JP2007240370A - Method for separating plutonium into water phase by utilizing difference of nitric acid concentration from uranium and plutonium recovered in organic phase including branched n,n-dialkyl amide - Google Patents

Method for separating plutonium into water phase by utilizing difference of nitric acid concentration from uranium and plutonium recovered in organic phase including branched n,n-dialkyl amide Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method using N,N-dialkyl amide having a functional group (C=O) having unidentate coordination as an extraction agent, concerning a method for separating and recovering uranium and plutonium from nitric acid aqueous solution including various radioactive nuclides. <P>SOLUTION: In this method for separating and recovering uranium and plutonium from nitric acid aqueous solution, uranium VI and plutonium IV are extracted and separated from the nitric acid aqueous solution into an organic phase by using N,N-dialkyl amide having C=O which is a functional group having unidentate coordination activity as the extraction agent, and then uranium VI and plutonium IV are extracted and separated from the organic phase into a water phase separately by reverse extraction by using the nitric acid aqueous solution having a different concentration as an extraction agent. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、種々の放射性核種を含む硝酸水溶液からウラン及びプルトニウムを分離回収する方法に関する。本発明は、具体的には、硝酸水溶液中に存在するウラン(VI)及びプルトニウム(IV)を、単座配位活性のある官能基(C=O)を有するN,N−ジアルキルアミドを抽出剤として有機相に抽出分離し、次いで、硝酸水溶液を抽出剤として逆抽出によりプルトニウムを水相に抽出分離する方法に関する。   The present invention relates to a method for separating and recovering uranium and plutonium from an aqueous nitric acid solution containing various radionuclides. Specifically, the present invention extracts uranium (VI) and plutonium (IV) present in a nitric acid aqueous solution, and N, N-dialkylamide having a monodentate coordination active functional group (C═O) as an extractant. And then extracting and separating plutonium into an aqueous phase by back extraction using an aqueous nitric acid solution as an extractant.

本発明は、特に、使用済核燃料再処理の第1段階で得られる使用済核燃料溶解硝酸溶液中のウラン及びプルトニウムを他の核分裂生成物から選択的に分離するのに有用である。   The present invention is particularly useful for selectively separating uranium and plutonium in spent nuclear fuel dissolved nitric acid solution obtained in the first stage of spent nuclear fuel reprocessing from other fission products.

使用済核燃料を再処理するための方法としては、有機リン系単座配位子であるリン酸トリブチルを含む有機溶媒を用いる溶媒抽出法が工業的に広く使用されている。この方法は、使用済核燃料物質を硝酸水溶液に溶解し、この溶液から、リン酸トリブチルを含む有機溶媒を用いてウラン(U)及びプルトニウム(Pu)を有機相へと抽出して他の核分裂生成物から分離し、その後、硝酸水溶液を用いて有機相中のウランからプルトニウムを水相へと分離する方法である。ウランとプルトニウムの分離のためには、プルトニウムが有機相に抽出されないようにその原子価を3価に調整する必要があり、還元剤を使用して原子価をPu(IV)からPu(III)に調整したあと、希薄な硝酸水溶液を用いて有機相中のU(VI)からPu(III)が水相へと分離回収される。   As a method for reprocessing spent nuclear fuel, a solvent extraction method using an organic solvent containing tributyl phosphate, which is an organophosphorus monodentate ligand, is widely used industrially. In this method, spent nuclear fuel material is dissolved in an aqueous nitric acid solution, and uranium (U) and plutonium (Pu) are extracted from this solution into an organic phase using an organic solvent containing tributyl phosphate. This is a method of separating plutonium from uranium in an organic phase into an aqueous phase using an aqueous nitric acid solution. In order to separate uranium and plutonium, it is necessary to adjust the valence to trivalent so that plutonium is not extracted into the organic phase, and the valence is reduced from Pu (IV) to Pu (III) using a reducing agent. Then, Pu (III) is separated and recovered from the U (VI) in the organic phase into the aqueous phase using a dilute aqueous nitric acid solution.

上記のような従来の使用済核燃料の再処理方法では、第1抽出操作において抽出剤として使用されるリン酸トリブチルに起因して、以下の欠点が存在する。   The conventional spent nuclear fuel reprocessing method as described above has the following drawbacks due to tributyl phosphate used as an extractant in the first extraction operation.

すなわち、第一の欠点は、リン酸トリブチルが化学的要因、または放射線により分解することである。そしてこの分解生成物であるリン酸ジブチル、リン酸モノブチル、リン酸は、再処理溶液中に共存する殆どのイオン、例えば、U(IV)、U(VI)、Pu(IV)、Pu(III)、Zr(IV)などとともに不溶性の塩を形成するため、ウラン及びプルトニウムの回収率を低減する要因となる。   That is, the first drawback is that tributyl phosphate is decomposed by chemical factors or radiation. The decomposition products dibutyl phosphate, monobutyl phosphate, and phosphoric acid are almost all ions coexisting in the reprocessing solution, for example, U (IV), U (VI), Pu (IV), Pu (III ), Zr (IV), etc., form an insoluble salt, which causes a reduction in the recovery rate of uranium and plutonium.

そして、第二の欠点は、リン酸トリブチルを抽出剤とする有機溶媒は、焼却によって簡単には処理できないことである。この種の有機溶媒は揮発性成分のみから成るものではなく、組成中にリンを含むために焼却残渣が残り、結果として固体廃棄物を発生させてしまう。   And the 2nd fault is that the organic solvent which uses tributyl phosphate as an extracting agent cannot be processed easily by incineration. This type of organic solvent does not consist only of volatile components, and since it contains phosphorus in the composition, incineration residues remain, resulting in the generation of solid waste.

更に、従来の方法においては、プルトニウムの原子価をPu(IV)からPu(III)へ調整するために使用する還元剤に起因して以下の欠点も存在する。すなわち、通常使用される還元剤は、例えば、原子価(II)の鉄、原子価(IV)のウラナス又はヒドロキシルアミン(NHOH)であるが、これらは硝酸から生成する亜硝酸によって酸化され易く、硝酸の存在下では不安定であることである。この酸化反応を回避するためには、硝酸溶液に別途、ヒドラジン(NH−NH)のような亜硝酸分解剤を添加することが必要となる。 Furthermore, in the conventional method, the following drawbacks also exist due to the reducing agent used for adjusting the valence of plutonium from Pu (IV) to Pu (III). That is, commonly used reducing agents are, for example, valence (II) iron, valence (IV) uranas or hydroxylamine (NH 2 OH), which are oxidized by nitrous acid formed from nitric acid. It is easy and unstable in the presence of nitric acid. In order to avoid this oxidation reaction, it is necessary to add a nitrous acid decomposing agent such as hydrazine (NH 2 —NH 2 ) separately to the nitric acid solution.

しかし、ヒドラジンを添加しても、使用済核燃料がテクネチウムを含む場合には更に問題がある。抽出剤であるリン酸トリブチルは、使用済核燃料溶解溶液中に存在するテクネチウムを大量に抽出するが、このテクネチウムの存在により、逆に亜硝酸によるヒドラジンの酸化分解が促進されてしまう。その結果、Pu(IV)の還元剤を安定させるヒドラジンが消費されるので、還元剤の酸化が進んでプルトニウムの還元効率が低下し、水相へのPu(III)の逆抽出が阻止されることになる。   However, even if hydrazine is added, there is a further problem if the spent nuclear fuel contains technetium. Tributyl phosphate, an extractant, extracts a large amount of technetium present in the spent nuclear fuel solution, but the presence of this technetium promotes oxidative decomposition of hydrazine by nitrous acid. As a result, since hydrazine that stabilizes the reducing agent of Pu (IV) is consumed, oxidation of the reducing agent proceeds to reduce the reduction efficiency of plutonium, and back extraction of Pu (III) into the aqueous phase is prevented. It will be.

亜硝酸分解剤としてのヒドラジンの使用により、その分解生成物であるアジ化水素酸の作用も問題となる。すなわち、揮発性が極めて高く、かつ有機溶媒中に抽出されるアジ化水素酸は、不安定な又は爆発性の塩を形成する。また、ヒドラジンの分解生成物のひとつであるアンモニア性化合物もアジ化水素酸ほどではないが同様の性質を示す。このように、使用済核燃料再処理施設内での爆発の危険性が増加することは、明らかに工程管理並びに施設管理上望ましくない。   Due to the use of hydrazine as a nitrous acid decomposing agent, the action of its decomposition product, hydrazoic acid, also becomes a problem. That is, hydrazoic acid that is extremely volatile and extracted into an organic solvent forms unstable or explosive salts. In addition, an ammoniacal compound, which is one of the decomposition products of hydrazine, exhibits similar properties, although not as much as hydrazoic acid. Thus, the increased risk of explosion within the spent nuclear fuel reprocessing facility is clearly undesirable for process management and facility management.

そこでこれらの欠点を解消するために、ここ数年来、リン酸トリブチル以外の抽出剤の使用可能性について種々の研究が行われている。その代表的な例として、アミド系の化合物の使用が提案されている。単座配位活性のある官能基(C=O)を有するN,N−ジアルキルアミドに関するOak-Ridge研究所、Savannah River研究所及びComitato Nazionale per l' Energia Nucleare研究所の研究結果によれば、この種の抽出剤はアクチノイドの6価及び4価のイオンに対して十分な親和力を示す一方、主要核分裂生成物に対する親和力は小さいことが分かっている。また、放射線分解及び化学的分解に対して十分な抵抗力があり、水溶液中への溶解度が小さいことが分かっている。更に、この種の物質は合成及び生成が容易である(例えば、特許文献1、非特許文献1及び2を参照)。
特公平6−104573号公報 ティー・エイチ・シッダール,ザ・サード(T. H. Siddall, III)、“N,N置換アミドの構造が硝酸アクチニド及び硝酸ジルコニウム、ならびに硝酸の抽出に与える影響(Effects of Structure of N,N-Distributed Amides on Their Extraction of Actinide and Zirconium Nitrates and of Nitric Acid)”、「ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー(Journal of Physical Chemistry)」、アメリカ化学会(American Chemical Society)、(アメリカ合衆国)、1960年12月、vol. 64、p.1863-1866 ジー・エム・ガスパリニ(G. M. Gasparini),外1名、“アクチニドの分離におけるN,N−ジアルキル脂肪酸アミドの適用(Application of N,N-Dialkyl Aliphatic Amides in the Separation of Some Actinides)”、「セパレーション・サイエンス・アンド・テクノロジー(Separation Science and Technology)」、マーセル・デッカー社(Marcel Dekker Inc.)、(アメリカ合衆国)、1980年、15 (4)、p.825-844
Therefore, in order to eliminate these drawbacks, various studies have been conducted over the past several years regarding the possibility of using extractants other than tributyl phosphate. As a typical example, use of an amide-based compound has been proposed. According to the research results of Oak-Ridge Laboratories, Savannah River Laboratories and Comitato Nazionale per l 'Energia Nucleare Laboratories on N, N-dialkylamides having a functional group with monodentate coordination activity (C = O), Species extractants have been shown to have sufficient affinity for the hexavalent and tetravalent ions of actinoids, while having low affinity for major fission products. It is also known that it has sufficient resistance to radiolysis and chemical degradation and has low solubility in aqueous solutions. Furthermore, this kind of substance is easy to synthesize and produce (see, for example, Patent Document 1, Non-Patent Documents 1 and 2).
Japanese Patent Publication No. 6-104573 Effect of Structure of N, N-Distributed Amides on, TH Siddall, III, “Effects of Structure of N, N-Distributed Amides on Their Extraction of Actinide and Zirconium Nitrates and of Nitric Acid ”,“ Journal of Physical Chemistry ”, American Chemical Society, (USA), December 1960, vol. 64, p.1863-1866 GM Gasparini, 1 other, “Application of N, N-Dialkyl Aliphatic Amides in the Separation of Some Actinides”, “Separation. "Separation Science and Technology", Marcel Dekker Inc., (United States), 1980, 15 (4), p.825-844

本発明は、種々の放射性核種を含む硝酸水溶液からウラン及びプルトニウムを分離回収する方法において、従来技術において使用されたリン酸トリブチルに代わり、単座配位活性のある官能基(C=O)を有するN,N−ジアルキルアミドを抽出剤として使用する方法を提供することを課題とする。   In the method for separating and recovering uranium and plutonium from an aqueous nitric acid solution containing various radionuclides, the present invention has a functional group having a monodentate coordination activity (C═O) instead of tributyl phosphate used in the prior art. It is an object of the present invention to provide a method of using N, N-dialkylamide as an extractant.

上記課題を解決するため本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、特定の構造を有するN,N−ジアルキルアミドを抽出剤として使用することによりウラン(VI)及びプルトニウム(IV)を分離回収することができ、更に濃度の異なる硝酸水溶液を抽出剤として使用することにより、ウラン(VI)及びプルトニウム(IV)を逆抽出により分離して回収することができることを発見し、本発明を完成させた。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research, and as a result, N, N-dialkylamide having a specific structure is used as an extractant to separate and recover uranium (VI) and plutonium (IV). Further, it was discovered that uranium (VI) and plutonium (IV) can be separated and recovered by back-extraction by using aqueous nitric acid solutions having different concentrations as extraction agents, and the present invention has been completed. .

すなわち、本発明は、種々の放射性核種を含む硝酸水溶液からウラン及びプルトニウムを分離回収する方法であって、
単座配位活性のある官能基であるC=Oを有するN,N−ジアルキルアミドを抽出剤として前記硝酸水溶液からウラン(VI)及びプルトニウム(IV)を有機相に抽出分離し、次いで、濃度の異なる硝酸水溶液を抽出剤として使用することにより、前記有機相から前記ウラン(VI)及びプルトニウム(IV)を逆抽出により別々に水相に逆抽出分離することを含み、
前記N,N−ジアルキルアミドが次式:
C(O)NR
(式中、Rは、C〜Cの分岐アルキル基であって、そのアルファ炭素又はベータ炭素にメチル基又はエチル基が結合した分岐アルキル基であり、R及びRは、それぞれ独立して、C〜Cの直鎖アルキル基であり、あるいは、Rは、C〜Cの直鎖アルキル基であり、R及びRは、それぞれ独立して、C〜Cの分岐アルキル基であって、そのアルファ炭素又はベータ炭素にメチル基又はエチル基が結合した分岐アルキル基である)の構造を有する分岐N,N−ジアルキルアミドであることを特徴とする。
That is, the present invention is a method for separating and recovering uranium and plutonium from an aqueous nitric acid solution containing various radionuclides,
Extracting and separating uranium (VI) and plutonium (IV) into the organic phase from the aqueous nitric acid solution using N, N-dialkylamide having C═O, which is a functional group having a monodentate coordination activity, as an extractant, Back-extracting the uranium (VI) and plutonium (IV) separately from the organic phase into the aqueous phase by back extraction by using different aqueous nitric acid solutions as extractants;
The N, N-dialkylamide has the following formula:
R 1 C (O) NR 2 R 3
(In the formula, R 1 is a C 4 to C 8 branched alkyl group, which is a branched alkyl group in which a methyl group or an ethyl group is bonded to an alpha carbon or a beta carbon, and R 2 and R 3 are each represented by Independently, it is a C 4 to C 8 linear alkyl group, or R 1 is a C 4 to C 8 linear alkyl group, and R 2 and R 3 are each independently C 4 A branched N, N-dialkylamide having a structure of ˜C 8 branched alkyl group in which a methyl group or an ethyl group is bonded to the alpha carbon or the beta carbon). .

本発明の方法において、N,N−ジアルキルアミドは、好ましくは、次式:   In the process of the invention, the N, N-dialkylamide is preferably of the formula:

Figure 2007240370
Figure 2007240370

を有するN,N−ジ−(2−エチル)ヘキシルブタナミド、次式: N, N-di- (2-ethyl) hexylbutanamide having the formula:

Figure 2007240370
Figure 2007240370

を有するN,N−ジ−(2−エチル)ヘキシルヘキサナミド及び次式: N, N-di- (2-ethyl) hexylhexanamide having the formula:

Figure 2007240370
Figure 2007240370

を有するN,N−ジ−ヘキシル−(2−エチル)ヘキサナミドからなる群から選択される。 Selected from the group consisting of N, N-di-hexyl- (2-ethyl) hexanamide having

また、本発明の方法において、ウラン(VI)及びプルトニウム(IV)の抽出分離は、好ましくは、ウラン及びプルトニウムの分配比をD>1及びDPu<1として与える濃度の硝酸水溶液を使用して、プルトニウム(IV)を逆抽出分離し、次いで、ウランの分配比をD<1として与える濃度の硝酸水溶液を使用して、ウラン(VI)を逆抽出分離することにより行われる。 In the method of the present invention, the extraction separation of uranium (VI) and plutonium (IV) preferably uses an aqueous nitric acid solution having a concentration that gives the distribution ratio of uranium and plutonium as D U > 1 and D Pu <1. Then, plutonium (IV) is back-extracted and separated, and then uranium (VI) is back-extracted and separated using a nitric acid aqueous solution having a concentration that gives a distribution ratio of uranium as D U <1.

更に、ウラン(VI)及びプルトニウム(IV)の抽出分離は、より好ましくは、相対的に高い濃度の硝酸水溶液を使用して、プルトニウム(IV)を有機相から水相に逆抽出分離し、次いで、相対的に低い濃度の硝酸水溶液を使用して、ウラン(VI)を有機相から水相に逆抽出分離することにより行われる。   Furthermore, the extraction separation of uranium (VI) and plutonium (IV) is more preferably performed by back-extraction separation of plutonium (IV) from the organic phase to the aqueous phase using a relatively high concentration aqueous nitric acid solution, This is done by back-extracting uranium (VI) from the organic phase to the aqueous phase using a relatively low concentration aqueous nitric acid solution.

更に、本発明の方法において、N,N−ジアルキルアミドは、好ましくは、ノルマルドデカンにより希釈されたものである。   Furthermore, in the method of the present invention, the N, N-dialkylamide is preferably diluted with normal decane.

本発明の方法にしたがえば、使用済核燃料再処理の第1段階で得られる使用済核燃料溶解硝酸溶液中のウラン及びプルトニウムを他の核分裂生成物から選択的に分離することができる。   According to the method of the present invention, uranium and plutonium in the spent nuclear fuel dissolved nitric acid solution obtained in the first stage of spent nuclear fuel reprocessing can be selectively separated from other fission products.

以下、本発明のウラン及びプルトニウムの分離回収方法の好適な実施形態について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the method for separating and recovering uranium and plutonium of the present invention will be described.

本発明の方法は、種々の放射性核種を含む硝酸水溶液からウラン及びプルトニウムを分離回収する方法であって、単座配位活性のある官能基であるC=Oを有するN,N−ジアルキルアミドを抽出剤として前記硝酸水溶液からウラン及びプルトニウムを有機相に抽出分離し、次いで、硝酸水溶液を抽出剤として前記有機相からプルトニウムを逆抽出により水相に抽出分離することを含む。   The method of the present invention is a method for separating and recovering uranium and plutonium from aqueous nitric acid solutions containing various radionuclides, and extracting N, N-dialkylamides having C═O, which is a functional group having monodentate coordination activity. Extracting and separating uranium and plutonium from the aqueous nitric acid solution into the organic phase as an agent, and then extracting and separating plutonium from the organic phase into the aqueous phase by back extraction using the aqueous nitric acid solution as an extracting agent.

本発明の方法は、硝酸濃度が約3.0M〜約5.0Mである硝酸水溶液に対して適用することができる。使用済核燃料の溶解調整液は、通常、硝酸濃度が約3.0Mに調整される。ウラン濃度は最大約0.5M〜約1.0Mであり、プルトニウムは、ウランに対して軽水炉の使用済核燃料では1/100、高速炉では1/10程度であり、濃度は最大約100mMである。本発明の方法は、このような濃度範囲に対して好適に使用することができる。   The method of the present invention can be applied to an aqueous nitric acid solution having a nitric acid concentration of about 3.0M to about 5.0M. The dissolution adjustment liquid for spent nuclear fuel is usually adjusted to a nitric acid concentration of about 3.0M. The uranium concentration is about 0.5M to about 1.0M at maximum, and plutonium is about 1/100 for spent nuclear fuel in light water reactors and about 1/10 for fast reactors with respect to uranium, and the concentration is about 100 mM at maximum. . The method of the present invention can be suitably used for such a concentration range.

本発明においては、ウラン及びプルトニウムを他の放射性核種から分離するための抽出剤として、従来使用されたリン酸トリブチルに代わり、単座配位活性のある官能基(C=O)を有するN,N−ジアルキルアミドを使用する。これにより、リン酸トリブチルの使用に伴う従来技術の問題点はすべて解消される。   In the present invention, as an extractant for separating uranium and plutonium from other radionuclides, N, N having a functional group having a monodentate coordination activity (C═O) is used instead of tributyl phosphate conventionally used. -Use dialkylamides. This eliminates all the problems of the prior art associated with the use of tributyl phosphate.

本発明において使用するN,N−ジアルキルアミドは、次式:
C(O)NR
(式中、Rは、C〜Cの分岐アルキル基であって、そのアルファ炭素又はベータ炭素にメチル基又はエチル基が結合した分岐アルキル基であり、R及びRは、それぞれ独立して、C〜Cの直鎖アルキル基であり、あるいは、Rは、C〜Cの直鎖アルキル基であり、R及びRは、それぞれ独立して、C〜Cの分岐アルキル基であって、そのアルファ炭素又はベータ炭素にメチル基又はエチル基が結合した分岐アルキル基である)の構造を有する分枝N,N−ジアルキルアミド(branched N,N-dialkyl monoamide:BAMA)である。
The N, N-dialkylamide used in the present invention has the following formula:
R 1 C (O) NR 2 R 3
(In the formula, R 1 is a C 4 to C 8 branched alkyl group, which is a branched alkyl group in which a methyl group or an ethyl group is bonded to an alpha carbon or a beta carbon, and R 2 and R 3 are each represented by Independently, it is a C 4 to C 8 linear alkyl group, or R 1 is a C 4 to C 8 linear alkyl group, and R 2 and R 3 are each independently C 4 A branched N, N-dialkylamide having a structure of a branched alkyl group of ˜C 8, which is a branched alkyl group in which a methyl group or an ethyl group is bonded to the alpha carbon or the beta carbon. dialkyl monoamide (BAMA).

本発明において使用するN,N−ジアルキルアミドは、好ましくは、次式:   The N, N-dialkylamide used in the present invention preferably has the following formula:

Figure 2007240370
Figure 2007240370

を有するN,N−ジ−(2−エチル)ヘキシルブタナミド(N,N-di-(2-ethyl)hexylbutanamide:D2EHBA)、次式: N, N-di- (2-ethyl) hexylbutanamide (D2EHBA) having the following formula:

Figure 2007240370
Figure 2007240370

を有するN,N−ジ−(2−エチル)ヘキシルヘキサナミド(N,N-di-(2-ethyl)hexylhexanamide:D2EHHA)、及び次式: N, N-di- (2-ethyl) hexylhexanamide (D2EHHA) having the following formula:

Figure 2007240370
Figure 2007240370

を有するN,N−ジ−ヘキシル−(2−エチル)ヘキサナミド(N,N-di-hexyl-(2-ethyl)hexanamide:DH2EHA)からなる群から選択される。 Selected from the group consisting of N, N-di-hexyl- (2-ethyl) hexanamide (DH2EHA).

また、本発明においては、上記の具体的なN,N−ジアルキルアミドの他、窒素アルキル基又はカルボニルアルキル基のいずれかが分枝基であり、特定の硝酸濃度においてウラン及びプルトニウムの分配比(D=N,N−ジアルキルアミド中の物質量/硝酸水溶液中の物質量)をそれぞれD>1、DPu<1として与えることを条件に、種々のN,N−ジアルキルアミドを使用することができる。 In addition, in the present invention, in addition to the specific N, N-dialkylamide described above, either the nitrogen alkyl group or the carbonylalkyl group is a branched group, and the distribution ratio of uranium and plutonium at a specific nitric acid concentration ( Use various N, N-dialkylamides provided that D = N, N-dialkylamide / substance quantity in nitric acid aqueous solution) as D U > 1 and D Pu <1 respectively. Can do.

本発明においては、N,N−ジアルキルアミド抽出剤を使用することにより、従来使用されてきたリン酸トリブチルに起因する欠点に対して、以下に示す利点が提供される。   In the present invention, the use of the N, N-dialkylamide extractant provides the following advantages over the disadvantages caused by the conventionally used tributyl phosphate.

すなわち、第一に、N,N−ジアルキルアミドの分解生成物である第2級アミン及びカルボン酸は基本的には水溶性であり、リン酸トリブチルの分解生成物のように各種金属イオンを有機相中に抽出することはなく、また、不溶性の塩を生成することもない。   That is, firstly, secondary amines and carboxylic acids, which are decomposition products of N, N-dialkylamide, are basically water-soluble, and various metal ions are organically decomposed like decomposition products of tributyl phosphate. It does not extract into the phase and does not produce insoluble salts.

第二に、N,N−ジアルキルアミドはその組成に炭素、水素、酸素、窒素しか含まず、焼却によりそれ自身をガス化処理することが可能であり、結果として廃溶媒処理時の固体廃棄物量の大幅な削減が可能となる。   Second, N, N-dialkylamide contains only carbon, hydrogen, oxygen and nitrogen in its composition and can be gasified by incineration, resulting in the amount of solid waste during waste solvent treatment. Can be greatly reduced.

N,N−ジアルキルアミド抽出剤は、粘性及び比重などの物性の調節や水相との分相をよくする目的のため、適する溶媒により希釈して使用してもよい。希釈濃度は適宜決定することができる。希釈溶媒は、好ましくは、直線状脂肪族炭化水素であるノルマルドデカンを使用するがこれに限定されない。   The N, N-dialkylamide extractant may be diluted with a suitable solvent for the purpose of adjusting physical properties such as viscosity and specific gravity and improving the phase separation from the aqueous phase. The dilution concentration can be determined as appropriate. The dilution solvent is preferably normal dodecane, which is a linear aliphatic hydrocarbon, but is not limited thereto.

本発明にしたがえば、N,N−ジアルキルアミド抽出剤を使用することにより、種々の放射性核種を含む硝酸水溶液からウラン(VI)及びプルトニウム(IV)を効率よく有機相に抽出分離することができる。有機相に抽出されたウラン(VI)及びプルトニウム(IV)は、濃度の異なる硝酸水溶液を使用して、逆抽出により別々に水相に分離・回収することができる。   According to the present invention, uranium (VI) and plutonium (IV) can be efficiently extracted and separated into an organic phase from an aqueous nitric acid solution containing various radionuclides by using an N, N-dialkylamide extractant. it can. Uranium (VI) and plutonium (IV) extracted in the organic phase can be separated and recovered separately in the aqueous phase by back extraction using aqueous nitric acid solutions having different concentrations.

硝酸水溶液によるウラン(VI)及びプルトニウム(IV)の抽出挙動は、回収すべきウラン及び/又はプルトニウムの濃度、使用するN,N−ジアルキルアミド抽出剤の種類、濃度、操作温度等に依存して変化する。したがって、硝酸水溶液による逆抽出の条件は、ウラン及びプルトニウムの分配比(D=N,N−ジアルキルアミドを含む有機相中の物質量/硝酸水溶液中の物質量)の硝酸濃度依存性を考慮して適宜決定することができ、具体的には、ウラン及びプルトニウムの分配比をD>1及びDPu<1として与える濃度の硝酸水溶液を使用して、プルトニウム(IV)を逆抽出分離し、次いで、ウランの分配比をD<1として与える濃度の硝酸水溶液を使用して、ウラン(VI)を逆抽出分離する。硝酸水溶液の濃度は、プルトニウム(IV)の逆抽出のためには相対的に高い濃度であり、ウラン(VI)の逆抽出のためには相対的に低い濃度である。典型的には、約1.0Mの硝酸水溶液を使用してプルトニウム(IV)を逆抽出分離し、約0.5Mの硝酸水溶液を使用してウラン(VI)を逆抽出分離する。 The extraction behavior of uranium (VI) and plutonium (IV) with aqueous nitric acid depends on the concentration of uranium and / or plutonium to be recovered, the type, concentration, operating temperature, etc. of the N, N-dialkylamide extractant used. Change. Therefore, the conditions for back extraction with aqueous nitric acid solution take into account the dependence of the distribution ratio of uranium and plutonium (D = the amount of substances in the organic phase containing N, N-dialkylamide / the amount of substances in the aqueous nitric acid solution) on the concentration of nitric acid. Specifically, plutonium (IV) is back-extracted and separated using an aqueous nitric acid solution having a concentration that gives a distribution ratio of uranium and plutonium as D U > 1 and D Pu <1. Next, uranium (VI) is back-extracted and separated using an aqueous nitric acid solution having a concentration that gives the uranium distribution ratio as D U <1. The concentration of the nitric acid aqueous solution is a relatively high concentration for the back extraction of plutonium (IV), and a relatively low concentration for the back extraction of uranium (VI). Typically, about 1.0 M aqueous nitric acid is used for back extraction separation of plutonium (IV), and about 0.5 M aqueous nitric acid is used for back extraction separation.

本発明においては、上述のように、有機相に抽出分離したウラン及びプルトニウムを硝酸濃度の違いを利用して分離することにより、以下の利点が提供される。   In the present invention, as described above, the following advantages are provided by separating uranium and plutonium extracted and separated into an organic phase using a difference in nitric acid concentration.

すなわち、従来法において必要とされたプルトニウムの還元工程(Pu(IV)からPu(III))が不要となり、工程を簡素化できるとともに、還元剤や亜硝酸分解剤などの添加も不要であり、二次反応を抑制することができる。   That is, the plutonium reduction step (Pu (IV) to Pu (III)) required in the conventional method is not required, the process can be simplified, and addition of a reducing agent, a nitrous acid decomposing agent, or the like is not required. Secondary reaction can be suppressed.

本発明において使用するN,N−ジアルキルアミド抽出剤は、高濃度のウランに対してリン酸トリブチルに匹敵する抽出量を示すことから、本発明の方法は、現行の軽水炉燃料再処理にそのまま適用することが可能である。また、N,N−ジアルキルアミドによる高濃度ウランの抽出を取り扱った従来技術においては、抽出剤の希釈溶媒として、極性のある芳香族系の溶媒(トルエン、1,3,5−トリメチルベンゼン)を用いた例が多い(例えば、非特許文献2を参照のこと)。これは、有機相に抽出される金属錯体の量が有機溶媒への溶解度を超えたときに現れる、その錯体が濃縮した第2の有機相である第3相の生成を抑制する目的のためである。しかし、希釈溶媒である芳香族と水相である硝酸の反応により、爆発性化合物が副生する可能性があり望ましくない。本発明の方法においては、再処理工程でも使用される無極性のノルマルドデカンを希釈溶媒として用いることにより、そのような潜在的危険性を排除することができる。   Since the N, N-dialkylamide extractant used in the present invention shows an extraction amount comparable to tributyl phosphate for high concentrations of uranium, the method of the present invention is directly applied to the current light water reactor fuel reprocessing. Is possible. Moreover, in the prior art which handled extraction of high concentration uranium with N, N-dialkylamide, a polar aromatic solvent (toluene, 1,3,5-trimethylbenzene) was used as a diluent solvent for the extractant. Many examples have been used (for example, see Non-Patent Document 2). This is for the purpose of suppressing the formation of the third phase, which is the second organic phase concentrated when the amount of the metal complex extracted into the organic phase exceeds the solubility in the organic solvent. is there. However, there is a possibility that an explosive compound may be produced as a by-product due to the reaction between the aromatic solvent as a diluting solvent and the nitric acid as an aqueous phase. In the method of the present invention, such a potential danger can be eliminated by using nonpolar normal decane, which is also used in the reprocessing step, as a diluent solvent.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by these Examples.

(実施例1)
本実施例においては、抽出溶媒として、次式:
Example 1
In this example, as the extraction solvent, the following formula:

Figure 2007240370
Figure 2007240370

を有するN,N−ジ−(2−エチル)ヘキシルブタナミドを含むノルマルドデカン溶液を使用した。 A normal dodecane solution containing N, N-di- (2-ethyl) hexylbutanamide having the following formula was used.

極微量のウラン及びプルトニウムを含む硝酸溶液から、1.0M D2EHBAを含むノルマルドデカン溶液を抽出溶媒として用いることにより、ウラン及びプルトニウムイオンを抽出した。平衡時におけるウラン(VI)及びプルトニウム(IV)の抽出分配比(D及びDPu)の硝酸濃度依存性と分離特性を図1に示す。図1において、硝酸濃度が5.0Mであるとき、抽出分配比はそれぞれD=17.3、DPu=2.93であった。硝酸濃度が1.0Mであるときは、D=1.56、DPu=0.41であり、効率よくプルトニウムを逆抽出により回収することができた。更に、硝酸濃度が0.5Mであるときは、D=0.40、DPu≦0.01であり、効率よくウランを逆抽出により回収することができた。
(実施例2)
本実施例においては、抽出溶媒として、次式:
Uranium and plutonium ions were extracted from a nitric acid solution containing a trace amount of uranium and plutonium by using a normal dodecane solution containing 1.0M D2EHBA as an extraction solvent. Nitrate concentration dependence and separation characteristics of the extraction distribution ratio uranium at equilibrium (VI) and plutonium (IV) (D U and D Pu) shown in FIG. In FIG. 1, when the nitric acid concentration was 5.0 M, the extraction distribution ratios were D U = 17.3 and D Pu = 2.93, respectively. When the nitric acid concentration was 1.0 M, D U = 1.56 and D Pu = 0.41, and it was possible to efficiently recover plutonium by back extraction. Furthermore, when the nitric acid concentration was 0.5 M, D U = 0.40 and D Pu ≦ 0.01, and uranium could be efficiently recovered by back extraction.
(Example 2)
In this example, as the extraction solvent, the following formula:

Figure 2007240370
Figure 2007240370

を有するN,N−ジ−(2−エチル)ヘキシルヘキサナミドを含むノルマルドデカン溶液を使用した。 A normal dodecane solution containing N, N-di- (2-ethyl) hexylhexanamide having the following formula was used.

極微量のウラン及びプルトニウムを含む硝酸溶液から、1.0M D2EHHAを含むノルマルドデカン溶液を抽出溶媒として用いることによりウラン及びプルトニウムイオンを抽出した。平衡時におけるウラン(VI)及びプルトニウム(IV)の抽出分配比(D及びDPu)の硝酸濃度依存性と分離特性を図2に示す。図2において、硝酸濃度が5.0Mであるとき、抽出分配比はそれぞれD=16.1、DPu=8.25であった。硝酸濃度が1.0Mであるときは、D=1、41、DPu=0.12であり、効率よくプルトニウムを逆抽出により回収することができた。さらに、硝酸濃度が0.5Mであるときは、D=0.43、DPu=0.03であり、効率よくウランを逆抽出により回収することができた。
(実施例3)
本実施例においては、抽出溶媒として、次式:
Uranium and plutonium ions were extracted from a nitric acid solution containing a very small amount of uranium and plutonium by using a normal dodecane solution containing 1.0M D2EHHA as an extraction solvent. Nitrate concentration dependence and separation characteristics of the extraction distribution ratio uranium at equilibrium (VI) and plutonium (IV) (D U and D Pu) shown in FIG. In FIG. 2, when the nitric acid concentration is 5.0 M, the extraction distribution ratios were D U = 16.1 and D Pu = 8.25, respectively. When the nitric acid concentration was 1.0 M, D U = 1, 41 and D Pu = 0.12. Plutonium could be efficiently recovered by back extraction. Furthermore, when the nitric acid concentration was 0.5M, D U = 0.43 and D Pu = 0.03, and uranium could be efficiently recovered by back extraction.
(Example 3)
In this example, as the extraction solvent, the following formula:

Figure 2007240370
Figure 2007240370

を有するN,N−ジ−ヘキシル−(2−エチル)ヘキサナミドを含むノルマルドデカン溶液を使用した。 A normal dodecane solution containing N, N-di-hexyl- (2-ethyl) hexanamide having the following formula was used.

極微量のウラン及びプルトニウムを含む硝酸溶液から、1.0M DH2EHAを含むノルマルドデカン溶液を抽出溶媒として用いることによりウラン及びプルトニウムイオンを抽出した。平衡時におけるウラン(VI)及びプルトニウム(IV)の抽出分配比(D及びDPu)の硝酸濃度依存性と分離特性を図3に示す。図3において、硝酸濃度が5.0Mであるとき、抽出分配比はそれぞれD=3.50、DPu=1.01であった。硝酸濃度が3.0Mであるときは、D=1.80、DPu=0.27であり、効率よくプルトニウムを逆抽出により回収することができた。更に、硝酸濃度が0.5Mであるときは、D=0.11、DPu≦0.01であり、効率よくウランを逆抽出により回収することができた。 Uranium and plutonium ions were extracted from a nitric acid solution containing a very small amount of uranium and plutonium by using a normal dodecane solution containing 1.0 M DH2EHA as an extraction solvent. Nitrate concentration dependence and separation characteristics of the extraction distribution ratio uranium at equilibrium (VI) and plutonium (IV) (D U and D Pu) shown in FIG. In FIG. 3, when the nitric acid concentration was 5.0M, the extraction distribution ratios were D U = 3.50 and D Pu = 1.01, respectively. When the nitric acid concentration was 3.0M, D U = 1.80 and D Pu = 0.27, and plutonium could be efficiently recovered by back extraction. Furthermore, when the nitric acid concentration was 0.5 M, D U = 0.11 and D Pu ≦ 0.01, and uranium could be efficiently recovered by back extraction.

本発明の方法は、現在の核燃料サイクル、特に再処理工場において適用することができる。   The method of the present invention can be applied in current nuclear fuel cycles, particularly in reprocessing plants.

図1は、D2EHBAを含むノルマルドデカン溶液を抽出溶媒として用いた場合の平衡時のウラン(VI)及びプルトニウム(IV)の抽出分配比:D及びDPuの硝酸濃度依存性と分離特性を示す図である。Figure 1 is normal dodecane solution at equilibrium of uranium when used as an extracting solvent (VI) and extraction distribution ratio plutonium (IV) containing D2EHBA: shows a D U and nitrate concentration dependence and separation characteristics of the D Pu FIG. 図2は、D2EHHAを含むノルマルドデカン溶液を抽出溶媒として用いた場合の平衡時のウラン(VI)及びプルトニウム(IV)の抽出分配比:D及びDPuの硝酸濃度依存性と分離特性を示す図である。2, n-dodecane solution at equilibrium of uranium when it is used as extracting solvent (VI) and extraction distribution ratio plutonium (IV) containing D2EHHA: shows a D U and nitrate concentration dependence and separation characteristics of the D Pu FIG. 図3は、DH2EHAを含むノルマルドデカン溶液を抽出溶媒として用いた場合の平衡時のウラン(VI)及びプルトニウム(IV)の抽出分配比:D及びDPuの硝酸濃度依存性と分離特性を示す図である。3, n-dodecane solution at equilibrium of uranium when it is used as extracting solvent (VI) and extraction distribution ratio plutonium (IV) containing DH2EHA: shows a D U and nitrate concentration dependence and separation characteristics of the D Pu FIG.

Claims (5)

種々の放射性核種を含む硝酸水溶液からウラン及びプルトニウムを分離回収する方法であって、
単座配位活性のある官能基であるC=Oを有するN,N−ジアルキルアミドを抽出剤として前記硝酸水溶液からウラン(VI)及びプルトニウム(IV)を有機相に抽出分離し、次いで、濃度の異なる硝酸水溶液を抽出剤として使用することにより、前記有機相から前記ウラン(VI)及びプルトニウム(IV)を逆抽出により別々に水相に逆抽出分離することを含み、
前記N,N−ジアルキルアミドが次式:
C(O)NR
(式中、Rは、C〜Cの分岐アルキル基であって、そのアルファ炭素又はベータ炭素にメチル基又はエチル基が結合した分岐アルキル基であり、R及びRは、それぞれ独立して、C〜Cの直鎖アルキル基であり、あるいは、Rは、C〜Cの直鎖アルキル基であり、R及びRは、それぞれ独立して、C〜Cの分岐アルキル基であって、そのアルファ炭素又はベータ炭素にメチル基又はエチル基が結合した分岐アルキル基である)の構造を有する分岐N,N−ジアルキルアミドである、前記方法。
A method for separating and recovering uranium and plutonium from an aqueous nitric acid solution containing various radionuclides,
Extracting and separating uranium (VI) and plutonium (IV) into the organic phase from the aqueous nitric acid solution using N, N-dialkylamide having C═O, which is a functional group having a monodentate coordination activity, as an extractant, Back-extracting the uranium (VI) and plutonium (IV) separately from the organic phase into the aqueous phase by back extraction by using different aqueous nitric acid solutions as extractants;
The N, N-dialkylamide has the following formula:
R 1 C (O) NR 2 R 3
(In the formula, R 1 is a C 4 to C 8 branched alkyl group, which is a branched alkyl group in which a methyl group or an ethyl group is bonded to an alpha carbon or a beta carbon, and R 2 and R 3 are each represented by Independently, it is a C 4 to C 8 linear alkyl group, or R 1 is a C 4 to C 8 linear alkyl group, and R 2 and R 3 are each independently C 4 A branched N, N-dialkylamide having a structure of C 8 -branched alkyl group, which is a branched alkyl group having a methyl group or an ethyl group bonded to an alpha carbon or a beta carbon thereof.
N,N−ジアルキルアミドが、次式:
Figure 2007240370
を有するN,N−ジ−(2−エチル)ヘキシルブタナミド、次式:
Figure 2007240370
を有するN,N−ジ−(2−エチル)ヘキシルヘキサナミド及び次式:
Figure 2007240370
を有するN,N−ジ−ヘキシル−(2−エチル)ヘキサナミドからなる群から選択される、請求項1記載の方法。
N, N-dialkylamide has the following formula:
Figure 2007240370
N, N-di- (2-ethyl) hexylbutanamide having the formula:
Figure 2007240370
N, N-di- (2-ethyl) hexylhexanamide having the formula:
Figure 2007240370
The process of claim 1, wherein the process is selected from the group consisting of N, N-di-hexyl- (2-ethyl) hexanamide having:
ウラン及びプルトニウムの分配比をD>1及びDPu<1として与える濃度の硝酸水溶液を使用して、プルトニウム(IV)を逆抽出分離し、次いで、ウランの分配比をD<1として与える濃度の硝酸水溶液を使用して、ウラン(VI)を逆抽出分離する、請求項1又は2に記載の方法。 Plutonium (IV) is back-extracted using an aqueous nitric acid solution having a concentration ratio of uranium and plutonium as D U > 1 and D Pu <1, and then a distribution ratio of uranium is given as D U <1. The method according to claim 1 or 2, wherein uranium (VI) is back-extracted and separated using a concentrated aqueous nitric acid solution. 相対的に高い濃度の硝酸水溶液を使用して、プルトニウム(IV)を有機相から水相に逆抽出分離し、次いで、相対的に低い濃度の硝酸水溶液を使用して、ウラン(VI)を有機相から水相に逆抽出分離する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   Using a relatively high concentration aqueous nitric acid solution, plutonium (IV) is back-extracted from the organic phase to the aqueous phase, and then using a relatively low concentration aqueous nitric acid solution, uranium (VI) is organically separated. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the back-extraction separation is performed from the phase to the aqueous phase. N,N−ジアルキルアミドがノルマルドデカンにより希釈されたものである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the N, N-dialkylamide is diluted with normal dodecane.
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