JP2008304280A - Actinoid adsorption material and method for treating radioactive waste liquid - Google Patents

Actinoid adsorption material and method for treating radioactive waste liquid Download PDF

Info

Publication number
JP2008304280A
JP2008304280A JP2007151005A JP2007151005A JP2008304280A JP 2008304280 A JP2008304280 A JP 2008304280A JP 2007151005 A JP2007151005 A JP 2007151005A JP 2007151005 A JP2007151005 A JP 2007151005A JP 2008304280 A JP2008304280 A JP 2008304280A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
actinide
uranium
adsorbent
topo
waste liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007151005A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mamoru Kamoshita
守 鴨志田
Tetsuo Iwamoto
哲夫 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Original Assignee
Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi GE Nuclear Energy Ltd filed Critical Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority to JP2007151005A priority Critical patent/JP2008304280A/en
Publication of JP2008304280A publication Critical patent/JP2008304280A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actinoid adsorption material which makes it possible to separate and recover actinoid selectively over a wide range of sulfate concentration and also has a great adsorption capacity. <P>SOLUTION: The actinoid adsorption material selectively separates actinoid by including trioctyl phosphine oxide (TOPO) in the form of solid powder as an organic compound to selectively produce complexes with the actinoid in a carrier of a calcium alginate gel. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ウランに代表されるアクチノイドを含む放射性廃液からアクチノイドを選択的に回収する吸着材、および、この吸着材を用いる放射性廃液の処理方法に関する。放射性廃液としては、特に、0.1mol/Lないし1mol/Lと比較的高濃度の硫酸酸性の廃液を想定している。   The present invention relates to an adsorbent that selectively recovers actinides from a radioactive liquid waste containing actinoids typified by uranium, and a method for treating a radioactive liquid waste using this adsorbent. As the radioactive liquid waste, in particular, a sulfuric acid acidic liquid waste having a relatively high concentration of 0.1 mol / L to 1 mol / L is assumed.

核燃料物質を取り扱う施設において発生するウラン廃棄物について、種々の除染方法の研究開発が進められている。   Research and development of various decontamination methods for uranium waste generated in facilities handling nuclear fuel materials is underway.

金属廃棄物については、硫酸の除染液に浸漬してウランを溶解する硫酸除染が有望な方法の一つである。金属廃棄物を硫酸により除染すると、ウラン以外にも鉄などの金属が溶解する。除染廃液は、必要に応じて硫酸を回収した後、水酸化ナトリウムを添加するなどして中和処理される。このとき、除染廃液に溶解していた金属イオンは、スラッジとして沈殿する。このスラッジは、ウランを含んでいるので、放射性廃棄物として処理されることになる。   For metal wastes, sulfuric acid decontamination, which is immersed in sulfuric acid decontamination solution and dissolves uranium, is one of the promising methods. When metal waste is decontaminated with sulfuric acid, metals such as iron dissolve in addition to uranium. The decontamination waste liquid is neutralized by recovering sulfuric acid as necessary and then adding sodium hydroxide. At this time, the metal ions dissolved in the decontamination waste liquid are precipitated as sludge. Since this sludge contains uranium, it will be treated as radioactive waste.

除染廃液からウランを分離回収できれば、上記スラッジは、ウランを含まなくなるので、非放射性廃棄物として処理できる可能性がある。ウランの分離回収方法としては、溶媒抽出法,吸着法,沈殿法などが古くから知られている。除染廃液中のウランの濃度が100ppmのオーダーと想定すると、沈殿法では、定量的かつ選択的な分離回収は難しい。また、溶媒抽出法では、抽出器や槽類などの数が多くなり、システムが複雑化する。除染廃液のように、回収対象のイオン濃度がそれほど高くない場合には、吸着法が最も適していると考えられる。   If uranium can be separated and recovered from the decontamination waste liquid, the sludge does not contain uranium, and therefore, there is a possibility that it can be treated as non-radioactive waste. As a method for separating and recovering uranium, a solvent extraction method, an adsorption method, a precipitation method and the like have been known for a long time. Assuming that the concentration of uranium in the decontamination waste liquid is on the order of 100 ppm, it is difficult to separate and recover quantitatively and selectively by the precipitation method. In the solvent extraction method, the number of extractors and tanks increases, and the system becomes complicated. When the concentration of ions to be collected is not so high, such as decontamination waste liquid, the adsorption method is considered most suitable.

ウランを選択的に分離回収する吸着材としては、イオン交換樹脂が古くから知られている。また、近年、抽出剤やキレート剤をマイクロカプセルに内包させた吸着材によりウランを分離する方法が研究開発されている(例えば、特許文献1参照)。さらに、分離対象がウランではなくアルカリ金属であるが、固体の無機吸着材を内包したマイクロカプセルの研究開発も進められている(例えば、特許文献2,3参照)。   As an adsorbent for selectively separating and recovering uranium, an ion exchange resin has been known for a long time. In recent years, a method for separating uranium with an adsorbent in which an extractant or a chelating agent is encapsulated in microcapsules has been researched and developed (for example, see Patent Document 1). Furthermore, although the separation object is not uranium but an alkali metal, research and development of microcapsules encapsulating a solid inorganic adsorbent is also underway (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

特開2007−14841号公報(第4〜5頁 図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2007-14841 (pages 4-5) 特許第3007967号公報(第6頁 図1,図2)Japanese Patent No. 3007967 (page 6, FIGS. 1 and 2) 特許第3116092号公報(第7頁 図1,図2))(Japanese Patent No. 3116092 (page 7, FIGS. 1 and 2))

放射性廃棄物発生量を抑制するために、除染廃液からウランを分離回収する場合、次のような要件を満たす分離方法が必要である。すなわち、
a.ウランに同伴する共存イオンが少ないこと
b.分離に要する試薬量が少ないこと
c.廃液処理速度が現実的であること
d.二次廃棄物の発生量が少ないこと
である。
In order to suppress the generation amount of radioactive waste, when separating and recovering uranium from the decontamination waste liquid, a separation method that satisfies the following requirements is required. That is,
a. Less coexisting ions with uranium b. Small amount of reagent required for separation c. The waste liquid treatment speed is realistic d. The amount of secondary waste generated is small.

ウランに同伴する共存イオンが多い場合には、分離した後のウラン廃棄物の体積を効果的に減らすことができない。したがって、ウランを選択的に分離回収する方法である必要がある。次に、分離に要する試薬が多い場合には、分離システムの大型化や二次廃棄物発生量の増加が懸念される。そのため、吸着材としては、ウランを高い分配係数で吸着し、しかも、吸着容量が大きいことが必要になる。また、廃液処理速度の観点からは、吸着反応速度の速い吸着材である必要がある。さらに、究極的に廃棄物を減容する観点からは、容易に熱分解できるような吸着材が望ましい。以上の観点から、既存の吸着材を評価する。   When there are many coexisting ions accompanying uranium, the volume of uranium waste after separation cannot be effectively reduced. Therefore, the method needs to selectively separate and recover uranium. Next, when there are many reagents required for separation, there is a concern about an increase in the size of the separation system and an increase in the amount of secondary waste generated. Therefore, it is necessary for the adsorbent to adsorb uranium with a high distribution coefficient and to have a large adsorption capacity. Further, from the viewpoint of the waste liquid treatment speed, it is necessary that the adsorbent has a high adsorption reaction speed. Furthermore, from the viewpoint of ultimately reducing the volume of waste, an adsorbent that can be easily thermally decomposed is desirable. From the above viewpoint, the existing adsorbent is evaluated.

イオン交換樹脂としては、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とがある。除染廃液からウランを分離回収する観点では、それぞれ、次のような課題がある。陽イオン交換樹脂は、ウランにも共存金属イオン、例えば鉄イオンも吸着するので、ウランを選択的に分離することが難しい。一方、陰イオン交換樹脂は、硫酸濃度が高くなるにつれて、ウランの分配係数が低下する。通常、除染廃液は0.1ないし1mol/L程度であるが、このような濃度の硫酸水溶液からは、ウランを効率よく吸着できない。また、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂のいずれも、熱分解処理による減溶は、それほど容易ではない。   Examples of ion exchange resins include cation exchange resins and anion exchange resins. From the viewpoint of separating and recovering uranium from the decontamination waste liquid, there are the following problems. Since the cation exchange resin also adsorbs coexisting metal ions such as iron ions to uranium, it is difficult to selectively separate uranium. On the other hand, an anion exchange resin has a lower uranium partition coefficient as the sulfuric acid concentration increases. Usually, the decontamination waste liquid is about 0.1 to 1 mol / L, but uranium cannot be adsorbed efficiently from the sulfuric acid aqueous solution having such a concentration. In addition, both the cation exchange resin and the anion exchange resin are not so easily reduced by thermal decomposition.

ウランと選択的に結合する試薬、例えば、トリブチルリン酸やジ2エチルヘキシルリン酸などの有機化合物をアルギン酸カルシウムゲル中に内包したマイクロカプセルは、選択的にウランを吸着できる。しかし、これらの液体有機化合物をマイクロカプセルに多く内包させると、水溶液系で調製したアルギン酸カルシウムゲルから遊離してくる。そのため、通常、添加率を高めることができない。その結果、マイクロカプセルとしては吸着容量が小さくなる。   Reagents that selectively bind to uranium, for example, microcapsules in which an organic compound such as tributyl phosphate or di2-ethylhexyl phosphate is encapsulated in a calcium alginate gel can selectively adsorb uranium. However, when a large amount of these liquid organic compounds are encapsulated in microcapsules, they are released from the calcium alginate gel prepared in an aqueous solution system. Therefore, the addition rate cannot usually be increased. As a result, the adsorption capacity of the microcapsule is reduced.

本発明の課題は、広い硫酸濃度範囲においてウランに代表されるアクチノイドを選択的に分離回収でき、しかも、分配係数や吸着容量が大きく、二次廃棄物量を抑制できる吸着材、および、その吸着材を用いた放射性廃液の処理方法を提供することである。   An object of the present invention is to selectively separate and recover actinides represented by uranium in a wide sulfuric acid concentration range, and to have a large distribution coefficient and adsorption capacity, and to suppress the amount of secondary waste, and the adsorbent It is providing the processing method of the radioactive waste liquid which used NO.

本発明は、上記課題を解決するために、アクチノイドと選択的に錯体を生成する有機化合物を固体粉末状でアルギン酸カルシウムゲルの担体に内包するアクチノイド吸着材を提案する。   In order to solve the above problems, the present invention proposes an actinide adsorbent in which an organic compound that selectively forms a complex with an actinide is encapsulated in a solid powder form in a calcium alginate gel carrier.

本発明は、また、上記課題を解決するために、アクチノイドのイオンを含む放射性廃液の処理方法において、上記アクチノイド吸着材を充填したカラムに放射性廃液を通液させ、アクチノイドイオンを吸着する放射性廃液の処理方法を提案する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for treating a radioactive liquid waste containing actinoid ions, wherein the radioactive liquid waste is passed through a column packed with the actinide adsorbent and adsorbs the actinoid ions. A processing method is proposed.

アルカリ金属に選択性をもつ無機吸着材のように、ウランに選択性を有する固体の無機吸着材は知られていない。ウランと選択的に錯形成するものとしては、有機化合物が知られている。   There is no known solid inorganic adsorbent having selectivity for uranium, such as an inorganic adsorbent having selectivity for an alkali metal. Organic compounds are known as those that selectively complex with uranium.

本発明では、有機化合物のうち、公知の液体の化合物に代えて、固体の有機化合物を内包したマイクロカプセルを用いる。具体的には、広い硫酸濃度範囲においてウランと選択的に吸着するトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)をアルギン酸カルシウムゲル中に内包させる。   In the present invention, a microcapsule containing a solid organic compound is used instead of a known liquid compound among organic compounds. Specifically, trioctylphosphine oxide (TOPO) that selectively adsorbs to uranium in a wide sulfuric acid concentration range is included in a calcium alginate gel.

TOPOは固体の粉末であるから、アルギン酸ゲルへの添加量を高くしても、ゲルから遊離することがない。そのため、マイクロカプセルの吸着容量を大きくできる。また、TOPO粉末を直接取り扱うよりも、マイクロカプセル化して粒径を大きくしたほうが取扱いが容易になる。さらに、TOPOの特性として、ウランを高い分配係数で吸着し、鉄などの共存元素から良好に分離できることが期待される。   Since TOPO is a solid powder, it is not released from the gel even if the amount added to the alginic acid gel is increased. Therefore, the adsorption capacity of the microcapsules can be increased. Also, handling is easier when the particle size is increased by microencapsulation rather than directly handling the TOPO powder. Furthermore, as a characteristic of TOPO, it is expected that uranium is adsorbed with a high distribution coefficient and can be well separated from coexisting elements such as iron.

一方、TOPO内包マイクロカプセルにも課題がある。まず、固体のTOPOによるウランの吸着反応が遅いことが懸念された。従来、TOPOは、キシレンなどの有機溶媒に溶解して、廃液中のウランを有機溶媒中に抽出するように用いられていた。これに比べると、廃液中のウランと固体のTOPOとが直接錯形成して吸着するのは、一般的には大変遅い反応と予想される。   On the other hand, the TOPO-encapsulated microcapsules also have problems. First, there was concern that the adsorption reaction of uranium with solid TOPO was slow. Conventionally, TOPO has been used so as to dissolve in an organic solvent such as xylene and extract uranium in the waste liquid into the organic solvent. Compared to this, it is generally expected that uranium in the waste liquid and solid TOPO are directly complexed and adsorbed to be a very slow reaction.

そこで、発明者らは、実験により、マイクロカプセルの粒径を最適化すると実用的な速度で吸着できることを見出し、速度的な課題を解決した。   Therefore, the inventors have found through experiments that the microcapsules can be adsorbed at a practical speed by optimizing the particle size of the microcapsules, and solved the speed problem.

無機吸着材を内包させる場合と違って、TOPOのような有機化合物を内包させる場合には、マイクロカプセルの強度に問題がある。過度にTOPOを添加すると、マイクロカプセルが弱くなって砕けるような事象が観察された。   Unlike the case where an inorganic adsorbent is included, when an organic compound such as TOPO is included, there is a problem with the strength of the microcapsules. When excessive TOPO was added, an event was observed in which the microcapsules weakened and crushed.

これに対して、発明者らは、TOPO添加割合と吸着性能との関係を調べ、必要最低限のTOPO添加割合を明らかにするとともに、その添加割合のときにTOPO内包マイクロカプセルが安定な形状を維持できることを確認し、強度的な課題を解決した。   On the other hand, the inventors investigated the relationship between the TOPO addition ratio and the adsorption performance to clarify the minimum required TOPO addition ratio, and at the addition ratio, the TOPO-encapsulated microcapsules had a stable shape. It was confirmed that it could be maintained, and the strength problem was solved.

アルギン酸カルシウムゲル中にはカルシウムやナトリウムが含まれるので、使用済みのマイクロカプセルを熱分解などで処理しても、廃棄物発生量が減らないことが懸念された。   Since calcium and sodium alginate gel contains calcium and sodium, there is a concern that even if used microcapsules are treated by pyrolysis, the amount of waste generated is not reduced.

発明者らは、分析により、アルギン酸カルシウムゲルを硫酸酸性の水溶液に浸漬すると、カルシウムやナトリウムのイオンと水素イオンとが交換反応を起こし、マイクロカプセル中には不揮発性成分がほとんど残らないことを見出した。すなわち、硫酸酸性の廃液処理に適用した場合、使用済みマイクロカプセルを熱分解すれば、廃棄物発生量を抑制でき、二次廃棄物の課題を解決できる。   The inventors have found by analysis that when calcium alginate gel is immersed in a sulfuric acid aqueous solution, calcium and sodium ions and hydrogen ions undergo an exchange reaction, and there are almost no non-volatile components remaining in the microcapsules. It was. That is, when applied to sulfuric acid acidic waste liquid treatment, if the used microcapsules are thermally decomposed, the amount of waste generated can be suppressed, and the problem of secondary waste can be solved.

ウランに選択性を有する有機化合物をマイクロカプセル化するという公知技術において、種々の試薬の中から固体のTOPOを単純に選択しただけでは、本発明には到達できない。   In the known technique of microencapsulating an organic compound having selectivity for uranium, the present invention cannot be achieved by simply selecting solid TOPO from various reagents.

本発明は、発明者らによる実験研究で、速度的な課題,強度的な課題,廃棄物発生量に関する課題などの固体TOPOに特有の課題を解決した上に成り立っており、分配係数,分離係数,吸着容量,廃棄物減容性の全てが良好な吸着材を得ている。   The present invention is an experimental study conducted by the inventors and is based on solving problems specific to solid TOPO, such as speed problems, strength problems, and problems related to the amount of waste generated. Adsorption material with good adsorption capacity and waste volume reduction has been obtained.

前記有機化合物としては、TOPOに代えて、フォスフィンオキシド系化合物またはカルバモイルフォスフィンオキシド系化合物を採用してもよい。   As the organic compound, a phosphine oxide compound or a carbamoylphosphine oxide compound may be employed instead of TOPO.

本発明によれば、広い濃度範囲の硫酸系除染廃液からアクチノイドを選択的に分離回収できる。吸着法を適用するので、溶媒抽出法に比べて、分離設備を簡素化できる。また、TOPOのマイクロカプセルは、酸性の除染廃液と接触させた後は、容易に熱分解でき、カプセル成分由来の残渣は生じない。したがって、TOPOマイクロカプセルを用いた分離回収方法により、ウラン廃棄物の発生量を抑制できる。   According to the present invention, actinides can be selectively separated and recovered from a sulfuric acid-based decontamination waste liquid in a wide concentration range. Since the adsorption method is applied, the separation equipment can be simplified as compared with the solvent extraction method. Moreover, the TOPO microcapsules can be easily thermally decomposed after being brought into contact with the acidic decontamination waste liquid, and no residue derived from the capsule components is produced. Therefore, the generation amount of uranium waste can be suppressed by the separation and recovery method using the TOPO microcapsules.

次に、図1〜図5を参照して、本発明によるアクチノイド吸着材および放射性廃液の処理方法に実施例を説明する。   Next, with reference to FIGS. 1-5, an Example is described to the processing method of the actinide adsorbent and radioactive waste liquid by this invention.

まず、TOPOのマイクロカプセルの調製方法を説明する。アルギン酸ナトリウムを1重量%になるように水に溶解する。この溶液に予め乳鉢でよく粉砕したTOPOの粉末を所定量加え、よく攪拌して粉末を分散させる。このTOPO懸濁液を塩化カルシウム水溶液に滴下する。このとき、所望の粒径のマイクロカプセルを得るのに、液滴の径を制御する。液滴は速やかにゲル化し、TOPOを内包したマイクロカプセルとなる。マイクロカプセルをろ過して回収する。   First, a method for preparing TOPO microcapsules will be described. Dissolve sodium alginate in water to 1% by weight. A predetermined amount of TOPO powder that has been pulverized well in a mortar in advance is added to this solution and stirred well to disperse the powder. This TOPO suspension is dropped into an aqueous calcium chloride solution. At this time, in order to obtain microcapsules having a desired particle diameter, the diameter of the droplet is controlled. The droplets quickly gel and become microcapsules containing TOPO. The microcapsules are collected by filtration.

このように調製したTOPOマイクロカプセルの特性を説明する。TOPOは、従来、キシレンなどの有機溶剤に溶かして溶媒抽出法でウランを分離するために用いられてきた。   The characteristics of the TOPO microcapsules thus prepared will be described. TOPO has been conventionally used to dissolve uranium by dissolving in an organic solvent such as xylene by a solvent extraction method.

本発明においては、TOPOは、固体の状態で廃液中のウランと錯形成させるので、吸着反応遅いことが懸念された。一方、マイクロカプセルの粒径を小さくすると、吸着反応を速められる可能性も期待された。そこで、発明者らは、実験により、適切な粒径範囲を求めた。   In the present invention, since TOPO is complexed with uranium in the waste liquid in a solid state, there is a concern that the adsorption reaction is slow. On the other hand, if the particle size of the microcapsules is reduced, it is expected that the adsorption reaction can be accelerated. Therefore, the inventors determined an appropriate particle size range through experiments.

図1は、マイクロカプセルの平均粒径をパラメータとして、ウランの分配係数と吸着時間との関係を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the uranium distribution coefficient and the adsorption time using the average particle size of microcapsules as a parameter.

粒径が1mmを下回ると、吸着平衡に達する時間は2ないし3時間となり、実用的な吸着速度といえる。さらに粒径を小さくしても、今度は、TOPOとウランとの錯形成反応が律速するので、ある程度以上は速くならないことが分かった。粒径があまり細かくなると、粉体として取り扱いにくくなる。以上の検討から、実用的な吸着速度とするための条件として、マイクロカプセルの粒径を0.5mmないし1mmとすればよいことを見出した。   When the particle size is less than 1 mm, the time to reach adsorption equilibrium is 2 to 3 hours, which is a practical adsorption rate. It has been found that even if the particle size is further reduced, the complex formation reaction between TOPO and uranium is rate-determined, so that it does not become faster than a certain level. If the particle size is too small, it becomes difficult to handle as a powder. From the above examination, it was found that the particle size of the microcapsules should be 0.5 mm to 1 mm as a condition for achieving a practical adsorption rate.

TOPOを固体で内包させると、アルギン酸ゲルの強度が低下することが懸念される。そのため、TOPOの割合を必要最小限にしたい。逆に、ウランの吸着性能はTOPOの割合とともに増加すると考えられた。吸着性能のTOPO割合依存性から、最小限のTOPOの割合を求めることを試みた。   When TOPO is encapsulated as a solid, there is a concern that the strength of the alginic acid gel decreases. Therefore, we want to minimize the TOPO ratio. Conversely, uranium adsorption performance was thought to increase with the proportion of TOPO. An attempt was made to obtain the minimum TOPO ratio from the dependence of the adsorption performance on the TOPO ratio.

図2は、ウランの分配係数とTOPOの割合との関係を示す図である。   FIG. 2 is a graph showing the relationship between the uranium distribution coefficient and the TOPO ratio.

TOPOの割合が6重量%以上では、ウランの分配係数はほとんど変わらないことが分かった。そこで、TOPO割合をほぼ6重量%として、種々に検討した。その結果、6重量%の割合では、TOPO内包マイクロカプセルは安定であることを確認できた。   It was found that when the proportion of TOPO was 6% by weight or more, the distribution coefficient of uranium hardly changed. Therefore, various investigations were conducted with the TOPO ratio set to approximately 6% by weight. As a result, it was confirmed that the TOPO-containing microcapsules were stable at a ratio of 6% by weight.

担体として用いているアルギン酸カルシウムゲルは、陽イオン交換体として作用することが知られている。このことから、アルギン酸カルシウムゲル自体が鉄などの陽イオンを吸着し、ウランと良好に分離できないことが懸念された。そこで、種々の濃度の硫酸から鉄とウランの吸着試験をした。   It is known that calcium alginate gel used as a carrier acts as a cation exchanger. From this, there was a concern that the calcium alginate gel itself adsorbs cations such as iron and could not be separated well from uranium. Therefore, adsorption tests of iron and uranium were conducted from various concentrations of sulfuric acid.

図3は、ウランの分配係数と硫酸濃度との関係を示す図である。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the uranium partition coefficient and the sulfuric acid concentration.

試験した硫酸条件は、除染廃液として想定される濃度範囲である。陽イオン交換反応の特徴から、酸濃度が高くなると、分配係数は低下する。除染廃液として想定される硫酸濃度範囲では、アルギン酸カルシウムゲルの陽イオン交換反応による鉄イオンの吸着は抑制される一方で、TOPOとウランとの錯形成によるウランの吸着反応は進むことを確認できた。   The sulfuric acid conditions tested are in the concentration range expected for decontamination waste liquid. Due to the characteristics of the cation exchange reaction, the partition coefficient decreases as the acid concentration increases. In the sulfuric acid concentration range assumed as the decontamination waste liquid, the adsorption of iron ions by the cation exchange reaction of the calcium alginate gel is suppressed, while the adsorption reaction of uranium by the complex formation between TOPO and uranium can be confirmed. It was.

アルギン酸カルシウムゲルには、カルシウムや不純物成分としてナトリウムが含まれている。ウランの吸着処理に使ったTOPOマイクロカプセルを熱分解処理すると、これらが残渣になり、ウラン廃棄物量はあまり抑制できないことが懸念された。一方、既に述べたように、アルギン酸ゲル自体は陽イオン交換体であるので、酸性廃液と接触させると、もともと含まれていたカルシウムイオンやナトリウムイオンが溶液中の水素イオンと交換反応を起こし、ゲル中にはこれらが残らない可能性も期待できた。   The calcium alginate gel contains calcium and sodium as an impurity component. When the TOPO microcapsules used for the uranium adsorption treatment were pyrolyzed, they became residues, and there was a concern that the amount of uranium waste could not be suppressed much. On the other hand, as already mentioned, since the alginate gel itself is a cation exchanger, when it is brought into contact with the acidic waste liquid, the calcium ions and sodium ions originally contained cause an exchange reaction with the hydrogen ions in the solution. I could also expect the possibility that none of them would remain.

そこで、発明者らは、TOPO内包マイクロカプセルの熱分解試験をした。酸溶液と接触させなかったマイクロカプセル1gを500℃で30分間熱分解処理をすると、約4mg程度の残渣が残った。一方、使用済みマイクロカプセルを模擬して酸溶液と接触させたマイクロカプセル試料は、熱分解により0.4mg以下まで減少した。もともと含まれていたカルシウムイオンやナトリウムイオンが溶液中の水素イオンと交換したためである。以上のことから、TOPOマイクロカプセルは、容易に熱分解でき、酸性廃液の処理に適用した場合には、最終的な廃棄物の発生量を抑制できることが分かった。   Therefore, the inventors conducted a thermal decomposition test of the TOPO-encapsulated microcapsules. When 1 g of microcapsules not brought into contact with the acid solution was subjected to a thermal decomposition treatment at 500 ° C. for 30 minutes, about 4 mg of residue remained. On the other hand, the microcapsule sample in which the used microcapsule was simulated and contacted with the acid solution decreased to 0.4 mg or less due to thermal decomposition. This is because calcium ions and sodium ions originally contained are exchanged with hydrogen ions in the solution. From the above, it was found that TOPO microcapsules can be easily pyrolyzed, and when applied to the treatment of acidic waste liquid, the amount of final waste generated can be suppressed.

発明者らは、以上の実験的研究により、TOPO内包マイクロカプセルが、実用的な吸着速度においてウランを選択的に吸着すること、吸着処理中の形状は安定であること、使用済みのマイクロカプセルは容易に熱分解して廃棄物量を抑制できることが分かった。併せて、マイクロカプセルの仕様も最適化できた。次に、このマイクロカプセルを用いた廃液処理プロセスについて説明する。   Based on the above experimental studies, the inventors have found that the TOPO-encapsulated microcapsules selectively adsorb uranium at a practical adsorption rate, that the shape during the adsorption process is stable, and that the used microcapsules are It was found that the amount of waste can be reduced by thermal decomposition easily. At the same time, the microcapsule specifications were optimized. Next, a waste liquid treatment process using this microcapsule will be described.

図4は、本発明による廃液処理システムの系統構成を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing a system configuration of the waste liquid treatment system according to the present invention.

この廃液処理システムは、除染廃液供給槽1と、ポンプ2と、吸着塔3と、廃液受槽5と、使用済み樹脂受槽6とからなる。吸着塔3には、本発明によるTOPO内包マイクロカプセル4を充填してある。   This waste liquid treatment system includes a decontamination waste liquid supply tank 1, a pump 2, an adsorption tower 3, a waste liquid receiving tank 5, and a used resin receiving tank 6. The adsorption tower 3 is filled with the TOPO-containing microcapsules 4 according to the present invention.

除染廃液を処理するには、ポンプ2で除染廃液を除染廃液供給槽2から吸着塔3に移送し、ウランなどのアクチノイドを吸着処理する。吸着塔を出た廃液は、廃液受槽5に送られる。廃液受槽5中の廃液は、ウラン濃度を確認した後、必要に応じて、硫酸回収工程において硫酸を回収した後、中和処理される。このとき発生したスラッジは分離され、ウランを含まない非放射性廃棄物として処理できる可能性がある。スラッジを分離した上澄み液も非放射性廃液として扱える可能性がある。   In order to treat the decontamination waste liquid, the decontamination waste liquid is transferred from the decontamination waste liquid supply tank 2 to the adsorption tower 3 by the pump 2, and an actinide such as uranium is adsorbed. The waste liquid exiting the adsorption tower is sent to the waste liquid receiving tank 5. The waste liquid in the waste liquid receiving tank 5 is neutralized after confirming the uranium concentration and, if necessary, collecting sulfuric acid in the sulfuric acid recovery step. The sludge generated at this time is separated and may be treated as non-radioactive waste containing no uranium. The supernatant liquid from which sludge is separated may be treated as non-radioactive waste liquid.

TOPO内包マイクロカプセル4は、ウランが飽和した時点で、吸着塔から取り出される。使用済みのTOPO内包マイクロカプセル4は、熱分解炉において、500℃で30分程度熱処理をする。その残渣は、主成分がウランなので、放射性廃棄物として処理する。   The TOPO-containing microcapsules 4 are taken out from the adsorption tower when uranium is saturated. The used TOPO-containing microcapsules 4 are heat-treated at 500 ° C. for about 30 minutes in a pyrolysis furnace. Since the main component is uranium, the residue is treated as radioactive waste.

吸着塔による廃液処理の成立性を小規模試験で確認した。吸着塔の寸法は、直径1cm,高さ10cmであり、約4gのTOPOマイクロカプセルを充填した。模擬除染廃液の組成は、硫酸濃度が0.1mol/L、ウラン濃度が100ppm、鉄濃度が1500ppmである。   The feasibility of waste liquid treatment by the adsorption tower was confirmed by a small-scale test. The adsorption tower had a diameter of 1 cm and a height of 10 cm, and was filled with about 4 g of TOPO microcapsules. The composition of the simulated decontamination waste liquid has a sulfuric acid concentration of 0.1 mol / L, a uranium concentration of 100 ppm, and an iron concentration of 1500 ppm.

図5は、カラム法により種々の供給速度で模擬除染廃液を吸着塔に通したときの破過曲線を示す図である。比較的遅いが実用的な空間速度SV(Space Velocity)=3において、ウランを効率的に吸着処理し、吸着材1gで約50mLの廃液中のウランを吸着できた。飽和吸着容量は、約6mgU/gであり、既存のイオン交換樹脂と同等であった。   FIG. 5 is a diagram showing breakthrough curves when simulated decontamination waste liquid is passed through the adsorption tower at various feed rates by the column method. At a relatively slow but practical space velocity SV (Space Velocity) = 3, uranium was efficiently adsorbed, and 1 g of adsorbent was able to adsorb uranium in about 50 mL of waste liquid. The saturated adsorption capacity was about 6 mgU / g, which was equivalent to the existing ion exchange resin.

本実施例によれば、広い濃度範囲の硫酸系除染廃液から選択的に効率よくウランを分離回収できる。吸着法を適用するので、溶媒抽出法に比べて、分離設備を簡素化できる。また、TOPOのマイクロカプセルは、酸性の除染廃液と接触させた後は、容易に熱分解でき、カプセル成分由来の残渣は生じない。このように、本発明のTOPOマイクロカプセルを用いた分離回収方法によると、ウラン廃棄物の発生量を抑制できる。   According to the present embodiment, uranium can be selectively and efficiently separated from a sulfuric acid-based decontamination waste liquid in a wide concentration range. Since the adsorption method is applied, the separation equipment can be simplified as compared with the solvent extraction method. Moreover, the TOPO microcapsules can be easily thermally decomposed after being brought into contact with the acidic decontamination waste liquid, and no residue derived from the capsule components is produced. Thus, according to the separation and recovery method using the TOPO microcapsules of the present invention, the amount of uranium waste generated can be suppressed.

なお、有機化合物としては、TOPOに代えて、フォスフィンオキシド系化合物またはカルバモイルフォスフィンオキシド系化合物を採用してもよい。   As the organic compound, a phosphine oxide compound or a carbamoylphosphine oxide compound may be employed instead of TOPO.

マイクロカプセルの平均粒径をパラメータとして、ウランの分配係数と吸着時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distribution coefficient of uranium, and adsorption time by using the average particle diameter of microcapsules as a parameter. ウランの分配係数とTOPOの割合との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distribution coefficient of uranium, and the ratio of TOPO. ウランの分配係数と硫酸濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the distribution coefficient of uranium, and a sulfuric acid concentration. 本発明による廃液処理システムの系統構成を示す図である。It is a figure which shows the system | strain structure of the waste liquid processing system by this invention. カラム法により種々の供給速度で模擬除染廃液を吸着塔に通したときの破過曲線を示す図である。It is a figure which shows the breakthrough curve when simulated decontamination waste liquid is passed through the adsorption tower at various supply speeds by the column method.

符号の説明Explanation of symbols

1 除染廃液供給槽
2 ポンプ
3 吸着塔
4 TOPO内包マイクロカプセル
5 廃液受槽
6 使用済み樹脂受槽
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Decontamination waste liquid supply tank 2 Pump 3 Adsorption tower 4 TOPO inclusion microcapsule 5 Waste liquid receiving tank 6 Used resin receiving tank

Claims (6)

アクチノイドと選択的に錯体を生成する有機化合物を固体粉末状でアルギン酸カルシウムゲルの担体に内包するアクチノイド吸着材。   An actinide adsorbent that contains an organic compound that selectively forms a complex with an actinide in the form of a solid powder in a calcium alginate gel carrier. 請求項1に記載のアクチノイド吸着材において、
前記有機化合物が、トリオクチルホスフィンオキシドであることを特徴とするアクチノイド吸着材。
In the actinide adsorbent according to claim 1,
An actinide adsorbent, wherein the organic compound is trioctylphosphine oxide.
請求項2に記載のアクチノイド吸着材において、
前記アクチノイド吸着材の粒径が、0.5ないし1mmであり、
内包されたトリオクチルホスフィンオキシドが、ほぼ6重量%であることを特徴とするアクチノイド吸着材。
In the actinide adsorbent according to claim 2,
The actinide adsorbent has a particle size of 0.5 to 1 mm;
An actinide adsorbent characterized in that the encapsulated trioctylphosphine oxide is approximately 6% by weight.
請求項1に記載のアクチノイド吸着材において、
前記有機化合物が、フォスフィンオキシド系化合物またはカルバモイルフォスフィンオキシド系化合物であることを特徴とするアクチノイド吸着材。
In the actinide adsorbent according to claim 1,
The actinide adsorbent, wherein the organic compound is a phosphine oxide compound or a carbamoylphosphine oxide compound.
アクチノイドのイオンを含む放射性廃液の処理方法において、
請求項1ないし4のいずれか一項に記載のアクチノイド吸着材を充填したカラムに放射性廃液を通液させ、アクチノイドイオンを吸着することを特徴とする放射性廃液の処理方法。
In the method for treating radioactive liquid waste containing actinide ions,
A method for treating a radioactive waste liquid, comprising passing the radioactive waste liquid through a column packed with the actinide adsorbent according to any one of claims 1 to 4 to adsorb actinide ions.
請求項5に記載の放射性廃液の処理方法において、
アクチノイド吸着材を充填したカラムに放射性廃液を通液するときの空間速度が、ほぼ3であることを特徴とする放射性廃液の処理方法。
In the processing method of the radioactive liquid waste of Claim 5,
A method for treating radioactive liquid waste, wherein a space velocity when the radioactive liquid waste is passed through a column packed with an actinide adsorbent is approximately 3.
JP2007151005A 2007-06-06 2007-06-06 Actinoid adsorption material and method for treating radioactive waste liquid Pending JP2008304280A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007151005A JP2008304280A (en) 2007-06-06 2007-06-06 Actinoid adsorption material and method for treating radioactive waste liquid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007151005A JP2008304280A (en) 2007-06-06 2007-06-06 Actinoid adsorption material and method for treating radioactive waste liquid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008304280A true JP2008304280A (en) 2008-12-18

Family

ID=40233136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007151005A Pending JP2008304280A (en) 2007-06-06 2007-06-06 Actinoid adsorption material and method for treating radioactive waste liquid

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008304280A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020125989A (en) * 2019-02-05 2020-08-20 三菱重工業株式会社 Method for reducing disposition load of high-level radioactive waste

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63208798A (en) * 1987-02-24 1988-08-30 石川島播磨重工業株式会社 Method of processing radioactive waste liquor
JPH0231836A (en) * 1988-04-28 1990-02-01 Sumitomo Chem Co Ltd Metal ion absorber and method for absorbing metal ion with the same
JPH07144103A (en) * 1993-11-26 1995-06-06 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Extraction agent for transuranic elements and separation of transuranic elements using the same
JPH08182984A (en) * 1994-12-28 1996-07-16 Toto Ltd Removal of heavy metal ion from heavy metal ion-containing water
JP2000313925A (en) * 1999-04-27 2000-11-14 Japan Atom Energy Res Inst Method for eluting and recovering metal from metal capturing member
JP3116092B1 (en) * 1999-12-03 2000-12-11 工業技術院長 Biopolymer composite cesium selective ion exchanger and method for producing the same
JP2004020546A (en) * 2002-06-20 2004-01-22 Inst Of Research & Innovation Method of separating and recovering element from radioactive waste liquid
JP2004028633A (en) * 2002-06-21 2004-01-29 Inst Of Research & Innovation Separation method of americium and curium, and heavy rare earth element
JP2005061970A (en) * 2003-08-11 2005-03-10 Inst Of Research & Innovation Method for separating actinoid
JP2007014841A (en) * 2005-07-05 2007-01-25 Toshiba Corp Method and apparatus for treating waste liquid

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63208798A (en) * 1987-02-24 1988-08-30 石川島播磨重工業株式会社 Method of processing radioactive waste liquor
JPH0231836A (en) * 1988-04-28 1990-02-01 Sumitomo Chem Co Ltd Metal ion absorber and method for absorbing metal ion with the same
JPH07144103A (en) * 1993-11-26 1995-06-06 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Extraction agent for transuranic elements and separation of transuranic elements using the same
JPH08182984A (en) * 1994-12-28 1996-07-16 Toto Ltd Removal of heavy metal ion from heavy metal ion-containing water
JP2000313925A (en) * 1999-04-27 2000-11-14 Japan Atom Energy Res Inst Method for eluting and recovering metal from metal capturing member
JP3116092B1 (en) * 1999-12-03 2000-12-11 工業技術院長 Biopolymer composite cesium selective ion exchanger and method for producing the same
JP2004020546A (en) * 2002-06-20 2004-01-22 Inst Of Research & Innovation Method of separating and recovering element from radioactive waste liquid
JP2004028633A (en) * 2002-06-21 2004-01-29 Inst Of Research & Innovation Separation method of americium and curium, and heavy rare earth element
JP2005061970A (en) * 2003-08-11 2005-03-10 Inst Of Research & Innovation Method for separating actinoid
JP2007014841A (en) * 2005-07-05 2007-01-25 Toshiba Corp Method and apparatus for treating waste liquid

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020125989A (en) * 2019-02-05 2020-08-20 三菱重工業株式会社 Method for reducing disposition load of high-level radioactive waste
JP7155031B2 (en) 2019-02-05 2022-10-18 三菱重工業株式会社 Method for reducing disposal load of high-level radioactive waste

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5734807B2 (en) Method for treating radioactive cesium and radioactive strontium-containing substances
JP6952151B2 (en) Method for Producing 99Mo Radioisotope
Neeway et al. Removal of TcO4–from representative nuclear waste streams with layered potassium metal sulfide materials
US9786398B2 (en) Nanocomposite solid material based on hexa- and octa-cyanometallates, method for the preparation thereof and method for fixing mineral pollutants using said material
Wylie et al. Processing used nuclear fuel with nanoscale control of uranium and ultrafiltration
KR20130021367A (en) Method of producing radionuclides
JP2004020546A (en) Method of separating and recovering element from radioactive waste liquid
CN1145976C (en) Process for decontaminating radioactive materials
CN104485148A (en) High-efficient method of extracting uranyl ions from water
Palamarchuk et al. Decontamination of spent ion-exchangers contaminated with cesium radionuclides using resorcinol-formaldehyde resins
Nayak et al. Biosorption of toxic, heavy, no-carrier-added radionuclides by calcium alginate beads
KR20190021251A (en) Especially a method for producing an iodine radioisotope fraction of I-131, particularly a method for producing an iodine radioisotope fraction of I-131
Hamed et al. Separation and preconcentration of cerium (III) and Iron (III) on magnetic nanocomposite hydrogel
JP6240382B2 (en) Radioactive cesium adsorbent and method for recovering radioactive cesium using the same
US9896744B2 (en) Process for metals leaching and recovery from radioactive wastes
WO2011016916A2 (en) Compositions and methods for treating nuclear fuel
KR101652256B1 (en) Adsorbent compositions for removal radionuclides
Kulyukhin et al. Chemistry of radioactive iodine in aqueous media: Basic and applied aspects
Lee et al. Uranium recovery from sulfate-based acidic soil washing effluent using ion-exchange resins
JP2008304280A (en) Actinoid adsorption material and method for treating radioactive waste liquid
JP2013120102A (en) Method for decontaminating soil contaminated with radioactive material
JP2004028633A (en) Separation method of americium and curium, and heavy rare earth element
Pathak et al. Studies on sorption of plutonium from carbonate medium on polyacrylhydroxamic acid resin
Akemoto et al. Desorption of Cs+ from contaminated biotite with a low molecular mass organic acid
JP4178237B2 (en) Method for recovering uranium in uranium-containing waste liquid and method for treating radioactive waste

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090520

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101101

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110920

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120207