ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электрохимический метод производства тяжелой воды из "Прикладная электрохимия Издание 3" Тяжелая вода находит применение в атомной энергетике в качестве замедлителя нейтронов, а также используется для получения химических соединений с тяжелым изотопом водорода. [c.135] Электрохимический метод основан на концентрировании тяжелой воды. Процесс протекает при электролизе вследствие различия в потенциалах выделения легкого (протия) и тяжелого (дейтерия) изотопов водорода. Потенциал выделения на катоде дейтерия имеет более отрицательное значение, чем потенциал выделения протия за счет более высокого перенапряжения (на 0,1 В) и более отрицательного значения равновесного потенциала (на 0,003 В) тяжелого изотопа водорода. Следует учитывать также и то, что содержание тяжелой воды в природной очень мало (1 5000). [c.136] Экономически целесообразно получать тяжелую воду в качестве побочного продукта в сочетании с крупномасштабным производством электролитического водорода. [c.136] Коэффициент разделения зависит от материала катода и состояния его поверхности, потенциала, состава электролита, температуры и других параметров электролиза. [c.137] Каталитический эффект, оказываемый некоторыми материалами катода (например, ртутью) настолько значителен, что образующийся тяжелый водород успевает обратно вступить в реакцию с легкой водой, что приводит к снижению коэффициента разделения. [c.137] Наибольшее значение а достигается в условиях электролиза, при которых скорость реакции выделения дейтерия опережает скорость реакции изотопного обмена. В связи с этим электролиз рекомендуют проводить при высоких катодных плотностях тока, пониженных температурах и с использованием катодов, материал которых оказывает минимальное каталитическое действие на реакцию изотопного обмена. [c.137] Концентрирование тяжелой воды можно проводить периодическим и непрерывным методами. [c.137] При периодическом методе воду подвергают исчерпывающему электролизу, не компенсируя количество, которое подверглось электролитическому разложению. В принципе при периодическом электролизе содержание тяжелой воды в электролите может достигать 99,5%. В процессе обогащения подвергаемого электролизу раствора тяжелой водой возрастает содержание дейтерия в катодном газе. В этом случае образующиеся газы целесообразно сжигать, а воду — возвращать в процесс. [c.137] Вторая ступень каскада содержит меньшее число электролизеров, чем первая сюда поступает вода, которая образуется в результате конденсации испарившейся воды из электролизеров первой ступени каскада, обогащенной тяжелой водой. Газообразный водород из электролизеров первой и второй ступеней каскада передают непосредственно потребителю. [c.138] Третья ступень каскада, состоящая из еще меньшего, чем вторая, числа электролизеров, питается конденсатом второй ступени. Газообразный водород, образующийся в электролизерах третьей ступени, содержит значительные количества дейтерия, который должен быть извлечен из водорода. Для этого существуют следующие методы. [c.138] Степень извлечения дейтерия из катодного газа зависит от условий, обеспечивающих сдвиг равновесия этих реакций вправо. Для повышения скорости реакций изотопного обмена в систему вводят катализаторы — скелетный никель и никель, нанесенный на оксиды алюминия или хрома. [c.138] Каталитический изотопный обмен так же, как и электролиз, проводят в несколько ступеней, что существенно снижает затраты электроэнергии по сравнению с методом рекуперации. Процесс изотопного обмена является парофазным и протекает между парами воды и водородом, при этом возрастают расходы пара. [c.138] Принципиальная схема концентрирования тяжелой воды с использованием фазового каталитического ионного обмена приведена на рис. 2.10. [c.139] Водород и кислород из первой ступени каскада электролизеров 1 поступают в холодильники 2, откуда конденсат подается в колонну фазового изотопного обмена 3 второй ступени. В эту же колонну поступает водород, обогащенный дейтерием, из второй ступени каскада электролизеров. Вода из колонны второй ступени фазового изотопного обмена поступает в каскад электролизеров второй ступени, а водород подается в первую ступень колонны фазового изотопного обмена, которая питается обычной водой. Водород, обедненный дейтерием, из первой ступени колонны фазового изотопного обмена поступает потребителю, а вода — в каскад электролизеров первой ступени. Воду, обогащенную тяжелой водой, выводят из холодильника третьей ступени каскада электролизеров. [c.139] Вернуться к основной статье