(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸水溶液からなる陰極液(11a)を貯留する陰極室(11)と硝酸銀を含む硝酸水溶液からなる陽極液(12a)を貯留する陽極室(12)とが隔膜(10)により区画された電解槽(13)と、
前記電解槽(13)の陽極室(12)に貯留された硝酸水溶液(12a)を循環パイプ(20,21,22)を介して循環させる循環ポンプ(18)とを備え、
前記循環パイプ(20)の途中に放射性金属を吸着した不溶性タンニン(23d)を充填したカラム(23)が取外し可能に取付けられたことを特徴とする放射性金属の回収装置。
【請求項２】
一端が電解槽(13)とカラム(23)の間の循環パイプ(20)の途中に設けられた分岐弁(20c)に接続され、他端がカラム(23)と循環ポンプ(18)の間に設けられた分岐弁(20d)に接続され、かつカラム(23)と並行して設けられたバイパス管路(20e)を更に備えた請求項１記載の放射性金属の回収装置。
【請求項３】
不溶性タンニン(23d)を充填したカラム(23)に放射性金属を含む廃液を前記カラムの上部から下部に通した後に、２価の銀イオンを含む硝酸水溶液を前記カラムの下部から上部に通す請求項１記載の放射性金属の回収装置。
【請求項４】
カラム(23)が設けられる循環パイプ(20)の下流側であって、循環ポンプ(18)の上流側に更に中間槽(17)が設けられ、前記中間槽(17)は前記カラム(23)を通過した硝酸水溶液を一時貯留するとともに前記硝酸水溶液に含まれる反応生成ガスを系外へ排出するパージガスの導入口(17a)及び排出口(17b)を有する請求項１又は２記載の放射性金属の回収装置。
【請求項５】
放射性金属がウラン又はウランとプルトニウムを含む金属である請求項１ないし４いずれか記載の放射性金属の回収装置。
【請求項６】
不溶性タンニン(23d)を充填したカラム(23)に放射性金属を含む廃液を通して前記放射性金属を不溶性タンニン(23d)に吸着し、
２価の銀イオンを含む硝酸水溶液が循環して通過する循環パイプ(20)の途中に前記カラム(23)を取外し可能に取付け、
前記カラム(23)に充填された不溶性タンニン(23d)を硝酸水溶液により水溶性タンニンに解離するとともに前記２価の銀イオンによりタンニン酸構造を分解し、前記放射性金属を回収する方法であって、
前記カラム(23)に前記放射性金属を含む廃液を前記カラム(23)の上部(23a)から下部(23b)に通し、２価の銀イオンを含む硝酸水溶液を前記カラム(23)の下部(23b)から上部(23a)に通すことを特徴とする放射性金属の回収方法。
【請求項７】
２価の銀イオンを含む硝酸水溶液が、電解槽(13)の陽極室(12)に供給した硝酸銀を電解反応を行うことにより生成される請求項６記載の放射性金属の回収方法。
【請求項８】
放射性金属がウラン又はウランとプルトニウムを含む金属である請求項６又は７記載の放射性金属の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウラン又はウランとプルトニウム等の放射性金属を含む廃液から放射性金属を吸着した後、電気化学的手法を用いて放射性金属を回収する方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ウランを含む放射性廃液は中和処理を施した後に、凝集沈殿を行い、更に濃縮装置で濃縮して減容を行っていた。しかしながらこの廃液の処理方法は廃液の加熱濃縮や凝集添加剤によるウランの除去などの複雑な工程を要する上、最終的にウランを含む廃棄物が発生するため更に廃棄物処理が必要であった。
【０００３】
この加熱濃縮による廃液の処理に代わる方法のひとつとして廃液中の所定の成分を吸着剤に吸着させて処理する方法が知られている。一般的に、この吸着法を用いた装置は鉛直方向に長い筒体からなるカラムに吸着剤を充填し、一端からカラムの内部に廃液を流入させることにより廃液の所定の成分をこの吸着剤に吸着させるようになっている。所定の元素を吸着させた後の吸着剤はカラムから取り出される。吸着剤に吸着した所定の元素は溶離液により溶離されて回収される。
この吸着法に用いられる吸着剤には廃液中に含まれる金属元素の種類に応じて様々なものがあるが、アクチノイド元素などの放射性金属を吸着する吸着剤として、天然物から抽出される縮合型タンニン粉末を原料とする不溶性タンニンからなる吸着剤及びこの吸着剤による金属元素の吸着分離方法が提案されている（特許第３０３３７９６号）。この金属元素の吸着分離方法では、金属元素を吸着した吸着剤を希鉱酸に添加した後、撹拌し、この吸着剤から金属元素を脱着している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、吸着剤を用いて廃液に含まれる金属を吸着させた後、カラム内に溶離液を流すことにより金属を回収する方法では、金属を溶離した後の使用済みの吸着剤を処理するためには、焼却施設が必要となる問題があった。
本発明の目的は、使用済み吸着剤を焼却を行うことなく分解し、放射性金属を溶液として回収し得る放射性金属の回収方法及びその装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、硝酸水溶液からなる陰極液１１ａを貯留する陰極室１１と硝酸銀を含む硝酸水溶液からなる陽極液１２ａを貯留する陽極室１２とが隔膜１０により区画された電解槽１３と、電解槽１３の陽極室１２に貯留された硝酸水溶液１２ａを循環パイプ２０，２１，２２を介して循環させる循環ポンプ１８とを備え、循環パイプ２０の途中に放射性金属を吸着した不溶性タンニン２３ｄを充填したカラム２３が取外し可能に取付けられたことを特徴とする放射性金属の回収装置である。
請求項１に係る発明では、従来技術における処理装置に比較して構造を大幅に簡略化することができるため、装置の取扱いが容易である。放射性金属を吸着した不溶性タンニン２３ｄを充填したカラム２３が取外し可能に取付けられているため、カラム２３の交換を行うことで簡便に複数のカラムを処理することができる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、図１に示すように、一端が電解槽１３とカラム２３の間の循環パイプ２０の途中に設けられた分岐弁２０ｃに接続され、他端がカラム２３と循環ポンプ１８の間に設けられた分岐弁２０ｄに接続され、かつカラム２３と並行して設けられたバイパス管路２０ｅを更に備えた放射性金属の回収装置である。
請求項２に係る発明では、カラム２３交換時にバイパス管路２０ｅに硝酸水溶液が流れるようにしたため、装置を停止することなく連続運転できる。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、不溶性タンニン２３ｄを充填したカラム２３に放射性金属を含む廃液をカラムの上部から下部に通した後に、２価の銀イオンを含む硝酸水溶液をカラムの下部から上部に通す放射性金属の回収装置である。
請求項３に係る発明では、２価の銀イオンを含む硝酸水溶液をカラム２３の下部２３ｂから上部２３ａに向って通すことにより、不溶性タンニン２３ｄに吸着しているウランの溶離を容易にする。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、図１に示すように、カラム２３が設けられる循環パイプ２０の下流側であって、循環ポンプ１８の上流側に更に中間槽１７が設けられ、中間槽１７はカラム２３を通過した硝酸水溶液を一時貯留するとともに硝酸水溶液に含まれる反応生成ガスを系外へ排出するパージガスの導入口１７ａ及び排出口１７ｂを有する放射性金属の回収装置である。
請求項４に係る発明では、カラム２３が設けられる循環パイプ２０の下流側で、循環ポンプ１８の上流側にパージガスの導入口１７ａ及び排出口１７ｂを有する中間槽１７を設けられる。これにより、カラム内で分解した不活性タンニンの反応生成ガスが系外へ排出される。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４いずれかに係る発明であって、放射性金属がウラン又はウランとプルトニウムを含む金属である放射性金属の回収装置である。
請求項６に係る発明は、図１及び図４に示すように、不溶性タンニン２３ｄを充填したカラム２３に放射性金属を含む廃液を通して放射性金属を不溶性タンニン２３ｄに吸着し、２価の銀イオンを含む硝酸水溶液が循環して通過する循環パイプ２０の途中にカラム２３を取外し可能に取付け、カラム２３に充填された不溶性タンニン２３ｄを硝酸水溶液により水溶性タンニンに解離するとともに２価の銀イオンによりタンニン酸構造を分解し、放射性金属を回収する方法であって、カラム２３に放射性金属を含む廃液をカラム２３の上部２３ａから下部２３ｂに通し、２価の銀イオンを含む硝酸水溶液をカラム２３の下部２３ｂから上部２３ａに通すことを特徴とする放射性金属の回収方法である。
請求項６に係る発明では、放射性金属を含む廃液を不溶性タンニン２３ｄに吸着させ、カラム２３に充填された不溶性タンニン２３ｄを硝酸水溶液により水溶性タンニンに解離するとともに２価の銀イオンによりタンニン酸構造を分解し、放射性金属を溶液状態で回収する。これにより使用済み吸着剤を廃棄物として発生させることなく放射性金属を溶液状態で回収できる。２価の銀イオンを含む硝酸水溶液をカラム２３の下部２３ｂから上部２３ａに向って通すことにより、不溶性タンニン２３ｄに吸着しているウランの溶離を容易にする。
【００１０】
請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明であって、２価の銀イオンを含む硝酸水溶液が、電解槽１３の陽極室１２に供給した硝酸銀を電解反応を行うことにより生成される放射性金属の回収方法である。
請求項７に係る発明では、硝酸銀の電解反応により安定して２価の銀イオンが生成される。
請求項８に係る発明は、請求項６又は７に係る発明であって、放射性金属がウラン又はウランとプルトニウムを含む金属である放射性金属の回収方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について説明する。
本発明の回収装置は、図１に示すように、ほぼ密閉された円筒状の単一の電解槽１３を有する。この電解槽１３は、図２に示すように、その円筒中央部で隔膜１０により陰極室１１と陽極室１２とに区画される。なお、隔膜１０としては多孔質アルミナやイオン交換膜を使用することが好ましい。円板状の陰極１４が配置された陰極室１１には硝酸水溶液からなる陰極液１１ａが貯えられ、円板状の陽極１５が配置された陽極室１２には硝酸銀（ＡｇＮＯ3）が溶解した硝酸水溶液からなる陽極液１２ａが貯えられる。陰極室１１及び陽極室１２に貯えられる硝酸水溶液の硝酸濃度はそれぞれ陰極液が４〜１３モル／Ｌ、陽極液が４〜８モル／Ｌが好ましい。陰極室の硝酸濃度が４モル／Ｌ未満であると、水素が発生する不具合がある。陽極室１２には陽極液の排出口１２ｂ及び供給口１２ｃがそれぞれ設けられる。また、電解槽１３の陰極室１１には陰極液の排出口１１ｂ及び供給口１１ｃがそれぞれ設けられる。図１に示すように、陰極１４及び陽極１５には直流電源装置１６が接続される。
【００１２】
本発明の特徴ある構成は、電解槽１３の陽極室１２に貯留された硝酸銀を含む硝酸水溶液を循環パイプ２０，２１，２２を介して循環させる循環ポンプ１８とを備え、循環パイプ２０の途中に放射性金属を吸着した不溶性タンニン２３ｄを充填したカラム２３を取外し可能に取付けたことにある。不溶性タンニンを充填したカラムに通す廃液には、ウラン又はウランとプルトニウム等の放射性金属を含む。このカラム２３の取付けは、２価の銀イオンを含む硝酸水溶液が下部２３ｂから上部２３ａへ通るように行われる。この循環パイプ２０のカラム取付け位置前後にはバルブ２０ａ，２０ｂがそれぞれ設けられる。また、カラム２３と並行してバイパス管路２０ｅが設けられる。このバイパス管路２０ｅの一端は電解槽１３とカラム２３の間に循環パイプ２０の途中に設けられた分岐弁２０ｃに接続され、他端はカラム２３と中間槽１７の間に設けられた分岐弁２０ｄに接続される。
【００１３】
カラム２３が設けられる循環パイプ２０の下流側で、循環ポンプ１８の上流側には中間槽１７が設けられる。中間槽１７の上部にはパージガスであるＮ2ガスの導入口１７ａと硝酸水溶液に含まれる反応生成ガス及び導入したＮ2ガスを排出する排出口１７ｂとがそれぞれ設けられる。また中間槽１７の内部には陽極液１２ａが一時的に貯えられ、かつこの陽極液１２ａの温度を検出するための熱電対１７ｃが設けられる。更に中間槽１７の下部には液の排出バルブ１７ｄが設けられる。中間槽１７と循環ポンプ１８とを接続する循環パイプ２１の途中には分岐弁２４が設けられ、分岐管２４には管路２６を介して陽極液１２ａを供給する陽極液供給槽２８が接続される。
【００１４】
このように構成された放射性金属回収装置をウランを含む廃液を用いて説明する。先ず図４に示すように、カラム２３に不溶性タンニン２３ｄを充填する。即ち、このカラムの中央部２３ｃと下部２３ｂの間にガラスウール２３ｅを装填し、更にガラスウール２３ｅの上に不溶性タンニン２３ｄを充填する。カラム２３の上部からウランを含む廃液を導入し、廃液を不溶性タンニン２３ｄ中に通過させてウランを不溶性タンニン２３ｄに吸着させる。この吸着は廃液が不溶性タンニン２３ｄに接触するときに、タンニンの保有するポリフェノール性水酸基が官能基となってウランとキレート化合物を形成することにより行われる。ウランを吸着した不溶性タンニン２３ｄを充填したカラム２３を硝酸水溶液が下部２３ｂから上部２３ａへ通るように循環パイプ２０の途中に取付け、強い硝酸水溶液を通液することにより、不溶性タンニン２３ｄの架橋構造を解離しやすくなる。次いで循環パイプ２１の途中に設けられた分岐弁２４を切替えて管路２６を開き、循環ポンプ１８を駆動して陽極液供給槽２８から硝酸銀を含む硝酸水溶液からなる陽極液１２ａを供給口１２ｃより陽極室１２に注入して貯留する。一方、図示しない陰極液供給手段からは硝酸水溶液からなる陰極液１１ａを供給口１１ｃより陰極室１１に注入して貯留する。陽極液が所定の液量まで系内に注入された時点で分岐弁２４を切替えて管路２６を閉じる。その後、直流電源装置１６により陽極１５と陰極１４の間に電位差を与え、かつ循環ポンプ１８により陽極液１２ａを循環パイプ２０，２１及び２２を通して循環させる。分解反応を効率的に行う温度は４０〜７０℃である。陽極液中のＡｇＮＯ3が溶解して生成された１価の銀イオン（Ａｇ+）は電解槽１３における電解反応により２価の銀イオン（Ａｇ2+）になる。
【００１５】
一方、循環ポンプ１８によりカラム２３の下部２３ｂから上部２３ａに向ってＡｇ2+を含む硝酸水溶液１２ａが流れ、カラム２３内の不溶性タンニン２３ｄは強い硝酸水溶液と接触することにより、タンニンの架橋構造が解離してタンニンの性質が不溶性から水溶性になり、更にＡｇ2+によりタンニン酸の構造そのものが分解する。不溶性タンニン２３ｄの分解により生じる生成物の殆どが水とＣＯ2ガスである。またＡｇ2+を含む硝酸水溶液が循環ポンプ１８によりカラム２３に導入されると、上記不溶性タンニンの分解と同時に不溶性タンニン２３ｄに吸着していたウランは溶液状態で回収される。不溶性タンニン２３ｄが分解して発生した反応生成ガスは中間槽１７でＮ2ガスによりパージされ、排出口１７ｂから排出して系外に取除かれる。Ａｇ2+から変化したＡｇ+を含む硝酸水溶液は、再び電解槽１３に戻される。このように硝酸水溶液の陽極液は循環ポンプ１８により電解槽１３、カラム２３、中間槽１７、電解槽１３を循環し、硝酸水溶液中のＡｇ+は電解槽１３で電解反応によって、Ａｇ2+に再生される。
【００１６】
陽極液１２ａ中に含まれるウランの濃度が高くなったときには適宜排出バルブ１７ｄを開いて中間槽１７に一時的に貯留されている陽極液１２ａを系外へ排出して回収する。中間槽１７よりウラン濃度の高い陽極液１２ａを排出し回収した後は、排出バルブ１７ｄを閉じ、循環パイプ２１の途中に設けられた分岐管２４を開いて、陽極液供給槽２８より新たに陽極液１２ａを供給する。放射性金属の回収が終了してカラム２３を交換するときには、先ず循環ポンプ１８の運転を止め、循環パイプ２０のカラム取付け位置前後に設けられたバルブ２０ａ，２０ｂを閉めて陽極液１２ａの循環を止めた後にカラムを循環パイプ２０から取外すか、又は循環ポンプ１８を運転したまま分岐弁２０ｃ、２０ｄをそれぞれ開いて、陽極液１２ａを循環パイプ２０からバイパス管路２０ｅへと流路を変更し、次に循環パイプ２０のカラム取付け位置前後に設けられたバルブ２０ａ，２０ｂを閉めた後にカラムを循環パイプ２０から取外す。
【００１７】
なお、本実施の形態では電解槽１３を円筒状としたが、同様の機能を有するのであれば楕円状、角筒状等であってもよい。
また、図１に示すように、回収装置に中間槽１７を設け、この中間槽１７が硝酸水溶液に含まれる反応生成ガスを系外へ排出するパージガスの導入口１７ａ及び排出口１７ｂを有する形状としたが、回収装置に中間槽１７を設けずに、図３に示すように、電解槽１３にパージガスの導入口１１ｄ及び排出口１１ｅを形成して反応生成ガスを系外へ排出する構造にしてもよい。
【００１８】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
＜実施例＞
放射性金属を含む廃液としてウランを含む模擬廃液を用意した。この模擬廃液を２０ｍＬの不溶性タンニンを充填したカラムに２１．７Ｌ供給してウランを吸着させた。次に、ウランを吸着したカラムを図１に示す装置に電解液である２価の銀イオンを含む硝酸水溶液が下部２３ｂから上部２３ａへ通るように取付けた。電解液を装置内に循環させて直流電源装置により電位差を与えることにより電解反応を開始して、カラムに充填された不溶性タンニンを解離・無機化するとともに不溶性タンニンに吸着されたウランを溶液状態で回収した。
電解液中に溶解した回収ウラン量を表１に示す。
【００１９】
【表１】
0004441636.tif 000002
【００２０】
表１より明らかなように、回収したウラン量は不溶性タンニンに吸着した吸着ウラン量と同量となっており、ウランを溶液として回収できることを確認した。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、不溶性タンニンを充填したカラムに放射性金属を含む廃液を上部から下部に通して放射性金属を不溶性タンニンに吸着させた後、このカラムに２価の銀イオンを含む硝酸水溶液を下部から上部に通すことにより、カラム内において放射性金属を溶解できる。また、放射性金属を吸着した不溶性タンニンを充填したカラムを取外し可能に取付けるため、カラムの交換を行うことで簡便に複数のカラムを処理することができる。また、放射性金属を溶液状態にするとともにカラムに充填された不溶性タンニンも分解するので、放射性金属を溶液として回収することができ、かつ使用済み吸着剤が発生しない。その結果、使用済み吸着剤の焼却など大規模な施設が不要となるため装置を簡略化でき、コストの大幅な削減も可能となる。更に、回収装置にカラムと並行して設けられたバイパス管路を更に備えたので、カラム交換時にバイパス管路に硝酸水溶液が流れるようになり、装置を停止することなく連続運転できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウラン回収装置を示す概略図。
【図２】図１の電解槽の概略断面図。
【図３】パージガスの導入口及び排出口が形成された電解槽の断面図。
【図４】カラムの概略断面図。
【符号の説明】
１０  隔膜
１１  陰極室
１１ａ  陰極液
１２  陽極室
１２ａ  陽極液
１３  電解槽
１７  中間槽
１７ａ  導入口
１７ｂ  排出口
１８  循環ポンプ
２０，２１，２２  循環パイプ
２０ｃ，２０ｄ  分岐弁
２０ｅ  バイパス管路
２３  カラム
２３ｄ  不溶性タンニン
【図１】
0004441636.tif 000003
【図２】
0004441636.tif 000004
【図３】
0004441636.tif 000005
【図４】
0004441636.tif 000006