨著科學技術(shù)水平的不斷提高，推動了核工業(yè)的發(fā)展，利用核能發(fā)電不會對空氣造成污染，也不會產(chǎn)生出二氧化碳，發(fā)電成本較低。雖然核能帶來了諸多益處，但其不足之處也是顯而易見的，在核電生產(chǎn)中，會產(chǎn)生大量的低階放射性廢液，這些廢液中含有大量的重金屬元素且具有一定的放射性，對人和動物都有著極大程度地危害。為此，必須采取相應的技術(shù)措施，對放射性廢液進行有效處理。借此，本文就無機離子交換在放射性廢液處理中的應用進行淺談。

1　無機離子交換技術(shù)的應用優(yōu)勢

在上個世紀30年代，離子交換樹脂的出現(xiàn)使的離子交換技術(shù)獲得了快速發(fā)展，在當時該技術(shù)被廣泛應用于化工、醫(yī)藥及食品等領(lǐng)域。所謂的離子交換具體是指借助離子交換劑能夠?qū)θ芤褐心骋环N離子進行吸附且放出另一種相同點和的特點，使交換劑與溶液間進行同號離子相互交換的現(xiàn)象。所有具備離子交換能力的物質(zhì)均可稱之為離子交換劑。無機離子交換材料在處理放射性廢液中具有諸多優(yōu)點，具體表現(xiàn)為：耐酸性、耐輻射性強，能夠適用于強放射性廢液的處理，對放射性物質(zhì)進行吸附分離；在處理廢液過程中，可以抵抗高溫的干擾，并與水泥、玻璃的相容性較好；無機離子交換材料的選擇性較強，如磷鉬酸銨、聚銻酸分別對Cs、Sr有著較高的選擇吸附性；無機離子交換材料成本低廉、易于制備，并將其應用到放射性廢液處理中，操作過程極為簡便。由此可知，在放射性廢液處理中，無機離子交換方法是一種兼具經(jīng)濟合理性和技術(shù)可行性的處理方法。

2　無機離子交換技術(shù)在放射性廢液處理中的應用

2.1多價金屬磷酸鹽的應用

對于無機離子交換材料而言，磷酸鋯對Cs的吸附性較高，表現(xiàn)出極強的親和力，在堿性溶液處理中，磷酸鋯最大交換容量為（4.3±0.1）meq/g。通過大量試驗研究證實，磷酸鋯在動態(tài)離子和靜態(tài)離子交換中表現(xiàn)出較強的物理穩(wěn)定性，其有效交換的溫度條件為300℃以下。同時，國外研究已經(jīng)證實，在酸性廢水回收Cs的過程中，磷酸鋯和磷酸鈦均能夠抵抗輻射影響，表現(xiàn)出良好的物理穩(wěn)定性，并在吸附后易通過淋洗再次利用。特別在酸性高放廢液的處理中，磷酸鋯和磷酸鈦能夠直接提取Cs，并且可發(fā)揮輻射源的作用。但是對于酸性、高鹽量的高放廢液而言，磷酸鹽類交換材料的交換容量偏低，利用這種材料進行廢液處理，無法保證出口料液達到排放標準。除此之外，反應堆循環(huán)水多為中性或堿性，磷酸鋯易受循環(huán)水中化學物質(zhì)的影響損失磷酸根，進而導致處理失效。

2.2沸石類材料的應用

沸石的主要成分為硅鋁酸鹽，它是業(yè)內(nèi)研究較早的一類離子交換材料，其具有較強的耐高溫和耐輻照性能。由于此類材料是由四氧化硅和四氧化鋁四面體所構(gòu)成的三維空間晶體，從而使其具有了非常巨大的比表面積，相關(guān)研究結(jié)果表明，比表面積越大，吸附力就越強，正因如此，使得沸石具備了較高的離子交換能力。經(jīng)過菱沸石處理之后的放射性廢液能夠直接打到排放標準，開放性沸石可以有效去除多種放射性離子，如一價和二價的放射性離子，放射性稀土離子Y3+它的交換容量大約能夠達到陽離子的交換容量。國外一些的科研人事在對放射性廢水進行動態(tài)試驗中發(fā)現(xiàn)，沸石對Cs的選擇性較之其它堿金屬和堿土元素的陽離子高出許多。國內(nèi)的一些研究人員發(fā)現(xiàn)，對Cs分配系數(shù)最大的一種沸石是Na+型沸石。與天然蒙托石相比，由于凝灰?guī)r具有沸石結(jié)構(gòu)，所以其對Cs有著更為強大交換能力，其吸附系數(shù)較高。在經(jīng)過熱處理之后，凝灰?guī)r的結(jié)構(gòu)和離子交換容量均會產(chǎn)生較大變化，尤其在凝灰?guī)r變成海綿狀陶土塊之后，會直接喪失離子交換能力，在這種情況下，對已經(jīng)吸附的放射性離子能夠起到固定作用。

2.3粉狀無機交換劑的應用

無機離子交換劑的吸附交換動力較弱，一般情況下的處理流速為10～20BV/h。尤其在高鹽濃度條件下，無機離子交換劑的流速更低，導致廢液處理時間延長，處理效率低下。由此可知，在處理高鹽濃度、大體積廢液時，無機離子交換劑的處理效果不盡如人意，難以適應此類廢液的處理，嚴重限制了無機離子交換的適用性。為了彌補這一缺陷，可將無機離子交換劑加工成粒徑在0.15mm以下的粉末狀體，將其涂抹在過濾器上，能夠大幅度提升流速，達到200～400BV/h。在處理放射性廢水時，若采用20L粉狀無機離子交換劑，可使處理速度達到6.8m3/h，從而提高廢液處理效率，滿足大體積、高濃度廢液的處理要求。

3　結(jié)語

綜上所述，運用無機離子交換材料可以對放射性廢液進行有效的處理，不同材料的處理效果均不相同，為進一步提高無機離子交換材料的處理能力，在未來一段時期，應當加大相關(guān)的研究力度，除對現(xiàn)有的材料進行改良之外，還應開發(fā)一些新的材料，這對于放射性廢液的有效處理具有重要的現(xiàn)實意義。

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