(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済核燃料の高レベル廃液から超ウラン元素等を抽出した抽出溶媒を洗浄して再利用する溶媒洗浄方法において、
０．２５ｍｏｌ／ｌの炭酸ナトリウム水溶液に対し、０．０９ｍｏｌ／ｌ以上０．１２ｍｏｌ／ｌ以下の錯化作用を有するシュウ酸を添加して溶媒洗浄液を生成するステップと、
Ｒｕが残留する前記抽出溶媒と前記溶媒洗浄液とを混合して混合液を生成するステップと、
該混合液を静置して有機相と水相に分離するステップとを含み、
前記有機相と水相との間にエマルジョン相を形成せずに、水相中のＲｕモル数に対する有機相中のＲｕモル数の割合を低減するために、前記混合液のｐＨを９．０５以上９．５１以下に調整することを特徴とする超ウラン元素の溶媒洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済核燃料の再処理技術に係わり、更に詳しくは、高レベル廃液から超ウラン元素を溶媒抽出した抽出溶媒の洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電設備で発生する使用済核燃料の再処理技術としてＰＵＲＥＸプロセス(Plutonium uranium recovery by extraction)が従来から用いられている。このＰＵＲＥＸプロセスは、ＴＢＰ(tri-n-butyl phosphate) を抽出溶媒として使用し、使用済燃料溶解液中のＵ（ウラン）、Ｐｕ（プルトニウム）を個別に高効率かつ高純度で回収するプロセスである。この再処理に供する放射性廃液中には超ウラン元素（ＴＲＵ元素）が残存し、これらの半減期が非常に長い（例えば１０3 〜１０4 年）ため、高レベル廃棄物貯蔵量を増す要因となっている。
【０００３】
これに対して、図４に模式的に示すように、使用済燃料の再処理液（高レベル放射性廃液）から超ウラン元素（ＴＲＵ元素）を含む再利用可能な元素を群分離するＴＲＵＥＸプロセス(TRU Extraction Process)が、米国アルゴンヌ国立研究所から提案され、現在世界各国で鋭意研究開発されている。このＴＲＵＥＸプロセスは、前記ＰＵＲＥＸプロセスの溶媒に少量のＣＭＰＯ(octyle(phenyl)-N,N-diisobutylcarbamoylmethyl-phosphine oxide)を添加した溶媒を用い、図５のプロセスフロー図に示すように、高レベル放射性廃液から直接再利用可能な元素を「抽出／スクラブ」工程で抽出及び洗浄し、これを例えば「逆抽出１」工程において逆抽出液１でＡｍ（アメリシウム）、Ｃｍ（キュリウム）等のＴＲＵ元素を回収し、「逆抽出２」工程において逆抽出液２でＰｕ、Ｎｐ（ネプツニウム）等を回収するプロセスである。逆抽出工程は３工程以上の場合もある。
【０００４】
このＴＲＵＥＸプロセスは、高レベル放射性廃液中に含まれている半減期が非常に長い超ウラン元素（ＴＲＵ元素）を回収し、有効活用すると共に、高レベル廃棄物生成量を低減できることを特徴とする群分離法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５において、逆抽出工程に用いられた抽出溶媒は、廃棄物生成量を低減するために、溶媒洗浄工程において、溶媒洗浄液を用いて再生され、循環利用される。この溶媒洗浄液（溶媒再生液ともいう）には、従来、炭酸ナトリウム水溶液が用いられてきた。
【０００６】
しかし、炭酸ナトリウム水溶液を用いた溶媒洗浄では、有機相と水相の間にエマルジョン相が形成され、このエマルジョン相により、有機相Ｏと水相Ａの分離が困難になる問題点があった。また、逆抽出工程に用いられた抽出溶媒中には、Ｒｕ（ルテニウム）が残留する問題があることが、本願発明者等の研究で明らかにされており、このＲｕをこの溶媒洗浄工程において水相Ａに溶かし込んで回収することが望まれていた。
【０００７】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、超ウラン元素の逆抽出工程に用いられた抽出溶媒を、エマルジョン相を形成することなく有機相Ｏと水相Ａに分離して洗浄することができる超ウラン元素の溶媒洗浄方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、逆抽出工程に用いられた抽出溶媒中に残留するＲｕを水相Ａに効率的に溶かし込んで回収することができる超ウラン元素の溶媒洗浄方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、使用済核燃料の高レベル廃液から超ウラン元素等を抽出した抽出溶媒を洗浄して再利用する溶媒洗浄方法において、０．２５ｍｏｌ／ｌの炭酸ナトリウム水溶液に対し、０．０９ｍｏｌ／ｌ以上０．１２ｍｏｌ／ｌ以下の錯化作用を有するシュウ酸を添加して溶媒洗浄液を生成するステップと、Ｒｕが残留する前記抽出溶媒と前記溶媒洗浄液とを混合して混合液を生成するステップと、該混合液を静置して有機相と水相に分離するステップとを含み、前記有機相と水相との間にエマルジョン相を形成せずに、水相中のＲｕモル数に対する有機相中のＲｕモル数の割合を低減するために、前記混合液のｐＨを９．０５以上９．５１以下に調整することを特徴とする超ウラン元素の溶媒洗浄方法が提供される。
【０００９】
本発明の発明者等は、上述した新規の問題を解決するため、通常のイオン結合と異なり化学的に安定な配位結合（キレート構造）に着目し、かかる配位結合（キレート化合物）をし、錯化物を形成する有機酸（例えばシュウ酸）を用い、エマルジョン相を形成することなく有機相Ｏと水相Ａに分離して洗浄することができ、かつ抽出溶媒中に残留するＲｕを水相Ａに効率的に溶かし込んで回収することができる条件を実験により見いだした。本発明はかかる新規の知見に基づくものである。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、０．２５ｍｏｌ／ｌの炭酸ナトリウム水溶液に対するシュウ酸のモル濃度を０．０９ｍｏｌ／ｌ以上０．１２ｍｏｌ／ｌ以下にし、かつ、前記混合液のｐＨを９．０５以上９．５１以下に調整することにより、エマルジョン相の形成を抑制することができ、かつＲｕの分配比（有機相内のモル数／水相内のモル数）を０．６０〜１．００にすることができ、約５０％〜６３％の水相Ａへの回収を行うことができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記錯化作用を有する有機酸は、シュウ酸、リンゴ酸、クエン酸、ギ酸、グリコール酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸のいずれか１つ又はこれらの混合物である。これらの有機酸は、実験に使用したシュウ酸と同様に、混合液のｐＨを約９．０以上かつ約９．５以下に調整することができ、エマルジョン相の形成を抑制することができる。
【００１２】
また、前記錯化作用を有する有機酸は、シュウ酸溶液であり、約０．２５ｍｏｌ／ｌの炭酸ナトリウム水溶液に対し、約０．０９〜約０．１２ｍｏｌ／ｌのシュウ酸を添加することが好ましい。この条件は、本願発明者が実際に実験したものであり、混合液のｐＨを約９．０以上かつ約９．５以下に安定して調整することができ、エマルジョン相の形成を確実に抑制することができ、かつＲｕの分配比（有機相内のモル数／水相内のモル数）を１以下に抑え水相Ａへの回収率を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の方法を実施するための溶媒洗浄装置の構成図である。この図において、溶媒洗浄装置は、超ウラン元素等を回収した後のＴＢＰ及びＣＭＰＯを含みｎ−ドデカンをベースとする使用済溶媒１と、この溶媒１を洗浄するための溶媒洗浄液２とを混合するための混合容器１２と、混合液を静置して有機相Ｏと水相Ａに分離する静置容器１４（セトラ）と、静置容器１４からの排出流量を調節する流量調節容器１６（レギュレータ）とを備えている。
【００１４】
図１において混合容器１２は中空円筒状の容器であり、内部の混合液３を攪拌する攪拌器１１（ミキサー）が垂直に設置されている。また、混合容器１２の上端には使用済溶媒１と溶媒洗浄液２とが対向して流入する流入路１２ａ、１２ｂが設けられ、かつ混合容器１２の中間部分には混合液３を静置容器１４に導くダクト１３が設けられている。更に、静置容器１４の上端には静置により分離した有機相Ｏを流出させる流出路１４ａが設けられ、かつ静置容器１４の下端部分には水相Ａを調節容器１６に導くダクト１５が設けられている。
【００１５】
上述した構成により、混合容器１２に使用済溶媒１と溶媒洗浄液２を対向して流入させ、混合容器１２内で攪拌器１１により使用済溶媒１と溶媒洗浄液２を混合し、混合液３をダクト１３を介して静置容器１４に導き、静置容器１４内で混合液を静置して有機相Ｏと水相Ａに分離することができる。
静置容器１４内の有機相Ｏは、溶媒洗浄液２で再生されたＴＢＰ及びＣＭＰＯを含むｎ−ドデカンをベースとする溶媒１であり、流出路１４ａを介して有機相Ｏを逆抽出設備等（図示せず、図５参照）に導き、再利用することができる。また、水相Ａは抽出成分（例えばＲｕ）が溶けた溶媒洗浄液２であり調節容器１６の流出路１６ａを介してガラス固化装置等（図示せず、図５参照）に供給することができる。
【００１６】
なお、以下、有機相Ｏと水相Ａの体積比（有機相／水相）を「Ｏ／Ａ比」と呼び、有機相Ｏと水相Ａの両方に特定の成分が平衡状態で溶けた場合のモル比（有機相内のモル数／水相内のモル数）を「分配比」と呼ぶ。
【００１７】
図２は、本発明による超ウラン元素抽出における溶媒洗浄方法のフロー図であり、図１に示した装置を用い、使用済核燃料の高レベル放射性廃液から超ウラン元素等を抽出し、抽出溶媒１を洗浄して再利用する方法を示している。
図２に示すように、本発明の溶媒洗浄方法は、溶媒洗浄液２を調製する洗浄液調製ステップ２２と、抽出溶媒１と溶媒洗浄液２を混合して混合液３を形成する混合ステップ２４と、混合液３を静置して有機相Ｏと水相Ａに分離する静置分離ステップ２６とからなる。混合ステップ２４と静置分離ステップ２６は、図１に示した装置により、連続的に行うことができる。なお、本発明の方法は、図１の装置の使用に限定されず、その他の抽出・分離装置を用いることもできる。
【００１８】
本発明によれば、図２の洗浄液調製ステップ２２において、抽出溶媒１を洗浄するための炭酸ナトリウム水溶液４に、錯化作用を有する有機酸５を添加し、混合液のｐＨを約９．０以上かつ約９．５以下に調整して溶媒洗浄液２とする。
【００１９】
表１は、本発明の効果を確認した試験結果である。この試験では、約０．２５ｍｏｌ／ｌの炭酸ナトリウム水溶液に、０．０１〜０．３ｍｏｌ／ｌのシュウ酸を添加し、混合液のｐＨ，Ｒｕの分配比（有機相／水相のＲｕ濃度比），エマルジョン相形成の有無を計測した。
【００２０】
【表１】
0003672054.tif 000002
【００２１】
また、図３は、表１の結果から得られたｐＨ及びシュウ酸濃度と分配比の関係図である。
【００２２】
表１と図３から、以下のことが明らかとなる。
▲１▼  ｐＨが９．６８以上の場合、或いはシュウ酸添加量が０．０８ｍｏｌ／ｌ以下の場合には、エマルジョン相が形成される。従ってこの範囲では、図１の装置を用いた連続的な静置分離ができなくなる。
▲２▼  ｐＨが８．８３以下の場合、或いはシュウ酸添加量が０．１３ｍｏｌ／ｌ以上の場合には、Ｒｕの分配比（有機相／水相）が１．２２以上になり、Ｒｕの水相Ａへの回収率が低く（半分以下）なる。
【００２３】
従って、最適範囲は、混合液のｐＨを約９．０以上かつ約９．５以下であり、約０．２５ｍｏｌ／ｌの炭酸ナトリウム水溶液に対し、約０．０９〜約０．１２ｍｏｌ／ｌのシュウ酸を添加することが望ましい。
【００２４】
また、シュウ酸と同様に錯化作用を有する有機酸としては、リンゴ酸、クエン酸、ギ酸、グリコール酸、マロン酸、コハク酸、及びアジピン酸があり、これらのいずれか１つ又はこれらの混合物を用いても、シュウ酸と同様に、混合液のｐＨを約９．０以上かつ約９．５以下に調整することができ、エマルジョン相の形成を抑制することができる。
【００２５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように、本発明の超ウラン元素抽出における溶媒洗浄方法は、配位結合（キレート構造）に着目し、配位結合をし錯化物を形成する有機酸を用い、エマルジョン相を形成することなく有機相Ｏと水相Ａに分離して洗浄することができ、かつ抽出溶媒中に残留するＲｕを水相Ａに効率的に溶かし込んで回収することができる条件を実験により見いだした新規の知見に基づくものである。
【００２７】
すなわち、本発明による超ウラン元素抽出における溶媒洗浄方法は、超ウラン元素の逆抽出工程に用いられた抽出溶媒を、エマルジョン相を形成することなく有機相Ｏと水相Ａに分離して洗浄することができ、かつ逆抽出工程に用いられた抽出溶媒中に残留するＲｕを水相Ａに効率的に溶かし込んで回収することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための溶媒洗浄装置の構成図である。
【図２】本発明による溶媒洗浄方法のフロー図である。
【図３】ｐＨ及びシュウ酸濃度と分配比の関係図である。
【図４】群分離プロセスの説明図である。
【図５】ＴＲＵＥＸプロセスのプロセスフロー図である。
【符号の説明】
１  使用済溶媒
２  溶媒洗浄液
３  混合液
４  炭酸ナトリウム水溶液
５  有機酸
１１  攪拌器
１２  混合容器
１２ａ、１２ｂ  流入路
１３、１５  ダクト
１４  静置容器（セトラ）
１４ａ  流出路
１６  調節容器
１６ａ  流出路
２２  洗浄液調製ステップ
２４  混合ステップ
２６  静置分離ステップ
Ａ  水相
Ｏ  有機相
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003672054.tif 000006
【図５】
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