JP2008019150A

JP2008019150A - ウラン回収方法

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Publication number: JP2008019150A
Application number: JP2006194836A
Authority: JP
Inventors: Kunio Ozeki; 邦夫大関
Original assignee: Hirosaki University NUC
Current assignee: Hirosaki University NUC
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: JP4956740B2

Abstract

【課題】大型で且つ特殊な設備を用いることなく、簡易且つ沿岸に設置した通常の施設で海水ウランを回収することができるウラン回収方法を提供する。
【解決手段】ビーカー１０内の海水１４及び内部海水１６中にセルロース繊維円筒濾紙１２を浸し、内部海水１６に塩酸を加えて炭酸ウラニルイオンを分解し、ウラニルイオンを生成する。セルロース繊維円筒濾紙１２を介して内部海水１６と海水１４とを接触し、放置して、セルロース繊維円筒濾紙１２にイオン会合体としてウランを固定する。セルロース繊維円筒濾紙１２をビーカー１０から取り出し、別のビーカー１８内の希塩酸に浸してウランを溶離する。
【選択図】図１

Description

本発明は炭酸ウラニルイオンを含む溶液中のウランを回収するウラン回収方法に関し、特に、海水中のウランを回収するウラン回収方法に関する。

海水中には約４５億トンのウラン（以下、「海水ウラン」と言う。）が存在し、これは鉱山ウランの約１０００倍に相当するものと言われている。黒潮に乗って日本に運ばれてくる海水ウランは年間約５２０万トンであり、このうちの０．２％を捕集することができれば、日本の年間ウラン需要量とされている８００トンのウランを賄うことができると言われている。日本では年間ウラン需要量の１００％を海外からの輸入に頼っているため、海水ウランの捕集により、長期的に安定した資源の確保をすることができるものとされている（非特許文献１参照）。

海水ウランの捕集（回収）に関する研究は、世界的に見て日本が一番進んでいる。特に、独立行政法人日本原子力研究開発機構高崎量子応用研究所（旧日本原子力研究所高崎研究所）では、１９８０年頃から海水ウラン捕集材の作成に用いる放射性グラフト重合法の研究が行われてきている（非特許文献２参照）。現在は、アミドキシム基を固定した不織布による海水ウラン捕集の実用実験が行われている（非特許文献１参照）。

"有用金属捕集材"、［online］、独立行政法人日本原子力研究開発機構高崎量子応用研究所ホーム・ページ、［平成１８年６月１日検索］、インターネット<URL: http://www.taka.jaea.go.jp/eimr_div/j637/seawater_j.html>. "放射線グラフト重合法"、［online］、独立行政法人日本原子力研究開発機構高崎量子応用研究所ホーム・ページ、［平成１８年６月１日検索］、インターネット<URL: http://www.taka.jaea.go.jp/eimr_div/j637/graft_j.html>.

上述した海水ウラン捕集の実用実験では、大型で且つ捕集材等の材料を長期間海中に浸して放置するための特殊な設備が必要となるという問題があった。そこで、本発明の目的は上記問題を解決するためになされたものであり、大型で且つ特殊な設備を用いることなく、簡易且つ沿岸に設置した通常の施設で海水ウランを回収することができるウラン回収方法を提供することにある。

この発明のウラン回収方法は、炭酸ウラニルイオンを含む溶液中のウランを回収するウラン回収方法であって、炭酸ウラニルイオンを含む溶液中に所定の閉形状のセルロース繊維濾紙を浸し、該セルロース繊維濾紙内の該溶液に塩酸を加えて炭酸ウラニルイオンを分解し、ウラニルイオンを生成するウラニルイオン生成工程と、前記セルロース繊維濾紙を介して、前記ウラニルイオン生成工程で生成したウラニルイオンを含む該セルロース繊維濾紙内の溶液と炭酸ウラニルイオンを含む該セルロース繊維濾紙外の溶液とを接触し、該セルロース繊維濾紙にイオン会合体としてウランを固定するウラン固定工程と、前記ウラン固定工程でウランを固定したセルロース繊維濾紙を前記溶液から取り出し、該セルロース繊維濾紙を希塩酸に浸してウランを溶離するウラン溶離工程とを備えたことを特徴とする。

ここで、この発明のウラン回収方法において、前記ウラン固定工程は、前記セルロース繊維濾紙を介して、前記ウラニルイオン生成工程で生成したウラニルイオンを含む該セルロース繊維濾紙内の溶液と炭酸ウラニルイオンを含む該セルロース繊維濾紙外の溶液とを接触し、放置して、該セルロース繊維濾紙にイオン会合体としてウランを固定することができる。

ここで、この発明のウラン回収方法において、前記ウラン固定工程における放置は前記セルロース繊維濾紙外の溶液の撹拌を伴うことができる。

ここで、この発明のウラン回収方法において、前記所定の閉形状のセルロース繊維濾紙はセルロース繊維円筒濾紙とすることができる。

この発明のウラン回収方法は、炭酸ウラニルイオンを含む溶液中のウランを回収するウラン回収方法であって、炭酸ウラニルイオンを含む溶液に塩酸を加えて炭酸ウラニルイオンの一部をウラニルイオンに変換し、該ウラニルイオンと該炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体を生成するイオン会合体生成工程と、前記イオン会合体生成工程で生成したイオン会合体を含む溶液を所定の形状のセルロース繊維濾紙を用いて濾過し、該セルロース繊維濾紙にイオン会合体としてウランを固定するウラン固定工程と、前記ウラン固定工程でウランを固定したセルロース繊維濾紙を前記溶液から取り出し、該セルロース繊維濾紙を希塩酸に浸してウランを溶離するウラン溶離工程とを備えたことを特徴とする。

ここで、この発明のウラン回収方法において、前記イオン会合体生成工程は、炭酸ウラニルイオンを含む溶液に塩酸を加えて、放置し、炭酸ウラニルイオンの一部をウラニルイオンに変換し、該ウラニルイオンと該炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体を生成することができる。

ここで、この発明のウラン回収方法において、前記イオン会合体生成工程における放置は前記溶液の撹拌を伴うことができる。

ここで、この発明のウラン回収方法において、前記所定の形状のセルロース繊維濾紙はセルロース繊維円筒濾紙とすることができる。

ここで、この発明のウラン回収方法において、前記炭酸ウラニルイオンを含む溶液は海水とすることができる。

ここで、この発明のウラン回収方法において、前記炭酸ウラニルイオンは二炭酸ウラニルイオン及び／又は三炭酸ウラニルイオンとすることができる。

本発明のウラン回収方法によれば、海水にセルロース繊維円筒濾紙を浸し、塩酸をセルロース繊維円筒濾紙内部の海水に加えてウラニルイオンを生成し、セルロース繊維円筒濾紙を介してウラニルイオンとセルロース繊維円筒濾紙外の海水とを接触させ、セルロース繊維円筒濾紙に固定したイオン会合体に希塩酸を用いることにより、ウランを回収することができる。このため、従来技術のように大型で且つ特殊な設備を用いることなく、原理的に極めて簡易にウランを回収することができる。規模を拡大することは容易であり、沿岸に設置した通常の施設で十分に海水ウランを回収することができるという効果がある。

以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明の実施例１におけるウラン回収方法の原理について説明し、次に実施例１における具体的な実験例について図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施例１におけるウラン回収方法の原理．
本発明の実施例１におけるウラン回収方法は、炭酸ウラニルイオンを含む溶液中のウランを回収するウラン回収方法である。炭酸ウラニルイオンを含む溶液としては海水が好適であり、以下の説明では海水を炭酸ウラニルイオンを含む溶液の例として用いる。ウランの化学種はウラニルイオン（ＵＯ_２ ^２＋）であるが、海水中では炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−）と結びつき、炭酸ウラニルイオンとして存在している。炭酸ウラニルイオンは二炭酸ウラニルイオン（［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_２］^２−）および三炭酸ウラニルイオン（［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_３］^４−）の総称である。本発明の対象となる炭酸ウラニルイオンは、二炭酸ウラニルイオンおよび三炭酸ウラニルイオンであるが、いずれか一方を対象としてもよい。

図１（Ａ）ないし（Ｃ）は本発明の実施例１におけるウラン回収方法の原理を示す。図１（Ａ）ないし（Ｃ）において、符号１０はビーカー、１２は所定の閉形状のセルロース繊維濾紙、１４は海水、１６はセルロース繊維濾紙１２内の海水、１８はビーカー１０とは別のビーカーである。以下、セルロース繊維濾紙１２内の海水１６と海水１４とを区別するために、セルロース繊維濾紙１２内の海水１６を特に内部海水１６と言う。所定の閉形状のセルロース繊維濾紙１２としてはセルロース繊維円筒濾紙が好適であり、以下の説明ではセルロース繊維円筒濾紙を所定の閉形状のセルロース繊維濾紙の例として用いる。図１（Ａ）に示されるように、ビーカー１０内の海水１４および内部海水１６中にセルロース繊維円筒濾紙１２を浸し、セルロース繊維円筒濾紙１２内の内部海水１６に塩酸（ＨＣｌ）を加えて内部海水１６内の炭酸ウラニルイオンを分解し、内部海水１６内にウラニルイオンを生成する（ウラニルイオン生成工程）。

ここで、上述した炭酸ウラニルイオンのウラニルイオンへの分解（ウラニルイオン生成工程）について説明する。最初、内部海水１６中では、以下の化学平衡式１ないし４が成立している。

内部海水１６に塩酸を加えて水素イオン濃度を増加させると、化学平衡式４の平衡は左に移動し、化学平衡式３の平衡も左に移動する。その結果、化学平衡式１および２の平衡は左に移動し、炭酸ウラニルイオンは分解してウラニルイオンが生成されることになる。以上の反応をまとめて示すと、三炭酸ウラニルイオンのウラニルイオンへの分解は以下の化学平衡式５で表され、二炭酸ウラニルイオンのウラニルイオンへの分解は以下の化学平衡式６で表される。

図２は、ウラン化学種の分率に及ぼすｐＨの影響を示すグラフである。図２において、横軸は海水のｐＨ、縦軸は海水のウラン化学種の分率であり、四角印がウラニルイオン（Ａ）、丸印が二炭酸ウラニルイオン（Ｂ）、三角印が三炭酸ウラニルイオン（Ｃ）を示す。図２に示されるように、ウラニルイオン（Ａ）、二炭酸ウラニルイオン（Ｂ）および三炭酸ウラニルイオン（Ｃ）の分率（存在比）は海水１６のｐＨによって変化する。海水のｐＨは８．２程度であるため、三炭酸ウラニルイオン（Ｃ）の存在割合が大きい。上述のように内部海水１６を酸性にすると、図２に示されるように、内部海水１６中の炭酸ウラニルイオン（ＣおよびＢ）はウラニルイオン（Ａ）となる。従って、酸性にしたセルロース繊維円筒濾紙１２内の内部海水１６にはウラニルイオン（Ａ）が存在する。

図１に戻って説明すると、図１（Ｂ）に示されるように、セルロース繊維円筒濾紙１２を介して、上述のウラニルイオン生成工程で生成したウラニルイオンを含むセルロース繊維円筒濾紙１２内の内部海水１６と炭酸ウラニルイオンを含むセルロース繊維円筒濾紙１２外の海水１４とを接触し、セルロース繊維円筒濾紙１２にイオン会合体（ＵＯ_２ ^２＋［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_２］^２−または（ＵＯ_２ ^２＋）_２［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_３］^４−）としてウランを固定する（ウラン固定工程）。このイオン会合体の生成反応は、二炭酸ウラニルイオン、三炭酸ウラニルイオンについて各々以下の化学式７、８のように表される。

次に、図１（Ｃ）に示されるように、上述のウラン固定工程でウランを固定したセルロース繊維円筒濾紙１２を内部海水１６および１４の入ったビーカー１０から取り出し、セルロース繊維円筒濾紙１２を別のビーカー１８内の希塩酸に浸してウランを溶離する（ウラン溶離工程）。イオン会合体ＵＯ_２ ^２＋［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_２］^２−の分解反応は、化学式６と７とから以下の化学式９のように表される。

同様にして、イオン会合体（ＵＯ_２ ^２＋）_２［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_３］^４−の分解反応は、化学式５と８とから以下の化学式１０のように表される。

以上のように、ビーカー１０内の海水１４（および１６）中にセルロース繊維円筒濾紙１２を浸し、セルロース繊維円筒濾紙１２内の内部海水１６に塩酸を加えて内部海水１６内の炭酸ウラニルイオンを分解し、内部海水１６内にウラニルイオンを生成する（ウラニルイオン生成工程）。セルロース繊維円筒濾紙１２を介して、ウラニルイオン生成工程で生成したウラニルイオンを含むセルロース繊維円筒濾紙１２内の内部海水１６と炭酸ウラニルイオンを含むセルロース繊維円筒濾紙１２外の海水１４とを接触し、セルロース繊維円筒濾紙１２にイオン会合体（ＵＯ_２ ^２＋［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_２］^２−または（ＵＯ_２ ^２＋）_２［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_３］^４−）としてウランを固定する（ウラン固定工程）。ウラン固定工程でウランを固定したセルロース繊維円筒濾紙１２を内部海水１６および１４の入ったビーカー１０から取り出し、セルロース繊維円筒濾紙１２を別のビーカー１８内の希塩酸に浸してウランを溶離する（ウラン溶離工程）。本発明の実施例１におけるウラン回収方法の原理の特徴は、海水１４および内部海水１６にセルロース繊維円筒濾紙１２を浸し、塩酸を内部海水１６に加えてウラニルイオンを生成し、セルロース繊維円筒濾紙１２を介してこのウラニルイオンと炭酸ウラニルイオンを含む海水１４とを接触させ、セルロース繊維円筒濾紙１２に固定したイオン会合体に希塩酸を用いることにより、ウランを回収するという点にある。このため、従来技術のように大型で且つ特殊な設備を用いることなく、原理的に極めて簡易にウランを回収することができる。規模を拡大することは容易であり、沿岸に設置した通常の施設で十分に海水ウランを回収することができる。

上述の説明では、炭酸ウラニルイオンを含む溶液として海水を例として用いたが、本発明の実施例１におけるウラン回収方法は海水に限定されるものではない。ウランの希薄溶液に炭酸イオンを加えることにより、海水と同様な系ができるため、本発明の実施例１におけるウラン回収方法は、海水以外のウランの希薄溶液に対しても適用することができることは勿論である。

以下、実施例１における具体的な実験例について説明する。図３（Ａ）ないし（Ｄ）は、本発明の実施例１におけるウラン回収方法の一例を示す。図３（Ａ）ないし（Ｄ）で図１（Ａ）ないし（Ｃ）と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図３（Ａ）ないし（Ｄ）において、符号１０ａは１５０ｍｌのポリプロピレン製ビーカー、１２ａは外径２８ｍｍ、内径２４ｍｍ、長さ１００ｍｍのセルロース繊維製円筒濾紙、２０は回転子、２２はスターラーである。セルロース繊維製円筒濾紙１２ａとしては東洋濾紙株式会社のＡＤＶＡＮＴＥＣ（登録商標）８４を用いた。セルロース繊維製円筒濾紙１２ａの膜厚は、好適には約２ｍｍである。

図３（Ａ）に示されるように、ポリプロピレン製ビーカー１０ａにセルロース繊維製円筒濾紙１２ａを入れ、海水１００ｍｌをポリプロピレン製ビーカー１０ａに加える。内部海水１６は約２０ｍｌとなる。海水１４および内部海水１６には、上述したように炭酸ウラニルイオンが含まれている。海水１４（および内部海水１６）は青森県深浦町千畳敷海岸から採取した。海水１４（および内部海水１６）のウラン濃度は、２１回の繰返し実験で、平均値３．２３μｇ／Ｌ、標準偏差０．１４μｇ／Ｌである。海水１４（および内部海水１６）のｐＨは８．２である。

次に、図３（Ｂ）に示されるように、内部海水１６に１Ｍ塩酸０．２ｍｌを加える。この結果、上述したように内部海水１６の炭酸ウラニルイオンは分解されてウランイオンが生成される（ウラニルイオン生成工程）。

図３（Ｃ）に示されるように、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａを介して、ウラニルイオン生成工程で生成したウラニルイオンを含む内部海水１６と炭酸ウラニルイオンを含む海水１４とが接触し、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａにイオン会合体（ＵＯ_２ ^２＋［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_２］^２−または（ＵＯ_２ ^２＋）_２［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_３］^４−）としてウランが固定される（ウラン固定工程）。

上述のウラン固定工程は、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａを介して、ウラニルイオン生成工程で生成したウラニルイオンを含む内部海水１６と炭酸ウラニルイオンを含む海水１４とを接触し、放置して、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａにイオン会合体としてウランを固定することができる。放置は主としてセルロース繊維製円筒濾紙１２ａ内外の海水のｐＨを所定の値に達せしめ、ウランをセルロース繊維製円筒濾紙１２ａに固定するウラン固定工程において必要となる。当該放置はセルロース繊維製円筒濾紙１２ａ外の海水１４の撹拌を伴うこともできる。具体的には、海水１４をスターラー２２で６時間以上撹拌しながら放置する。撹拌は、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａ内の内部海水１６のｐＨとセルロース繊維製円筒濾紙１２ａ外の海水１４のｐＨとが等しくなった時点で止める。

図４は、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａの外部の海水１４および内部海水１６の各海水試料のｐＨに及ぼす放置時間の影響を示すグラフである。図４で、横軸は撹拌時間（時間）、縦軸はｐＨである。図４に示されるように、最初、海水１４のｐＨは８．２であり、内部海水１６のｐＨは約２であった。この状態で海水１４を撹拌しながら放置すると、やがて海水１４と内部海水１６とが混ざり合い、６時間以上（好適には７時間）で両海水試料のｐＨは等しくなる。従って、放置する時間は、撹拌を伴う場合、６時間以上、好適には７時間である。

図３に戻り説明すると、図３（Ｄ）に示されるように、上述のウラン固定工程でウランを固定したセルロース繊維製円筒濾紙１２ａを内部海水１６および海水１４の入ったポリプロピレン製ビーカー１０ａから取り出し、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａを別のビーカー１８ａに入れる。ビーカー１８ａに０．５Ｍ希塩酸５０ｍｌを加えて、捕集したウランを溶離する（ウラン溶離工程）。

ウラン溶離工程で溶離されたウランを定量し、ウランの回収率に及ぼすｐＨの影響を検討した。図５は、ウランの回収率に及ぼすｐＨの影響を示すグラフである。図５で、横軸はセルロース繊維製円筒濾紙１２ａ内外におけるｐＨ、縦軸はウラン回収率（％）であり、丸印はウラン固定工程において撹拌しながら７時間放置した場合、四角印はウラン固定工程において撹拌無しで２４時間放置した場合を示す。上述したように、海水１４（および内部海水１６）のウラン濃度は、２１回の繰返し実験で、平均値３．２３μｇ／Ｌ、標準偏差０．１４μｇ／Ｌであった。従って、ポリプロピレン製ビーカー１０ａに加えた海水１００ｍｌ中のウランの量は０．３２３μｇとなる。図５に示される回収率はこの０．３２３μｇを基準として算出した。図５の点線近傍に示されるように、海水ウランはウラン固定工程において撹拌しながら７時間放置した場合、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａ内外におけるｐＨが６付近になると、８０％近くが回収されることがわかった。さらに、図５の点線近傍に示されるように、海水ウランはウラン固定工程において撹拌無しで２４時間放置した場合にも、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａ内外におけるｐＨが６付近になると、８０％近くが回収されることがわかった。従って、撹拌を伴わない場合、放置する時間は好適には２４時間である。

以上より、本発明の実施例１によれば、ポリプロピレン製ビーカー１０ａにセルロース繊維製円筒濾紙１２ａを入れ、海水１００ｍｌをポリプロピレン製ビーカー１０ａに加える。次に、内部海水１６（約２０ｍｌ）に１Ｍ塩酸０．２ｍｌを加える（ウラニルイオン生成工程）。セルロース繊維製円筒濾紙１２ａを介して、ウラニルイオン生成工程で生成したウラニルイオンを含む内部海水１６と炭酸ウラニルイオンを含む海水１４とが接触し、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａにイオン会合体（ＵＯ_２ ^２＋［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_２］^２−または（ＵＯ_２ ^２＋）_２［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_３］^４−）としてウランが固定される（ウラン固定工程）。ウラン固定工程は、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａを介して、ウラニルイオン生成工程で生成したウラニルイオンを含む内部海水１６と炭酸ウラニルイオンを含む海水１４とを接触し、放置して、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａにイオン会合体としてウランを固定することができる。当該放置はセルロース繊維製円筒濾紙１２ａ外の海水１４の撹拌を伴うこともできる。具体的には、海水１４をスターラー２２で６時間以上撹拌しながら放置する。撹拌は、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａ内の内部海水１６のｐＨとセルロース繊維製円筒濾紙１２ａ外の海水１４のｐＨとが等しくなった時点（好適には撹拌しながら７時間放置した後）で止める。ウラン固定工程でウランを固定したセルロース繊維製円筒濾紙１２ａを内部海水１６および海水１４の入ったポリプロピレン製ビーカー１０ａから取り出し、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａを別のビーカー１８ａに入れる。ビーカー１８ａに０．５Ｍ希塩酸５０ｍｌを加えて、捕集したウランを溶離する（ウラン溶離工程）。海水ウランはウラン固定工程において撹拌しながら７時間放置した場合、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａ内外におけるｐＨが６付近になると、８０％近くが回収されることがわかった。さらに、海水ウランはウラン固定工程において撹拌無しで２４時間放置した場合にも、セルロース繊維製円筒濾紙１２ａ内外におけるｐＨが６付近になると、８０％近くが回収されることがわかった。基本的には、酸性の内部海水１６を含むセルロース繊維製円筒濾紙１２ａを天然の海水１４に接触させ、海水１４を撹拌しながら７時間放置するか、あるいは上記撹拌無しで２４時間放置するだけで、海水ウランを回収することができる。すなわち、従来技術のように大型で且つ特殊な設備を用いることなく、極めて簡易にウランを回収することができる。海水ウランを捕集した後の海水はｐＨ６付近であることから、そのまま海水に放出することができる。

まず、本発明の実施例２におけるウラン回収方法の原理について説明し、次に実施例２における具体的な実験例について図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施例２におけるウラン回収方法の原理．
本発明の実施例２におけるウラン回収方法は、実施例１と同様に、炭酸ウラニルイオンを含む溶液中のウランを回収するウラン回収方法である。実施例１と同様に、炭酸ウラニルイオンを含む溶液としては海水が好適であり、以下の説明では海水を炭酸ウラニルイオンを含む溶液の例として用いる。本発明の実施例２において対象となる炭酸ウラニルイオンは、実施例１と同様に、二炭酸ウラニルイオンおよび三炭酸ウラニルイオンであるが、いずれか一方を対象としてもよい。

図６（Ａ）ないし（Ｃ）は本発明の実施例２におけるウラン回収方法の原理を示す。図６（Ａ）ないし（Ｃ）で図１（Ａ）ないし（Ｃ）と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。図６（Ａ）ないし（Ｃ）において、符号３２は所定の形状のセルロース繊維濾紙である。所定の形状のセルロース繊維濾紙３２としてはセルロース繊維円筒濾紙が好適である。通常、濾過の実験には、平板なセルロース繊維濾紙ではなくセルロース繊維円筒濾紙を用いているため、以下の説明ではセルロース繊維円筒濾紙を所定の形状のセルロース繊維濾紙の例として用いる。但し、これは実験の便宜上のためであり、濾過に用いることができるものであれば所定の形状のセルロース繊維濾紙３２はセルロース繊維円筒濾紙に限定されるものではない。

図６（Ａ）に示されるように、ビーカー１０内の海水１４に塩酸を加えて炭酸ウラニルイオンの一部をウラニルイオンに変換し、ウラニルイオンと炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体を生成する（イオン会合体生成工程）。ここで、炭酸ウラニルイオンのウラニルイオンへの変換（または分解）についての説明は、実施例１において化学平衡式１ないし６を用いた説明と同じであるため省略する。実施例１において図２のウラン化学種の分率に及ぼすｐＨの影響を示すグラフを用いて説明したように、海水１４のｐＨが５〜７に調整された場合、海水１４中には、ウラニルイオン、二炭酸ウラニルイオンおよび三炭酸ウラニルイオンが共に存在している。従って、実施例１において化学式７および８を用いてイオン会合体の生成反応を説明したように、海水１４中ではウラニルイオンと二炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体、およびウラニルイオンと三炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体が生成されている。

次に、図６（Ｂ）に示されるように、上述のイオン会合体生成工程で生成したイオン会合体を含む海水１４をセルロース繊維円筒濾紙３２を用いて濾過し、セルロース繊維円筒濾紙３２にイオン会合体（ＵＯ_２ ^２＋［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_２］^２−、（ＵＯ_２ ^２＋）_２［ＵＯ_２（ＣＯ_３）_３］^４−）としてウランを固定する（ウラン固定工程）。

図６（Ｃ）に示されるように、上述のウラン固定工程でウランを固定したセルロース繊維円筒濾紙３２を別のビーカー１８内の希塩酸に浸してウランを溶離する（ウラン溶離工程）。イオン会合体の分解反応の説明は、実施例１において化学式９および１０を用いた説明と同様であるため省略する。

以上のように、ビーカー１０内の海水１４に塩酸を加えて炭酸ウラニルイオンの一部をウラニルイオンに変換し、ウラニルイオンと炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体を生成する（イオン会合体生成工程）。イオン会合体生成工程で生成したイオン会合体を含む海水１４をセルロース繊維円筒濾紙３２を用いて濾過し、セルロース繊維円筒濾紙３２にイオン会合体としてウランを固定する（ウラン固定工程）。ウラン固定工程でウランを固定したセルロース繊維円筒濾紙３２を別のビーカー１８内の希塩酸に浸してウランを溶離する（ウラン溶離工程）。本発明の実施例２におけるウラン回収方法の原理によれば、実施例１のように予め海水１４中にセルロース繊維円筒濾紙３２を浸しておく必要がない。このため、実施例１と比較してさらに簡易にウランを回収することができる。

上述の説明では、炭酸ウラニルイオンを含む溶液として海水を例として用いたが、実施例１と同様に、実施例２におけるウラン回収方法は海水に限定されるものではない。ウランの希薄溶液に炭酸イオンを加えることにより、海水と同様な系ができるため、実施例２におけるウラン回収方法も実施例１と同様に、海水以外のウランの希薄溶液に対しても適用することができることは勿論である。

以下、実施例２における具体的な実験例について説明する。図７（Ａ）ないし（Ｃ）は、本発明の実施例２におけるウラン回収方法の一例を示す。図７（Ａ）ないし（Ｃ）で図６（Ａ）ないし（Ｃ）および図３（Ａ）ないし（Ｄ）と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため、説明は省略する。図７（Ａ）ないし（Ｃ）において、符号３２ａは外径２８ｍｍ、内径２４ｍｍ、長さ１００ｍｍのセルロース繊維製円筒濾紙（東洋濾紙株式会社製のＡＤＶＡＮＴＥＣ（登録商標）８４）である。セルロース繊維製円筒濾紙３２ａの膜厚は、好適には約２ｍｍである。

図７（Ａ）に示されるように、ポリプロピレン製ビーカー１０ａ内に海水１４を１００ｍｌ入れる。海水１４は実施例１と同様に青森県深浦町千畳敷海岸から採取した。実施例１と同様に、海水１４のウラン濃度は２１回の繰返し実験で、平均値３．２３μｇ／Ｌ、標準偏差０．１４μｇ／Ｌであり、海水１４のｐＨは８．２である。次に、図７（Ａ）に示されるように、海水１４に１Ｍ塩酸０．２ｍｌを加える。この結果、上述したように海水１４の炭酸ウラニルイオンの一部がウラニルイオンに変換され、ウラニルイオンと炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体が生成される（イオン会合体生成工程）。

上述のイオン会合体生成工程は、炭酸ウラニルイオンを含む海水１４に塩酸を加えて、放置し、炭酸ウラニルイオンの一部をウラニルイオンに変換し、ウラニルイオンと炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体を生成することができる。放置は主としてビーカー１０ａ内の海水１４のｐＨを所定の値（ｐＨ＝５〜７）に達せしめ、ウラニルイオンと炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体を生成するイオン会合体生成工程において必要となる。

次に、図７（Ｂ）に示されるように、上述のイオン会合体生成工程で生成したイオン会合体を含む海水１４をセルロース繊維円筒濾紙３２ａを用いて濾過し、セルロース繊維円筒濾紙３２ａにイオン会合体としてウランを固定する（ウラン固定工程）。

図７（Ｃ）に示されるように、上述のウラン固定工程でウランを固定したセルロース繊維円筒濾紙３２ａを別のビーカー１８ａに入れる。ビーカー１８ａに０．５Ｍ希塩酸５０ｍｌを加えて、捕集したウランを溶離する（ウラン溶離工程）。

実施例１と同様に、ウラン溶離工程で溶離されたウランを定量し、ウランの回収率に及ぼすｐＨの影響を検討した。図８は、ウランの回収率に及ぼすｐＨの影響を示すグラフである。図８で、横軸はビーカー１０ａ内の海水１４のｐＨ、縦軸はウラン回収率（％）であり、四角印はイオン会合体生成工程において撹拌無しで７時間放置した場合を示す。実施例１と同様に、ポリプロピレン製ビーカー１０ａに加えた海水１００ｍｌ中のウランの量は０．３２３μｇとなる。図８に示される回収率はこの０．３２３μｇを基準として算出した。図８の点線近傍に示されるように、海水ウランはイオン会合体生成工程において撹拌無しで７時間放置した場合、ビーカー１０ａ内の海水１４のｐＨが５〜７付近になると、６０％近くが回収されることがわかった。従って、撹拌無しで放置する時間は好適には７時間程度である。

イオン会合体生成工程における上記放置は、ビーカー１０ａ内の海水１４の撹拌を伴っても良い。具体的には、海水１４をスターラー２２で所望の時間撹拌しながら放置する。撹拌は、ビーカー１０ａ内の海水１４のｐＨが所定の値（ｐＨ＝５〜７）になった時点で止めればよい。

以上より、本発明の実施例２によれば、ポリプロピレン製ビーカー１０ａ内に海水１４を１００ｍｌ入れる。次に、海水１４に１Ｍ塩酸０．２ｍｌを加える。この結果、上述したように海水１４の炭酸ウラニルイオンの一部がウラニルイオンに変換され、ウラニルイオンと炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体が生成される（イオン会合体生成工程）。上述のイオン会合体生成工程は、炭酸ウラニルイオンを含む海水１４に塩酸を加えて、放置し、炭酸ウラニルイオンの一部をウラニルイオンに変換し、ウラニルイオンと炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体を生成することができる。イオン会合体生成工程で生成したイオン会合体を含む海水１４をセルロース繊維円筒濾紙３２ａを用いて濾過し、セルロース繊維円筒濾紙３２ａにイオン会合体としてウランを固定する（ウラン固定工程）。ウラン固定工程でウランを固定したセルロース繊維円筒濾紙３２ａを別のビーカー１８ａに入れる。ビーカー１８ａに０．５Ｍ希塩酸５０ｍｌを加えて、捕集したウランを溶離する（ウラン溶離工程）。海水ウランはイオン会合体生成工程において撹拌無しで７時間放置した場合、ビーカー１０ａ内の海水１４のｐＨが５〜７付近になると、６０％近くが回収されることがわかった。イオン会合体生成工程における上記放置は、ビーカー１０ａ内の海水１４の撹拌を伴っても良い。基本的には、天然の海水１４に塩酸を加え、海水１４を撹拌無しで７時間放置するか、あるいは撹拌しながら所望の時間放置するだけで、海水ウランを回収することができる。すなわち、従来技術のように大型で且つ特殊な設備を用いることなく、極めて簡易にウランを回収することができる。海水ウランを捕集した後の海水はｐＨ５〜７付近であることから、そのまま海水に放出することができる。

本発明の活用例として、特に海水ウランの回収に適用することができる。

本発明の実施例１におけるウラン回収方法の原理を示す図である。ウラン化学種の分率に及ぼすｐＨの影響を示すグラフである。本発明の実施例１におけるウラン回収方法の一例を示す図である。セルロース繊維製円筒濾紙１２ａの外部の海水１４および内部海水１６の各海水試料のｐＨに及ぼす放置時間の影響を示すグラフである。ウランの回収率に及ぼすｐＨの影響を示すグラフ図である。本発明の実施例２におけるウラン回収方法の原理を示す図である。本発明の実施例２におけるウラン回収方法の一例を示す図である。ウランの回収率に及ぼすｐＨの影響を示すグラフ図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１８ビーカー、１２、１２ａ、３２、３２ａセルロース繊維製円筒濾紙、１４海水、１６内部海水、２０回転子、２２スターラー。

Claims

炭酸ウラニルイオンを含む溶液中のウランを回収するウラン回収方法であって、
炭酸ウラニルイオンを含む溶液中に所定の閉形状のセルロース繊維濾紙を浸し、該セルロース繊維濾紙内の該溶液に塩酸を加えて炭酸ウラニルイオンを分解し、ウラニルイオンを生成するウラニルイオン生成工程と、
前記セルロース繊維濾紙を介して、前記ウラニルイオン生成工程で生成したウラニルイオンを含む該セルロース繊維濾紙内の溶液と炭酸ウラニルイオンを含む該セルロース繊維濾紙外の溶液とを接触し、該セルロース繊維濾紙にイオン会合体としてウランを固定するウラン固定工程と、
前記ウラン固定工程でウランを固定したセルロース繊維濾紙を前記溶液から取り出し、該セルロース繊維濾紙を希塩酸に浸してウランを溶離するウラン溶離工程とを備えたことを特徴とするウラン回収方法。
請求項１記載のウラン回収方法において、前記ウラン固定工程は、前記セルロース繊維濾紙を介して、前記ウラニルイオン生成工程で生成したウラニルイオンを含む該セルロース繊維濾紙内の溶液と炭酸ウラニルイオンを含む該セルロース繊維濾紙外の溶液とを接触し、放置して、該セルロース繊維濾紙にイオン会合体としてウランを固定することを特徴とするウラン回収方法。
請求項２記載のウラン回収方法において、前記ウラン固定工程における放置は前記セルロース繊維濾紙外の溶液の撹拌を伴うことを特徴とするウラン回収方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載のウラン回収方法において、前記所定の閉形状のセルロース繊維濾紙はセルロース繊維円筒濾紙であることを特徴とするウラン回収方法。
炭酸ウラニルイオンを含む溶液中のウランを回収するウラン回収方法であって、
炭酸ウラニルイオンを含む溶液に塩酸を加えて炭酸ウラニルイオンの一部をウラニルイオンに変換し、該ウラニルイオンと該炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体を生成するイオン会合体生成工程と、
前記イオン会合体生成工程で生成したイオン会合体を含む溶液を所定の形状のセルロース繊維濾紙を用いて濾過し、該セルロース繊維濾紙にイオン会合体としてウランを固定するウラン固定工程と、
前記ウラン固定工程でウランを固定したセルロース繊維濾紙を希塩酸に浸してウランを溶離するウラン溶離工程とを備えたことを特徴とするウラン回収方法。
請求項５記載のウラン回収方法において、前記イオン会合体生成工程は、炭酸ウラニルイオンを含む溶液に塩酸を加えて、放置し、炭酸ウラニルイオンの一部をウラニルイオンに変換し、該ウラニルイオンと該炭酸ウラニルイオンとのイオン会合体を生成することを特徴とするウラン回収方法。
請求項６記載のウラン回収方法において、前記イオン会合体生成工程における放置は前記溶液の撹拌を伴うことを特徴とするウラン回収方法。
請求項５乃至７のいずれかに記載のウラン回収方法において、前記所定の形状のセルロース繊維濾紙はセルロース繊維円筒濾紙であることを特徴とするウラン回収方法。
請求項１乃至８のいずれかに記載のウラン回収方法において、前記炭酸ウラニルイオンを含む溶液は海水であることを特徴とするウラン回収方法。
請求項１乃至９のいずれかに記載のウラン回収方法において、前記炭酸ウラニルイオンは二炭酸ウラニルイオン及び／又は三炭酸ウラニルイオンであることを特徴とするウラン回収方法。