无机离子交换在放射性废液处理中的应用

车建业（中国原子能科学研究院，北京102413）

无机离子交换在放射性废液处理中的应用

车建业（中国原子能科学研究院，北京102413）

无机离子交换技术以其自身诸多的优势在放射性废液处理中得到了广泛应用。基于此点，本文首先简要阐述了无机离子交换技术的应用优势，在此基础上对放射性废液处理中无机离子交换材料的应用进行论述。期望通过本文的研究能够对放射性废液的有效处理有所帮助。

无机离子交换技术；放射性废液；处理

近年来，随着科学技术水平的不断提高，推动了核工业的发展，利用核能发电不会对空气造成污染，也不会产生出二氧化碳，发电成本较低。虽然核能带来了诸多益处，但其不足之处也是显而易见的，在核电生产中，会产生大量的低阶放射性废液，这些废液中含有大量的重金属元素且具有一定的放射性，对人和动物都有着极大程度地危害。为此，必须采取相应的技术措施，对放射性废液进行有效处理。借此，本文就无机离子交换在放射性废液处理中的应用进行浅谈。

1　无机离子交换技术的应用优势

在上个世纪30年代，离子交换树脂的出现使的离子交换技术获得了快速发展，在当时该技术被广泛应用于化工、医药及食品等领域。所谓的离子交换具体是指借助离子交换剂能够对溶液中某一种离子进行吸附且放出另一种相同点和的特点，使交换剂与溶液间进行同号离子相互交换的现象。所有具备离子交换能力的物质均可称之为离子交换剂。无机离子交换材料在处理放射性废液中具有诸多优点，具体表现为：耐酸性、耐辐射性强，能够适用于强放射性废液的处理，对放射性物质进行吸附分离；在处理废液过程中，可以抵抗高温的干扰，并与水泥、玻璃的相容性较好；无机离子交换材料的选择性较强，如磷钼酸铵、聚锑酸分别对Cs、Sr有着较高的选择吸附性；无机离子交换材料成本低廉、易于制备，并将其应用到放射性废液处理中，操作过程极为简便。由此可知，在放射性废液处理中，无机离子交换方法是一种兼具经济合理性和技术可行性的处理方法。

2　无机离子交换技术在放射性废液处理中的应用

2.1多价金属磷酸盐的应用

对于无机离子交换材料而言，磷酸锆对Cs的吸附性较高，表现出极强的亲和力，在碱性溶液处理中，磷酸锆最大交换容量为（4.3±0.1）meq/g。通过大量试验研究证实，磷酸锆在动态离子和静态离子交换中表现出较强的物理稳定性，其有效交换的温度条件为300℃以下。同时，国外研究已经证实，在酸性废水回收Cs的过程中，磷酸锆和磷酸钛均能够抵抗辐射影响，表现出良好的物理稳定性，并在吸附后易通过淋洗再次利用。特别在酸性高放废液的处理中，磷酸锆和磷酸钛能够直接提取Cs，并且可发挥辐射源的作用。但是对于酸性、高盐量的高放废液而言，磷酸盐类交换材料的交换容量偏低，利用这种材料进行废液处理，无法保证出口料液达到排放标准。除此之外，反应堆循环水多为中性或碱性，磷酸锆易受循环水中化学物质的影响损失磷酸根，进而导致处理失效。

2.2沸石类材料的应用

沸石的主要成分为硅铝酸盐，它是业内研究较早的一类离子交换材料，其具有较强的耐高温和耐辐照性能。由于此类材料是由四氧化硅和四氧化铝四面体所构成的三维空间晶体，从而使其具有了非常巨大的比表面积，相关研究结果表明，比表面积越大，吸附力就越强，正因如此，使得沸石具备了较高的离子交换能力。经过菱沸石处理之后的放射性废液能够直接打到排放标准，开放性沸石可以有效去除多种放射性离子，如一价和二价的放射性离子，放射性稀土离子Y3+它的交换容量大约能够达到阳离子的交换容量。国外一些的科研人事在对放射性废水进行动态试验中发现，沸石对Cs的选择性较之其它碱金属和碱土元素的阳离子高出许多。国内的一些研究人员发现，对Cs分配系数最大的一种沸石是Na+型沸石。与天然蒙托石相比，由于凝灰岩具有沸石结构，所以其对Cs有着更为强大交换能力，其吸附系数较高。在经过热处理之后，凝灰岩的结构和离子交换容量均会产生较大变化，尤其在凝灰岩变成海绵状陶土块之后，会直接丧失离子交换能力，在这种情况下，对已经吸附的放射性离子能够起到固定作用。

2.3粉状无机交换剂的应用

无机离子交换剂的吸附交换动力较弱，一般情况下的处理流速为10～20BV/h。尤其在高盐浓度条件下，无机离子交换剂的流速更低，导致废液处理时间延长，处理效率低下。由此可知，在处理高盐浓度、大体积废液时，无机离子交换剂的处理效果不尽如人意，难以适应此类废液的处理，严重限制了无机离子交换的适用性。为了弥补这一缺陷，可将无机离子交换剂加工成粒径在0.15mm以下的粉末状体，将其涂抹在过滤器上，能够大幅度提升流速，达到200～400BV/h。在处理放射性废水时，若采用20L粉状无机离子交换剂，可使处理速度达到6.8m3/h，从而提高废液处理效率，满足大体积、高浓度废液的处理要求。

3　结语

综上所述，运用无机离子交换材料可以对放射性废液进行有效的处理，不同材料的处理效果均不相同，为进一步提高无机离子交换材料的处理能力，在未来一段时期，应当加大相关的研究力度，除对现有的材料进行改良之外，还应开发一些新的材料，这对于放射性废液的有效处理具有重要的现实意义。

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