無機離子交換在放射性廢液處理中的應用

車建業（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（中國原子能科學研究院，北京102413）

無機離子交換技術以其自身諸多的優勢在放射性廢液處理中得到了廣泛應用。基于此點，本文首先簡要闡述了無機離子交換技術的應用優勢，在此基礎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對放射性廢液的有效處理有所幫助。

無機離子交換技術；放射性廢液；處理

近年來，隨著科學技術水平的不斷提高，推動了核工業的發展，利用核能發電不會對空氣造成污染，也不會產生出二氧化碳，發電成本較低。雖然核能帶來了諸多益處，但其不足之處也是顯而易見的，在核電生產中，會產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　無機離子交換技術的應用優勢

在上個世紀30年代，離子交換樹脂的出現使的離子交換技術獲得了快速發展，在當時該技術被廣泛應用于化工、醫藥及食品等領域。所謂的離子交換具體是指借助離子交換劑能夠對溶液中某一種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象。所有具備離子交換能力的物質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點，具體表現為：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濟合理性和技術可行性的處理方法。

2　無機離子交換技術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，磷酸鋯在動態離子和靜態離子交換中表現出較強的物理穩定性，其有效交換的溫度條件為300℃以下。同時，國外研究已經證實，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，表現出良好的物理穩定性，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，反應堆循環水多為中性或堿性，磷酸鋯易受循環水中化學物質的影響損失磷酸根，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，它是業內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，相關研究結果表明，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試驗中發現，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。國內的一些研究人員發現，對Cs分配系數最大的一種沸石是Na+型沸石。與天然蒙托石相比，由于凝灰巖具有沸石結構，所以其對Cs有著更為強大交換能力，其吸附系數較高。在經過熱處理之后，凝灰巖的結構和離子交換容量均會產生較大變化，尤其在凝灰巖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，應當加大相關的研究力度，除對現有的材料進行改良之外，還應開發一些新的材料，這對于放射性廢液的有效處理具有重要的現實意義。

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