(57)【要約】【課題】Ｚｒ混入率が抑制された陰極析出物を高い処理効率で得ることができるＺｒ含有混合物の電解回収方法及びＺｒ含有混合物の電解回収装置を提供する。【解決手段】Ｚｒ含有混合物の電解回収方法は、液体金属プール１３及び溶融塩１２を内部に有する反応槽１１において、Ｚｒ含有混合物１５が保持された陽極１４を溶融塩１２に浸漬する浸漬ステップと、陰極１６を溶融塩１２に装荷して、陽極１４の電位をＺｒ含有混合物１５内のＺｒを溶解可能な電位に調整して電解反応させる電解ステップと、Ｚｒ含有混合物１５から溶解した溶融塩１２中のＺｒイオンとＺｒ含有混合物１５に含まれる金属とのイオン交換によって還元されたＺｒを、液体金属プール１３の相に移行させるＺｒ濃度調整ステップと、金属（アクチニド）を含んで陰極に析出した陰極析出物を回収する回収ステップと、を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｒ含有混合物から所望の金属を電解回収する方法であって、
液体金属及び溶融塩を内部に有する反応槽において、前記Ｚｒ含有混合物が保持された陽極を前記溶融塩に浸漬する浸漬ステップと、
陰極を前記溶融塩に装荷して、前記陽極の電位を前記Ｚｒ含有混合物中のＺｒを溶解可能な電位に調整して電解反応させる電解ステップと、
前記Ｚｒ含有混合物から溶解した前記溶融塩中のＺｒイオンと前記Ｚｒ含有混合物に含まれる前記金属とのイオン交換によって還元されたＺｒを、前記液体金属の相に移行させるＺｒ濃度調整ステップと、
前記金属を含んで前記陰極に析出した陰極析出物を回収する回収ステップと、を含むことを特徴とするＺｒ含有混合物の電解回収方法。
【請求項２】
Ｚｒ含有混合物から所望の金属を電解回収する方法であって、
反応槽内に配置される液体金属に前記Ｚｒ含有混合物を浸漬して溶解させる溶解ステップと、
反応槽内の溶融塩に陰極を装荷して、前記液体金属を陽極として電圧を印加して、前記陽極の電位をＺｒが溶解可能な電位よりも小さい電位で電解反応させる電解ステップと、
前記金属を含んで前記陰極に析出した陰極析出物を回収する回収ステップと、を含むことを特徴とするＺｒ含有混合物の電解回収方法。
【請求項３】
前記陽極とする前記液体金属は、容器内に注入されて、前記溶融塩中に配置されることを特徴とする請求項２に記載のＺｒ含有混合物の電解回収方法。
【請求項４】
前記陽極とする前記液体金属は、反応槽内において前記溶融塩の下層に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のＺｒ含有混合物の電解回収方法。
【請求項５】
前記電解反応を一時的に停止して、イオン交換によって還元されたＺｒを、前記液体金属の相に移行させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のＺｒ含有混合物の電解回収方法。
【請求項６】
前記Ｚｒ含有混合物を前記陽極にさらに装荷して、イオン交換によって還元されたＺｒを、前記液体金属の相に移行させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＺｒ含有混合物の電解回収方法。
【請求項７】
前記溶融塩中に還元剤を投入してＺｒイオンを還元させ、溶融塩中のＺｒイオン濃度を調整することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のＺｒ含有混合物の電解回収方法。
【請求項８】
前記溶融塩中に酸化剤を投入して、前記Ｚｒ含有混合物から所望の前記金属をイオンとして前記溶融塩中に溶出させることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＺｒ含有混合物の電解回収方法。
【請求項９】
前記陽極は、前記Ｚｒ含有混合物の表面に衝撃を与えて、前記Ｚｒ含有混合物の表面の電解阻害要因を機械的に破壊する構成を備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のＺｒ含有混合物の電解回収方法。
【請求項１０】
前記陽極の陽極電位を、陽極構造材自体の溶解を抑制するように制御することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＺｒ含有混合物の電解回収方法。
【請求項１１】
前記陽極の陽極構造材に、Ｚｒよりも標準酸化還元電位が貴な金属を用いることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のＺｒ含有混合物の電解回収方法。
【請求項１２】
液体金属及び溶融塩を内部に有する反応槽と、
Ｚｒ含有混合物が保持されて、前記溶融塩に装荷される陽極と、
前記陽極と前記溶融塩に装荷された陰極との間に電圧を印加する直流電源と、
前記直流電源を用いて、前記陽極の電位を前記Ｚｒ含有混合物中のＺｒを溶解可能な電位に調整して電解反応させる制御装置と、を備えること特徴とするＺｒ含有混合物の電解回収装置。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記電解反応を一時的に停止させて、前記Ｚｒ含有混合物から溶解した前記溶融塩中のＺｒイオンと前記Ｚｒ含有混合物に含まれる金属とのイオン交換によって還元されたＺｒを、前記液体金属の相に移行させることを特徴とする請求項１２に記載のＺｒ含有混合物の電解回収装置。
【請求項１４】
液体金属及び溶融塩を内部に有する反応槽と、
Ｚｒ含有混合物が内部に浸漬された前記液体金属を陽極として、前記溶融塩に装荷された陰極との間に電圧を印加する直流電源と、
前記直流電源を用いて、前記陽極の電位をＺｒが溶解可能な電位よりも小さい電位で電解反応させる制御装置と、を備えること特徴とするＺｒ含有混合物の電解回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、主に溶融塩電解を用いて原子炉用のＺｒ（ジルコニウム）含有燃料からアクチニドを回収する電解回収方法及びＺｒ含有混合物の電解回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、Ｕ−Ｐｕ−Ｚｒ等の合金を材料とする使用済み金属燃料からアクチニドを回収する場合、溶融塩を用いた電解回収が行われる。この場合、回収対象となるアクチニドよりも標準酸化還元電位が貴な母材金属のＺｒが溶融塩中に溶出すると、陰極回収物中のＺｒ混入率が高まる。
【０００３】
このため、アクチニドを選択的に溶融塩中に溶解させて析出回収するために、Ｚｒが溶融塩中へ溶出しないように電位や電流密度を制御して電解回収が行われている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】電力中央研究所報告「溶融塩電解法による金属燃料からのＺｒ回収技術の開発―液体金属電極上でのＺｒの電気化学挙動―」（２００７年５月）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
溶融塩を用いた電解回収では、アクチニドの溶解により金属燃料の表面領域にＺｒポーラス層（Ｚｒリッチな層）が形成される。しかし、金属燃料中のＺｒの比率が大きい場合、アクチニドは母材金属のＺｒマトリクスに阻まれこの層におけるアクチニドイオンの拡散速度が遅くなり、Ｚｒポーラス層中のアクチニドイオンの濃度が高まりやすくなる。やがてＺｒポーラス層のバルク中アクチニドイオンが飽和溶解度を超えると、表面領域のＺｒが溶出を始める。
【０００６】
このため、Ｚｒがイオンとして溶融塩中へ溶出してしまい、陰極回収物中のＺｒ混入率が高まるという問題が生じる。一方で、アクチニドを選択的に溶融塩に溶出させる場合は、Ｚｒポーラス層のアクチニドイオンの拡散が律速となるため電位や電流密度を小さく制御する必要があり、処理時間が長くなる等、処理効率は低下する。
【０００７】
このため、金属燃料中のＺｒ比率が比較的高い場合であっても、陰極析出物中のＺｒ混入率を抑えて高い処理効率で電解回収できる技術が求められていた。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、Ｚｒ混入率が抑制された陰極析出物を高い処理効率で得ることができるＺｒ含有混合物の電解回収方法及びＺｒ含有混合物の電解回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態に係るＺｒ含有混合物の電解回収方法は、Ｚｒ含有混合物から所望の金属を電解回収する方法であって、液体金属及び溶融塩を内部に有する反応槽において、前記Ｚｒ含有混合物が保持された陽極を前記溶融塩に浸漬する浸漬ステップと、陰極を前記溶融塩に装荷して、前記陽極の電位を前記Ｚｒ含有混合物のＺｒを溶解可能な電位に調整して電解反応させる電解ステップと、前記Ｚｒ含有混合物から溶解した前記溶融塩中のＺｒイオンと前記Ｚｒ含有混合物に含まれる前記金属とのイオン交換によって還元されたＺｒを、前記液体金属の相に移行させるＺｒ濃度調整ステップと、前記金属を含んで前記陰極に析出した陰極析出物を回収する回収ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の実施形態に係るＺｒ含有混合物の電解回収方法は、Ｚｒ含有混合物から所望の金属を電解回収する方法であって、反応槽内に配置された液体金属に前記Ｚｒ含有混合物を浸漬して溶解させる溶解ステップと、反応槽内の溶融塩に陰極を装荷して、前記液体金属を陽極として電圧を印加して、前記陽極の電位をＺｒが溶解可能な電位よりも小さい電位で電解反応させる電解ステップと、前記金属を含んで前記陰極に析出した陰極析出物を回収する回収ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態により、Ｚｒ混入率が抑制された陰極析出物を高い処理効率で得ることができるＺｒ含有混合物の電解回収方法及びＺｒ含有混合物の電解回収装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係るＺｒ含有混合物の電解回収装置の構成を示す縦断面図。
【図２】第１実施形態に適用される陽極の一例を示す構成図。
【図３】第１実施形態において、イオン交換反応により、溶融塩中のＺｒイオン濃度が低下して、アクチニドの濃度が上昇する状態を説明する説明図。
【図４】Ｚｒ含有混合物の表面の電解阻害要因を除去するために、陽極内に投入されたボールを混合物の表面に衝突させる構成の一例を示す説明図。
【図５】第１実施形態に係るＺｒ含有混合物の電解方法を用いて、使用済み金属燃料から再度燃料となる製品を作製するフローチャート。
【図６】第２実施形態に係るＺｒ含有混合物の電解回収装置の構成を示す縦断面図。
【図７】第２実施形態に係るＺｒ含有混合物の電解方法を用いて、使用済み金属燃料から再度燃料となる製品を作製するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
本実施形態では、処理対象となるＺｒ含有混合物１５（以下、適宜「混合物１５」と省略する）として、ＺｒとＵ、Ｐｕ等のアクチニドとの合金を主成分として構成されて、Ｚｒ含有比率が高い（例えば、Ｚｒの含有比率が４０ｗｔ％程度）使用済金属燃料を想定しており、アクチニドを電解回収の対象とする。なお、Ｚｒ含有混合物１５には、アクチニドやＺｒに加えて、核分裂生成物（ＦＰ）等が含まれている。
【００１４】
第１実施形態に係る電解回収装置１０は、溶融塩１２が上層に、液体金属プール１３が下層に配置される反応槽１１と、Ｚｒ含有混合物１５を保持して溶融塩１２に浸漬される陽極１４と、溶融塩１２に浸漬される陰極１６と、陰極１６と陽極１４との間に電圧を印加する直流電源１７と、両極間に印加される電圧等を制御する制御装置２１と、を備えている。
【００１５】
反応槽１１は、溶融塩１２及び液体金属プール１３を内部に保持する容器であり、その下層には、液体金属が注入された液体金属プール１３が配置される。そして、液体金属プール１３の上に溶融塩１２が注入されて配置される。なお、図１では反応槽１１の上部は開放しているが、反応槽１１の上部を蓋などで閉止して、電解反応が行われる反応槽１１の内部をＡｒガス等の不活性ガスが注入された不活性雰囲気とすることが望ましい。
【００１６】
液体金属プール１３中の液体金属として、カドミニウム（Ｃｄ）、リチウム（Ｌｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）等の金属が使用されるが、これらに限定されない。また、液体金属には合金も使用することができる。なお、液体金属は、溶融塩１２よりも比重の大きいものが選択される。
【００１７】
溶融塩１２として、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化カルシウム等の金属ハロゲン化物、金属酸化物、金属水酸化物、金属硫酸塩、金属硝酸塩などの溶融塩若しくはこれらの混合物が例示される。
【００１８】
溶融塩１２内には、Ｚｒ含有混合物１５を保持した陽極１４と、陰極１６とが浸漬される。
【００１９】
陽極１４は、導電材料で構成されて、混合物１５を内部に収容可能な容器である。陽極１４は、溶融塩１２に浸漬された際に内部が溶融塩１２で満たされるように、一部が開放されており、図１においては上部が開放されている。陽極１４は、例えば混合物１５を内部に収容するために、導電材料を用いて円筒型やかご型などに形成される。
【００２０】
図２は陽極１４の構成例を示しており、金属製のワイヤーや板材などを格子状に構成することでかご型に形成させたものである。混合物１５は、陽極１４を構成するかご型の容器の上方の開口部から装荷されて、陽極１４内に収容される。格子状に構成された陽極１４により側面や底面に形成される開口部分は、溶融塩１２の流入口となる。
【００２１】
なお、図２では、円柱状の混合物１５を陽極１４内に装荷する構成を示しているが、装荷される混合物１５の数、配置、形状は図１に限定されるものでは無い。また、混合物１５は、燃料被覆管に収容された状態で陽極１４に装荷されても良い。
【００２２】
陰極１６は、固体状の電極を用いても良いし、液体状のＣｄ等の液体金属を内部に保持する電極を用いても良い。
【００２３】
溶融塩１２内に浸漬された陽極１４と陰極１６の間に直流電源１７を用いて電圧印加することで電解反応が生じる。
【００２４】
混合物１５中のＺｒの比率は大きくアクチニドの溶解により形成されるＺｒポーラス層におけるアクチニドイオンの拡散速度が遅いため、アクチニドの溶融塩１２中への溶出を促進するため、陽極１４の電位を、Ｚｒ含有混合物１５中のＺｒが溶解する電位に設定してＺｒを溶解し、Ｚｒマトリクスからアクチニドを解放する。Ｚｒの標準酸化還元電位は、アクチニドより貴となるため、陽極１４の電位をＺｒの標準酸化還元電位より貴となる電位に設定することで、Ｚｒ含有混合物１５中のＺｒ及びアクチニドが酸化されて、溶融塩１２中にイオンとして溶解可能となる。
【００２５】
なお、陽極１４自体の崩壊を防止するため、陽極電位はアクチニドとＺｒまでが溶解し、陽極構造材に用いられる代表的な構成元素のＦｅ等の溶解を抑制するように制御する。また、Ｚｒ含有混合物１５の代表的な構成元素のＺｒやアクチニド元素よりも標準酸化還元電位が貴な金属を用いることもできる。
【００２６】
直流電源１７から電圧が両極間に印加されて電解反応が開始されると、Ｚｒが溶解するため、アクチニドは混合物１５中のＺｒマトリクスから解放されて、溶融塩１２中にイオンとして容易に溶出する。そして、陰極１６では、還元反応が生じて、アクチニドが金属Ｚｒ等の随伴物を伴う状態で析出される。ただし、溶融塩１２中のＺｒイオン濃度が上昇しているため、陰極１６で析出される陰極析出物のＺｒ混入率が高まるおそれがある。
【００２７】
ここで、溶融塩１２中では、Ｚｒイオンと混合物１５中に含まれているアクチニド金属や陰極１６に析出したアクチニド金属等との間で電子の交換反応（イオン交換反応）が生じている。また、溶融塩１２中のＺｒイオンと混合物１５から液体金属プール１３に移行したアクチニド金属との間で電子の交換反応が生じている。
【００２８】
イオン交換反応が生じると、イオン化していたＺｒは還元されて金属Ｚｒとなる一方、アクチニドはイオン化して溶融塩１２に溶解する。そして、金属Ｚｒは、液体金属プール１３に移行して液体金属と合金化して閉じ込められる。
【００２９】
そこで、第１実施形態では、直流電源１７の電圧印加を停止し、電解反応を一時的に停止する。これにより、陰極１６での金属析出は停止されて、溶融塩１２中に存在していたＺｒイオンは、イオン交換反応により還元されて金属Ｚｒとなり、液体金属プール１３に移行する。これにより、溶融塩中のＺｒイオン濃度は低下する。
【００３０】
一方、反応槽１１中のアクチニドがイオン化して溶融塩１２中に溶解するため、アクチニドの濃度は上昇する。
【００３１】
また、溶融塩１２中のＺｒイオン濃度が高い場合、陰極１６に析出したアクチニドと溶融塩１２中のＺｒイオンとの間でイオン交換反応が生じるおそれがあるが、電解反応を停止させることで、Ｚｒイオンは陰極１６に引き寄せられないため、陰極１６に析出したアクチニドが再度溶融塩１２中にイオンとなって溶出することが抑制される。
【００３２】
そして、溶融塩１２中のＺｒイオン濃度が抑制され、アクチニドの濃度が高い状態で電解反応を再開することで、陰極１６では、Ｚｒ混入率が抑制されたアクチニドを含む陰極析出物が得られる。
【００３３】
なお、電解反応を一時的に停止する代わりに（または、停止とともに）、溶融塩１２中に混合物１５をさらに追加で投入しても良い。これにより、増加された混合物１５中のアクチニド金属と溶融塩１２中のＺｒイオンとのイオン交換反応によって、Ｚｒイオンが還元される一方、アクチニドをイオン化される。これにより、溶融塩１２中のＺｒイオン濃度を低下させるとともにアクチニドイオン濃度を上昇できる。
【００３４】
さらに、溶融塩１２中に、Ｚｒイオンを還元させる還元剤を投入して、Ｚｒイオンの溶融塩１２中のイオン濃度を調整して良い。
【００３５】
制御装置２１は、直流電源１７から両極間に印加される電圧や陰極１６の回収等の電解回収運転を制御する装置である。制御装置２１の主な機能として、溶融塩１２への物質の溶解を選択的に制御すること、特にＺｒを溶解可能な電位を設定し、直流電源１７への電圧調整の指令や運転シーケンスの制御（例えば、電解運転と電解運転の停止とを交互に実施すること）を行う。
【００３６】
図３は、第１実施形態において、イオン交換反応により、溶融塩１２中のＺｒイオン濃度が低下して、アクチニドの濃度が上昇する状態を説明する説明図である。
【００３７】
溶融塩１２中のＺｒイオン濃度が高い状態となったときに、直流電源１７からの電圧の供給を停止し、電解反応を一時的に停止する。
【００３８】
溶融塩１２中では、混合物１５から溶解したＺｒイオンと、混合物１５中に含まれるアクチニド（または混合物１５から液体金属プール１３中に移行しているアクチニド）とＺｒイオンとのイオン交換反応が生じる。下記式（１）は、アクチニドをＵとした場合の、Ｚｒイオンとのイオン交換反応を示している。
【００３９】
イオン交換反応：４Ｕ  ＋  ３ＺｒＣｌ４  →  ４ＵＣｌ３  ＋  ３Ｚｒ  式（１）
【００４０】
イオン交換反応により生じた金属Ｚｒは、液体金属プール１３に移行して、液体金属と合金を形成して閉じ込められる。一方、イオン交換反応によりアクチニドはイオン化して溶融塩１２中に溶解する。このため、溶融塩中のＺｒイオン濃度は低下する一方、アクチニドの濃度は上昇する。
【００４１】
この後に、電解反応を再開して、電解反応の一時停止と電解反応を繰り返すことで、Ｚｒ混入率が抑制され、アクチニドの濃度が制御された陰極析出物１８を得ることができる。
【００４２】
また、陽極１４において、混合物１５の表面の電解阻害要因をボールミル等の機構により機械的に破壊しても良い。
【００４３】
図４は、Ｚｒ含有混合物１５の表面の電解阻害要因を除去するためのボールミルの構成の一例を示す説明図である（陽極１４を横から見た図）。
【００４４】
ボール１９を陽極１４内に挿入して、陽極１４の上部を蓋などで閉止する。陽極１４を回転させるための駆動機構（図示省略）を反応槽１１の上方に設けて、陽極１４全体を回転させることで、ボール１９を混合物１５の表面に衝突させる。
【００４５】
ボール１９との衝突によって、混合物１５の表面に形成されるＺｒポーラス層が除去されることで、混合物１５中のアクチニドの溶融塩１２中への溶出が促進される。
【００４６】
図５は、第１実施形態に係るＺｒ含有混合物１５の電解方法を用いて、使用済み金属燃料から再度燃料製品を作製するフローを示すフローチャートである（適宜、図１参照）。
【００４７】
液体金属プール１３を下層に配置し、この液体金属プール１３の上に溶融塩１２が内部に配置された反応槽１１において、Ｚｒ含有混合物１５が保持された陽極１４を溶融塩１２に浸漬する（Ｓ１０：浸漬ステップ）。
【００４８】
陰極１６を溶融塩１２に装荷して、陽極１４の電位を混合物１５内のＺｒを溶解可能な電位に調整して電解反応させる（Ｓ１１：電解ステップ）。
【００４９】
電解反応を一時的に停止して、溶融塩１２中のＺｒイオンとＺｒ含有混合物１５に含まれる金属とのイオン交換反応によってＺｒイオンを還元させて、金属Ｚｒを液体金属の相に移行させることで溶融塩１２中のＺｒイオン濃度を低下させる（Ｓ１２：Ｚｒ濃度調整ステップ）。
【００５０】
そして、電解回収が終了するまで、電解反応と電解反応の一時停止とを繰り返して行う（Ｓ１３：ＮＯ）。電解回収は、陰極１６における析出量、運転時間等により設定された運転条件に基づいて継続される。なお、電解反応と電解反応の一時停止を必ずしも繰り返す必要は無く、これらの処理を１回で終了しても良い。
【００５１】
電解回収の終了後に、アクチニドを含んで陰極１６に析出した陰極析出物を回収する（Ｓ１４：回収ステップ）。なお、陰極１６を溶融塩１２から引き出して回収する回収機構（図示省略）を具備して、電解回収の終了後に制御装置２１からの指令に基づいて陰極１６を溶融塩１２から自動で取り出しても良い。
【００５２】
電解回収終了後に、得られた陰極析出物を電極から分離処理して、金属インゴットとして回収する。そして、回収物の成分分析等の計量を行って、所定のスペックとなるように成分を調整した後にリサイクルされた金属燃料の製品（アクチニド及びＺｒを含む燃料）を得ることができる（Ｓ１５、Ｓ１６）。
【００５３】
また、陰極析出物の組成が、電解回収運転のバッチ毎に異なる場合には、各バッチの成分分析の結果に基づいて、異なるバッチで得られた析出物を所定の比率で混合して、アクチニド及びＺｒの含有率が所定のスペックとなるように調整することで、金属燃料の製品を得ることができる。
【００５４】
なお、電解回収に伴い生じるＺｒやＦＰ等の廃棄物は、電解回収装置１０の反応槽１１内に蓄積させても良い。例えばＺｒであれば、液体金属プール１３中に蓄積していくが、この液体金属を別途蒸留し分離することでＺｒを回収しても良い。回収したＺｒは、燃料被覆管等の他の金属と混合して金属廃棄物として廃棄しても良い。
【００５５】
溶融塩１２中に蓄積したＦＰは、ゼオライトに吸着させ、溶融塩１２の再生と共にＦＰの回収を行っても良い。また、ＦＰを吸着したゼオライトは、ソーダライト廃棄物として廃棄しても良い。
【００５６】
このように、第１実施形態に係るＺｒ含有混合物１５の電解方法では、電解電圧を調整して、アクチニドとともにＺｒも同時に溶解させ溶融塩１２中へ溶出させる。そして、イオン交換反応を用いて、溶融塩１２中のＺｒイオン濃度を低減させる一方、溶融塩１２中のアクチニドのイオン濃度を上昇させる。
【００５７】
混合物１５に含まれるＺｒの溶解を許容するため、電位や電流密度を小さく制御する必要は無く、処理時間等の処理効率は向上する。そして、溶融塩１２中のＺｒイオン濃度が低減されるため、Ｚｒ混入率が抑制された、アクチニドを含む陰極析出物を回収できる。
【００５８】
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る電解回収装置１０の構成を示す縦断面図である。図６において第１実施形態（図１）と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００５９】
第２実施形態に係る電解回収装置１０では、反応槽１１内に配置される液体金属２０に混合物１５を浸漬して溶解させて、液体金属２０を陽極１４とする。そして、陽極１４の電位をＺｒが溶解可能な電位よりも小さい電位で電解反応を行い、アクチニドを選択的に溶融塩１２中に溶解させて、アクチニドを陰極１６で析出回収する。
【００６０】
液体金属２０が容器内に注入されて収容されている。液体金属２０内に混合物１５が浸漬されて溶解される。混合物１５が溶解された液体金属２０は、溶融塩１２中に配置されて陽極１４となる。液体金属２０として、カドミニウム（Ｃｄ）、リチウム（Ｌｉ）アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、ビスマス（Ｂｉ）等の金属が使用されるが、これらに限定されない。また、液体金属には合金も使用することができる。なお、液体金属は、溶融塩１２よりも比重の大きいものが選択される。
【００６１】
なお、溶融塩１２の下に配置された液体金属プール１３に混合物１５を浸漬して溶解させて、液体金属プール１３全体を陽極１４としても良い。
【００６２】
混合物１５が液体金属２０中に溶解することで、アクチニド等の金属はＺｒマトリクスから解放される。
【００６３】
陽極１４と、溶融塩１２内に装荷された陰極１６との間に直流電源１７を用いて電圧印加することで電解反応が生じる。
【００６４】
陽極１４の電位は、陽極１４中に溶解しているアクチニドを選択的に溶融塩１２中に溶出させるように、Ｚｒの標準酸化還元電位よりも卑に設定する。電位をＺｒの標準酸化還元電位よりも卑に設定することで、液体金属２０中にＺｒが留まるため、溶融塩１２中のＺｒイオン濃度が低く維持される。
【００６５】
液体金属２０中への混合物１５の溶解により、Ｚｒマトリクスがアクチニドのイオン化を阻害しないため、Ｚｒの溶融塩１２中への溶出を抑制しつつ、アクチニドを優先的に溶融塩１２中にイオンとして溶出させることができる。
【００６６】
また、塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ４）や塩化カドミウム（ＣｄＣｌ２）等、ＺｒやＣｄよりも標準酸化還元電位が卑なアクチニドに対して選択的に働く酸化剤を溶融塩１２中に投入して、液体金属２０中に溶解しているアクチニドをイオンとして溶融塩１２中に溶出させても良い。
【００６７】
このように、液体金属２０へ混合物１５を溶解させて、陽極１４の電位をＺｒが溶解可能な電位よりも小さい電位で電解反応を行うことで、溶融塩１２中のＺｒイオン濃度を上昇させること無く電解回収を実施することでき、Ｚｒ混入率が抑制された陰極析出物１８を得ることができる。
【００６８】
なお、第１実施形態と同様に、電解反応時における陽極１４の電位を、Ｚｒが溶解可能な電位に設定して処理速度を早めることもできる。
【００６９】
この場合、溶融塩１２中のＺｒイオン濃度が高まるおそれがあるため、電解回収を一時停止、または、混合物１５などをさらに溶融塩１２中へ投入して、液体金属２０中に溶解しているアクチニド金属と溶融塩１２中のＺｒイオンとのイオン交換反応によってＺｒイオンを還元して液体金属プール１３中に金属として移行させることで、溶融塩１２中のＺｒイオン濃度を抑制しても良い。
【００７０】
図７は、第２実施形態に係るＺｒ含有混合物１５の電解方法を用いて、使用済み金属燃料から再度燃料製品を作製するフローを示すフローチャートである（適宜、図６参照）。
【００７１】
反応槽１１内に配置された液体金属２０にＺｒ含有混合物１５を浸漬して溶解させる（Ｓ２０：溶解ステップ）。液体金属２０は、陽極１４として溶融塩１２中に配置される。
【００７２】
アクチニドに対して選択的に働く酸化剤を投入して、液体金属２０中に溶解しているアクチニドをイオンとして溶融塩１２中に溶出させる（Ｓ２１）。
【００７３】
そして、溶融塩１２中に陰極１６を装荷して、液体金属２０を陽極１４として電圧を印加して電解反応を行う。このとき、陽極１４の電位をＺｒが溶解可能な電位よりも小さい電位に設定する（Ｓ２２：電解ステップ）。
【００７４】
アクチニドを含んで陰極１６に析出した陰極析出物を回収する（Ｓ２３：回収ステップ）。以降のＳ２４、Ｓ２５は、第１実施形態と同様となるため説明を省略する。
【００７５】
このように、第２実施形態に係るＺｒ含有混合物１５の電解方法では、混合物１５を液体金属２０に浸漬して、アクチニドとともにＺｒも同時に液体金属中に溶解させる。そして、電解電圧を調整して、Ｚｒイオンの溶解中への溶解を抑制しつつアクチニドを溶融塩１２中に溶解させて陰極１６で析出回収する。これにより、Ｚｒ混入率が抑制された陰極析出物を高い処理効率で得ることができる。
【００７６】
以上述べた各実施形態のＺｒ含有混合物の電解回収方法によれば、アクチニドとともにＺｒが同時に溶解することを許容しつつ、溶融塩中のＺｒイオン濃度を抑制して、アクチニドのイオン濃度を高く調整することで、Ｚｒ混入率が抑制された陰極析出物を高い処理効率で得ることができる。
【００７７】
なお、本実施形態の適用範囲はＺｒ比率が高い金属燃料の場合に限定するものでは無く、例えばＵ−ＴＲＵ（超ウラン元素）−１０ｗｔ％Ｚｒ金属燃料等のＺｒ比率が低い場合でも適用でき、窒化物燃料からのアクチニド回収等にも適用できる。また、原子力事故により発生した炉心溶融物等のＺｒ、ウラン、プルトニウム等を含有する放射性物質の分離回収にも適用できる。
【００７８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１０…電解回収装置、１１…反応槽、１２…溶融塩、１３…液体金属プール、１４…陽極、１５…Ｚｒ含有混合物（混合物）、１６…陰極、１７…直流電源、１８…陰極析出物、１９…ボール、２０…液体金属、２１…制御装置。
【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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【図６】
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【図７】
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