(57)【要約】【課題】使用済の金属ベリリウムからハロゲン化ベリリウムを製造し、高温での熱分解を行うことなく、比較的低い温度でベリリウムを資源回収できる方法を提供すること。【解決手段】放射化ベリリウムをハロゲンガスに暴露し、ハロゲン化ベリリウムを生成させる第一工程、ハロゲン化ベリリウムをマグネシウム還元によって金属ベリリウムとハロゲン化マグネシウムの混合固体を生成させる第二工程、及び水と希塩酸で交互処理を行って、金属ベリリウムとハロゲン化マグネシウムの混合固体からハロゲン化マグネシウムを溶解分離して金属ベリリウムを回収する第三工程を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済の金属ベリリウムをハロゲンガスに暴露し、ハロゲン化ベリリウムを生成させる第一工程、
前記ハロゲン化ベリリウムをマグネシウム還元によって金属ベリリウムとハロゲン化マグネシウムの混合固体を生成させる第二工程、及び
水と希塩酸を用いて、前記金属ベリリウムとハロゲン化マグネシウムの混合固体からハロゲン化マグネシウムを溶解分離して金属ベリリウムを回収する第三工程、
とから成ることを特徴とする使用済の金属ベリリウムからベリリウム資源を回収するための方法。
【請求項２】
使用済の金属ベリリウムをハロゲンガスに暴露し、ハロゲン化ベリリウムを生成させる第一工程、
前記ハロゲン化ベリリウムをマグネシウム還元によって金属ベリリウムとハロゲン化マグネシウムの混合固体を生成させる第二工程、
水と希塩酸を用いて、前記金属ベリリウムとハロゲン化マグネシウムの混合固体からハロゲン化マグネシウムを溶解分離して金属ベリリウムを回収する第三工程、及び
前記第三工程で得られたハロゲン化マグネシウム溶液を電解処理し、金属マグネシウムとハロゲンガスを回収する第四工程
とから成ることを特徴とする使用済の金属ベリリウムからベリリウム資源を回収するための方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第二工程におけるハロゲン化ベリリウムのマグネシウム還元を、600〜900℃の温度範囲で行うこと特徴とする使用済の金属ベリリウムからベリリウム資源を回収するための方法。
【請求項４】
請求項１または２において、前記第三工程で、前記金属ベリリウムとハロゲン化マグネシウムの前記混合固体を、水と希塩酸で交互に処理し、金属ベリリウムを回収することを特徴とする使用済の金属ベリリウムからベリリウム資源を回収するための方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項において、前記ハロゲンガスが、塩素、臭素またはヨウ素のいずれかであることを特徴とする使用済の金属ベリリウムからベリリウム資源を回収するための方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載された方法によって回収された金属ベリリウム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、原子炉で中性子反射体として利用された、金属ベリリウムを使用した製品から、その中に含まれる不純物元素や放射性物質である三重水素（トリチウム）や放射化コバルトなどの放射性物質を除去することにより、高純度なベリリウムを資源として回収するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベリリウムは、ウランの核分裂反応を利用する核分裂反応型原子炉における中性子反射体、さらに未来のエネルギーとしての核融合炉における中性子増倍材として、それぞれ大量に使用されている。一方、ベリリウムを中性子反射体あるいは中性子増倍材として利用すると、中性子（n）捕獲核反応により放射性物質である三重水素（トリチウム：3H）が生成されると共に、ベリリウム中に含まれている不純物元素の核反応によりコバルト６０（60Co）などの放射化不純物が生成される。このため、ベリリウムの核反応によって生成されたトリチウムや不純物元素が中性子で放射化されることによって生成される放射化コバルトなどは、ベリリウム中に蓄積し含有される。このため、原子炉内部で使用された金属ベリリウムは放射化汚染物となる。しかしながら、ベリリウム資源は希少であり、資源の枯渇、コストの高騰が心配される。この対策として、放射化した使用済の金属ベリリウムを資源として回収する様々な方法が提案されている。
【０００３】
使用済の金属ベリリウムの資源回収方法に関して、これまで開発された代表的な技術として、特許文献１乃至３に記載された方法が知られている。これら従来の方法では、ベリリウムを塩素ガスと反応させ、その後に反応物を1500℃程度の極めて高温状態で熱分解して、金属ベリリウムを分離回収している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４３７９８号公報（特許第３１９０００５号）
【特許文献２】特開２００９−１３９１５０号公報
【特許文献３】特開２００９−２２２４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ハロゲン元素と反応させて生成する揮発性ハロゲン化ベリリウムを、1500℃程度の高温で処理する従来のベリリウム資源回収方法では、ハロゲン元素とベリリウムの結合が強いためベリリウムの回収率が低いという問題、ハロゲン元素は腐食性が強いため熱分解用ヒーターや反応管が劣化し易いという安全性並びに経済性が悪いという問題など、多くの点で課題があった。また、従来技術ではこのような高温環境下で処理を行うため、この資源回収方法を実施するための装置を、高温でもハロゲン元素に対し高い耐食性を有する材料で構成する必要があり、このような観点からも経済性などに課題があった。
【０００６】
したがって、本発明の主たる目的は、使用済の金属ベリリウムからハロゲン化ベリリウムを製造した後、ベリリウム回収率が低い高温での熱分解を行うことなく、比較的低温でハロゲン元素を取り除くことができる金属マグネシウム還元反応を用いることによって、ベリリウムの回収効率を向上させた資源回収方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、ハロゲン化ベリリウムの金属マグネシウムとの還元反応の過程で得られるハロゲン化マグネシウムを電解処理することにより、金属マグネシウムとハロゲンガスをそれぞれ独立に回収し、再利用することができる、より一層効率的な資源回収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した本発明の主たる目的を達成する資源回収方法は、基本的に、放射化ベリリウムをハロゲンガスに暴露し、ハロゲン化ベリリウムを生成させる第一工程、前記ハロゲン化ベリリウムをマグネシウム還元によって金属ベリリウムとハロゲン化マグネシウムの混合固体を生成させる第二工程、及び水と希塩酸を用いて、前記金属ベリリウムとハロゲン化マグネシウムの混合固体からハロゲン化マグネシウムを溶解分離して金属ベリリウムを回収する第三工程とから成る。
【０００９】
また、上述した本発明の他の目的を達成する資源回収方法は、基本的に、放射化ベリリウムをハロゲンガスに暴露し、ハロゲン化ベリリウムを生成させる第一工程、前記ハロゲン化ベリリウムをマグネシウム還元によって金属ベリリウムとハロゲン化マグネシウムの混合固体を生成させる第二工程、水と希塩酸を用いて、前記金属ベリリウムとハロゲン化マグネシウムの混合固体からハロゲン化マグネシウムを溶解分離して金属ベリリウムを回収する第三工程、及び前記第三工程で得られた塩化マグネシウム溶液を電解処理し、金属マグネシウムとハロゲンガスを回収する第四工程とから成る。この第四工程を付加することによって、金属マグネシウムとハロゲンガスを再利用することができ、資源の一層の有効活用が図れるようになる。
【００１０】
好適には、前記第二工程におけるハロゲン化ベリリウムのマグネシウム還元を、600〜900℃の温度範囲で行うことが望ましい。これは、600℃より低い温度では反応速度が落ちるためであり、逆に900℃よりも高い温度ではベリリウムが揮発して回収率が落ちるためである。
【００１１】
また好適には、前記第三工程で、前記金属ベリリウムとハロゲン化マグネシウムの前記混合固体を、水と希塩酸で交互に処理し、金属ベリリウムを回収することが望ましい。
【００１２】
さらに、好適には、前記ハロゲンガスが、塩素、臭素、ヨウ素のいずれかであることが望ましい。フッ素はベリリウムとの結合が強すぎることと生成するフッ化マグネシウムが水に難溶性のため、金属ベリリウムの回収が困難になるため、好ましくない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、使用済の金属ベリリウムからハロゲン化ベリリウムを製造した後、ベリリウム回収率が低い高温での熱分解を行うことなく、比較的低温でハロゲン元素を取り除くことができる金属マグネシウム還元反応を用いているので、ベリリウムの回収効率を従来技術よりも大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るベリリウム資源を回収するための方法を説明するための工程を示すフロー図である。
【図２】図１に示された工程を実施するための装置の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。図１は、使用済の金属ベリリウムからトリチウムや放射性コバルトなどの不純物を除去し、ベリリウム資源を回収するための化学冶金プロセスフローを示す。図２は、不純物含有ベリリウムから高純度ベリリウムを回収するための装置の一例を示す図である。
【００１６】
最初に、図１を参照し、本発明に係るベリリウム資源の回収方法に説明する。なお、以下の説明において、第四工程は、ベリリウム資源の回収だけであれば、必ずしも必要な工程ではないが、この第四工程を付加することによって、金属マグネシウムやハロゲンガスの再利用が可能になり、ベリリウム資源をより一層経済的に回収できるようになる。
【００１７】
第一工程（塩素化精製工程）１０１では、トリチウムや放射化コバルトなどの放射化不純物が複数混在する使用済金属ベリリウムを、500〜550℃の範囲の温度で塩素ガスと反応させ、不揮発性不純物を分離し、生成するBeCl2 ガスを精留し、その中の不純物をさらに除去する。次に、高温部500℃から低温部200℃に段階的に降温制御し、低温部にBeCl2 を分離回収する。この際、3HCl（塩化トリチウム）とCl2 を分離回収し、3HClを分離除去した後Cl2 を回収し再利用する。
【００１８】
第二工程（Mg 還元工程）１０２では、第一工程で回収したBeCl2 を550〜600℃で溶融させ、溶融Mg へ滴下し、600〜900℃の範囲の温度でBeCl2+Mg → Be+MgCl2 の反応を進ませる。この反応は発熱反応のため、適切な手段で除熱し反応を制御する必要がある。
【００１９】
第三工程（Be 回収工程）１０３では、第二工程処理後冷却し、生成した金属Be とMgCl2 の混合体（固体状）を水並びに希塩酸（0.05mol）で交互に処理し、MgCl2を溶解分離する。この処理によって金属Be はフレーク状で回収できる。なお、水並びに希塩酸で交互に処理する際に、50〜80℃の範囲で加温するか、超音波処理を併用することで、MgCl2 溶解分離を一層効率的に行うことができる。
【００２０】
以上の工程に加えて、次の第四工程を加えることによって、これまでの工程で使用した金属Mg とCl2 を回収することができ、これらを本プロセスで再利用することができるようになる。第四工程（MgCl2 電解回収工程）１０４では、第三工程１０３で金属Be から溶解分離したMgCl2 溶液を、蒸発濃縮後溶融塩電解し、金属Mg とCl2 を回収する。
【実施例】
【００２１】
以下に、上述の基本概念に基づいて、図2のように構成した装置を用いてベリリウム資源の回収を行った例について説明する。
【００２２】
第一工程：Be処理容器２１内の使用済金属ベリリウムを、電気炉である塩素化反応塔２２において塩素ガスに曝露し500〜550℃の範囲の温度に加熱すると、不揮発性の60Co からBeCl2 が揮発し分離した。揮発したBeCl2ガスをBeCl2 精留塔２３において精留後、精留されたBeCl2 をBeCl2 回収塔２４に移し、高温部500℃から低温部200℃に段階的に降温制御すると、低温部にBeCl2が分離回収された。3HCl （塩化トリチウム）とCl2は温度制御により分離回収でき、ガス分離塔２５において3HCl を分離除去した後Cl2 を回収した。
【００２３】
第二工程：第一工程で回収したBeCl2 を回収BeCl2 溶融槽２６に移し、550〜600℃の範囲の温度で溶融させて、Mg還元槽２７内の溶融Mg へ滴下し、除熱しながらハロゲン化ベリリウムのマグネシウム還元を600〜900℃の温度範囲で行った結果、BeCl2+Mg・Be+MgCl2 の反応が進行した。
【００２４】
第三工程：第二工程処理後に冷却して得た金属Be とMgCl2 の混合固体を、Mg除去槽２８において水と希塩酸で交互に処理した結果、MgCl2 が選択的に溶解し分離した。この処理によって金属Be はフレーク状で回収できた。
【００２５】
第四工程：第三工程で金属Be から溶解分離したMgCl2溶液を蒸発濃縮後、MgCl2電解回収層２９に移し、そこで溶融塩電解した結果、金属Mg とCl2 を回収できた。回収した金属Mg とCl2 は、本プロセスで再利用することが可能である。
【００２６】
以上のように、本実施例では、使用済の金属ベリリウムから塩化ベリリウムを製造し、それを600〜900℃で溶融金属Mg と反応させ、冷却後水・希塩酸で処理した結果、純度95〜99%のフレーク状の金属ベリリウムが得られた。
【符号の説明】
【００２７】
１０１：第一工程
１０２：第二工程
１０３：第三工程
１０４：第四工程
２１：Be処理容器
２２：塩素化反応塔
２３：BeCl2 精留塔
２４：BeCl2 回収塔
２５：ガス分離塔
２６：回収BeCl2 溶融槽
２７：Mg還元槽
２８：Mg除去槽
２９：MgCl2電解回収層
【図１】
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【図２】
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