(57)【要約】　　　（修正有）【課題】従来のピューレックス法と比較して工程数を削減し、操作性の面で簡便化が可能な改良された使用済核燃料の再処理方法を提供する。【解決手段】燃料粉末中のウランおよびプルトニウムを選択的に抽出剤に溶解・抽出させる溶解・抽出工程、溶解・抽出工程で得られたウランおよびプルトニウム含有抽出剤を、還元剤を含む硝酸溶液と接触させることにより、プルトニウムを硝酸溶液に逆抽出するとともに、ウランを抽出剤中に残留させる分配工程、分配工程で得られたプルトニウム含有硝酸溶液を脱硝してプルトニウム酸化物として回収する脱硝工程、分配工程で得られたウラン含有抽出剤を硝酸溶液と接触させることにより、ウランを硝酸溶液に逆抽出させ、得られたウラン含有硝酸溶液を脱硝してウラン酸化物として回収する脱硝工程からなる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉からの使用済核燃料の燃料粉末を、アミド類、メチルイソブチルケトン、ジエチレングリコールジブチルエーテルおよびβ−ジケトンからなる群から選ばれる一種類の有機溶媒に予め硝酸を含有させた硝酸含有抽出剤と接触させることにより、燃料粉末中のウランおよびプルトニウムを選択的に抽出剤に溶解・抽出させる溶解・抽出工程、
前記溶解・抽出工程で得られたウランおよびプルトニウム含有抽出剤を、還元剤を含む硝酸溶液と接触させることにより、プルトニウムを硝酸溶液に逆抽出するとともに、ウランを抽出剤中に残留させる分配工程、
前記分配工程で得られたプルトニウム含有硝酸溶液を脱硝してプルトニウム酸化物として回収する脱硝工程、および
前記分配工程で得られたウラン含有抽出剤を硝酸溶液と接触させることにより、ウランを硝酸溶液に逆抽出させ、得られたウラン含有硝酸溶液を脱硝してウラン酸化物として回収する脱硝工程
からなることを特徴とする使用済核燃料の再処理方法。
【請求項２】
原子炉からの使用済核燃料の燃料粉末を、アミド類、メチルイソブチルケトンおよびジエチレングリコールジブチルエーテルからなる群から選ばれる一種類の可燃性有機溶媒に予め硝酸を含有させた硝酸含有抽出剤と接触させることにより、燃料粉末中のウランおよびプルトニウムを選択的に抽出剤に溶解・抽出させる溶解・抽出工程、
前記溶解・抽出工程で得られたウランおよびプルトニウム含有抽出剤を、還元剤を含む硝酸溶液と接触させることにより、プルトニウムを硝酸溶液に逆抽出するとともに、ウランを抽出剤中に残留させる分配工程、
前記分配工程で得られたプルトニウム含有硝酸溶液を脱硝してプルトニウム酸化物として回収する脱硝工程、および
前記分配工程で得られたウラン含有抽出剤を焼却することにより、抽出剤を熱分解して気化させるとともにウランをウラン酸化物として回収するウラン酸化物回収工程
からなることを特徴とする使用済核燃料の再処理方法。
【請求項３】
原子炉からの使用済核燃料の燃料粉末を、メチルイソブチルケトンおよびβ−ジケトンからなる群から選ばれる一種類の揮発性有機溶媒に予め硝酸を含有させた硝酸含有抽出剤と接触させることにより、燃料粉末中のウランおよびプルトニウムを選択的に抽出剤に溶解・抽出させる溶解・抽出工程、
前記溶解・抽出工程で得られたウランおよびプルトニウム含有抽出剤を、還元剤を含む硝酸溶液と接触させることにより、プルトニウムを硝酸溶液に逆抽出するとともに、ウランを抽出剤中に残留させる分配工程、
前記分配工程で得られたプルトニウム含有硝酸溶液を脱硝してプルトニウム酸化物として回収する脱硝工程、および
前記分配工程で得られたウラン含有抽出剤を蒸留することにより、抽出剤を蒸留物として回収するとともに、ウランをウラン硝酸塩とし、このウラン硝酸塩を脱硝してウラン酸化物として回収するウラン酸化物回収工程
からなることを特徴とする使用済核燃料の再処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用済核燃料からウランやプルトニウム等のアクチニド元素を回収するための再処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
使用済核燃料は、ウランやプルトニウム等の有用な物質を含んでいるため、これを分離回収して再利用することが従来から行われている。
【０００３】
現在実用化されている使用済核燃料からのウランおよびプルトニウムの回収方法としては、図２のフローシートに示したごときピューレックス法がある。すなわち、使用済核燃料は燃料集合体のまません断してせん断片とした後、高温硝酸で溶解する［溶解工程］。この使用済燃料の硝酸溶解液には、核分裂生成物（ＦＰ）の不溶解微粒子やせん断時に発生する被覆管細片等の固体不純物が含まれているためこれらを除去するとともに、硝酸濃度等を調整する［清澄・調整工程］。次いでこの硝酸溶解液を、ＴＢＰ（リン酸トリ−ｎ−ブチル）＋希釈剤（ドデカン、ケロセン等）からなる有機溶媒相と接触させて、硝酸溶解液中に含まれるウランとプルトニウムを有機溶媒相に選択的に抽出し、ＦＰは硝酸水相に残し高レベル廃液として除去される［抽出工程］。
【０００４】
ウランとプルトニウムを含有する有機溶媒相は、還元剤（硝酸ヒドロキシルアミン、ウラン（ＩＶ）等）を含む硝酸溶液と接触させて硝酸水相にプルトニウムを逆抽出し、ウランは有機溶媒相に残す［分配工程］。このウラン含有有機溶媒相はさらに希硝酸溶液と接触させてウランを硝酸水相に逆抽出する。かくして得られたウラン含有硝酸溶液およびプルトニウム含有硝酸溶液は脱硝装置を用いてウラン酸化物およびプルトニウム酸化物として回収する［脱硝工程］。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のピューレックス法は、ウランやプルトニウムの選択的回収、臨界管理、安全性等の面で優れた処理方法であるが、工程数が多いため操作性の面で必ずしも満足し得るものではなく、かような観点から、工程数の削減が求められている。
【０００６】
そこで本発明は、従来のピューレックス法と比較して工程数の削減を図ることができ、これによって操作性の面でも簡便化が可能な改良された使用済核燃料の再処理方法を提供することを課題としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の使用済核燃料の再処理方法は、
原子炉からの使用済核燃料の燃料粉末を、アミド類、メチルイソブチルケトン、ジエチレングリコールジブチルエーテルおよびβ−ジケトンからなる群から選ばれる一種類の有機溶媒からなる抽出剤と接触させることにより、燃料粉末中のウランおよびプルトニウムを選択的に抽出剤に溶解・抽出させる溶解・抽出工程、
前記溶解・抽出工程で得られたウランおよびプルトニウム含有抽出剤をドデカンで希釈した後、還元剤を含む硝酸溶液と接触させることにより、プルトニウムを硝酸溶液に逆抽出するとともに、ウランを抽出剤中に残留させる分配工程、
前記分配工程で得られたプルトニウム含有硝酸溶液を脱硝してプルトニウム酸化物として回収する脱硝工程、および
前記分配工程で得られたウラン含有抽出剤を硝酸溶液と接触させることにより、ウランを硝酸溶液に逆抽出させ、得られたウラン含有硝酸溶液を脱硝してウラン酸化物として回収する脱硝工程からなることを特徴とするものである。
【０００８】
上記したごとき本発明の再処理方法における溶解・抽出工程は、従来のピューレックス法における溶解工程＋清澄・調整工程＋抽出工程に相当する。したがって本発明によれば、ピューレックス法と比較して工程数の低減ができることになる。
【０００９】
さらに本発明において、抽出剤としてアミド類、メチルイソブチルケトンおよびジエチレングリコールジブチルエーテルからなる群から選ばれる一種類の可燃性有機溶媒に予め硝酸を含有させた硝酸含有抽出剤を使用した場合には、前記分配工程で得られたウラン含有抽出剤を焼却することにより、可燃性有機溶媒を熱分解して気化させるとともにウランをウラン酸化物として直接回収することができる。
これによって、従来のピューレックス法における分配工程で得られたウラン含有有機溶媒相から硝酸水相へのウランの逆抽出工程、さらには逆抽出で得られたウラン含有硝酸溶液の脱硝工程を省くことができ、工程数の低減が可能となる。また、ピューレックス法で抽出剤として使用されているＴＢＰはリンを含む溶媒であるため燃焼し難く、燃焼には高温度が必要となるが、本発明で使用する上記した可燃性有機溶媒はリンを含まない溶媒であるため、燃焼し易いという利点もある。
【００１０】
さらにまた本発明において、抽出剤としてメチルイソブチルケトンおよびβ−ジケトンからなる群から選ばれる一種類の揮発性有機溶媒からなる抽出剤を使用した場合には、前記分配工程で得られたウラン含有抽出剤を蒸留することにより、抽出剤を蒸留物として回収するとともに、ウランをウラン硝酸塩とし、このウラン硝酸塩を脱硝してウラン酸化物として回収することができる。
かような揮発性有機溶媒の蒸留処理は、前述した可燃性有機溶媒の焼却処理ほどの高温を必要としないため、比較的低温で処理ができるという利点がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による使用済核燃料の再処理方法の実施例を示すフローシートであり、軽水炉や高速炉からの使用済核燃料を燃料集合体のまません断してせん断片とし、被覆管細片等を除去して酸化物燃料粉末とする。
【００１２】
あるいは、せん断処理することなく、使用済燃料に酸化熱処理を施して燃料を粉体化することもできる。すなわち、使用済核燃料を燃料集合体のまま、例えば空気中で約５００℃以上で酸化熱処理すると、使用済核燃料中のＵＯ２がＵ３Ｏ８に酸化粉体化され、この時の体積変化により被覆管が開裂し、被覆管から酸化物燃料粉末を分離することができる。
【００１３】
次いでこの酸化物燃料粉末を、従来のピューレックス法におけるように硝酸水相に溶解させることなく、固体粉末のままで有機溶媒からなる抽出剤と接触させて、酸化物燃料粉末中のウランおよびプルトニウムを抽出剤に選択的に溶解・抽出し、ＦＰの大部分は不溶解残渣として分離する［溶解・抽出工程］。
【００１４】
抽出剤としては、アミド類、メチルイソブチルケトン、ジエチレングリコールジブチルエーテルおよびβ−ジケトン（テノイルトリフルオロアセトン（ＴＴＡ））からなる群から選ばれる一種類の有機溶媒を使用する。
【００１５】
アミド類としては、例えば下記構造式で表わされるＤＯＢＡやＤＯｉＢＡ等が好ましく使用できる。
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【００１６】
特に本発明においては、上記の有機溶媒に予め硝酸を含有させた硝酸含有抽出剤を使用する。すなわち、上記の有機溶媒中に硝酸溶液を添加して撹拌することにより一定量の硝酸が抽出剤中に抽出される。このとき、抽出されずに残った硝酸溶液（水相）と、抽出された硝酸を含む抽出剤（有機溶媒相）は二相に分離するため、抽出されずに残った硝酸溶液を除去して、抽出された硝酸を含む抽出剤（本明細書ではこれを“硝酸含有抽出剤”という）のみを使用する。
なお、ドデカン等で希釈した抽出剤を使用することにより、溶解・抽出工程でのＦＰの除染性を向上させることができる。
【００１７】
ウランとプルトニウムを含有する抽出剤（有機溶媒相）を必要に応じてドデカンで希釈し、還元剤（硝酸ヒドロキシルアミン、ウラン（ＩＶ）等）を含む硝酸溶液（水相）と接触させることにより、硝酸溶液にプルトニウムを逆抽出し、ウランは抽出剤中に残す［分配工程］。ウランを含有する抽出剤はさらに希硝酸溶液と接触させることにより、硝酸溶液にウランを逆抽出する。かくして得られたプルトニウム含有硝酸溶液およびウラン含有硝酸溶液は、マイクロ波または電気炉等を用いて脱硝し、プルトニウム酸化物およびウラン酸化物として回収する。
【００１８】
本発明においては、分配工程で得られたウラン含有抽出剤からウランを逆抽出することなく、ウラン含有抽出剤をそのまま蒸留あるいは焼却することによりウランを回収することもできる。
【００１９】
すなわち、抽出剤として揮発性有機溶媒であるメチルイソブチルケトンまたはβ−ジケトンを使用した場合には、ウラン含有抽出剤をそのまま蒸留することにより、ウランの硝酸塩を得ることができ、蒸留により回収した揮発性抽出剤は、溶解・抽出工程で再利用することができる。得られたウランの硝酸塩は、脱硝してウラン酸化物として回収する。
【００２０】
一方、抽出剤として可燃性有機溶媒であるアミド類、メチルイソブチルケトンまたはジエチレングリコールジブチルエーテルを使用した場合には、ウラン含有抽出剤をそのまま焼却してウラン酸化物を直接得ることができる。抽出剤は熱分解して気体に分解する。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明からわかるように本発明によれば、従来のピューレックス法における溶解工程＋清澄・調整工程＋抽出工程に相当する工程が、溶解・抽出工程の１工程で実施できることにため、工程数の削減が可能となり、その結果、操作の簡便化を図ることができる。
【００２２】
また、ピューレックス法においては、抽出工程でＦＰは高レベル放射性廃液（ＨＡＷ）として分離されるが、この廃液を貯蔵保管する前に、容積を小さくするために蒸発缶で濃縮する濃縮工程を必要とする。これに対して本発明においては溶解・抽出工程でＦＰは不溶解残渣として分離されるため、これを貯蔵保管するに際しては、高レベル放射性廃液のような濃縮工程が不要となるという利点もある。
【００２３】
さらに、ピューレックス法においては、回収したＴＢＰのごとき有機溶媒を再利用するに際しては、アルカリ水溶液で洗浄する溶媒洗浄工程を施す必要がある。これに対して本発明において抽出剤として可燃性有機溶媒を使用する場合には、焼却により抽出剤の有機溶媒は気体に分解されるため、有機溶媒を回収してこれを再利用しないため溶媒洗浄工程が不要になるとともに、ウラン含有抽出剤の焼却によりウラン酸化物が直接回収できるため、ウラン硝酸塩からウラン酸化物を回収する場合のような脱硝工程も不要となるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による使用済核燃料の再処理方法の実施例を示すフローシートである。
【図２】従来のピューレックス法を示すフローシートである。
【図１】
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【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月7日(2002.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
さらにまた本発明において、抽出剤としてメチルイソブチルケトンおよびβ−ジケトンからなる群から選ばれる一種類の揮発性有機溶媒に予め硝酸を含有させた硝酸含有抽出剤を使用した場合には、前記分配工程で得られたウラン含有抽出剤を蒸留することにより、抽出剤を蒸留物として回収するとともに、ウランをウラン硝酸塩とし、このウラン硝酸塩を脱硝してウラン酸化物として回収することができる。
かような揮発性有機溶媒の蒸留処理は、前述した可燃性有機溶媒の焼却処理ほどの高温を必要としないため、比較的低温で処理ができるという利点がある。