JP2005201729A - Separation recovery method for zirconium and molybdenum - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ジルコニウム(Zr)およびモリブデン(Mo)を含む放射性廃液からZrを選択的に分離回収する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for selectively separating and recovering Zr from a radioactive liquid waste containing zirconium (Zr) and molybdenum (Mo).
ZrおよびMoは、原子力関連施設において使用済み核燃料の再処理工程や核物質の製造・解体工程等で発生する高レベル放射性廃棄物由来の廃液中に含まれている。 Zr and Mo are contained in the waste liquid derived from the high-level radioactive waste generated in the nuclear-related facility in the reprocessing process of spent nuclear fuel, the manufacturing / dismantling process of nuclear material, and the like.
原子力関連施設から発生する高レベル廃棄物とは、原子力発電所からの使用済み核燃料を再処理して有用なウラン(U)やプルトニウム(Pu)を回収する際に発生する核分裂生成物と超ウラン元素(原子番号92以降の放射性元素)を主とする放射性廃棄物をいい、再処理プロセスからは主として液体状で発生する。現在工業的に行われているピューレックス法と呼ばれる使用済み核燃料の再処理プロセスでは、使用済み核燃料を硝酸で溶解し、この燃料溶解液からリン酸トリブチル(以下、TBPという)を抽出剤として用いる溶媒抽出法によりUやPuを抽出分離して回収している。燃料溶解液中に含まれる種々の核分裂生成物や超ウラン元素は抽出残液に残り、この抽出残液は高レベル放射性廃液として発生する。また、使用済み核燃料を溶解する工程や燃料溶解残渣を処理する工程においても、上述のような高レベル放射性廃液が発生している。さらに、海外の一部の機関ではUやPu等の核物質の製造生産、または核物質の解体利用においても、上述のような高レベル放射性廃液が発生している。 High-level waste generated from nuclear-related facilities means fission products and transuranium generated when reprocessing spent nuclear fuel from nuclear power plants to recover useful uranium (U) and plutonium (Pu). This refers to radioactive waste mainly composed of elements (radioactive elements after atomic number 92), and is mainly generated in liquid form from the reprocessing process. In a process for reprocessing spent nuclear fuel called the Purex process currently being industrially used, spent nuclear fuel is dissolved with nitric acid, and tributyl phosphate (hereinafter referred to as TBP) is used as an extractant from the fuel solution. U and Pu are extracted and separated by a solvent extraction method. Various fission products and transuranium elements contained in the fuel solution remain in the extraction residue, and this extraction residue is generated as a high-level radioactive waste solution. In addition, high-level radioactive liquid waste as described above is also generated in the step of dissolving spent nuclear fuel and the step of treating fuel dissolution residue. Furthermore, high-level radioactive liquid waste as described above is also generated in some overseas institutions in the production and production of nuclear materials such as U and Pu, or in the use and dismantling of nuclear materials.
なお、上述のような高レベル放射性廃液は硝酸回収工程や蒸発濃縮工程を経て、最終的にガラス固化体の形態に加工してから地層深部に貯蔵する処分計画が現在進行中である。 It should be noted that a disposal plan is currently underway in which the high-level radioactive liquid waste as described above undergoes a nitric acid recovery process and an evaporative concentration process and is finally processed into a vitrified form and then stored in the deep part of the formation.
高レベル放射性廃液中には、上述の再処理プロセスで完全に回収されなかった少量のUやPuの他に、セシウム(Cs)等のアルカリ金属元素、ストロンチウム(Sr)やバリウム(Ba)等のアルカリ土類金属元素、ネオジム(Nd)やセリウム(Ce)、プロメチウム(Pm)、イットリウム(Y)等の希土類元素、ネプツニウム(Np)、アメリシウム(Am)、キュリウム(Cm)等のマイナーアクチニド元素、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)等の白金族元素、ZrやMo、ニオブ(Nb)、テクネチウム(Tc)等の約40元素の様々な核種が存在している。高レベル放射性廃液中に含まれる種々の元素をその放射能レベルや寿命、発熱性等の性質によっていくつかの元素グループに分離(群分離)し、それぞれ合理的な処理処分を講ずることは、廃棄物処分の経済性および効率性の向上、環境負荷の低減、資源の有効利用等の観点から極めて重要である。 In the high-level radioactive liquid waste, in addition to a small amount of U and Pu that were not completely recovered by the above-described reprocessing process, alkali metal elements such as cesium (Cs), strontium (Sr), barium (Ba), etc. Alkaline earth metal elements, rare earth elements such as neodymium (Nd), cerium (Ce), promethium (Pm), yttrium (Y), minor actinide elements such as neptunium (Np), americium (Am), curium (Cm), There are various nuclides of platinum group elements such as palladium (Pd), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), and about 40 elements such as Zr, Mo, niobium (Nb), and technetium (Tc). Various elements contained in high-level radioactive liquid waste are separated into several element groups (group separation) according to their radioactivity level, lifespan, exothermic property, etc. This is extremely important from the viewpoints of improving the economics and efficiency of material disposal, reducing the environmental burden, and effectively using resources.
ZrやMoの酸化物は融点が高く、高レベル放射性廃棄物のガラス固化体を作製する際にその融点にあわせて溶融温度を高める必要がある。特に、通常の溶融ガラス中へのMoO3の溶解限度は3重量%以下である。また、ZrやMoの酸化物はガラス固化体の機械的強度を弱めるため、ガラス中の廃棄物の含有量を制限せざるを得ず、このため、ガラス固化体の全量が増えることになる。 The oxides of Zr and Mo have a high melting point, and it is necessary to increase the melting temperature in accordance with the melting point when producing a vitrified body of high-level radioactive waste. In particular, the solubility limit of MoO 3 in ordinary molten glass is 3% by weight or less. Moreover, since the oxides of Zr and Mo weaken the mechanical strength of the vitrified body, the content of waste in the glass has to be restricted, which increases the total amount of vitrified body.
ところで、本発明者らにより公開された特許文献1および特許文献2に記載された方法によれば、ZrをMoと共に高レベル放射性廃液中の他の元素から分離回収することは可能であるが、ZrとMoを相互に分離することはできない。高レベル放射性廃液中のZrには極めて長い半減期を有する放射性核種(93Zrの半減期は95万年)も含まれているのに対し、Moはほとんど放射性を有しない安定核種若しくは寿命が極めて短い核種であり、かつ最も存在量の多い核分裂生成元素の一つである。使用済み核燃料中のMo含有量は燃料の組成や燃焼度等にもよるが、軽水炉から取り出される通常の使用済み核燃料中のMo含有量は約0.3〜0.4重量%であり、高速増殖炉から取り出される使用済み核燃料中のMo含有量は約0.6〜0.7重量%であり、いずれも核分裂生成元素の全重量の約1割程度を占めている。
By the way, according to the method described in Patent Document 1 and
従って、特許文献1若しくは特許文献2に記載された方法により得られた回収液からZrとMoとを相互分離できれば、Moのみを非放射性若しくは低レベル放射性廃棄物として容易に処理処分することが十分可能であり、結果として高レベル放射性廃棄物を減容することが可能となる。しかしながら、高レベル放射性廃液中におけるZrとMoは互いに類似な化学形態や分離挙動を示すため、有効な分離方法が確立されていないのが現状である。
Therefore, if Zr and Mo can be separated from the recovered liquid obtained by the method described in Patent Document 1 or
以上のように、高レベル放射性廃液中にZrおよびMoが多量に存在すると、ガラス固化体の製造工程を妨害し、さらにガラス固化体量の増加を招くおそれがある。また、特許文献1および特許文献2に記載された方法によって、高レベル放射性廃液からZrとMoを一緒に分離回収することまでは可能であるが、その回収液中には放射性のZrが非放射性のMoと混在しているため、Moのみを単独で非放射性若しくは低レベル放射性廃棄物として処理処分することができず、放射性廃液処理処分の効率性および経済性の向上を阻害する大きな要因の一つになっている。
As described above, when a large amount of Zr and Mo are present in the high-level radioactive liquid waste, the vitrified product production process may be hindered, and the vitrified product amount may be increased. Further, it is possible to separate and recover Zr and Mo from high-level radioactive liquid waste by the methods described in Patent Document 1 and
この発明は、従来の高レベル放射性廃液からの元素の分離回収方法における欠点を克服するためになされたもので、その目的とするところは、使用済み核燃料の再処理や核物質の製造・解体工程等を行う原子力関連施設で発生する高レベル放射性廃液等に含有しているZrとMoとを効率的かつ経済的に相互分離することを可能にするZrとMoの分離回収方法を提供する点にある。 The present invention has been made to overcome the disadvantages of the conventional method for separating and recovering elements from high-level radioactive liquid waste, and its object is to reprocess spent nuclear fuel and to manufacture and dismantle nuclear materials. To provide a method for separating and recovering Zr and Mo that makes it possible to efficiently and economically separate Zr and Mo contained in high-level radioactive liquid waste generated at nuclear-related facilities performing is there.
この発明に係るZrとMoの分離回収方法は、ZrおよびMoを含有する溶液に、N,N,N´,N´−テトラオクチル−3−オキサペンタン−1,5−ジアミド(以下、TODGAという)を含有する固体吸着剤(以下、TODGA吸着剤という)を接触させ、上記溶液中のZrをTODGA吸着剤に選択的に吸着させる吸着工程を備えたことを特徴とするものである。 In the method for separating and recovering Zr and Mo according to the present invention, N, N, N ′, N′-tetraoctyl-3-oxapentane-1,5-diamide (hereinafter referred to as TODGA) is added to a solution containing Zr and Mo. ) Containing a solid adsorbent (hereinafter referred to as TODGA adsorbent), and an adsorption step of selectively adsorbing Zr in the solution onto the TODGA adsorbent is provided.
この発明に係るZrとMoの分離回収方法は、上記吸着工程においてZrを選択的に吸着したTODGA吸着剤をシュウ酸若しくはジエチレントリアミン五酢酸(以下、DTPAという)に接触させて、上記TODGA吸着剤に吸着したZrを溶離回収する溶離工程を前記吸着工程の後に備えたことを特徴とするものである。 In the method for separating and recovering Zr and Mo according to the present invention, the TODGA adsorbent that selectively adsorbs Zr in the adsorption step is brought into contact with oxalic acid or diethylenetriaminepentaacetic acid (hereinafter referred to as DTPA), and the TODGA adsorbent is brought into contact with the TODGA adsorbent. An elution step of eluting and collecting the adsorbed Zr is provided after the adsorption step.
この発明に係るZrとMoの分離回収方法は、ZrおよびMoを含有する溶液として、使用済み核燃料の再処理工程で発生する硝酸酸性の高レベル放射性廃液を処理して得られるZr、Moおよびシュウ酸を含有する回収液を用いたものであることを特徴とするものである。ここで、この回収液は、特許文献1に記載された方法によって処理して得られたものであって、具体的にはZrおよびMo等を含有する高レベル放射性廃液に二座配位子有機リン化合物吸着剤(例えばオクチル(フェニル)−N,N−ジイソブチルカーバモイルメチルホスフィネオクシド(以下、CMPOという)またはジヘキシル−N,N−ジエチルカーバモイルメチルホスフォネート(以下、CMPという))を接触させ、上記廃液中のZrおよびMo等を上記吸着剤に吸着させた後、この吸着剤をシュウ酸溶液に接触させ、上記吸着剤からZrおよびMoを溶出させて得られるものである。 The method for separating and recovering Zr and Mo according to the present invention comprises Zr, Mo, and Shu obtained by treating nitric acid acidic high-level radioactive liquid waste generated in a reprocessing step of spent nuclear fuel as a solution containing Zr and Mo. It is a thing using the collection | recovery liquid containing an acid. Here, this recovered liquid was obtained by processing by the method described in Patent Document 1, and specifically, a bidentate ligand organic compound was added to a high-level radioactive waste liquid containing Zr and Mo. Phosphorus compound adsorbent (for example, octyl (phenyl) -N, N-diisobutylcarbamoylmethylphosphineocid (hereinafter referred to as CMPO) or dihexyl-N, N-diethylcarbamoylmethylphosphonate (hereinafter referred to as CMP)) And Zr and Mo in the waste liquid are adsorbed on the adsorbent, and then the adsorbent is brought into contact with an oxalic acid solution to elute Zr and Mo from the adsorbent.
この発明に係るZrとMoの分離回収方法は、ZrおよびMoを含有する溶液として、使用済み核燃料の再処理工程で発生する硝酸酸性の高レベル放射性廃液を処理して得られるZr、MoおよびDTPAを含有する回収液を用いたものであることを特徴とするものである。ここで、この回収液は、特許文献2に記載された方法によって処理して得られたものであって、具体的には、ZrおよびMo等を含有する高レベル放射性廃液を有機リン化合物(上記CMPOまたはCMP)を含有する吸着剤と接触させ、この吸着剤を、DTPAを含有する酸性水溶液に接触させ、ZrおよびMo等の元素を溶出させて得られたものである。
The method for separating and recovering Zr and Mo according to the present invention is a solution containing Zr and Mo. Zr, Mo and DTPA obtained by treating a nitric acid high-level radioactive liquid waste generated in a reprocessing step of spent nuclear fuel. It is a thing using the collection | recovery liquid containing this. Here, this recovered liquid was obtained by processing by the method described in
この発明によれば、ZrおよびMoを含有する溶液に、他の吸着剤よりもZrを吸着する能力に優れ、吸着と溶離速度が速いシリカ/ポリマー複合担体担持型のTODGA吸着剤を接触させ、上記溶液中のZrをTODGA吸着剤に選択的に吸着させる吸着工程を備えるように構成したので、ZrとMoとが混在する溶液中からZrのみをTODGA吸着剤に効率よく吸着させることができ、ZrとMoとを確実に相互分離することができるという効果がある。また、Zrの分離にTODGAを用いるように構成したので、従来の方法で多量に使用されていた、高濃度のTBPを希釈するためのドデカン等の炭化水素希釈剤を使用する必要がなく、固体吸着剤として使用するため、処理工程で後処理が困難な放射性有機廃液の発生量を著しく低減できると共に、処理工程において金属塩やアンモニウムを含有する塩類を使用しないため、処理処分が困難な高塩濃度放射性廃液が発生しないという効果がある。 According to this invention, a solution containing Zr and Mo is brought into contact with a silica / polymer composite carrier-supported TODGA adsorbent that has an excellent ability to adsorb Zr than other adsorbents and has a high adsorption and elution rate. Since it is configured to include an adsorption step for selectively adsorbing Zr in the solution to the TODGA adsorbent, only Zr can be efficiently adsorbed to the TODGA adsorbent from a solution in which Zr and Mo are mixed. There is an effect that Zr and Mo can be reliably separated from each other. In addition, since it is configured to use TODGA for separation of Zr, it is not necessary to use a hydrocarbon diluent such as dodecane for diluting a high concentration of TBP, which has been used in a large amount in the conventional method. Because it is used as an adsorbent, it can significantly reduce the amount of radioactive organic waste liquid that is difficult to post-process in the processing process, and it does not use metal salts or salts containing ammonium in the processing process. There is an effect that concentration radioactive waste liquid is not generated.
この発明によれば、上記吸着工程においてZrを選択的に吸着したTODGA吸着剤をシュウ酸若しくはDTPAに接触させて、上記TODGA吸着剤に吸着したZrを溶離回収する溶離工程を前記吸着工程の後に備えるように構成したので、Moから相互分離したZrを効率よく確実に回収することができるという効果がある。従って、放射性廃液処理処分の効率性および経済性の向上を図れるという効果がある。 According to the present invention, an elution step in which the TODGA adsorbent that selectively adsorbs Zr in the adsorption step is brought into contact with oxalic acid or DTPA to elute and recover the Zr adsorbed on the TODGA adsorbent is performed after the adsorption step. Since it comprised so that it might comprise, there exists an effect that Zr mutually isolate | separated from Mo can be collect | recovered efficiently and reliably. Therefore, there is an effect that it is possible to improve the efficiency and economical efficiency of the radioactive liquid waste disposal.
この発明によれば、ZrおよびMoを含有する溶液として、使用済み核燃料の再処理工程で発生する硝酸酸性の高レベル放射性廃液を処理して得られるZr、Moおよびシュウ酸を含有する回収液を用いるように構成したので、例えば本発明者らによる特許文献1に記載された方法によって処理して得られた回収液を有効に使用することができ、特許文献1に記載された方法と併せた一連の処分法を構築することで、高レベル放射性廃液中に含まれる種々の元素をその放射能レベルや寿命、発熱性等の性質によって群分離し、それぞれ合理的な処理処分を講じることができ、廃棄物処分の経済性および効率性の向上、環境負荷の低減、資源の有効利用等を図ることができるという効果がある。 According to the present invention, as a solution containing Zr and Mo, a recovered solution containing Zr, Mo and oxalic acid obtained by treating a nitric acid high-level radioactive liquid waste generated in the reprocessing step of spent nuclear fuel. Since it was configured to use, for example, the recovered liquid obtained by processing by the method described in Patent Document 1 by the present inventors can be used effectively, and combined with the method described in Patent Document 1 By constructing a series of disposal methods, various elements contained in high-level radioactive liquid waste can be separated into groups according to their radioactivity level, lifespan, exothermic nature, etc., and each can be disposed of rationally. There is an effect that it is possible to improve the economical efficiency and efficiency of waste disposal, reduce the environmental load, and effectively use resources.
この発明によれば、ZrおよびMoを含有する溶液として、使用済み核燃料の再処理工程で発生する硝酸酸性の高レベル放射性廃液を処理して得られるZr、MoおよびDTPAを含有する回収液を用いるように構成したので、例えば本発明者らによる特許文献2に記載された方法によって処理して得られた回収液を有効に使用することができ、特許文献2に記載された方法と併せた一連の処分法を構築することで、高レベル放射性廃液中に含まれる種々の元素をその放射能レベルや寿命、発熱性等の性質によって群分離し、それぞれ合理的な処理処分を講じることができ、廃棄物処分の経済性および効率性の向上、環境負荷の低減、資源の有効利用等を図ることができるという効果がある。
According to the present invention, as the solution containing Zr and Mo, the recovered solution containing Zr, Mo and DTPA obtained by treating the nitric acid high-level radioactive waste liquid generated in the reprocessing step of the spent nuclear fuel is used. Thus, for example, the recovered liquid obtained by processing by the method described in
この発明に係るZrとMoの分離回収方法は、高レベル放射性廃液を特許文献1および特許文献2に記載された方法によって分離回収されたZrおよびMoを含有する回収液の酸性度を調整する溶液調整工程と、TODGAを含有する固体吸着剤と上記回収液を接触させ、上記回収液中のZrを上記固体吸着剤に吸着させる吸着工程と、上記固体吸着剤をシュウ酸若しくはDTPA水溶液に接触させ、上記固体吸着剤からZrを溶出させる溶離工程を備えたものである。
The method for separating and recovering Zr and Mo according to the present invention is a solution for adjusting the acidity of a recovered solution containing Zr and Mo obtained by separating and recovering high-level radioactive liquid waste by the methods described in Patent Document 1 and
この発明に係るZrとMoの分離回収方法の構成概要を各工程に分けて、さらに詳細に説明する。 The outline of the structure of the Zr and Mo separation and recovery method according to the present invention will be described in more detail by dividing it into each step.
1.溶液調整工程
高レベル放射性廃液を特許文献1に記載した方法により処理して得られたZrおよびMoを含有する回収液は、0.1mol/l〜1mol/l程度の錯化剤シュウ酸を含む酸性溶液(以下、回収液Aという)である。また、高レベル放射性廃液を特許文献2に記載した方法により処理して得られたZrおよびMoを含有する回収液は、0.01mol/l〜0.1mol/l程度の錯化剤DTPAを含むpH1〜2程度の硝酸酸性溶液(以下、回収液Bという)である。
1. Solution Preparation Step A recovered solution containing Zr and Mo obtained by treating a high-level radioactive liquid waste by the method described in Patent Document 1 contains about 0.1 mol / l to 1 mol / l complexing agent oxalic acid. It is an acidic solution (hereinafter referred to as recovered liquid A). Moreover, the recovery liquid containing Zr and Mo obtained by processing the high-level radioactive liquid waste by the method described in
本発明者らは、まず硝酸溶液におけるZrおよびMoに対するTODGA吸着剤の吸着特性を調べた。図1はTODGA吸着剤によるZrおよびMoの吸着分配係数と溶液中の硝酸濃度との関係を示すグラフである。吸着分配係数は、吸着平衡時における吸着剤中の金属濃度と溶液中の金属濃度との比率として定義される。図1において吸着分配係数の値が大きいほど、吸着性が強いことを意味している。試験に用いたTODGA吸着剤とはTODGA試薬を後述のシリカ/ポリマー複合担体に含浸担持した吸着剤である。図1から明らかなように、Moに比べてZrの方がTODGA吸着剤に遙かに強い吸着性を示している。すなわち、TODGA吸着剤によりZrを選択的に吸着させることで、Moとの相互分離が可能であることが示唆された。 The inventors first examined the adsorption characteristics of the TODGA adsorbent for Zr and Mo in a nitric acid solution. FIG. 1 is a graph showing the relationship between the adsorption partition coefficient of Zr and Mo by the TODGA adsorbent and the nitric acid concentration in the solution. The adsorption partition coefficient is defined as the ratio between the metal concentration in the adsorbent and the metal concentration in the solution at the time of adsorption equilibrium. In FIG. 1, the larger the value of the adsorption distribution coefficient, the stronger the adsorptivity. The TODGA adsorbent used in the test is an adsorbent obtained by impregnating and supporting a TODGA reagent on a silica / polymer composite carrier described later. As is clear from FIG. 1, Zr has a much stronger adsorptivity to the TODGA adsorbent than Mo. That is, it was suggested that mutual separation from Mo is possible by selectively adsorbing Zr with a TODGA adsorbent.
一方、上述したように処理液中にはシュウ酸若しくはDTPA等の錯化剤が共存しており、本発明者らはさらに種々濃度のシュウ酸またはDTPAが共存した硝酸溶液中におけるZrおよびMoのTODGA吸着剤への吸着性能を調べた。シュウ酸を含有する溶液中におけるZrおよびMoの吸着分配係数の硝酸濃度依存性について測定した結果の一例を図1に示す。図1により、0.5mol/lのシュウ酸を含む溶液中では、約4mol/l以上の硝酸濃度になるとZrが顕著な吸着性を示し、Zrの吸着分配係数が硝酸濃度の増加と共に著しく増大している。一方、Moは何れの硝酸濃度においても殆ど吸着性を示さないことが認められた。 On the other hand, as described above, complexing agents such as oxalic acid or DTPA coexist in the treatment liquid, and the present inventors further added Zr and Mo in nitric acid solutions in which various concentrations of oxalic acid or DTPA coexisted. The adsorption performance to the TODGA adsorbent was examined. FIG. 1 shows an example of the results of measuring the dependence of the adsorption partition coefficients of Zr and Mo on the nitric acid concentration in a solution containing oxalic acid. As shown in FIG. 1, in a solution containing 0.5 mol / l oxalic acid, Zr shows a remarkable adsorptivity at a nitric acid concentration of about 4 mol / l or more, and the adsorption partition coefficient of Zr increases remarkably with increasing nitric acid concentration. doing. On the other hand, it was recognized that Mo hardly showed adsorptivity at any nitric acid concentration.
同様に、DTPAを含有する溶液中におけるZrおよびMoの吸着分配係数の硝酸濃度依存性について測定した結果の一例を図1に示す。図1により、0.05mol/lのDTPAを含む溶液中では、約2mol/l以上の硝酸濃度になるとZrが顕著な吸着性を示し、Zrの吸着分配係数が硝酸濃度の増加と共に著しく増大している。一方、Moの吸着分配係数も硝酸濃度の増加に伴い緩やかな増大を示しているが、Zrに比べて吸着性が極めて弱いことが認められた。 Similarly, FIG. 1 shows an example of the measurement results of the dependence of the adsorption partition coefficients of Zr and Mo on the nitric acid concentration in a solution containing DTPA. As shown in FIG. 1, in a solution containing 0.05 mol / l DTPA, Zr showed a remarkable adsorptivity at a nitric acid concentration of about 2 mol / l or more, and the adsorption partition coefficient of Zr markedly increased as the nitric acid concentration increased. ing. On the other hand, the adsorption partition coefficient of Mo showed a gradual increase with increasing nitric acid concentration, but it was recognized that the adsorptivity was extremely weak compared to Zr.
これらの結果により、ZrおよびMoを含む回収液からZrを選択的に吸着させてMoとの有効な分離を達成するには、まず回収液中の硝酸濃度を調整する必要がある。当然のことながら、必要な硝酸濃度は回収液中に含まれるシュウ酸やDTPA濃度にも依存する。本発明者らは種々濃度のシュウ酸ならびにDTPAの存在下におけるZr、Moの吸着挙動と硝酸濃度との関係を調べた結果、想定される回収液A中の0.1mol/l〜1mol/l程度のシュウ酸含有溶液において、Zrの選択吸着に必要な硝酸濃度は約3mol/l〜7mol/l程度であることを見出した。また、想定される回収液B中の0.01mol/l〜0.1mol/l程度のDTPA含有溶液において、Zrの選択吸着に必要な硝酸濃度は約1mol/l〜4mol/l程度であることを見出した。なお、硝酸濃度の調整は高濃度硝酸の添加、あるいは公知の蒸留法等を利用することにより容易に行える。 Based on these results, it is necessary to first adjust the concentration of nitric acid in the recovered liquid in order to selectively adsorb Zr from the recovered liquid containing Zr and Mo to achieve effective separation from Mo. Naturally, the required concentration of nitric acid also depends on the concentration of oxalic acid and DTPA contained in the recovered liquid. As a result of examining the relationship between the adsorption behavior of Zr and Mo in the presence of various concentrations of oxalic acid and DTPA and the concentration of nitric acid, the present inventors have found that 0.1 mol / l to 1 mol / l in the recovered liquid A. It was found that the concentration of nitric acid required for selective adsorption of Zr was about 3 mol / l to 7 mol / l in a solution containing about oxalic acid. In addition, in the assumed DTPA-containing solution of about 0.01 mol / l to 0.1 mol / l in the recovered liquid B, the nitric acid concentration necessary for selective adsorption of Zr is about 1 mol / l to 4 mol / l. I found. The nitric acid concentration can be easily adjusted by adding high concentration nitric acid or utilizing a known distillation method.
2.吸着工程
本発明では、まず処理液を吸着剤と接触させることにより、処理液中のZrを吸着剤に吸着させる。これにより、Zrを溶液中のMoから分離する。
2. Adsorption Step In the present invention, first, Zr in the treatment liquid is adsorbed on the adsorbent by bringing the treatment liquid into contact with the adsorbent. Thereby, Zr is separated from Mo in the solution.
吸着操作には公知のカラム式またはバッチ式を好ましく利用することができる。すなわち、カラム式では吸着剤をカラムに詰めて処理液を通液し、溶液中のZrを吸着剤に吸着させる。バッチ式では、容器中に処理液および吸着剤を入れて攪拌または振とうし、溶液中のZrを吸着剤に吸着させる。なお、吸着させた後、吸着剤の隙間等を洗浄するために、処理液とほぼ同濃度の硝酸溶液で洗浄処理する。これにより、上記Moを全量洗い出すことができる。 A known column type or batch type can be preferably used for the adsorption operation. That is, in the column type, the adsorbent is packed in a column and the treatment liquid is passed through, and Zr in the solution is adsorbed on the adsorbent. In the batch method, the treatment liquid and the adsorbent are put in a container and stirred or shaken to adsorb Zr in the solution to the adsorbent. After adsorbing, in order to wash the gaps of the adsorbent and the like, washing treatment is performed with a nitric acid solution having substantially the same concentration as the treatment liquid. Thereby, the whole amount of Mo can be washed out.
一方、溶液から固体吸着剤へのイオンの吸着速度および固体吸着剤から水相溶液へのイオンの溶離速度は、固体吸着剤内におけるイオンの拡散速度によって支配される。吸着剤の粒径を小さくすれば、吸着と溶離速度を向上させることは可能であるが、その半面、ポリマーが水相中で膨潤する特性を有するため、カラム式による分離操作を行うとき通液時の圧力損失が著しく増大することになる。圧力損失の増加はカラム分離操作の安全性を低下させ、特に本発明のような放射性廃液を処理する場合には、安全操作は最も重要な技術的課題である。 On the other hand, the ion adsorption rate from the solution to the solid adsorbent and the ion elution rate from the solid adsorbent to the aqueous phase solution are governed by the ion diffusion rate in the solid adsorbent. If the particle size of the adsorbent is reduced, it is possible to improve the adsorption and elution rates, but on the other hand, the polymer has the property of swelling in the aqueous phase. The pressure loss at the time will increase significantly. Increased pressure loss reduces the safety of column separation operations, and safety operations are the most important technical issue, especially when treating radioactive waste liquids such as the present invention.
このような課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、多孔性シリカ担体粒子に有機高分子ポリマーを担持した、複合担体にTODGAを含浸担持した新規吸着剤を開発した。この吸着剤は粒径数十〜数百ミクロン程度の球状多孔質シリカ粒子の孔内に担持されているため、水相溶液におけるポリマーの膨潤が効果的に抑制され、通液時の圧力損失が著しく小さい。また、TODGAを含有するポリマー部は粒径が小さいシリカ粒子内に分担担持されているため、速い吸着速度と溶離速度を有する。 In order to solve such problems, the present inventors have conducted extensive studies, and as a result, have developed a novel adsorbent in which an organic polymer is supported on porous silica support particles and TODGA is impregnated on a composite support. Since this adsorbent is supported in the pores of spherical porous silica particles having a particle size of several tens to several hundreds of microns, the swelling of the polymer in the aqueous phase solution is effectively suppressed, and the pressure loss during liquid passage is reduced. Remarkably small. Moreover, since the polymer part containing TODGA is shared and supported in silica particles having a small particle size, it has a high adsorption rate and elution rate.
3.溶離工程
上記吸着工程において吸着剤に吸着されたZrを溶離させるために、本発明者らは種々の溶離剤および溶離条件を鋭意検討してきた。その結果、シュウ酸若しくはDTPAを含有する溶液を用いてZrを溶離する有効な方法を見出した。
3. Elution Step In order to elute Zr adsorbed on the adsorbent in the adsorption step, the present inventors have intensively studied various eluents and elution conditions. As a result, an effective method for eluting Zr using a solution containing oxalic acid or DTPA was found.
上記の溶離操作は吸着工程で記載したカラム式およびバッチ式と同様な方法で行うことができ、吸着剤を溶離剤溶液と接触させることにより、吸着剤に吸着されたZrが溶出し、吸着剤から溶液相に移行して分離される。溶離操作の温度も吸着工程と同様に工業的に容易に実現できる室温から80℃程度の範囲でよい。 The above elution operation can be performed in the same manner as the column type and batch type described in the adsorption step. By bringing the adsorbent into contact with the eluent solution, Zr adsorbed on the adsorbent is eluted, and the adsorbent Into the solution phase and separated. The temperature of the elution operation may be in the range of room temperature to about 80 ° C. which can be easily realized industrially as in the adsorption step.
以下、具体的な実施の形態を説明する。
実施の形態1.
この実施の形態1は使用済み核燃料の再処理プロセスで発生する高レベル放射性廃液を特許文献1に記載した方法により処理して得られたZrおよびMoを含有する回収液Aを模擬した処理液(以下、処理液Aという)に対してこの発明を適用したZrとMoの分離試験の一例であり、その分離試験をその手順に従って説明する。
Hereinafter, specific embodiments will be described.
Embodiment 1 FIG.
In the first embodiment, a treatment liquid that simulates a recovery liquid A containing Zr and Mo obtained by treating a high-level radioactive waste liquid generated in a reprocessing process of spent nuclear fuel by the method described in Patent Document 1 ( Hereinafter, it is an example of the separation test of Zr and Mo to which the present invention is applied to the treatment liquid A), and the separation test will be described according to the procedure.
(1)処理液調製工程
特許文献1に記載したZrおよびMoを含有する回収液Aの模擬液として、約5mmol/lのZr(IV)、約7.5mmol/lのMo(VI)を含む0.5Mシュウ酸溶液を調製し、その中の硝酸濃度が6.5mol/lになるように市販の濃硝酸を添加して表1に示す組成の分離試験用処理液(処理液A)を得た。なお、以下の分離試験でカラムに導入した処理液Aの総量は20mlである。
(2)カラム準備工程
ZrおよびMoの吸着および溶離・回収はカラム式で行った。カラムとしては内径1cm、長さ22cmのジャケット付きガラスカラムを用い、温度50℃の恒温水をジャケットに循環させることによりカラムを保温していた。このカラム中に、1gシリカ/ポリマー複合担体あたり0.5gTODGAが担持されているスラリー状のTODGA吸着剤を加圧充填した。この吸着剤は粒径50μm、孔径0.6μmの多孔性シリカ粒子内にスチレン・ジビニルベンゼンを共重合させてシリカ/ポリマー複合担体を調製した後、TODGA抽出剤をジクロロメタン溶剤に溶解した液をシリカ/ポリマー複合担体に染み込ませ、溶剤を蒸発除去して得られたものである。次に、上記カラムの上端より送液ポンプにより6.5mol/lの硝酸(硝酸1)50cm3 を流速1cm3 /minで送液し、吸着剤のコンディショニングを行った。
(2) Column preparation step Adsorption, elution and recovery of Zr and Mo were performed by a column method. A glass column with a jacket having an inner diameter of 1 cm and a length of 22 cm was used as the column, and the column was kept warm by circulating constant temperature water at a temperature of 50 ° C. through the jacket. In this column, a slurry-like TODGA adsorbent carrying 0.5 g TODGA per 1 g silica / polymer composite carrier was packed under pressure. This adsorbent was prepared by preparing a silica / polymer composite carrier by copolymerizing styrene / divinylbenzene in porous silica particles having a particle size of 50 μm and a pore size of 0.6 μm, and then dissolving a solution obtained by dissolving TODGA extractant in dichloromethane solvent. / Soaked in a polymer composite carrier and evaporated to remove the solvent. Next, the adsorbent was conditioned by feeding 50 cm 3 of 6.5 mol / l nitric acid (nitric acid 1) at a flow rate of 1 cm 3 / min from the upper end of the column.
(3)吸着工程
上記カラムの上端より、送液ポンプにより流速1cm3 /minで上記処理液Aを供給して、吸着剤へのZrの吸着を行った。
(3) Adsorption process The treatment liquid A was supplied from the upper end of the column by a liquid feed pump at a flow rate of 1 cm 3 / min to adsorb Zr to the adsorbent.
(4)洗浄工程
続いて、上記カラムに濃度6.5mol/lの硝酸水溶液(硝酸2)70cm3 、0.1mol/lの硝酸水溶液(硝酸3)40cm3 、純水60cm3 を順次、上記と同様な操作により流速1cm3 /minで通液して、吸着剤の隙間およびカラム内壁の洗浄を行った。
(4) Following the washing step, an aqueous nitric acid solution of concentration 6.5 mol / l in the column (nitrate 2) 70cm 3, 0.1mol / l aqueous solution of nitric acid (nitric acid 3) 40 cm 3, pure water 60cm 3 sequentially, the The liquid was passed at a flow rate of 1 cm 3 / min by the same operation as in to wash the adsorbent gap and the inner wall of the column.
(5)溶離工程
次いで、0.5mol/lのシュウ酸水溶液100cm3 を上記と同様な操作により流速1cm3 /minでカラムに供給した。
(5) Elution Step Next, 100 cm 3 of 0.5 mol / l oxalic acid aqueous solution was supplied to the column at a flow rate of 1 cm 3 / min by the same operation as described above.
(6)採取・分析
カラムに通液した期間にカラム下端から流出した溶液を、フラクションコレクターにより10cm3 ずつ採取してゆき、各フラクション採取液中の金属濃度をICP(誘導結合高周波プラズマ)発光分析により定量分析し、流出液重量と流出液中の各金属濃度との関係を求めた。その結果を図2に示す。
(6) Sampling /
図2から明らかなように、上記吸着工程でカラムに供給された処理液A中のMoは吸着剤に殆ど吸着されず、供給された処理液およびそれに続く洗浄液と共に流出していることがわかる。一方、同じく吸着工程でZrは吸着剤に全量吸着されている。なお、上記溶離工程で、Zrは0.5mol/lのシュウ酸水溶液により有効に溶離回収された。 As apparent from FIG. 2, it can be seen that Mo in the processing liquid A supplied to the column in the adsorption step is hardly adsorbed by the adsorbent and flows out together with the supplied processing liquid and the subsequent cleaning liquid. On the other hand, the same amount of Zr is adsorbed by the adsorbent in the adsorption process. In the elution step, Zr was effectively eluted and collected with 0.5 mol / l oxalic acid aqueous solution.
実施の形態2.
この実施の形態2は使用済み核燃料の再処理プロセスで発生する高レベル放射性廃液を特許文献2に記載した方法により処理して得られたZrおよびMoを含有する回収液Bを模擬した処理液(以下、処理液Bという)に対してこの発明を適用したZrとMoの分離試験の一例であり、その分離試験をその手順に従って説明する。
In the second embodiment, a processing liquid (Zr and Mo-containing recovered liquid B obtained by processing a high-level radioactive waste liquid generated in the reprocessing process of spent nuclear fuel by the method described in Patent Document 2 ( Hereinafter, it is an example of the separation test of Zr and Mo to which the present invention is applied to the treatment liquid B), and the separation test will be described according to the procedure.
(1)処理液調製工程
特許文献2に記載したZrおよびMoを含有する回収液Bの模擬液として、約5mmol/lのZr(IV)、約7.5mmol/lのMo(VI)を含む0.05MのDTPA溶液を調製し、その中の硝酸濃度が3.0mol/lになるように市販の濃硝酸を添加して表2に示す組成の分離試験用処理液(処理液B)を得た。なお、以下の分離試験でカラムに導入した処理液Bの総量は20mlである。
(2)カラム準備工程
ZrおよびMoの吸着および溶離・回収はカラム式で行った。カラムとしては内径1cm、長さ22cmのジャケット付きガラスカラムを用い、温度50℃の恒温水をジャケットに循環させることによりカラムを保温していた。このカラム中に、1gシリカ/ポリマー複合担体あたり0.5gTODGAが担持されているスラリー状のTODGA吸着剤を加圧充填した。この吸着剤は粒径50μm、孔径0.6μmの多孔性シリカ粒子内にスチレン・ジビニルベンゼンを共重合させてシリカ/ポリマー複合担体を調製した後、TODGA抽出剤をジクロロメタン溶剤に溶解した液をシリカ/ポリマー複合担体に染み込ませ、溶剤を蒸発除去して得られたものである。次に、上記カラムの上端より送液ポンプにより3.0mol/lの硝酸(硝酸1)50cm3 を流速1cm3 /minで送液し、吸着剤のコンディショニングを行った。
(2) Column preparation step Adsorption, elution and recovery of Zr and Mo were performed by a column method. A glass column with a jacket having an inner diameter of 1 cm and a length of 22 cm was used as the column, and the column was kept warm by circulating constant temperature water at a temperature of 50 ° C. through the jacket. In this column, a slurry-like TODGA adsorbent carrying 0.5 g TODGA per 1 g silica / polymer composite carrier was packed under pressure. This adsorbent was prepared by copolymerizing styrene / divinylbenzene into porous silica particles having a particle diameter of 50 μm and a pore diameter of 0.6 μm to prepare a silica / polymer composite carrier, and then dissolving a TODGA extractant in a dichloromethane solvent. / Soaked in a polymer composite carrier and evaporated to remove the solvent. Next, the adsorbent was conditioned by feeding 50 cm 3 of 3.0 mol / l nitric acid (nitric acid 1) at a flow rate of 1 cm 3 / min from the upper end of the column.
(3)吸着工程
上記カラムの上端より、送液ポンプにより流速1cm3 /minで上記処理液Bを供給して、吸着剤へのZrの吸着を行った。
(3) Adsorption process The treatment liquid B was supplied from the upper end of the column by a liquid feed pump at a flow rate of 1 cm 3 / min to adsorb Zr to the adsorbent.
(4)洗浄工程
続いて、上記カラムに濃度3.0mol/lの硝酸水溶液(硝酸2)70cm3 、0.1mol/lの硝酸水溶液(硝酸3)40cm3 、純水60cm3 を順次、上記と同様な操作により流速1cm3 /minで通液して、吸着剤の隙間およびカラム内壁の洗浄を行った。
(4) Following the washing step, an aqueous nitric acid solution of concentration 3.0 mol / l in the column (nitrate 2) 70cm 3, 0.1mol / l aqueous solution of nitric acid (nitric acid 3) 40 cm 3, pure water 60cm 3 sequentially, the The liquid was passed at a flow rate of 1 cm 3 / min by the same operation as in to wash the adsorbent gap and the inner wall of the column.
(5)溶離工程
次いで、0.5mol/lのシュウ酸水溶液100cm3 を上記と同様な操作により流速1cm3 /minでカラムに供給した。
(5) Elution Step Next, 100 cm 3 of 0.5 mol / l oxalic acid aqueous solution was supplied to the column at a flow rate of 1 cm 3 / min by the same operation as described above.
(6)採取・分析
カラムに通液した期間にカラム下端から流出した溶液を、フラクションコレクターにより10cm3 ずつ採取してゆき、各フラクション採取液中の金属濃度をICP(誘導結合高周波プラズマ)発光分析により定量分析し、流出液重量と流出液中の各金属濃度との関係を求めた。その結果を図3に示す。
(6) Sampling /
図3から明らかなように、上記吸着工程でカラムに供給された処理液B中のMoは吸着剤に殆ど吸着されず、供給された処理液およびそれに続く洗浄液と共に流出していることがわかる。一方、同じく吸着工程でZrは吸着剤に全量吸着されている。なお、上記溶離工程で、Zrは0.5mol/lのシュウ酸水溶液により有効に溶離回収された。 As is apparent from FIG. 3, it can be seen that Mo in the treatment liquid B supplied to the column in the adsorption step is hardly adsorbed by the adsorbent and flows out together with the supplied treatment liquid and the subsequent cleaning liquid. On the other hand, the same amount of Zr is adsorbed by the adsorbent in the adsorption process. In the elution step, Zr was effectively eluted and collected with 0.5 mol / l oxalic acid aqueous solution.
Claims (4)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004006989A JP2005201729A (en) | 2004-01-14 | 2004-01-14 | Separation recovery method for zirconium and molybdenum |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102614683A (en) * | 2012-04-05 | 2012-08-01 | 浙江大学 | Method for separating element palladium and sub-actinide elements from high-level waste |
-
2004
- 2004-01-14 JP JP2004006989A patent/JP2005201729A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102614683A (en) * | 2012-04-05 | 2012-08-01 | 浙江大学 | Method for separating element palladium and sub-actinide elements from high-level waste |
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