(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高酸性溶液中（ｐＨ０〜１．５）でＵ（ＶＩ）を還元することなく６価プルトニウム［Ｐｕ（ＶＩ）］を５価プルトニウム［Ｐｕ（Ｖ）］に還元する微生物Bacillus Subtilis.を用いて、水溶液中のＰｕ（ＶＩ）をＰｕ（Ｖ）に選択的に還元し、引き続きＰｕ（Ｖ）が不均化して生じる４価プルトニウム［Ｐｕ（ＩＶ）］を酸性溶液中から当該微生物に濃縮させＰｕ（ＶＩ）をＵ（ＶＩ）から選択的に分離することを特徴とする、微生物による水溶液中からのプルトニウムおよびウランの逐次分離法。
【請求項２】
プルトニウム（Ｐｕ）イオン及びウラン（Ｕ）イオンを含む水溶液をｐＨ１〜１．５に調整した後、高酸性溶液中（ｐＨ０〜１．５）で６価ウラン［Ｕ（ＶＩ）］を還元することなく６価プルトニウム［Ｐｕ（ＶＩ）］を５価プルトニウム［Ｐｕ（Ｖ）］に還元する微生物Bacillus Subtilis.を添加し、当該微生物によって水溶液中の６価プルトニウム［Ｐｕ（ＶＩ）］を５価プルトニウム［Ｐｕ（Ｖ）］に選択的に還元させ、当該微生物に水溶液中の４価プルトニウム［Ｐｕ（ＩＶ）］を濃縮させ、４価プルトニウム［Ｐｕ（ＩＶ）］を濃縮した当該微生物をろ別してプルトニウムをウランから分別して回収する工程と、
プルトニウムを分別した水溶液のｐＨを４．５〜５．５に調整した後、当該微生物Bacillus Subtilis.を添加し、当該微生物に６価ウラン［Ｕ（ＶＩ）］を濃縮させ、６価ウラン［Ｕ（ＶＩ）］を濃縮した微生物をろ別してウランを分離・回収する工程と、
を含む、微生物による水溶液中からのプルトニウムおよびウランの逐次分離法。
【請求項３】
前記微生物Bacillus Subtilis.による４価プルトニウム［Ｐｕ（ＩＶ）］の濃縮は、さらに、当該微生物により水溶液中の６価プルトニウム［Ｐｕ（ＶＩ）］が選択的に還元された５価プルトニウム［Ｐｕ（Ｖ）］の不均化反応により生じる４価プルトニウム［Ｐｕ（ＩＶ）］を当該微生物に濃縮させることも含む、請求項２に記載の微生物による水溶液中からのプルトニウムおよびウランの逐次分離法。
【請求項４】
前記プルトニウムの回収及びウランの回収は、４価プルトニウム［Ｐｕ（ＩＶ）］を濃縮した微生物Bacillus Subtilis.及び６価ウラン［Ｕ（ＶＩ）］を濃縮した微生物Bacillus Subtilis.を焼却して、それぞれ酸化物を形成することにより行われる、請求項２又は３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物が有する金属イオンを濃縮する能力および酸化・還元する能力を利用するプルトニウムおよびウランの逐次分離法に関する。特に、本発明は、原子力発電炉の使用済核燃料の湿式再処理工程で生じるPu、Uを含む高レベル放射性廃液や、Pu、Uで汚染された実験廃液、環境水等の放射性廃液等の水溶液中からこれらを逐次分離するために用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
Pu、Uを含む放射性廃液からそれらを分離する主な従来技術には、各種陽、陰イオン交換樹脂、各種の官能基を付与したキレート樹脂、及び活性炭そのもの、あるいは各種の錯形成剤を添着した活性炭などに、水溶液中のPu、Uイオンを吸着させて分離する吸着法、及び各種の抽出剤を溶解した有機性媒体中に水溶液中のPu、Uイオンを抽出剤との疎水性錯体として抽出する溶媒抽出法がある。
【０００３】
吸着法、溶媒抽出法いずれの場合も、イオンの吸着率、及び抽出効率は水溶液の酸性度と液性に依存するので、吸着、抽出操作に先立って水溶液の酸性度、液性を調節することによって、Pu、Uの回収効率や他の共存物質からの選択性を最適化する。また、放射性廃液中に４価及び６価の混合酸化状態で溶存するPuイオンを効率よく吸着、抽出するためには、その酸化状態を前もって調整する。通常、酸化還元試薬を用いてその酸化状態をPu(IV)に揃える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
(1)  吸着法、溶媒抽出法いずれを原理とする場合にも、処理後の放射性廃液中に残存するPu及びUの濃度を極力低減するために、分離法は分離効率が充分に高いものであることが必要であり、吸着、抽出のより高効率化が課題である。
【０００５】
(2)  放射性廃液中にPu(IV)とともにPu(VI)が共存する場合には、従来法をそのまま適用するとPuの除去効率が低下したり、Pu(VI)のU(VI)との間に充分な選択性が得られない。これに対処するために従来法では、放射性廃液中のPu(VI)をあらかじめPu(IV)に酸化状態調整する。そのために被処理溶液中に余分な酸化還元試薬を添加し、また煩雑な酸化状態調整操作を必要とする。これらを回避するために、Pu(VI)の高効率分離、しかもU(VI)からの選択的分離が課題である。
【０００６】
(3)  従来法では、分離に使用した後の吸着剤、抽出剤、有機溶媒等を起源とする廃棄物が大量に発生する。このような２次廃棄物に帰因する廃棄物発生量を極力低減することが課題である。
【０００７】
(4)  より高度な次世代の分離法には、用いる吸着剤や抽出剤、溶媒等が人間環境との両立性において優れたものであることが課題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、微生物をPu及びUイオンの濃縮担体として用いることによって、上記課題を下記のように解決することを特徴とする。
【０００９】
(1)  Pu及びUイオンを特異的に高い効率で濃縮する微生物を濃縮担体として用いることによって、分離効率を向上させる。
(2)  Puの除去効率の低下やUとの選択性の低下の原因となるPu(VI)を、微生物が有する適度な還元力によってPu(V)に還元し、引き続きPu(V)の不均化反応によって生じるPu(IV)を高酸性溶液中から微生物に濃縮させ、高効率で、しかもU(VI)から選択的に分離する。
【００１０】
(3)  Pu及びUを濃縮した微生物をろ過分離し、必要に応じて空気中で燃焼し、分解、減容するとともに、Pu及びUを安定な固体廃棄物に変換する。
(4)  人間環境との両立性に優れた微生物を濃縮担体として用いることによって、分離方法の環境に対する安全性を高める。
【００１１】
【発明の実施の形態】
Pu、Uによって汚染された放射性廃液の酸性度をpH =１〜 1.5に調節した後、これに上記の微生物を加えて混合し、一定時間撹拌する。溶液中のPu(IV)は微生物に濃縮される。また、共存するPu(VI)は微生物によってPu(V)に還元された後、不均化反応によってPu(IV)を生じる。生じたPu(IV)は微生物に濃縮される。このような酸性度が比較的高い溶液中ではU(VI)は微生物には濃縮されない。Puを濃縮した微生物をろ過して溶液から分離する。これによって放射性廃液中のPuをUから選択的に分離回収できる。
【００１２】
続いてPuを回収した後の溶液に水酸化ナトリウム水溶液を加えてその酸性度をpH = 4.5〜 5.5に調節した後、これに微生物を加えて混合し、一定時間撹拌する。溶液中のU(VI)は微生物に濃縮される。Uを濃縮した微生物をろ過して溶液から分離する。これによって放射性廃液中のUをPuから選択的に、逐次分離できる。PuあるいはUを濃縮した微生物を空気中で焼却し、減容する。回収されたPu及びUは、安定な酸化物等の固体廃棄物に変換され、２次廃棄物の発生量を大幅に低減できる。
【００１３】
本発明を図１にしたがって説明すると、プルトニウム４価（ＩＶ）、プルトニウム６価（ＶＩ）およびウラン６価（ＶＩ）を含む試料溶液のpHを硝酸（ＨＮＯ3）でまず１〜1.5に調整し、これにBacillus属などの微生物を添加し、一定時間溶液を撹拌してプルトニウム４価（ＩＶ）を微生物に濃縮させる。このとき溶液中に共存するプルトニウム６価（ＶＩ）は微生物により５価に還元され、生じたプルトニウム５価（Ｖ）は酸性溶液中で進行する不均化反応によってプルトニウム４価（ＩＶ）とプルトニウム６価（ＶＩ）を生じる。不均化反応によって生じたプルトニウム４価（ＩＶ）は微生物に濃縮される。プルトニウムを濃縮した微生物をろ別することによってプルトニウムをウランから分別して回収する。
【００１４】
次いで、試料溶液のpHを水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液で4.5〜5.5にしたのち、これに同様にして微生物を添加したのち溶液を撹拌してウラン６価（ＶＩ）を微生物に濃縮させる。ウランを濃縮した微生物をろ別してウランを分離・回収する。
【００１５】
これによって、pHを調節するだけでプルトニウムとウランを選択的に逐次分離・回収する。ろ別した微生物は空気中で焼却することにより分解、減容し、プルトニウム、ウランを安定な酸化物として回収する。
【００１６】
本発明の方法は、環境に対する安全性の高い微生物をプルトニウム、ウランの濃縮担体及びプルトニウム６価の酸化状態を最適化するための還元剤として用いることで、これらイオンを高効率、高選択的に分離することができ、プルトニウム、ウランを濃縮した微生物を空気中で焼却し、分解することにより、従来法に比べて廃棄物発生量を大幅に減容できるという特徴を有する。以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１７】
【実施例】
pHを0、1.0、1.5、および5.0に調節した5x10-4 MのPu (IV)、Pu(VI)、あるいは4x10-5 ＭのU(VI)を含む溶液50mlを三角フラスコに採り、これにBacillus属などの微生物菌体50mgを加えて混合した 。これをスターラーで1時間撹拌した後、撹拌を止めて混合溶液を孔径0.2μmのミリポアフィルターでろ過して微生物をろ別する。ろ液中に含まれるPu及びUを定量し、それぞれの濃縮率を求めた。さらに、ろ液の一部をとり、光吸収スペクトルを測定してPu、Ｕの酸化状態を調べた。濃縮率及びろ液中のPu、Ｕの主な酸化状態の結果を表−１に示す。
【００１８】
Pu(IV)はpH = 0〜1.5の酸性度の溶液中から微生物に濃縮され、pHの増加とともに濃縮率が増した。濃縮後の溶液中に残存するPu はPu(IV)であった。Pu(VI)はpH = 1.0の溶液中からその約６０％が微生物に濃縮された。濃縮後の溶液中に残存するPu はPu(VI)であった。また微生物に濃縮されたPuはPu(IV)であったことから、Pu(VI)の濃縮が、(i)  微生物によるPu(VI)のPu(V)への還元、(ii)  Pu(V)のPu(IV)とPu(VI)への不均化、(iii) Pu(IV)の微生物への濃縮、の３つの過程を通して進むことがわかった。
【００１９】
一方、Pu(VI)のpH = 5.0の溶液中からの濃縮率はpH = 1.0の溶液中からのそれより低かった。また濃縮後の溶液中に残存するPuの酸化状態はPu(V)であった。このことから、Pu(V)の不均化はpH = 5.0の溶液中ではpH = 1.0の溶液中よりも遅く、そのためPu(IV)が効率よく生成せず、Puの濃縮率が低下することがわかった。U(VI)はpH = 1.0〜1.5の溶液中からは全く微生物に濃縮されず、pH = 5.0 の溶液中からはほぼ完全に微生物に濃縮された。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【発明の効果】
Pu、Uイオンの分離・捕集剤として一般に用いられている有機抽出剤や有機溶媒、無機、有機型イオン交換樹脂等の代わりにBacillus属などの微生物を用いることにより、溶液のpHを適宜変えるだけでプルトニウム、ウランを高選択的、高効率で逐次、分離・回収することができる。また、有機溶媒、イオン交換樹脂等を使用した場合と比較し、放射性廃棄物の発生量を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  微生物による放射性廃液中からのプルトニウムおよびウランの逐次分離のための操作法を示した図である。
【図１】
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