(57)【要約】【課題】  核燃料処理工程、その他種々の廃液処理工程などに適用することができる液液多段抽出装置及び液液多段抽出法を提供する。【解決手段】  液液多段抽出装置又は類縁の装置において、内部が空洞の分離管の代わりに、１以上の孔を有する隔壁を複数設けてその内部を仕切ることにより複数のセルが直列連結された分離管を用い、少なくとも各セルの移動相端側に多数の非孔性小球体を充填して定常状態の移動相体積より大きな充填容積となるようにし、分離管の一方端に移動相の導入路、固定相の導出路を設け、他方端に移動相の導出路、固定相の導入路を設け、さらに各相の送液を可能とする送液機構をそれぞれ設けたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液液多段抽出装置又は類縁の装置において、１以上の孔を有する隔壁を複数設けてその内部を仕切ることにより複数のセルが直列連結された分離管を用い、少なくとも各セルの移動相端側に多数の非孔性小球体を充填して定常状態の移動相体積より大きな充填容積となるようにし、分離管の一方端に移動相の導入路、固定相の導出路を設け、他方端に移動相の導出路、固定相の導入路を設け、さらに各相の送液を可能とする送液機構をそれぞれ設けたことを特徴とする液液多段抽出装置。
【請求項２】
請求項１の装置を用いて液液多段抽出を行う方法であって、一定量の移動相を順方向に流した後、移動相の送液を停止し、セル１個の中の固定相体積だけ、分離管内で擾乱が起きないようゆっくりと逆方向に固定相を送液し、そこで固定相の送液を停止するという操作を繰り返し、結果として、移動相流出端の反対側から、抽出対象物が固定相中に原試料より濃縮されて回収されるようにしたことを特徴とする液液多段抽出法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核燃料処理工程、その他種々の廃液処理工程などに適用することができる液液多段抽出装置及び液液多段抽出法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液液多段抽出と関連性の深い向流クロマトグラフィー分野の世界的権威である米国・国立衛生研究所のＩｔｏ博士他に確認した結果、関連分野を含め、本発明のような装置はこれまで存在しなかったことが判っている。
【０００３】
向流クロマトグラフィーは、互いに混ざらない２種の溶媒（固定相、移動相）に対する分配係数の差を利用し、不連続的に分離操作を繰り返して物質を分離しようとする向流分配法の原理を用いたものである。この場合、原試料中の各成分は分離管の同一端から移動相に溶解した形で溶出するものであって、原試料をパルス状に装置に注入し、溶出のタイミングが微妙に異なることを利用する。原試料中の分離したい成分の間で、固定相と移動相の間の分配係数の差があまり得られない場合において、システムとして大きな分離段数を構築することにより無理矢理それらの成分を分離しようとするものである。分配係数の差が小さくても分離は可能であるが、装置サイズや処理時間に比べて試料処理容量が大きくなく、多量の溶離液が必要である。また通常各成分は、原試料より希釈されて回収される。
【０００４】
それに対し、液液分配に基づく多段抽出装置では、抽出対象物は移動相とは別の相に溶解し、しかもしばしば濃縮された形で回収される。また、原試料を連続的に装置に注入できるため、試料処理量が極めて大きいという利点を有している。
例えば使用済み核燃料の処理工程では、ウランの硝酸水溶液からのウランの回収除去が重要なテーマである。その際、樹脂をパックしたカラムを用いる方法は有力ではあるが、その後の処理過程（焼却）等を考えると、焼却残滓の少ない液液分配を用いる方法が有利であることが見込まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記従来の液液多段抽出装置は、複雑な構造や動力を用いている割に抽出段数が少ないという欠点を有していた。その結果、前述の利点を考慮して例えば核燃料処理工程や一般の廃棄処理における適用が見込まれていたが、これまでの液液多段抽出装置はシステムとしての分離段数が不十分であり、適用が見送られることが多かった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記実状に鑑み提案されたもので、請求項１に記載の発明は、液液多段抽出装置又は類縁の装置において、１以上の孔を有する隔壁を複数設けてその内部を仕切ることにより複数のセルが直列連結された分離管を用い、少なくとも各セルの移動相端側に多数の非孔性小球体を充填して定常状態の移動相体積より大きな充填容積となるようにし、分離管の一方端に移動相の導入路、固定相の導出路を設け、他方端に移動相の導出路、固定相の導入路を設け、さらに各相の送液を可能とする送液機構をそれぞれ設けたことを特徴とする液液多段抽出装置、請求項２に記載の発明はその装置を用いて液液多段抽出を行う方法であって、一定量の移動相を順方向に流した後、移動相の送液を停止し、セル１個の中の固定相体積だけ、分離管内で擾乱が起きないようゆっくりと逆方向に固定相を送液し、そこで固定相の送液を停止するという操作を繰り返し、結果として、移動相流出端の反対側から、抽出対象物が固定相中に原試料より濃縮されて回収されるようにしたことを特徴とする液液多段抽出法を提案するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の液液多段抽出装置及び液液多段抽出法によれば、簡単な装置と簡単な運転方式により、高い抽出段数と大きな試料処理量を達成できるものである。
そして、例えば使用済み核燃料処理のように危険性の高い例においては、本発明のように簡単で摩耗も少ない構造の装置を適用すると、実際の使用に伴って大きなトラブルが起こる可能性が低いため望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
まず、本発明の液液多段抽出装置の構成について説明する。
本発明の液液多段抽出装置においては、直立分離管を管壁に垂直な複数の隔壁により仕切ることにより、複数（通常の長さの直立管であれば数個から１０個程度）のセルが直列連結されるようにする。各隔壁には、直立分離管の上端・下端と同様に孔を開けておく。この孔は１個に限定するものではなく複数形成してもよい。即ち本発明においては、従来における１本の直立分離管に代えて、長さが短いセルを垂直方向に数個から１０個程度直列連結した形態の分離管を用いる。
また、分離管の一方端に移動相の導入路、固定相の導出路を設け、他方端には移動相の導出路、固定相の導入路を設け、さらに各相の送液を可能とする送液機構をそれぞれ設ける。これらの導入路、導出路、及び送出機構としては、公知のどのような機構を採用してもよい。例えば、後述する図示実施例のように、分離管の一方の端部に移動相の導入管と固定相の導出管を別々に設け、他方に移動相の導出管及び固定相の導入管を別々に設け、図示しないポンプ等の送液機構によって送液状態と停止状態を切り替えることが望ましいが、両端部にそれぞれ移動相及び固定相の流路を兼ねる一本の管を設けて３方バルブを取り付けて適宜に切り替える構成を採用してもよい。送液機構としては、ポンプ等の公知のどのような機構を採用してよいが、各相の送液速度に応じた送出機構をそれぞれ用いる。これらの送出機構は、後述する特定の運転モード上、重要な構成である。
さらに、分離管の少なくとも各セルの移動相端側には、管内径の数分の一或いはそれ以下の径を有する非孔性小球体を充填し、その充填容積が定常状態の移動相体積より大きくなるようにする。このような非孔性小球体の充填は後述する特定の運転モードにおいて、逆方向に固定相を送液する際に望ましくない擾乱が起きることを抑制するものである。尚、非孔性小球体は、分離管内の各セルの移動相端側のみに充填するばかりでなく、セル全体に充填するようにしてもよい。
【０００９】
次に、前記構成の液液多段抽出装置を特定の運転モードで運転する本発明の液液多段抽出法について説明する。
(ａ)一定量の移動相を順方向に流す。一定量の移動相とは、例えばセル体積の数十倍の体積の移動相であることが望ましい。順方向とは、上流の分離管などから、分離管、そして下流の分離管などへと続く流路を指す。
(ｂ)その後、移動相の送液を停止する。送液状態と停止状態との切り替えは、設置した送出機構の稼働・停止や切替バルブの切り替えなどによって行えばよい。
(ｃ)そして、セル１個の中の固定相体積だけ、分離管内で擾乱が起きないようゆっくりと逆方向に固定相を送液する。セル１個の中の固定相体積はセル１個の中の移動相体積よりかなり多い。逆方向とは、分離管内において前記順方向の正反対の方向を指す。
(ｄ)その後、固定相の送液を停止する。そして、初めの状態(ａ)に戻す。
上記(ａ)〜(ｄ)という操作を繰り返すようにする。
その結果として、移動相流出端の反対側から、抽出対象物が固定相中に、原溶液より濃縮された形で回収される。
また、試料処理容量を増やすことを目的として、太い分離管を用いてもよいが、この場合にはセル内全体に非孔性小球体を充填すると共に隔壁に設ける孔も多数とすることが望ましい。また、この場合、分離管の径が太いので、充填する非孔性小球体の径の選択の幅も広いが、界面張力や粘度などに合わせて最適な径のものを選択すればよい。また、太い分離管を用いる場合、断面形状は必ずしも正円形でなくてよく、楕円形など滑らかな曲線を外輪郭とするようにすればよい。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の液液多段抽出装置の一実施例を示すものであり、また２液相のうち軽い方を移動相とする液液多段抽出法の一実施例をも示している。
直立分離管は、管壁に垂直な複数の隔壁により仕切られ、各隔壁には孔が形成され、複数のセルが直列連結されるように形成されている。また、分離管の下端に移動相の導入路、固定相の導出路を設け、上端に移動相の導出路、固定相の導入路を設け、さらに図示しないが各相の送液を可能とする送液機構をそれぞれ設けている。さらに、分離管の各セルの移動相端側には、非孔性小球体を充填し、その充填容積は定常状態の移動相体積より僅かに大きいものである。尚、この例におけるセルの移動相端側とは、移動相が安定に存在するセルの上端側を指し、この部分に多数の非孔性小球体を充填した。
【００１１】
前述のように順方向の送液は、上流側の分離管などから、分離管、そして下流側の分離管などへ続く流路を指すが、この実施例では、２液相のうち軽い方（軽液）を移動相、重い方（重液）を固定相としており、上流側が分離管の下端側となり、下流側が分離管の上端側となっている。したがって、この例では、移動相（軽液）の導入路は下端に、導出路は上端に設けられる。これに対し、固定相（重液）の導入路は上端に、導出路は下端に設けられる。要するに分離管の下端には、移動相（軽液）導入路及び固定相（重液）導出路が設けられ、分離管の上端には、移動相（軽液）導出路及び固定相（重液）導入路が設けられる。
【００１２】
そのため、この実施例における液液多段抽出法は、以下の(ａ')〜(ｄ')の操作を繰り返す。
(ａ')一定量の移動相（軽液）を順方向に流す。この場合、移動相（軽液）は、図示しない移動相用ポンプ（送液機構）の稼働により、上流側の分離管（図示しない下段側の分離管）などから、分離管、そして下流側の分離管（図示しない上段側の分離管）などへ送液される。図示した分離管では、下端の移動相（軽液）導入路から分離管内に導かれ、上端の移動相（軽液）導出路へ送られている。
(ｂ')その後、移動相（軽液）の送液を停止する。この場合、移動相用ポンプ（送液機構）を停止することにより、送液が停止する。
(ｃ')そして、セル１個の中の固定相体積だけ、分離管内で擾乱が起きないようゆっくりと逆方向に固定相（重液）を送液する。この場合、固定相（重液）は、図示しない固定相用ポンプ（送液機構）の稼働により、分離管の上端の固定相（重液）導入路から分離管内に導かれ、下端の固定相（重液）導出路から排出される。
(ｄ')そこで固定相（重液）の送液を停止する。そして、初めの状態(ａ')に戻す。
原試料は、この場合は直立分離管の下端から連続的に注入される。抽出対象物は、排出された固定相（重液）から回収処理して原試料より濃縮されて得られる。
【実施例２】
【００１３】
図２は、本発明の液液多段抽出装置の他の一実施例を示すものであり、また２液相のうち重い方を移動相とする液液多段抽出法の一実施例をも示している。
直立分離管は、前記図１の実施例と同様に管壁に垂直な複数の隔壁により仕切られ、各隔壁には孔が形成され、複数のセルが直列連結されるように形成されている。また、分離管の上端に移動相の導入路、固定相の導出路を設け、下端に移動相の導出路、固定相の導入路を設け、さらに図示しないが各相の送液を可能とする送液機構をそれぞれ設けた。さらに、分離管の各セルの移動相端側には、非孔性小球体を充填し、その充填容積は定常状態の移動相体積より僅かに大きいものである。尚、この例におけるセルの移動相端側とは、移動相（重液）が安定に存在するセルの下端側を指し、この部分に多数の非孔性小球体を充填した。
【００１４】
前述のように順方向の送液は、上流側の分離管などから、分離管、そして下流側の分離管などへ続く流路を指すが、この実施例では、２液相のうち重い方（重液）を移動相、軽い方（軽液）を固定相としており、上流側が分離管の上端側となり、下流側が分離管の下端側となっている。したがって、この例では、移動相（重液）の導入路は上端に、導出路は下端に設けられる。これに対し、固定相（軽液）の導入路は下端に、導出路は上端に設けられる。要するに分離管の上端には、移動相（重液）導入路及び固定相（軽液）導出路が設けられ、分離管の下端には、移動相（重液）導出路及び固定相（軽液）導入路が設けられる。
【００１５】
そのため、この実施例における液液多段抽出法は、以下の(ａ'')〜(ｄ'')の操作を繰り返す。
(ａ'')一定量の移動相（重液）を順方向に流す。この場合、移動相（重液）は、図示しない移動相用ポンプ（送液機構）の稼働により、上流側の分離管（図示しない上段側の分離管）などから、分離管、そして下流側の分離管（図示しない下段側の分離管）などへ送液される。図示した分離管では、上端の移動相（重液）導入路から分離管内に導かれ、下端の移動相（重液）導出路へ送られている。
(ｂ'')その後、移動相（軽液）の送液を停止する。この場合、移動相用ポンプ（送液機構）を停止することにより、送液が停止する。
(ｃ'')そして、セル１個の中の固定相体積だけ、分離管内で擾乱が起きないようゆっくりと逆方向に固定相（軽液）を送液する。この場合、固定相（軽液）は、図示しない固定相用ポンプ（送液機構）の稼働により、分離管の下端の固定相（軽液）導入路から分離管内に導かれ、上端の固定相（軽液）導出路から排出される。
(ｄ'')そこで固定相（軽液）の送液を停止する。そして、初めの状態(ａ'')に戻す。
原試料は、この場合は直立分離管の上端から連続的に注入される。抽出対象物は、排出された固定相（軽液）から回収処理して原試料より濃縮されて得られる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
核燃料処理におけるウランの回収除去工程、その他種々の廃液処理における特定成分の回収除去工程において、中核技術の一つとしての利用が見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の液液多段抽出装置の一実施例を示すものであり、また２液相のうち軽い方を移動相とする液液多段抽出法の一実施例をも示す断面図である。
【図２】本発明の液液多段抽出装置の他の一実施例を示すものであり、また２液相のうち重い方を移動相とする液液多段抽出法の一実施例をも示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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