Глава 3.

Возможность применения неорганических ионообменников, таких, как фосфат и окись циркония, для непосредственного удаления примесей из нагретой до высоких температур воды, используемой в замкнутых системах реакторов, работающих под давлением, явилась причиной изучения их во многих странах. Было показано, что они обладают высокой физической устойчивостью как в статических, так и динамических условиях, и обмен эффективно протекает даже при 300°. Обычно вода, применяемая в системах охлаждения реакторов, имеет нейтральную или щелочную реакцию, а в такой

среде будут появляться нежелательные фосфат-ионы, образующиеся за счет гидролиза фосфата циркония. Так как окись циркония хорошо сорбирует фосфат-ионы из водных растворов в широком интервале изменений температуры при линейных скоростях потока не выше 11 см/мин, то можно использовать двойные колонки, содержащие фосфат и окись циркония, что позволяет удалить из воды катионы и анионы. При испытаниях отдельных ионообменников, проведенных на колонках, наблюдались следующие наиболее характерные особенности:

1. ZrО₂ неэффективно сорбирует Cs¹³⁷ из исходного щелочного раствора (LiOH, pH = 10,1) при 25°, преимущественно из-за высокого отношения Li⁺ : Cs⁺ (104 : 1) и относительно плохой селективности окиси; проскок наблюдается после прохождения 10 объемов колонки. S r⁸⁹ очень хорошо сорбируется в тех же самых условиях; проскок не наблюдается даже после прохождения 5000 объемов колонки, причем в среднем сорбируется 97,8% Sr⁸⁹. При температуре 25°Со⁶⁰ сорбируется на 97%, а при 238° — на 93,5%.

2. Фосфат циркония сорбирует более чем 99,9% Sr⁸⁹ при pH = 3,7 и температуре 25° даже после протекания 5700 объемов колонки.

3. Система, состоящая из двух последовательно соединенных колонок, содержащих фосфат и окись циркония, использовалась для сорбции следов цезия и иодид-ионов из исходного нейтрального раствора при температуре 25°. За счет выделения фосфат-ионов раствор после прохождения через первую колонку имел pH = 3, и поэтому колонка с окисью циркония действовала как анионообменник. Иодид-ионы, сорбированные второй колонкой, постепенно замещались фосфат-ионами, что приводило к заметному проскоку иодида после прохождения — 2000 объемов колонки. Полное вымывание иодида происходило при превращении окиси в фосфат, после чего вторая колонка функционировала как катионообменник. Содержание фосфата в результате было меньше чем 0,1 г. на млн. Эти эксперименты не были повторены при 300°, и поэтому практическая пригодность таких систем в настоящее время не выяснена. Установлено, что из колонки, содержащей только фосфат циркония, при пропускании щелочного раствора с температурой 300° фосфат очень быстро удаляется. В связи с этим условия работы двойной колонки, в которой катионообменник и анионообменник быстро меняются местами, должны очень строго контролироваться. Поскольку другие изученные ионообменники этого типа менее устойчивы в отношении гидролиза, чем фосфат циркония, то, очевидно, исследование других систем ничего не даст. Вероятно, для удаления катионов из растворов с высокими значениями pH можно использовать окиси, однако их низкая селективность по отношению к Cs⁺ и Rb⁺, содержащимися в продуктах распада, в присутствии больших количеств Li⁺ и К⁺, определяющих pH растворов, делает их невыгодными.

Для окончательной оценки их пригодности необходимо провести дальнейшие исследования.