(57)【要約】      （修正有）【課題】回収率を向上するとともに設備全体の規模を縮小するマイナーアクチノイド（以下ＭＡという）の分離方法を提供する。【解決手段】有機溶媒に錯化剤を溶解した溶液である抽出液からなる有機相と、ＭＡを含む水溶液を含む第一の水相と、を接触させてＭＡを有機相に抽出する抽出工程と、抽出工程で得られた有機相と、洗浄液と、を接触させて有機相に含まれるＭＡを洗浄液に移動させる洗浄工程と、洗浄工程で得られた有機相であるＭＡ含有抽出液と、逆抽出液と、を接触させてＭＡ含有抽出液に含まれるＭＡを逆抽出液に抽出する逆抽出工程と、を含むＭＡの分離方法であって、次の特徴を有する。（１）洗浄工程と逆抽出工程との間には、ＭＡ含有抽出液に水又はアルカリ性水溶液の第二の水相を接触させてＭＡ含有抽出液に含まれる酸を第二の水相に移動させる酸除去工程を更に含む。（２）逆抽出液にアルカリ性水溶液を添加する工程を更に含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイナーアクチノイドを含む溶液から溶媒抽出により前記マイナーアクチノイドを分離し回収する方法であって、
有機溶媒に錯化剤を溶解した溶液である抽出液からなる有機相と、前記マイナーアクチノイドを含む水溶液を含む第一の水相と、を接触させることにより前記マイナーアクチノイドを前記有機相に抽出する抽出工程と、
前記抽出工程で得られた前記有機相と、洗浄液と、を接触させることにより前記有機相に含まれる前記マイナーアクチノイドを前記洗浄液に移動させる洗浄工程と、
前記洗浄工程で得られた前記有機相であるマイナーアクチノイド含有抽出液と、逆抽出液と、を接触させることにより前記マイナーアクチノイド含有抽出液に含まれる前記マイナーアクチノイドを前記逆抽出液に抽出する逆抽出工程と、を含み、
前記洗浄工程と前記逆抽出工程との間には、前記マイナーアクチノイド含有抽出液に水又はアルカリ性水溶液の第二の水相を接触させることにより前記マイナーアクチノイド含有抽出液に含まれる酸を前記第二の水相に移動させる酸除去工程を更に含む、マイナーアクチノイドの分離方法。
【請求項２】
マイナーアクチノイドを含む溶液から溶媒抽出により前記マイナーアクチノイドを分離し回収する方法であって、
有機溶媒に錯化剤を溶解した溶液である抽出液からなる有機相と、前記マイナーアクチノイドを含む水溶液を含む第一の水相と、を接触させることにより前記マイナーアクチノイドを前記有機相に抽出する抽出工程と、
前記抽出工程で得られた前記有機相と、洗浄液と、を接触させることにより前記有機相に含まれる前記マイナーアクチノイドを前記洗浄液に移動させる洗浄工程と、
前記洗浄工程で得られた前記有機相であるマイナーアクチノイド含有抽出液と、逆抽出液を含む第二の水相と、を接触させることにより前記マイナーアクチノイド含有抽出液に含まれる前記マイナーアクチノイドを前記第二の水相に抽出する逆抽出工程と、を含み、
前記第二の水相に前記マイナーアクチノイド含有抽出液に接触させる前に、前記第二の水相にアルカリ性水溶液を添加する工程を更に含む、マイナーアクチノイドの分離方法。
【請求項３】
前記アルカリ性水溶液は、アンモニア又は水酸化物を溶解した水溶液である、請求項１又は２に記載のマイナーアクチノイドの分離方法。
【請求項４】
前記第二の水相のｐＨは、３から７までの範囲になるように調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイナーアクチノイドの分離方法。
【請求項５】
前記錯化剤は、窒素ドナー錯化剤である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイナーアクチノイドの分離方法。
【請求項６】
前記窒素ドナー錯化剤は、2,9-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-1,10-phenanthroline又は2,9-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-5-tert-butyl-1,10-phenanthrolineである、請求項５記載のマイナーアクチノイドの分離方法。
【請求項７】
前記逆抽出液は、カルボン酸を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のマイナーアクチノイドの分離方法。
【請求項８】
前記カルボン酸は、グリコール酸、シュウ酸、クエン酸、エチレンジアミン四酢酸又はジエチレントリアミン五酢酸である、請求項７記載のマイナーアクチノイドの分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済燃料の成分を、ウラン及びプルトニウム、マイナーアクチノイド、核分裂生成物に分別する方法に係り、特に、マイナーアクチノイドを分離する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所から排出される使用済燃料は、再処理によって核燃料物質が回収された後、ガラス固化体へ加工され、地層処分される計画となっている。現行のＰＵＲＥＸ法で再処理する場合、ガラス固化体には半減期が非常に長い放射性核種であるマイナーアクチノイド（以下「ＭＡ」という。）が含まれるため、ガラス固化体については地層処分することにより数十万年の期間に及び安定に閉じ込めておく必要があると言われている。ここで、アクチノイドとは、原子番号８９から１０３までの元素のことをいい、核燃料として使用されるウラン（Ｕ）やプルトニウム（Ｐｕ）、ＭＡと称される元素群が該当する。また、ＭＡとは、アクチノイド元素のうち、超ウラン元素からＰｕを除いた元素のことをいい、ネプツニウム（Ｎｐ）、アメリシウム（Ａｍ）、キュリウム（Ｃｍ）などが該当する。
【０００３】
現在、ガラス固化体の閉じ込め期間を短縮することを目的として、使用済燃料の再処理において発生する高レベル放射性廃液からＭＡを分離し、ＭＡに中性子を照射して半減期の短い放射性核種へ変換するという技術が研究されている。ここで、高レベル放射性廃液とは、使用済燃料を硝酸に溶解した溶液からＵ及びＰｕを分離した後の廃液をいう。高レベル放射性廃液には、主に核分裂生成物及びＭＡが溶解している。
【０００４】
整理すると、使用済燃料の再処理によりウラン及びプルトニウムを分離し、高レベル放射性廃液からのＭＡ分離工程によりＭＡを分離することで、使用済燃料の成分をＵ及びＰｕ、ＭＡ、核分裂生成物（ＦＰ）にそれぞれ分離するということになる。
【０００５】
高レベル放射性廃液からのＭＡの分離方法については、様々な方法が研究されており、例えば、高レベル放射性廃液から錯化剤を用いてＭＡを選択的に分離する方法などが研究されてきている。
【０００６】
特許文献１には、高レベル放射性廃液から錯化剤を用いてＭＡを回収する方法の一例が開示されている。
【０００７】
上記をまとめると、使用済燃料から核燃料物質を回収する従来の方法は、以下のように説明される。
【０００８】
まず、使用済燃料が硝酸に溶解される。その溶解液より、ピューレックス法に代表される湿式再処理法によりＵ及びＰｕがそれぞれ回収される。つぎに、Ｕ及びＰｕが除かれた残液（高レベル廃液）からＭＡが溶媒抽出法により回収される。
【０００９】
このような従来の方法では、Ｕ、Ｐｕ、ＭＡをそれぞれ回収する特徴があるといえる。このため、核燃料物質を任意の割合で混合することによって、使用を想定する原子炉や加速器で求められる組成の燃料を作製することができる。すなわち、上記のような従来の方法には、任意の組成の燃料を作製可能であるというメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−８０１９４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Modolo et al., Progress in Nuclear Energy 72 (2014) 107-114.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
溶媒抽出法では、ＭＡを溶解した水溶液に対して、有機溶媒に錯化剤を溶解した溶液（以下「抽出液」という。）を接触させ、ＭＡと錯化剤を錯形成させることにより、有機相側にＭＡを移行させる。ＭＡの回収に使用される錯化剤として窒素ドナー錯化剤である6,6’-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-2,2’-bipyridine（以下「ＢＴＢＰ」という。）が開発されている。錯化剤としてＢＴＢＰを用いた場合、ＭＡと錯化剤との反応は、次の化学式（１）で表される。
【００１３】
MA3+ + 3NO3− + 2BTBP  →  MA(NO3)3(BTBP)2    …化学式（１）
ＢＴＢＰは、選択的に３価のＭＡと錯体を形成する性質を持つため、使用済燃料の再処理で発生する高レベル廃液のようなＭＡと他の元素が溶解した溶液から溶媒抽出でＭＡを回収する際、ＢＴＢＰを用いれば選択的にＭＡを回収することができる。ランタノイド元素（Ｌｎ）は、溶液中で３価のカチオンになることが多い。また、ＭＡのうちＡｍやＣｍは、同じ３価のカチオンで溶解する。このように溶存形態が似ているため、ＭＡとＬｎの分離は難しいとされている。このような事情があるため、ＢＴＢＰは、ＭＡとＬｎの高い分離性を持っている点で注目されている。
【００１４】
近年、窒素ドナー錯化剤としてフェナントロリンを構造中に有するものが開発された。その一つに2,9-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-1,10-phenanthroline（以下「ＢＴＰｈｅｎ」という。）がある。ＢＴＰｈｅｎも、ＢＴＢＰと同様、ＭＡとＬｎの高い分離性を持っていることが報告されている。
【００１５】
本発明者は、ＢＴＰｈｅｎに置換基を付与して高溶解度化した化合物を用いて溶媒抽出の検討を行っている。そして、その一例として、2,9-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-5-tert-butyl-1,10-phenanthrolineを開発し、その抽出挙動を評価してきた。
【００１６】
しかしながら、ＢＴＰｈｅｎおよびＢＴＰｈｅｎを高溶解度化した化合物（以下、まとめて「ＢＴＰｈｅｎ類」という。）を用い、ＢＴＰｈｅｎ類の濃度が４０ｍｍｏｌ／ＬでＡｍとＥｕとの分配比を測定する実験を行ったところ、Ａｍの分配比は４５０以上であった。ここで、Ｅｕの分配比は１００程度であった。なお、ＡｍはＭＡの代表元素、ＥｕはＬｎの代表元素として用いた。ここで、分配比は、溶媒抽出が平衡した際の有機相の対象元素濃度を、同じく抽出が平衡した際の水相の対象元素濃度で除した値で定義される。分配比は、有機相にその元素がどれだけ抽出されるか判断する指標となる。なお、Ａｍは、ＭＡの代表元素として用いた。
【００１７】
本実験により、ＢＴＰｈｅｎ類は、ＭＡの分配比が高く、ＭＡの回収性能が高いことが確認された。
【００１８】
回収したＭＡを燃料製造工程に供給するためには、有機相に回収したＭＡを再び水相に回収（この操作を逆抽出という）する必要がある。ＭＡを逆抽出するための水相として、これまでにカルボン酸を溶解した水相を用いる方法が検討されてきた（非特許文献１）。窒素ドナー錯化剤（ＢＴＰｈｅｎ類を含む。）を用いた溶媒抽出法では、このカルボン酸を用いた逆抽出法によりＭＡを水相に回収可能である。
【００１９】
本発明者は、溶媒抽出法によりＭＡを回収する上で、溶媒抽出プロセスの規模を小さくして設備の建設および運転コストを低減するべきであると考えた。そのために、逆抽出工程を対象として、設備を小型化する方法を検討した。
【００２０】
本発明は、逆抽出工程におけるマイナーアクチノイドの回収率を向上することができ、マイナーアクチノイドの回収設備全体の規模を縮小することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のマイナーアクチノイドの分離方法は、マイナーアクチノイドを含む溶液から溶媒抽出によりマイナーアクチノイドを分離し回収する方法である。そして、有機溶媒に錯化剤を溶解した溶液である抽出液からなる有機相と、マイナーアクチノイドを含む水溶液を含む第一の水相と、を接触させることによりマイナーアクチノイドを有機相に抽出する抽出工程と、抽出工程で得られた有機相と、洗浄液と、を接触させることにより有機相に含まれるマイナーアクチノイドを洗浄液に移動させる洗浄工程と、洗浄工程で得られた有機相であるマイナーアクチノイド含有抽出液と、逆抽出液と、を接触させることによりマイナーアクチノイド含有抽出液に含まれるマイナーアクチノイドを逆抽出液に抽出する逆抽出工程と、を含み、次の特徴を有する。
【００２２】
（１）洗浄工程と逆抽出工程との間には、マイナーアクチノイド含有抽出液に水又はアルカリ性水溶液の第二の水相を接触させることによりマイナーアクチノイド含有抽出液に含まれる酸を第二の水相に移動させる酸除去工程を更に含む。
【００２３】
（２）逆抽出液にアルカリ性水溶液を添加する工程を更に含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、逆抽出工程におけるマイナーアクチノイドの回収率を向上することができ、マイナーアクチノイドの回収設備を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例１のマイナーアクチノイドの分離方法を示すフローチャートである。
【図２】実施例１のマイナーアクチノイドの分離に用いる装置を示す概略構成図である。
【図３】有機相からマイナーアクチノイドを逆抽出する試験の結果を示すグラフである。
【図４】実施例２のマイナーアクチノイドの分離に用いる装置を示す概略構成図である。
【図５】実施例３のマイナーアクチノイドの分離に用いる装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明者は、窒素ドナー錯化剤を用いた溶媒抽出法により有機相に回収したＭＡを水相に逆抽出する実験を行ってきた。実験を行った結果、逆抽出操作を繰り返し行うことで１回あたりの逆抽出の効率（分配比）が飛躍的に向上することを発見した。なお、逆抽出工程における分配比は、平衡した際の有機相の元素濃度に対する水相の元素濃度の比で評価した。逆抽出の効率が向上した原因を検討する過程において、最初の逆抽出操作における水相のｐＨが初期設定値より低下していること、および逆抽出操作を繰り返すことでｐＨが初期設定値に戻ることが判明した。有機溶媒は硝酸を多少なり溶解する性質を持つため、ＭＡを溶媒抽出する際に有機相に移行した硝酸が逆抽出時に水相に戻されることにより、水相のｐＨが低下したと考えられる。
【００２７】
このように、水相のｐＨとＭＡの逆抽出の効率には相関があることが実験により判明した。なお、カルボン酸は低いｐＨではかい離しにくく、水相中のかい離したカルボン酸の割合が低下すると逆抽出時のＭＡの回収率も低下すると予想されるため、この影響により最初の逆抽出操作においてＭＡの回収率が低下したと考える。上記では硝酸を一例に挙げたが、逆抽出用のカルボン酸のかい離はｐＨに影響されるので、酸として塩酸等の他の酸を用いた場合も、同様に逆抽出操作を繰り返すことでＭＡの回収率が向上すると考える。
【００２８】
本発明者は、上記の発見に基づき、溶媒抽出法により有機相に回収したＭＡを水相に逆抽出する前段階において、有機相から酸を除去する工程を設けるＭＡの回収方法を案出した。
【００２９】
以下、実施例について説明する。
【実施例１】
【００３０】
実施例１については、図１、図２及び図３を用いて説明する。
【００３１】
図１は、使用済燃料からＭＡを分離する方法の例を示すフローチャートである。
【００３２】
本図に示すように、原子力発電所から排出された使用済燃料は、溶解工程Ｓ１０１及びＵ・Ｐｕ回収工程Ｓ１０２を経てＭＡ溶液（高レベル放射性廃液）となる。そして、ＭＡ回収工程Ｓ１０３にて、ＭＡ溶液を抽出液と接触させることにより、抽出液に溶質のＭＡを移動させる。さらに、抽出液を洗浄液と接触させることにより、ＭＡ含有抽出液が得られる。このとき、ＭＡの濃度が低下した残りの液は、廃液となる。なお、ＭＡ回収工程Ｓ１０３は、後述の図２に示す抽出段２１に対応する抽出工程及び洗浄段２２に対応する洗浄工程を含む。
【００３３】
ＭＡ含有抽出液は、酸除去工程Ｓ１０４にて、水と接触させることにより、水側に酸を抽出し、廃酸として除去する。
【００３４】
酸を除去することによりｐＨが上昇したＭＡ含有抽出液は、逆抽出工程Ｓ１０５にて、逆抽出液と接触させられ、これにより、ＭＡが回収された水溶液（回収ＭＡ）及び再生抽出液が得られる。再生抽出液は、再び、ＭＡ回収工程Ｓ１０３で使用することができる。回収ＭＡは、例えば、溶媒を除去し、固体として取り出された後、核燃料の原料物質として使用される。
【００３５】
以下、更に詳細に説明する。
【００３６】
原子力発電所から排出された使用済燃料は、被覆管の中に収納されている。このため、使用済燃料は、せん断および脱被覆により被覆材と分けられた使用済燃料を回収し、溶解工程Ｓ１０１において数ｍｏｌ／Ｌの濃度の硝酸に溶解される。次に、Ｕ・Ｐｕ回収工程Ｓ１０２においては、この硝酸溶液からピューレックス法によりＵとＰｕが回収される。すると、ＭＡを含むＭＡ溶液が残液として残る。
【００３７】
ＭＡ回収工程Ｓ１０３では、このＭＡ溶液から抽出液を用いて溶媒抽出法でＭＡを回収する。また、洗浄液を用いてＭＡに同伴した不純物を除去する。これにより、ＭＡ回収工程Ｓ１０３からは、ＭＡ含有抽出液と廃液が発生する。
【００３８】
ここで、抽出液は、有機溶媒に窒素ドナー錯化剤を溶解させた溶液である。有機溶媒としては、オクタノール、ドデカン、シクロヘキサノン、リン酸トリブチル、およびこれらの有機溶媒を１種以上含む混合溶媒が使用できる。錯化剤としては、上述のＢＴＰｈｅｎ類（窒素ドナー錯化剤）を使用する。洗浄液は、薄い硝酸水溶液である。廃液には、ＦＰが含まれるため、例えば固化体にされ、処分される。
【００３９】
ＭＡ含有抽出液は、酸除去工程Ｓ１０４において水と接触させられた後、逆抽出工程Ｓ１０５で逆抽出液と接触させられる。これにより、酸除去工程Ｓ１０４からは酸を回収した水（廃酸）が排出され、逆抽出工程Ｓ１０５からはＭＡが回収された水溶液（回収ＭＡ）とＭＡが除去された抽出液（再生抽出液）が得られる。再生抽出液は、再び、ＭＡ回収工程Ｓ１０３で使用することができる。回収ＭＡは、固体に変換された後に核燃料の原料物質として使用される。なお、逆抽出液は、水にカルボン酸を溶解した水溶液である。
【００４０】
カルボン酸としては、例えば、グリコール酸、シュウ酸、クエン酸、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸が使用できる。これらのカルボン酸を水に入れると水溶液のｐＨが低下して次第にカルボン酸が溶解しにくくなるため、高濃度でカルボン酸を溶解させる場合はアルカリを水溶液に添加してカルボン酸を溶解しやすくする。このとき、水溶液（逆抽出液）のｐＨは、概ね３から７までの範囲になるように調整する。
【００４１】
まとめると、逆抽出液は、ｐＨが３未満となると、カルボン酸を溶解しにくくなるため、ｐＨを３以上とすることが望ましい。一方、ｐＨが７を超えると、逆抽出液がＭＡ含有抽出液に接触した際、ＭＡ含有抽出液に含まれるＭＡの沈殿が生じてしまう場合がある。これを防止するため、逆抽出液のｐＨを７以下に調整することが望ましい。ｐＨの上限値については、プールベ線図に基いて算出した値からも裏付けられている。なお、ＭＡの沈殿を防止する観点から、ｐＨを安全側に寄せることが更に望ましく、その場合はｐＨを４以下に調整する。
【００４２】
図２は、本実施例のＭＡの分離に用いる装置を示す概略構成図である。
【００４３】
本図に示す装置は、多段向流抽出方式の抽出装置である。本装置は、図１の分離工程に対応する具体的な装置構成を示したものである。
【００４４】
本図に示すように、本装置は、ＭＡの抽出を行う抽出段２１と、ＭＡに同伴する不純物を除去する洗浄段２２と、有機相中の硝酸を水相に回収する酸除去段２３と、有機相のＭＡを水相に逆抽出する逆抽出段２４と、を備えている。本発明は、酸除去段２３を有する点において公知例（非特許文献１）とは設備の構成が異なる。ここで、図２の酸除去段２３は、図１の酸除去工程Ｓ１０４に対応する。また、図２の逆抽出段２４は、図１の逆抽出工程Ｓ１０５に対応する。
【００４５】
図２においては、各段を流れる液は、左から流れる有機相と、右から流れる水相とが対向流として接触し、互いの成分を交換し、逆方向に流出する構成となっている。
【００４６】
抽出液は、抽出段２１の左から供給され、洗浄段２２に送られる。一方、洗浄液は、洗浄段２２の右から供給され、抽出段２１に送られる。ＭＡ溶液は、抽出段２１の右から供給される。このとき、抽出段２１には、洗浄段２２から流出した洗浄液も右から供給される。これにより、抽出段２１において有機相（抽出液）と水相（ＭＡ溶液及び洗浄液）とが互いに逆方向に流通し、接触する。ここで、抽出段２１における水相は、「第一の水相」と呼ぶことにする。
【００４７】
ＭＡ溶液に含まれるＭＡは、抽出段２１において有機相に移行し、洗浄段２２を通過し、ＭＡ含有抽出液として洗浄段２２から流出する。ＭＡ溶液に含まれるＭＡ以外の不純物元素は、抽出段２１では有機相に移行せず、そのまま廃液として抽出段２１から排出される。抽出段２１においてＭＡ溶液から不純物元素が有機相に多少移行したとしても、洗浄段２２において洗浄液により不純物元素が再回収されるようになっている。これにより、ＭＡ含有抽出液には、不純物元素が可能な限り移行しないようにすることができる。
【００４８】
ＭＡ溶液および洗浄液は硝酸溶液であるため、抽出段２１および洗浄段２２において有機相に硝酸が多少移行してしまう。このため、ＭＡ含有抽出液には、低濃度ではあるが、硝酸が含まれる。
【００４９】
酸除去段２３では、ＭＡ含有抽出液（有機相）と水（水相）とが互いに逆方向に流通し、接触する。この過程で、ＭＡ含有抽出液に含まれている硝酸の大部分が水に移行する。硝酸を含む水は、廃酸として酸除去段２３から排出される。ここで、酸除去段２３における水相は、「第二の水相」と呼ぶことにする。
【００５０】
硝酸が除去されたＭＡ含有抽出液は、逆抽出段２４へ送られる。そして、ＭＡ含有抽出液は、逆方向から供給される逆抽出液と接触する。この過程で、ＭＡ含有抽出液に含まれるＭＡの大部分は、逆抽出液（水相）へ移行する。このようにして、水相に溶解したＭＡ（回収ＭＡ）が逆抽出段２４から回収される。ＭＡが除去されたＭＡ含有抽出液は、再生抽出液となり、抽出段２１において再利用される。
【００５１】
次に、本実施例の効果について説明する。
【００５２】
図３は、逆抽出液として、ｐＨ４に調整したジエチレントリアミン五酢酸（カルボン酸）の水溶液を用いて、有機相からＭＡを逆抽出する試験を行った結果の一例を示したものである。ＭＡの抽出用の錯化剤にはＢＴＰｈｅｎを用い、有機相の錯化剤濃度は４０ｍＭとした。
【００５３】
本実験では、ＭＡを含む有機相と逆抽出液とを混合して逆抽出操作を行った後、有機相を回収し、その有機相と新しい逆抽出液とを混合して２回目の逆抽出操作を行った。このとき、水相と有機相との体積比は、１：１とした。
【００５４】
本図における上段のグラフに示すように、１回目の逆抽出操作ではＭＡの回収率は１０％程度であったが、２回目の操作ではＭＡの回収率が６０％超に飛躍的に向上した。
【００５５】
実験の際、水相のｐＨを測定したところ、本図における下段のグラフに示すように、１回目の逆抽出ではｐＨが３．５に低下しており、２回目の逆抽出ではｐＨが初期設定値の４のままであった。
【００５６】
本実験結果から、ＭＡの回収率と水相のｐＨには相関があることが判明した。カルボン酸は、ｐＨが低下すると、水中でかい離しにくくなる。このため、１回目の逆抽出ではｐＨの低下によりかい離したカルボン酸の量が減少する。これにより、ＭＡとカルボン酸が錯体を形成しにくくなり、逆抽出操作におけるＭＡの回収効率が低下したと考えられる。
【００５７】
以上の結果から、図１および図２に示すように逆抽出の前段階であらかじめ有機相から硝酸を除去することにより、逆抽出時のＭＡの回収効率を高めることができる。
【００５８】
次に、本実施例の効果を定量的に検討した結果について述べる。
【００５９】
図３における上段のグラフに示すように、硝酸を除去しない場合は、逆抽出１段あたりのＭＡの回収率は１０％しかない。このため、逆抽出により有機相のＭＡの大半（今回は９０％を想定する。）を水相に回収する場合は、一つの方法として逆抽出時の水相の体積を有機相の体積よりも多くする方法がある。
【００６０】
ＭＡの回収率が１０％の場合における分配比（平衡状態における有機相のＭＡ濃度に対する水相のＭＡ濃度の割合）の値は、０．１に相当する。このため、水相の体積を有機相の体積の９０倍とすれば、ＭＡの回収率は（９０×０．１／（９０×０．１＋１）×１００＝９０％となる。有機相の体積をＸとおくと、取り扱う溶液の総体積は、Ｘ＋９０Ｘ＝９１Ｘとなる。
【００６１】
一方、酸除去工程において予め有機相から硝酸を除去することにより、逆抽出１段あたりのＭＡの回収率は、６５％（分配比は１．８６）になる。この場合、水相の体積を有機相の体積の５倍とすれば、ＭＡの回収率は（５×１．８６／（５×１．８６＋１）×１００≒９０％となる。先ほどと同様に有機相の体積をＸとおくと、逆抽出工程で取り扱う溶液の総体積はＸ＋５Ｘ＝６Ｘとなる。さらに、酸除去工程において有機相は等量の水相と接触させられるため、酸除去工程で取り扱う溶液の体積は２Ｘとなる。
【００６２】
すなわち、本実施例によれば、ＭＡを水相に回収するために取り扱う溶液の体積を９１Ｘから８Ｘ（約１／１０）に低減することができる。これにより、有機相のＭＡを水相に回収するための設備の規模を縮小することができる。
【００６３】
本実施例によれば、マイナーアクチノイドを含む溶液から溶媒抽出によりマイナーアクチノイドを回収する方法において、有機相に回収したＭＡを水相に逆抽出する前段階で有機相の酸を予め除去することで、有機相のＭＡを水相に回収するための設備の規模を縮小できる効果を得ることができる。
【実施例２】
【００６４】
図４は、実施例２のマイナーアクチノイドの分離に用いる装置を示す概略構成図である。
【００６５】
以下の説明においては、実施例１と異なる点についてのみ説明する。
【００６６】
図４においては、実施例１の図２に示す構成において酸除去段２３に右から供給する水の代わりに、ｐＨ調整液を用いた構成となっている。図４においては、酸除去段の符号は１２３としている。ｐＨ調整液には、アンモニアや水酸化物といった水に溶解した場合にアルカリ性を示す溶液（アルカリ性水溶液）を用いる。ここで、酸除去段１２３における水相は、「第二の水相」と呼ぶことにする。
【００６７】
なお、ｐＨ調整液のｐＨが高くなりすぎると、ｐＨ調整液がＭＡ含有抽出液に接触した際、ＭＡ含有抽出液に含まれるＭＡの沈殿が生じてしまう場合がある。これを防止するためには、ｐＨ調整液のｐＨが７を超えないように調整する必要がある。
【００６８】
こうすることで、酸除去段１２３において水相に酸が戻された際に酸が中和され、有機相から酸が水相に更に移行しやすくなる効果が得られる。
【実施例３】
【００６９】
図５は、実施例３のマイナーアクチノイドの分離に用いる装置を示す概略構成図である。
【００７０】
以下の説明においては、実施例１と異なる点についてのみ説明する。
【００７１】
図５においては、実施例１の図２に示す構成において逆抽出段１２４に右から供給する逆抽出液にｐＨ調整液を添加する構成となっている。図５においては、酸除去段は用いていない。ｐＨ調整液には、アンモニアや水酸化物といった水に溶解した場合にアルカリ性を示す溶液（アルカリ性水溶液）を用いる。ここで、逆抽出段１２４における水相は、「第二の水相」と呼ぶことにする。
【００７２】
本実施例は、逆抽出段１２４に供給する直前に逆抽出液にｐＨ調整液を添加するものである。逆抽出段１２４に供給するために貯蔵しておいた逆抽出液に対して、供給する直前にｐＨ調整液を更に添加することが特徴である。
【００７３】
なお、逆抽出液にｐＨ調整液を添加する場合に、逆抽出液とｐＨ調整液との混合溶液のｐＨが高くなりすぎると、混合溶液がＭＡ含有抽出液に接触した際、ＭＡ含有抽出液に含まれるＭＡの沈殿が生じてしまう場合がある。これを防止するためには、混合溶液のｐＨが７を超えないように調整する必要がある。
【００７４】
こうすることで、逆抽出段１２４で水相に酸が移行しても、水相のｐＨが低くなりにくくなり、ＭＡの回収効率が高くなる効果が得られる。
【符号の説明】
【００７５】
Ｓ１０１：溶解工程、Ｓ１０２：Ｕ・Ｐｕ回収工程、Ｓ１０３：ＭＡ回収工程、Ｓ１０４：酸除去工程、Ｓ１０５：逆抽出工程、２１：抽出段、２２：洗浄段、２３、１２３：酸除去段、２４、１２４：逆抽出段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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