JP2010275588A - Method for recovering platinum group elements - Google Patents

Method for recovering platinum group elements Download PDF

Info

Publication number
JP2010275588A
JP2010275588A JP2009129298A JP2009129298A JP2010275588A JP 2010275588 A JP2010275588 A JP 2010275588A JP 2009129298 A JP2009129298 A JP 2009129298A JP 2009129298 A JP2009129298 A JP 2009129298A JP 2010275588 A JP2010275588 A JP 2010275588A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
platinum group
group element
laser
solution
ions
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
JP2009129298A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Morihisa Saeki
盛久 佐伯
Hironori Oba
弘則 大場
Yuji Sasaki
祐二 佐々木
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.)
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Japan Atomic Energy Agency
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 Japan Atomic Energy Agency filed Critical Japan Atomic Energy Agency
Priority to JP2009129298A priority Critical patent/JP2010275588A/en
Publication of JP2010275588A publication Critical patent/JP2010275588A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for recovering platinum group elements by which the fractionating of platinum group elements by remote control corresponding to a high radiation field from a high level radioactive waste liquid is possible, while the use of a separation agent to form into secondary radioactive waste is suppressed as possible, and platinum group elements can be recovered as metals for reutilization, and further, fractionating with high selectivity and a high recovery rate can be achieved. <P>SOLUTION: A platinum group element ion-containing solution is irradiated with an ultraviolet region wavelength leaser to reduce the platinum group element ions, and the produced platinum group elements are recovered. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、白金族元素の回収方法に関する。さらに詳しくは、湿式の元素分離において、白金族元素イオンを含む複数種類の元素正イオンが共存する水溶液から白金族元素を選択的に分別し回収する方法に関する。   The present invention relates to a method for recovering platinum group elements. More specifically, the present invention relates to a method for selectively separating and recovering a platinum group element from an aqueous solution in which plural kinds of element positive ions including platinum group element ions coexist in wet element separation.

近年、地球環境への負荷軽減の観点から、放射性廃棄物の放射能の低減及び処理処分における負担軽減が要求されており、これらの分離・変換に関する研究が進められている。軽水型原子炉や高速増殖炉等の原子力発電施設からの使用済核燃料は、再処理施設で再処理される。この再処理施設で発生する高レベル放射性廃液中には多くの長寿命の放射性核種が存在する。高レベル放射性廃棄物中の核分裂生成物は、マイナーアクチノイド、ランタノイド元素の他に、白金族元素であるルテニウム、ロジウム、パラジウム等という有用な希少元素を含んでおり、これら希少元素を放射性廃棄物から分別回収することにより、環境負荷軽減のみならず、資源として有効に再利用することが考えられている(例えば、非特許文献1を参照)。   In recent years, from the viewpoint of reducing the burden on the global environment, it has been required to reduce the radioactivity of radioactive waste and to reduce the burden on processing disposal, and research on the separation and conversion of these is being promoted. Spent nuclear fuel from nuclear power generation facilities such as light water reactors and fast breeder reactors is reprocessed at the reprocessing facility. There are many long-lived radionuclides in the high-level radioactive liquid waste generated at this reprocessing facility. Fission products in high-level radioactive waste contain useful rare elements such as ruthenium, rhodium and palladium, which are platinum group elements, in addition to minor actinides and lanthanoid elements, and these rare elements are extracted from radioactive waste. By separating and collecting, it is considered not only to reduce the environmental load but also to effectively reuse it as a resource (for example, see Non-Patent Document 1).

マイナーアクチノイド、ランタノイド元素を含む高レベル放射性廃液から白金族元素を分離する方法としては、白金族元素イオンが陰イオン交換樹脂に強く吸着する性質を利用したイオン交換分離法(例えば、非特許文献1および非特許文献2を参照)や白金族元素イオンの電解還元・酸化を利用した電気化学法(例えば、非特許文献1および特許文献1を参照)が提案されている。さらに、高レベル放射性廃液は通常硝酸イオンを含む水溶液として調整されているが、塩素イオンを含む水溶液として調整し、白金族元素を分別回収する可能性についても研究が進められている(例えば、非特許文献1を参照)。   As a method for separating a platinum group element from a high-level radioactive liquid waste containing minor actinide and lanthanoid elements, an ion exchange separation method using a property that a platinum group element ion is strongly adsorbed on an anion exchange resin (for example, Non-Patent Document 1). And an electrochemical method using electrolytic reduction / oxidation of platinum group element ions (for example, see Non-Patent Document 1 and Patent Document 1) have been proposed. Furthermore, high-level radioactive liquid waste is usually prepared as an aqueous solution containing nitrate ions, but research is also underway on the possibility of preparing and collecting platinum group elements separately as an aqueous solution containing chlorine ions (for example, (See Patent Document 1).

しかしながら、上述の手法では、イオン交換法ではイオン交換樹脂を、電気化学法では電極を高レベル放射性廃液に長時間浸漬させて分離を行うため、イオン交換樹脂や電極は高い放射線耐性を有する材料が必要である。また、高レベル放射性廃液にイオン交換樹脂や電極などを長時間浸漬させておくことによって、新たな放射性廃棄物が発生するという問題がある。さらに、実用的な分離・変換技術においては希少金属の回収率は99%以上であることが目標値として設定されているにもかかわらず、イオン交換法では吸着したイオン交換樹脂からの白金族元素の溶離が困難であって回収に問題があり、特許文献1の電気化学法ではパラジウムに関して高い回収率を達成するには多数回の分離工程が必要である。   However, in the above-described method, the ion exchange resin is used in the ion exchange method and the electrode is separated in the high-level radioactive liquid waste for a long time in the electrochemical method, so that the ion exchange resin and the electrode are made of materials having high radiation resistance. is necessary. In addition, there is a problem that new radioactive waste is generated by immersing ion exchange resin or electrodes in high-level radioactive waste liquid for a long time. Furthermore, in the practical separation / conversion technology, the recovery rate of rare metals is set as a target value of 99% or more, but in the ion exchange method, platinum group elements from the adsorbed ion exchange resin are used. Elution is difficult and there is a problem in recovery. In the electrochemical method of Patent Document 1, many separation steps are required to achieve a high recovery rate with respect to palladium.

以上のことから、(1)高レベル放射性廃液からの高放射線場に対応した遠隔操作による白金族元素の分別が可能であり、(2)2次放射性廃棄物となる分離剤の使用を極力抑え、(3)再利用のために金属として白金族元素を回収でき、且つ(4)高い選択性を有する分別と高い回収率が達成できる、新しい白金族元素の回収方法の提案が待たれていた。   From the above, (1) separation of platinum group elements by remote control corresponding to high radiation fields from high-level radioactive liquid waste is possible, and (2) the use of separating agents that become secondary radioactive waste is minimized. (3) The platinum group element can be recovered as a metal for reuse, and (4) a new platinum group element recovery method that can achieve high selectivity fractionation and a high recovery rate has been awaited. .

特開2003−161798号公報JP 2003-161798 A

JAEA-Review 2008-083.JAEA-Review 2008-083. T. Suzuki et al., Progress in Nuclear Energy 50 (2008) 456-461.T. Suzuki et al., Progress in Nuclear Energy 50 (2008) 456-461.

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、(1)高レベル放射性廃液からの高放射線場に対応した遠隔操作による白金族元素の分別が可能であり、(2)2次放射性廃棄物となる分離剤の使用を極力抑え、(3)再利用のために金属として白金族元素を回収でき、且つ(4)高い選択性を有する分別と高い回収率が達成できる、白金族元素の回収方法を提供することを課題としている。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above. (1) Separation of platinum group elements by remote operation corresponding to a high radiation field from high-level radioactive liquid waste is possible. (2) 2 Platinum that minimizes the use of separating agents that become secondary radioactive waste, (3) can recover platinum group elements as metals for reuse, and (4) can achieve high selectivity fractionation and high recovery It is an object to provide a method for recovering group elements.

発明者らは鋭意研究の結果、負イオン共存下で溶液中の元素正イオンの電荷移動吸収帯を光励起することにより、元素正イオンを還元できることに着目し、試験により確認して以下の発明を完成した。すなわち、
本発明は、第1には、白金族元素イオン含有溶液に紫外線領域波長レーザーを照射することにより前記白金族元素イオンを還元し、生成した白金族元素を回収する。
As a result of earnest research, the inventors have focused on the fact that element positive ions can be reduced by photoexcitation of the charge transfer absorption band of element positive ions in a solution in the presence of negative ions. completed. That is,
In the present invention, first, the platinum group element ions are reduced by irradiating the platinum group element ion-containing solution with an ultraviolet region wavelength laser, and the generated platinum group elements are recovered.

第2には、上記第1の発明において、白金族元素イオン含有溶液が塩素イオンまたは硝酸イオンを含む高レベル放射性廃液、またはアルコール類を添加した塩素イオンまたは硝酸イオンを含む高レベル放射性廃液である。   Secondly, in the first invention, the platinum group element ion-containing solution is a high-level radioactive waste liquid containing chlorine ions or nitrate ions, or a high-level radioactive waste liquid containing chlorine ions or nitrate ions added with alcohols. .

第3には、上記第2の発明において、アルコール類が、エタノール、メタノール及びプロパノールから選ばれる少なくとも1種である。   Third, in the second invention, the alcohol is at least one selected from ethanol, methanol, and propanol.

第4には、上記第2または第3の発明において、アルコール類を添加した塩素イオンまたは硝酸イオンを含む高レベル放射性廃液での、アルコール類の体積パーセント濃度が10〜50%である。   Fourth, in the second or third invention, the volume percent concentration of alcohol is 10 to 50% in the high-level radioactive liquid waste containing chlorine ion or nitrate ion to which alcohol is added.

第5には、上記第1から第4のいずれかの発明において、紫外線領域波長レーザーが、193nm〜355nmの波長を有するレーザーである。   Fifth, in any one of the first to fourth inventions, the ultraviolet region wavelength laser is a laser having a wavelength of 193 nm to 355 nm.

第6には、上記第5の発明において、紫外線領域波長レーザーが、Nd:YAG4倍高調波レーザー(波長266nm)である。   Sixth, in the fifth invention, the ultraviolet region wavelength laser is an Nd: YAG fourth harmonic laser (wavelength 266 nm).

第7には、上記第1から第6のいずれかの発明において、白金族元素の回収は、紫外線領域波長レーザー照射後の白金族元素イオン含有溶液を孔径25nm〜800nmのフィルターでろ過することにより行う。   Seventh, in any one of the first to sixth inventions, the platinum group element is recovered by filtering the platinum group element ion-containing solution after irradiation with the ultraviolet region wavelength laser through a filter having a pore diameter of 25 nm to 800 nm. Do.

本発明によれば、希土類元素が含まれる高レベル放射性廃液中の白金族元素(パラジウム、ロジウム、ルテニウム等)を、レーザーを用いた遠隔操作により、特にパラジウムおよびロジウムに関しては99%以上の効率で金属微粒子として分別回収することが可能である。また、本発明によれば、白金族元素イオン含有溶液の溶媒として水性溶媒を用いたときのアルコール類の体積パーセント濃度、レーザー光照射強度、照射時間等を制御することにより、白金族元素の回収率を調整することもできる。さらに本発明により、白金族元素回収過程における高レベル放射性廃液と回収装置との接触時間が1分以下となり、放射能汚染による2次廃棄物の発生を低減することが可能である。   According to the present invention, platinum group elements (palladium, rhodium, ruthenium, etc.) in a high-level radioactive liquid waste containing rare earth elements can be efficiently operated by a remote operation using a laser, particularly with respect to palladium and rhodium with an efficiency of 99% or more. It can be collected separately as metal fine particles. In addition, according to the present invention, recovery of platinum group elements by controlling the volume percent concentration of alcohols, laser light irradiation intensity, irradiation time, etc. when an aqueous solvent is used as the solvent of the platinum group element ion-containing solution. The rate can also be adjusted. Furthermore, according to the present invention, the contact time between the high-level radioactive liquid waste and the recovery device in the platinum group element recovery process is 1 minute or less, and generation of secondary waste due to radioactive contamination can be reduced.

白金族元素の回収方法の概念説明図である。It is a conceptual explanatory drawing of the collection | recovery method of a platinum group element. 分別回収装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a separate collection | recovery apparatus. パラジウム、ロジウム、ルテニウム、ネオジム混合溶液の吸光度の波長依存性を示す図である。It is a figure which shows the wavelength dependence of the light absorbency of palladium, rhodium, ruthenium, and a neodymium mixed solution.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、白金族元素の回収方法の概念説明図である。図1(a)は、本発明が対象にしている白金族元素イオン含有溶液の一実施形態を示しており、白金族元素イオンをはじめ、マイナーアクチノイドイオン、ランタノイドイオンなど複数種類の元素正イオンが負イオンと共に溶液中に存在している。溶液中での元素正イオンは電荷移動吸収帯と呼ばれる光吸収帯を持つ。この吸収帯を光励起することにより、溶液中の負イオンから元素正イオンへ電子を移動させて元素正イオンを還元することができる。光還元により元素正イオンが中性化すると、溶液中では凝集し、微粒子を形成することがある。白金族元素(パラジウム、ロジウム、ルテニウム等)イオンは紫外線領域波長(200-400nm)に電荷移動吸収帯を持っているので、白金族元素イオンを含む複数種類の元素正イオン含有溶液に紫外線領域波長レーザーを照射することにより効率的に白金族元素イオンを選択的に光還元することができる。白金族元素イオンが還元すると、図1(b)に示すように、サブミクロン程度(0.1μm〜1μm)の粒径をもつ微粒子が溶液中に形成される。そして、図1(c)に示すように、この溶液を適当な孔径を有するフィルターでろ過することにより、微粒子化した白金族元素だけを分別し、回収することができる。   FIG. 1 is a conceptual explanatory diagram of a platinum group element recovery method. FIG. 1 (a) shows an embodiment of a platinum group element ion-containing solution targeted by the present invention, in which a plurality of types of element positive ions such as a platinum group element ion, a minor actinide ion, and a lanthanoid ion are present. It exists in solution with negative ions. Elemental positive ions in solution have a light absorption band called a charge transfer absorption band. By photoexciting this absorption band, it is possible to reduce the element positive ions by transferring electrons from the negative ions in the solution to the element positive ions. When elemental positive ions are neutralized by photoreduction, they may aggregate in the solution and form fine particles. Platinum group element (palladium, rhodium, ruthenium, etc.) ions have a charge transfer absorption band in the ultraviolet region wavelength (200-400 nm), so there are several types of element positive ion-containing solutions containing platinum group element ions in the ultraviolet region wavelength. By irradiating the laser, the platinum group element ions can be selectively photoreduced efficiently. When the platinum group element ions are reduced, fine particles having a particle size of about submicron (0.1 μm to 1 μm) are formed in the solution as shown in FIG. And as shown in FIG.1 (c), only the platinum group element atomized can be fractionated and collect | recovered by filtering this solution with the filter which has a suitable hole diameter.

白金族元素イオン含有溶液の溶媒は、水又は還元性溶媒である。還元性溶媒としてはエタノール、メタノール又はプロパノール等の水に易溶なアルコール類、又はこれらの混合液、又はこれらと水とを混合した水性溶媒が例示される。本実施形態では溶媒が水のみでも白金族元素イオンの還元は可能であるが、白金族元素の微粒子化の効率は低い。アルコール類等を還元剤として水に加えることにより還元反応を促進させ、短時間での微粒子化が可能になるので、溶媒としては水とアルコール類とを混合した水性溶媒であることが好ましい。この場合、アルコール類の体積パーセント濃度が高まると微粒子化の効率が低下し、また白金族元素の回収率が低下してしまうこともあるので、好適なアルコール類の体積パーセント濃度は10〜50%であり、より好ましくは30〜50%である。   The solvent of the platinum group element ion-containing solution is water or a reducing solvent. Examples of the reducing solvent include alcohols that are readily soluble in water such as ethanol, methanol, and propanol, a mixed solution thereof, or an aqueous solvent obtained by mixing these with water. In the present embodiment, the platinum group element ions can be reduced even if the solvent is water alone, but the efficiency of atomizing the platinum group element is low. Since the reduction reaction is promoted by adding alcohol or the like as a reducing agent to water and fine particles can be formed in a short time, the solvent is preferably an aqueous solvent in which water and alcohol are mixed. In this case, if the volume percent concentration of alcohols is increased, the efficiency of microparticulation is reduced, and the recovery rate of platinum group elements may be reduced. Therefore, the preferred volume percent concentration of alcohols is 10 to 50%. More preferably, it is 30 to 50%.

白金族元素イオン含有溶液の好ましい形態としては、負イオンとして塩素イオンや硝酸イオン等を含んでいる溶液である。そして、本発明が対象にしている白金族元素イオン含有溶液の具体例は、使用済み核燃料の再処理工程で発生する高レベル放射性廃液である。この高レベル放射性廃液は塩酸水溶液もしくは硝酸水溶液であり、水溶液中には白金族元素と共にマイナーアクチノイドやランタノイド元素がイオンとして溶解している。マイナーアクチノイドやランタノイドの一部の元素正イオンは紫外線領域波長に電荷移動吸収帯を持つが、紫外線領域波長レーザーの照射に加えてさらに特別な操作を施さないとこの元素正イオンの効率的な微粒子化は起こらない。よって、この高レベル放射性廃液に紫外線領域波長レーザーを照射することにより、白金族元素だけをサブミクロン程度の粒径をもつ微粒子として分別、回収することが可能である。そして、上記したように、白金族元素イオン含有溶液の好適な溶媒が水とアルコール類とを混合した水性溶媒であることを考慮すると、高レベル放射性廃液から効果的に白金族元素を分別、回収するためには、高レベル放射性廃液にアルコール類を添加することが望ましい。その際には、高レベル放射性廃液でのアルコール類の体積パーセント濃度が10〜50%になるようにアルコール類を添加することが好ましい。   A preferable form of the platinum group element ion-containing solution is a solution containing chlorine ions, nitrate ions and the like as negative ions. A specific example of the platinum group element ion-containing solution targeted by the present invention is high-level radioactive liquid waste generated in the reprocessing step of spent nuclear fuel. This high-level radioactive liquid waste is a hydrochloric acid aqueous solution or a nitric acid aqueous solution, and in the aqueous solution, minor actinoids and lanthanoid elements are dissolved as ions together with platinum group elements. Some element positive ions of minor actinides and lanthanoids have a charge transfer absorption band in the ultraviolet region wavelength, but if the element is not further treated in addition to the ultraviolet region wavelength laser irradiation, efficient fine particles of this element positive ion Does not happen. Therefore, by irradiating the high-level radioactive liquid waste with an ultraviolet region wavelength laser, it is possible to separate and collect only platinum group elements as fine particles having a particle size of about submicron. And as mentioned above, considering that the preferred solvent of the platinum group element ion-containing solution is an aqueous solvent in which water and alcohol are mixed, the platinum group element is effectively separated and recovered from the high-level radioactive liquid waste. In order to do so, it is desirable to add alcohols to the high-level radioactive liquid waste. In that case, it is preferable to add the alcohols so that the volume percent concentration of the alcohols in the high-level radioactive liquid waste is 10 to 50%.

白金族元素イオン含有溶液中の白金族元素イオンの電荷移動吸収帯を励起するための紫外線領域波長レーザーとしては、193nm〜355nmの波長を有するレーザーを用いることができる。例えば、Nd:YAG4倍高調波レーザー(波長266nm)を用いることができる。また、紫外線領域の波長を有する他のレーザーとしては、例えばArF(波長193nm)やKrF(波長248nm)またはXeCl(波長308nm)、XeF(波長351nm)、Nd:YAG3倍高調波レーザー(波長355nm)でも同等の効果を得ることができる。   As the ultraviolet region wavelength laser for exciting the charge transfer absorption band of the platinum group element ions in the platinum group element ion-containing solution, a laser having a wavelength of 193 nm to 355 nm can be used. For example, an Nd: YAG quadruple harmonic laser (wavelength 266 nm) can be used. Other lasers having wavelengths in the ultraviolet region include, for example, ArF (wavelength 193 nm), KrF (wavelength 248 nm), XeCl (wavelength 308 nm), XeF (wavelength 351 nm), Nd: YAG triple harmonic laser (wavelength 355 nm) However, the same effect can be obtained.

白金族元素の回収に用いられるフィルターの孔径は、溶液中に形成した白金族元素の微粒子を回収できればよく、その微粒子化した白金族元素の粒径がサブミクロン程度(0.1μm〜1μm)であることを考慮すると、例えば、25nm〜800nmであることが考慮される。高レベル放射性廃液から白金族元素を分別、回収する場合、ろ過に要する時間をできるだけ少なくし、且つできるだけ高い回収率を保つことが望まれる。この場合の好ましいフィルターの孔径としては、溶媒や負イオンの種類、レーザー光照射強度、波長等によって形成される微粒子の粒径分布が異なるため一概にはいえないが、例えば、50nm〜200nm、なかでも100nm程度であることが好ましい。   The pore size of the filter used for the recovery of the platinum group element is only required to recover the fine particles of the platinum group element formed in the solution, and the particle size of the micronized platinum group element is about submicron (0.1 μm to 1 μm). Considering this, for example, it is considered that the thickness is 25 nm to 800 nm. When separating and recovering platinum group elements from high-level radioactive liquid waste, it is desirable to minimize the time required for filtration and to keep the recovery rate as high as possible. The preferred filter pore size in this case cannot be generally stated because the particle size distribution of the fine particles formed varies depending on the type of solvent and negative ions, laser light irradiation intensity, wavelength, etc., but for example, 50 nm to 200 nm. However, it is preferably about 100 nm.

図2は、白金族元素の分別回収装置の概要図である。分別回収装置1は、石英セル2、撹拌子3、マグネットスターラー4、スリット5、紫外線領域波長レーザー光反射鏡6、レーザー光源7から構成される。   FIG. 2 is a schematic diagram of a platinum group element separation and recovery device. The sorting and collecting apparatus 1 includes a quartz cell 2, a stirrer 3, a magnet stirrer 4, a slit 5, an ultraviolet region wavelength laser light reflecting mirror 6, and a laser light source 7.

白金族元素イオン含有溶液からの白金族元素分別は以下の手順で行う。まず、白金族元素やランタノイドなどの塩化物を純水に溶解し、そこにエタノールを添加して高レベル放射性廃液の模擬廃液を作製する。作製した模擬廃液を石英セル2に入れ、撹拌子3で撹拌しながらレーザー光源7から紫外線領域波長ナノ秒パルスレーザーを照射し、白金族元素だけを微粒子化して分別する。その後、溶液を取り出してフィルターを通して吸引ろ過し、白金族元素を金属微粒子として回収する。白金族元素回収後の模擬廃液中の金属イオン濃度を誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP-AES)で測定し、紫外線領域波長レーザー照射前の模擬廃液中の金属イオン濃度と比較することにより濃度の減少率(%)を算出し、それをもって元素の回収率(%)とした。   The platinum group element fractionation from the platinum group element ion-containing solution is performed according to the following procedure. First, chlorides such as platinum group elements and lanthanoids are dissolved in pure water, and ethanol is added thereto to prepare a simulated waste liquid of high-level radioactive liquid waste. The produced simulated waste liquid is put into the quartz cell 2 and irradiated with an ultraviolet region wavelength nanosecond pulse laser from the laser light source 7 while being stirred by the stirrer 3, so that only the platinum group element is atomized and fractionated. Thereafter, the solution is taken out and suction filtered through a filter to recover the platinum group element as metal fine particles. Metal ion concentration in simulated waste liquid after recovery of platinum group elements is measured by inductively coupled plasma optical emission spectrometer (ICP-AES), and compared with the metal ion concentration in simulated waste liquid before ultraviolet region wavelength laser irradiation. The reduction rate (%) was calculated and used as the element recovery rate (%).

本実施形態では、模擬廃液を石英セルに封入して紫外線領域波長レーザーを照射するバッチ方式での白金族元素の微粒子化による分別について記載したが、石英セル内で連続的に模擬廃液を流しながら照射するフロー方式を採用すれば、白金族元素の微粒子化からフィルターによるろ過回収まで、一貫したプロセスで元素の分別回収が完了できることは言うまでもない。   In the present embodiment, the fractionation by the micronization of platinum group elements in the batch method in which the simulated waste liquid is sealed in the quartz cell and irradiated with the ultraviolet region wavelength laser is described, but the simulated waste liquid is continuously flowed in the quartz cell. Needless to say, if the irradiation flow method is adopted, the fractional collection of elements can be completed in a consistent process from the micronization of platinum group elements to the filtration and collection using a filter.

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。以下、本発明の実施例を具体的に説明する。   While the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Examples of the present invention will be specifically described below.

以下、分別回収装置1を用いて白金族元素としてロジウム、ルテニウム、パラジウムを、マイナーアクチノイドおよびランタノイドの模擬金属としてネオジムを用い、これらの塩化物混合水溶液を高レベル放射性廃液の模擬廃液とみなして行った白金族元素の分別回収例について説明する。   Hereinafter, using the separation and recovery apparatus 1, rhodium, ruthenium and palladium are used as platinum group elements, neodymium is used as a simulated metal for minor actinides and lanthanoids, and these chloride mixed aqueous solutions are regarded as simulated waste liquids for high-level radioactive liquid waste. An example of separation and collection of platinum group elements will be described.

本実施形態ではレーザー光源7としてNd:YAG4倍高調波レーザー(コンティニュアム社製Surelite-10、波長266nm)を用いている。レーザー出力は16mJ/パルス、繰返し周波数は10Hzである。なお、照射したレーザーの強度は50mJ/cm2である。
<実施例1>
ロジウム、ルテニウムおよびネオジムの各塩化物を純水に溶解して模擬廃液を作製し、等量のエタノールを添加して0.5mM-ロジウム塩化物、0.5mM-ルテニウム塩化物、0.5mM-ネオジム塩化物の混合試料溶液(エタノールの体積パーセント濃度 50%)を調製した。次に、調製した試料溶液を3mL取り出して石英セルに入れ、撹拌しながらレーザー光を30分間照射し、溶液中でロジウムおよびルテニウムを微粒子化させた。そして、レーザー照射後の溶液をメンブレンフィルターにより吸引ろ過し、ロジウムおよびルテニウムを金属微粒子として回収した。分別回収操作は、孔径800nm、100nm、25nmの3種類のメンブレンフィルターを用いて行い、ろ過に要する時間および元素回収率を比較した。その結果を表1に示す。なお、ここでいうろ過に要する時間とは、石英セルからろ過器に移し変えた3mLの試料溶液が滴下しなくなる時間である。
In this embodiment, an Nd: YAG quadruple harmonic laser (Surelite-10 manufactured by Continuum, wavelength 266 nm) is used as the laser light source 7. The laser output is 16mJ / pulse and the repetition frequency is 10Hz. The intensity of the irradiated laser is 50 mJ / cm 2 .
<Example 1>
Dissolve rhodium, ruthenium and neodymium chlorides in pure water to make a simulated waste liquid, and add equal amounts of ethanol to add 0.5 mM rhodium chloride, 0.5 mM ruthenium chloride, 0.5 mM neodymium chloride A mixed sample solution (volume percentage concentration of ethanol 50%) was prepared. Next, 3 mL of the prepared sample solution was taken out, put into a quartz cell, and irradiated with laser light for 30 minutes while stirring to make rhodium and ruthenium fine particles in the solution. And the solution after laser irradiation was suction-filtered with the membrane filter, and rhodium and ruthenium were collect | recovered as metal microparticles. The fractional collection operation was performed using three kinds of membrane filters having pore sizes of 800 nm, 100 nm, and 25 nm, and the time required for filtration and the element recovery rate were compared. The results are shown in Table 1. Here, the time required for the filtration is a time during which 3 mL of the sample solution transferred from the quartz cell to the filter does not drop.

表1より、いずれのフィルターの場合にもネオジムの回収率は測定誤差範囲内(< 3%)であり、ロジウムおよびルテニウムのみの分別・回収に成功していることが示された。特に、ロジウムに関しては85-97%という高い回収率を達成している。一方、ルテニウムの回収率は44-55%であり、1回の分別回収操作で半分程度は回収できることが示された。   Table 1 shows that the recovery rate of neodymium is within the measurement error range (<3%) for all filters, and that only rhodium and ruthenium have been successfully separated and recovered. In particular, rhodium has achieved a high recovery rate of 85-97%. On the other hand, the recovery rate of ruthenium was 44-55%, indicating that about half of the ruthenium can be recovered by one fractional recovery operation.

表1は、フィルターの孔径を小さくすると、ロジウムおよびルテニウムの回収率が上昇することを示している。これはレーザー照射により形成される微粒子が幅広い粒径分布をもち、フィルターの孔径を小さくすることにより、より小さい微粒子が回収できるようになることに由来する。フィルターの孔径を800nmから100nmにした場合には、ろ過に要する時間が1分以内のままで、回収率はロジウムでは10%、ルテニウムでは7%上昇する。一方、フィルターの孔径を100nmから25nmにした場合には、10分程度のろ過時間を要するようになるにも関わらず、回収率はロジウムでは2%、ルテニウムでは4%しか上昇しない。高レベル放射性廃液からの白金族分別・回収プロセスにおいては、ろ過に要する時間をできるだけ少なくし、且つできるだけ高い回収率を保つことが望まれる。このようにフィルターの孔径を変えた時の所要ろ過時間と回収率の関係から、この系では孔径100nmのフィルターを用いて回収を行うことが好ましいことが結論付けられた。
<実施例2>
ロジウム、ルテニウムおよびネオジムの各塩化物を純水に溶解して模擬廃液を作製し、様々な比率でエタノールを添加して、最終的に0.5mM-ロジウム塩化物、0.5mM-ルテニウム塩化物、0.5mM-ネオジム塩化物の混合試料溶液を調製した。次に、調製した試料溶液を3mL取り出して石英セルに入れ、撹拌しながらレーザー光を40分間照射し、溶液中でロジウムおよびルテニウムを微粒子化させた。そして、レーザー照射後の溶液を孔径100nmのメンブレンフィルターにより吸引ろ過し、ロジウムおよびルテニウムを金属微粒子として回収し、エタノール比率を変えた時の元素回収率を比較した。その結果を表2に示す。
Table 1 shows that the recovery rate of rhodium and ruthenium increases when the pore size of the filter is reduced. This is because the fine particles formed by laser irradiation have a wide particle size distribution, and smaller fine particles can be collected by reducing the pore size of the filter. When the pore size of the filter is changed from 800 nm to 100 nm, the time required for filtration remains within 1 minute, and the recovery rate increases by 10% for rhodium and 7% for ruthenium. On the other hand, when the pore size of the filter is changed from 100 nm to 25 nm, the recovery rate increases only 2% for rhodium and 4% for ruthenium, although it takes about 10 minutes of filtration time. In the platinum group separation / recovery process from high-level radioactive liquid waste, it is desired to reduce the time required for filtration as much as possible and to keep the recovery rate as high as possible. From the relationship between the required filtration time and the recovery rate when the pore size of the filter was changed in this way, it was concluded that it is preferable to perform recovery using a filter having a pore size of 100 nm in this system.
<Example 2>
Dissolve rhodium, ruthenium and neodymium chlorides in pure water to make simulated waste liquid, add ethanol in various ratios, finally 0.5 mM rhodium chloride, 0.5 mM ruthenium chloride, 0.5 A mixed sample solution of mM-neodymium chloride was prepared. Next, 3 mL of the prepared sample solution was taken out, put into a quartz cell, and irradiated with laser light for 40 minutes while stirring to atomize rhodium and ruthenium in the solution. Then, the solution after laser irradiation was suction filtered through a membrane filter having a pore diameter of 100 nm, rhodium and ruthenium were collected as metal fine particles, and the element recovery rates when the ethanol ratio was changed were compared. The results are shown in Table 2.

ネオジムの回収率は測定誤差範囲内であり、実施例1と同様、白金族元素のみの選択的な分別・回収に成功していることがわかる。純水のみの模擬廃液では回収率はロジウムでは20%、ルテニウムでは14%とそれほど高くないが、エタノール比率が10%になるだけで回収率がロジウムおよびルテニウム共に50%程度まで上昇する。さらにエタノール比率が33%を超えるとロジウムの回収率は95%以上になり、エタノール比率が50%まで回収率はほとんど変化しない。一方、ルテニウムに関してはエタノール比率が高くなると、ロジウムほど高くはならないものの、回収率は60%まで上昇する。しかし、エタノール比率が50%を超えると、急激に回収率は減少し、エタノール比率が67%においてロジウムおよびルテニウム共に28%程度まで下がる。従って、エタノール比率は50%程度が好ましい。   The recovery rate of neodymium is within the measurement error range, and it can be seen that, as in Example 1, the selective fractionation / recovery of only the platinum group elements has been successful. The recovery rate for pure water only simulated wastewater is 20% for rhodium and 14% for ruthenium, but not so high, but the recovery rate increases to about 50% for both rhodium and ruthenium just by the ethanol ratio of 10%. Furthermore, when the ethanol ratio exceeds 33%, the recovery rate of rhodium is 95% or more, and the recovery rate hardly changes until the ethanol ratio is 50%. On the other hand, with respect to ruthenium, when the ethanol ratio increases, the recovery rate increases to 60%, though not as high as rhodium. However, when the ethanol ratio exceeds 50%, the recovery rate decreases rapidly, and both rhodium and ruthenium decrease to about 28% when the ethanol ratio is 67%. Therefore, the ethanol ratio is preferably about 50%.

実施例1では30分間のレーザー照射、実施例2では40分間のレーザー照射により分別回収を行った。表1−実験番号2と表2−実験番号4は両者ともエタノールの体積パーセント濃度 50%、孔径100nmのメンブレンフィルターを用いて分別回収を行ったものであり、レーザー照射時間のみが異なる。照射時間の増加によりロジウムの回収率は95%から98%へ、ルテニウムの回収率は51%から60%へ上昇している。この比較はレーザー照射時間の増加により白金族元素の回収率が向上することを示している。よって、レーザー照射時間は40分以上が好ましい。
<実施例3>
パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよびネオジムの各塩化物を、水/エタノール混合溶液(エタノール比率50%)に溶解し、0.5mM-パラジウム塩化物、0.5mM-ロジウム塩化物、0.5mM-ルテニウム塩化物、0.5mM-ネオジム塩化物の混合模擬廃液を調製した。次に、調製した模擬廃液を3mL取り出して石英セルに入れ、撹拌しながらレーザー光を40分間照射し、溶液中でパラジウム、ロジウムおよびルテニウムを微粒子化させた。そして、レーザー照射後の溶液をメンブレンフィルターにより吸引ろ過し、パラジウム、ロジウムおよびルテニウムを金属微粒子として回収した。
In Example 1, fractional collection was performed by laser irradiation for 30 minutes, and in Example 2 by laser irradiation for 40 minutes. Both Table 1-Experiment No. 2 and Table 2—Experiment No. 4 were obtained by fractional collection using a membrane filter having a volume percent ethanol concentration of 50% and a pore diameter of 100 nm, and only the laser irradiation time was different. The recovery rate of rhodium increased from 95% to 98% and the recovery rate of ruthenium increased from 51% to 60% due to the increase of irradiation time. This comparison shows that the recovery rate of the platinum group element is improved by increasing the laser irradiation time. Therefore, the laser irradiation time is preferably 40 minutes or more.
<Example 3>
Palladium, rhodium, ruthenium and neodymium chlorides are dissolved in a water / ethanol mixed solution (ethanol ratio 50%), 0.5 mM palladium chloride, 0.5 mM rhodium chloride, 0.5 mM ruthenium chloride, 0.5 A mixed simulated waste liquid of mM-neodymium chloride was prepared. Next, 3 mL of the prepared simulated waste liquid was taken out, put into a quartz cell, and irradiated with a laser beam for 40 minutes while stirring, thereby finely dividing palladium, rhodium and ruthenium in the solution. And the solution after laser irradiation was suction-filtered with the membrane filter, and palladium, rhodium, and ruthenium were collect | recovered as metal microparticles.

図3は,日本分光製の紫外可視分光光度計(日本分光社製 V-660)により測定した混合模擬廃液の吸光度の波長依存性(吸収スペクトル)を示す図である。図3中の実線はレーザー照射前の溶液の吸収スペクトルであり、混合溶液中の各元素イオンの電荷移動吸収帯に起因するバンドが紫外線領域波長に認められる。図3中の点線は、40分間のレーザー照射後の溶液の吸収スペクトルである。元素イオンの還元による紫外線領域波長のバンドの減少が確認できる。また、可視から近赤外線領域波長にかけては吸収スペクトルベースラインの上昇がみられる。これは散乱によるもので、元素イオンの還元によって生成した微粒子の存在を示すものである。図3中の破線は、40分間のレーザー照射後さらに孔径100nmのメンブレンフィルターを用いて吸引ろ過したろ液の吸収スペクトルである。レーザー照射後のスペクトルで観測された吸収スペクトルよりベースラインが減少していることより、ろ過により微粒子が除去されたことを示している。   FIG. 3 is a diagram showing the wavelength dependence (absorption spectrum) of the absorbance of the mixed simulated waste liquid measured by an ultraviolet-visible spectrophotometer manufactured by JASCO (manufactured by JASCO Corporation, V-660). The solid line in FIG. 3 is the absorption spectrum of the solution before laser irradiation, and a band resulting from the charge transfer absorption band of each element ion in the mixed solution is recognized in the ultraviolet region wavelength. The dotted line in FIG. 3 is the absorption spectrum of the solution after 40 minutes of laser irradiation. It can be confirmed that the band of the ultraviolet wavelength is reduced by the reduction of the element ions. In addition, an increase in the absorption spectrum baseline is observed from visible to near-infrared wavelength. This is due to scattering and indicates the presence of fine particles generated by reduction of element ions. The broken line in FIG. 3 is the absorption spectrum of the filtrate that was suction filtered using a membrane filter with a pore size of 100 nm after 40 minutes of laser irradiation. Since the baseline is lower than the absorption spectrum observed in the spectrum after laser irradiation, it indicates that fine particles have been removed by filtration.

パラジウム、ロジウム、ルテニウム、ネオジムの回収率(%)を表3に示す。   Table 3 shows the recovery rates (%) of palladium, rhodium, ruthenium, and neodymium.

表3より、ネオジムの回収率は測定誤差範囲内である一方、パラジウム、ロジウムは99%以上、ルテニウムも52%の割合で回収できており、白金族元素のみの選択的な分別・回収に成功していることが示された。発明者らは、この実験により高レベル放射性廃液に含まれる白金族元素(パラジウム、ロジウム、ルテニウム)全てを、高レベル放射性廃液中では強い放射能をもつマイナーアクチノイドおよびランタノイド元素と分別し、特にパラジウム、ロジウムに関しては、1回の分離回収操作で99%以上金属微粒子として回収できることを実証した。   From Table 3, the recovery rate of neodymium is within the measurement error range, but more than 99% of palladium and rhodium and 52% of ruthenium were recovered, and the selective separation and recovery of only platinum group elements was successful. It was shown that The inventors have separated all platinum group elements (palladium, rhodium, ruthenium) contained in the high-level radioactive liquid waste from the minor actinide and lanthanoid elements having strong radioactivity in the high-level radioactive liquid waste, and in particular, palladium. Regarding rhodium, it was proved that 99% or more of metal fine particles can be recovered by one separation and recovery operation.

1 分別回収装置
2 石英セル
3 撹拌子
4 マグネットスターラー
5 スリット
6 紫外線領域波長レーザー光反射鏡
7 レーザー光源
1 Separation and recovery device 2 Quartz cell 3 Stirrer 4 Magnet stirrer 5 Slit 6 Ultraviolet region wavelength laser beam reflector 7 Laser light source

Claims (7)

白金族元素イオン含有溶液に紫外線領域波長レーザーを照射することにより前記白金族元素イオンを還元し、生成した白金族元素を回収することを特徴とする白金族元素の回収方法。   A method for recovering a platinum group element, wherein the platinum group element ion is reduced by irradiating a platinum group element ion-containing solution with an ultraviolet region wavelength laser to recover the generated platinum group element. 白金族元素イオン含有溶液が、塩素イオンまたは硝酸イオンを含む高レベル放射性廃液、またはアルコール類を添加した塩素イオンまたは硝酸イオンを含む高レベル放射性廃液であることを特徴とする請求項1に記載の白金族元素の回収方法。   The platinum group element ion-containing solution is a high-level radioactive waste liquid containing chlorine ions or nitrate ions, or a high-level radioactive waste liquid containing chlorine ions or nitrate ions to which alcohols are added. A method for recovering platinum group elements. アルコール類が、エタノール、メタノール及びプロパノールから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項2に記載の白金族元素の回収方法。   The method for recovering a platinum group element according to claim 2, wherein the alcohol is at least one selected from ethanol, methanol and propanol. アルコール類を添加した塩素イオンまたは硝酸イオンを含む高レベル放射性廃液での、アルコール類の体積パーセント濃度が10〜50%であることを特徴とする請求項2または3に記載の白金族元素の回収方法。   The recovery of platinum group elements according to claim 2 or 3, wherein the volume percent concentration of alcohols is 10 to 50% in a high-level radioactive liquid waste containing chlorine ions or nitrate ions to which alcohols are added. Method. 紫外線領域波長レーザーが、193nm〜355nmの波長を有するレーザーであることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の白金族元素の回収方法。   The method for recovering a platinum group element according to any one of claims 1 to 4, wherein the ultraviolet region wavelength laser is a laser having a wavelength of 193 nm to 355 nm. 紫外線領域波長レーザーが、Nd:YAG4倍高調波レーザー(波長266nm)であることを特徴とする請求項5に記載の白金族元素の回収方法。   6. The method for recovering a platinum group element according to claim 5, wherein the ultraviolet region wavelength laser is an Nd: YAG fourth harmonic laser (wavelength 266 nm). 白金族元素の回収は、紫外線領域波長レーザー照射後の溶液を孔径25nm〜800nmのフィルターでろ過することにより行うことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の白金族元素の回収方法。   The platinum group element is collected by filtering the solution after irradiation with an ultraviolet region wavelength laser through a filter having a pore diameter of 25 nm to 800 nm. Collection method.
JP2009129298A 2009-05-28 2009-05-28 Method for recovering platinum group elements Pending JP2010275588A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009129298A JP2010275588A (en) 2009-05-28 2009-05-28 Method for recovering platinum group elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009129298A JP2010275588A (en) 2009-05-28 2009-05-28 Method for recovering platinum group elements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010275588A true JP2010275588A (en) 2010-12-09

Family

ID=43422823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009129298A Pending JP2010275588A (en) 2009-05-28 2009-05-28 Method for recovering platinum group elements

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010275588A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015048528A (en) * 2013-09-04 2015-03-16 株式会社東芝 Method for producing platinum fine particles and apparatus for producing the same
JP2020190022A (en) * 2019-05-23 2020-11-26 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 Recovery device, recovery system, and recovery method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015048528A (en) * 2013-09-04 2015-03-16 株式会社東芝 Method for producing platinum fine particles and apparatus for producing the same
JP2020190022A (en) * 2019-05-23 2020-11-26 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 Recovery device, recovery system, and recovery method
JP7307460B2 (en) 2019-05-23 2023-07-12 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 Recovery device, recovery system, and recovery method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0233498B1 (en) Process and apparatus of photoelectrocalalytically reducing noble metals in a nitric acid solution
Rogers et al. An isotope dilution–precipitation process for removing radioactive cesium from wastewater
JP5947271B2 (en) Decontamination system
Leonello et al. Light-induced advanced oxidation processes as pfas remediation methods: A review
KR101883895B1 (en) Decontamination and Rad-waste treatment method and a kit therefor reducing the radioactive waste remarkably
Rekab et al. Degradation of a cobalt (II)–EDTA complex by photocatalysis and H 2 O 2/UV-C. Application to nuclear wastes containing 60 Co
EP1487748B1 (en) Electrochemical process for decontamination of radioactive materials
JP2010275588A (en) Method for recovering platinum group elements
Al-gubury The effect of coupled titanium dioxide and cobalt oxide on photo catalytic degradation of malachite green
JPH06102148B2 (en) Method and apparatus for oxidizing or reducing dissolved substances
Swain et al. Separation and recovery of ruthenium from nitric acid medium by electro-oxidation
JPH0691163A (en) Method for oxidizing or reducing dissolved material
Gao et al. Facile synthesis of Ag/Ag3PO4 composites with highly efficient and stable photocatalytic performance under visible light
KR101856995B1 (en) Method for recovering prussian blue and method for removing cesium from aqueous solution
RU2004115750A (en) METHOD FOR CONTROLING THE STATE OF OXIDATION OF A METAL ION IN THE PROCESSING OF NUCLEAR FUEL
JP5424297B2 (en) Method for recovering noble metal, method for producing functional material, and method for treating aqueous solution containing strong oxidizable metal ion using functional material
TWI613432B (en) Component analysis apparatus and component analysis method
Dalalia et al. Removal of heavy metal ions from wastewater samples using electron beam radiation in the presence of TiO2
Kitagaki et al. Fission product separation from seawater by electrocoagulation method
RU2576530C1 (en) Method of cleaning uranium products from treatment of spent nuclear fuel from ruthenium
JPH09311196A (en) Photochemical reprocessing method
Arif et al. Photocatalytic degradation of phenol by LaFeO
JP7162290B2 (en) METHOD FOR RECOVERING CARRIED METAL FROM VEHICLE CATALYST
JP6857884B2 (en) Powder treatment method, solubilization treatment method and dissolution treatment method
Morrison et al. Gamma Driven Catalysis of Ammonia