JP2020169358A

JP2020169358A - ジルコニウムの精製方法およびジルコニウムの精製装置

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Publication number: JP2020169358A
Application number: JP2019071341A
Authority: JP
Inventors: 亮太井村; Ryota Imura
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2020-10-15
Anticipated expiration: 2039-04-03
Also published as: JP7172807B2

Abstract

【課題】放射性ジルコニウムを、不純物から分離かつ塩化物などとして乾固させる精製方法において、有害な化学物質を残存させることなく、かつ精製に要する時間を短縮すること。【解決手段】吸着樹脂にジルコニウムが吸着した状態からジルコニウムを精製する精製方法であって、ジルコニウムが吸着した吸着樹脂に、水よりも沸点が低い酸性有機溶媒を接触させてジルコニウムを溶出させる回収工程と、ジルコニウムが溶出した酸性有機溶媒を蒸発乾固させる蒸発乾固工程と、を含む。酸性有機溶媒は、酸として塩化水素（ＨＣｌ）が溶け込んだ有機溶媒であり、水素イオン濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下である。酸性有機溶媒は、メタノール（ＭｅＯＨ）、エタノール（ＥｔＯＨ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ、２−プロパノール）、酢酸エチル（ＡｃＯＥｔ）、ジエチルエーテル（Ｅｔ2Ｏ）、またはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）である。【選択図】図１

Description

本発明は、吸着樹脂から放射性ジルコニウムを分離精製するジルコニウムの精製方法およびジルコニウムの精製装置に関する。

従来、放射性ジルコニウムは、医用イメージングのトレーサとして有用であり、特に抗体との組み合わせが広く用いられる。一般に放射性ジルコニウムは、シュウ酸水溶液（（ＣＯＯＨ）₂）として提供され、ジルコニウムのシュウ酸水溶液と抗体溶液とを混合することによって、標識反応を行う方法が知られている（非特許文献１参照）。

特開２０１６−６０７２６号公報

Lars R. Perk et al. "p-Isothiocyanatobenzyl-desferrioxamine: a new bifunctional chelate for facile radiolabeling of monoclonal antibodies with zirconium-89 for immuno-PET imaging", Nucl Med Mol Imaging (2010) 37:250-259. Stephen A. Graves et al. "Evaluation of a chloride-based 89Zr isolation strategy using a tributyl phosphate (TBP)-functionalized extraction resin" Nuclear Medicine and Biology 64-65 (2018) 1-7.

しかしながら、近年、放射性ジルコニウム溶液の溶媒としてシュウ酸水溶液を用いることが問題視されている。特許文献１には、シュウ酸イオンが劇物であって人体に有害な物質であることが記載されている。また、非特許文献２には、シュウ酸が放射性ジルコニウムと強く結合するため、キレート剤との結合を阻害することが記載されている。以上の点から、放射性ジルコニウム溶液の溶媒を自在に置換する技術が求められていた。

また、このような問題を解決するために、放射性ジルコニウム溶液からシュウ酸を除去する方法が提案されている。特許文献１には、放射性ジルコニウムのシュウ酸溶液を蒸発乾固させて、目的とする溶媒によって再溶解する方法が開示されている。しかしながら、水溶液は沸点が高いことから、蒸発させるために時間を要するとともに、シュウ酸を熱分解させるために、２００℃近い高温を維持する必要があるという問題があった。また、非特許文献２には、強塩基性陰イオン交換樹脂を用いてシュウ酸を除去し、溶媒を塩酸に置換する方法が記載されている。この場合、シュウ酸の熱分解が不要になるが、水溶液の蒸発乾固に時間を要する問題は残存している。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、放射性ジルコニウムを、原料のイットリウムなどの不純物から分離し、かつ塩化物などとして乾固させる精製方法において、有害な化学物質を残存させることなく、かつ精製に要する時間を短縮できるジルコニウムの精製方法およびジルコニウムの精製装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るジルコニウムの精製方法は、吸着樹脂にジルコニウムが吸着した状態からジルコニウムを精製するジルコニウムの精製方法であって、前記ジルコニウムが吸着した吸着樹脂に、水よりも沸点が低い酸性有機溶媒を接触させて前記ジルコニウムを溶出させる回収工程と、前記ジルコニウムが溶出した酸性有機溶媒を蒸発乾固させる蒸発乾固工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の一態様に係るジルコニウムの精製方法は、上記の発明において、前記酸性有機溶媒は、ハロゲン化水素ガスが溶解した有機溶媒であることを特徴とする。本発明の一態様に係るジルコニウムの精製方法は、この構成において、前記ハロゲン化水素ガスが、塩化水素ガスであることを特徴とする。

本発明の一態様に係るジルコニウムの精製方法は、上記の発明において、前記酸性有機溶媒の水素イオン濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下であることを特徴とする。

本発明の一態様に係るジルコニウムの精製方法は、上記の発明において、前記酸性有機溶媒の有機溶媒は、メタノール（ＭｅＯＨ）、エタノール（ＥｔＯＨ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ、２−プロパノール）、酢酸エチル（ＡｃＯＥｔ）、ジエチルエーテル（Ｅｔ₂Ｏ）、またはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）であることを特徴とする。

本発明の一態様に係るジルコニウムの精製装置は、ジルコニウムが吸着した吸着樹脂から前記ジルコニウムを分離精製するジルコニウムの精製装置であって、前記吸着樹脂が収容された吸着樹脂容器と、前記吸着樹脂容器に、水よりも沸点が低い酸性有機溶媒を供給可能に構成されているとともに、前記吸着樹脂容器から排出された前記ジルコニウムが溶出した前記酸性有機溶媒を蒸発乾固させる蒸発乾固手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るジルコニウムの精製方法およびジルコニウムの精製装置によれば、放射性ジルコニウムの精製において、有害な溶液や、蒸発に時間を要する水や難揮発性の化学物質を使用することなく、所要時間を短縮することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態によるジルコニウムの精製方法を説明するための模式図である。図２は、本発明の一実施形態によるジルコニウムの精製装置を説明するためのブロック図である。図３は、従来技術によるジルコニウムの精製方法を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。

まず、本発明の実施形態を説明するにあたり、本発明の理解を容易にするために、本発明者が上記課題を解決するために行った実験および鋭意検討について説明する。

最初に、本発明者の鋭意検討の対象となった、従来のジルコニウムの精製方法について説明する。図３は、従来技術によるジルコニウムの精製方法を説明するための模式図である。図３に示すように、従来のジルコニウムの精製方法においては、ターゲット溶解工程、吸着工程、洗浄工程、および回収工程を順次行う。

まず、陽子線照射により内部に放射性ジルコニウム（⁸⁹Ｚｒ：以下、ジルコニウムまたはＺｒ）（図示せず）が生成された⁸⁹Ｙのイットリウムターゲット１００を準備する。次に、ターゲット溶解工程において、イットリウムターゲット１００を、溶解槽１０１内において酸性溶液１０２を用いて溶解させる。ここで、イットリウムターゲット１００の質量は例えば０．３３ｇ（３３０ｍｇ）であり、酸性溶液１０２としては、濃度が６ｍｏｌ／Ｌで容量が２ｍＬの塩酸（ＨＣｌ）を用いる。

次に、従来の吸着工程において、Ｚｒが生成されたイットリウムターゲット１００が溶解された溶解液を、機能基としてヒドロキサム酸基を有するキレート樹脂（以下、ヒドロキサム酸樹脂）１０３が充填された樹脂カラム１０４に通液する。従来の吸着工程においては、溶解液がヒドロキサム酸樹脂１０３に接触して、溶解液中のジルコニウムがヒドロキサム酸樹脂１０３に吸着する。ジルコニウムがヒドロキサム酸樹脂１０３に吸着された後の溶解液は、排液口１０４ａから通過液として排出される。

次に、従来の洗浄工程において、樹脂カラム１０４内に、洗浄用酸性溶液としての酸性溶液と純水とを順次通液する。これにより、樹脂カラム１０４内の内壁やヒドロキサム酸樹脂１０３に付着したイットリウムや酸性溶液などの不純物が洗浄されて排液口１０４ａから通過液として排出される。ここで、酸性溶液としては、例えば濃度が２ｍｏｌ／Ｌで容量が１０ｍＬの塩酸を用い、純水の容量は例えば１０ｍＬとする。

次に、従来の回収工程において、樹脂カラム１０４内に回収酸性溶液として用いられる回収酸性溶液を通液する。これにより、ヒドロキサム酸樹脂１０３に吸着したジルコニウムが脱離して、回収酸性溶液に溶出する。ジルコニウムが溶出した回収酸性溶液は、排液口１０４ａから回収通過液として排出されて回収される。ここで、回収酸性溶液としては、例えば濃度が１ｍｏｌ／Ｌで容量が３ｍＬのシュウ酸水溶液（（ＣＯＯＨ）₂）を用いる。

上述した回収工程において、回収酸性溶液として使用するシュウ酸水溶液は、温度や濃度の変化によりシュウ酸が析出し、精製装置内のチューブやバルブを閉塞させるおそれがあるため、装置内でのシュウ酸水溶液の温度および濃度の厳密な管理が必要となる。また、特許文献１に記載されているように、シュウ酸イオンは劇物であって人体に有害な物質である。そこで、特許文献１には、放射性ジルコニウムのシュウ酸溶液を蒸発乾固させて、他の溶媒によって再溶解する方法が開示されているが、水溶液は沸点が高いことから、蒸発させるために時間を要するという問題があった。また、非特許文献２に記載されているように、シュウ酸は放射性ジルコニウムと強く結合するため、キレート剤との結合を阻害する。そのため、回収酸性溶液として、シュウ酸以外の例えば鉱酸を使用することも考えられる。ところが、ヒドロキサム酸樹脂とジルコニウムとの結合は酸性条件においても極めて強力である。そのため、例えば１０ｍｏｌ／Ｌの濃度の塩酸とヒドロキサム酸樹脂との分配係数Ｋ_dは１０³より大きく、１０ｍｏｌ／Ｌの濃度の塩酸をヒドロキサム酸樹脂が充填された樹脂カラム５に通液したとしても、ジルコニウムを溶出させることはほとんどできない。なお、分配係数Ｋ_dとは、ある被吸着物質が１ｍＬの溶液と１ｇの固相吸着剤との間で吸着平衡にある場合に、固相吸着剤に吸着した被吸着物質の量を溶液中に残存した被吸着物質の量で除算したものである。このように、鉱酸ではヒドロキサム酸樹脂からジルコニウムを溶出させることはほとんどできない。

そこで、本発明者は、吸着樹脂に着目して、ジルコニウムとの結合力がヒドロキサム酸樹脂よりも弱いイミノ二酢酸樹脂を使用して、イットリウムとジルコニウムとの分離が可能か否かの検討を行った。本発明者の知見によれば、イミノ二酢酸樹脂は、例えば０．５ｍｏｌ／Ｌの濃度の塩酸などの酸性条件においてジルコニウムと錯体を形成する一方、イットリウムとは錯体を形成しにくい。この選択性を利用して、イットリウムおよびジルコニウムを例えば０．５ｍｏｌ／Ｌの濃度の塩酸からなる溶解用酸性液に溶解し、この溶解液をイミノ二酢酸樹脂に通液することにより、ジルコニウムを吸着樹脂に選択的に吸着できるものと推測される。

また、強酸性陽イオン交換樹脂に関しては、陽イオン交換樹脂に対するジルコニウムイオン（Ｚｒ⁴⁺）の分配係数Ｋ_dがイットリウムに比して大きい。具体的に例えば１ｍｏｌ／Ｌの濃度の塩酸中においてジルコニウムの分配係数Ｋ_dが７２５０であるのに対し、イットリウムの分配係数Ｋ_dは１４４．６である。そのため、陽イオン交換樹脂にはジルコニウムイオン（Ｚｒ⁴⁺）が選択的に吸着される。他方、強塩基性陰イオン交換樹脂に関しては、粗精製液中において、ジルコニウムをオキサラト錯体とし、イットリウムの多くを３価のイットリウムイオン（Ｙ³⁺）とすることで、陰イオン交換樹脂には、陽イオンであるイットリウムイオン（Ｙ³⁺）は吸着せず、オキサラト錯体が選択的に吸着される。

本発明者はさらに、上述したイミノ二酢酸樹脂などの吸着樹脂に吸着されたジルコニウムの脱着方法について鋭意検討を行い、回収酸性溶液としてシュウ酸水溶液の代わりに酸性有機溶媒を用いることによって、ジルコニウムを安全でより効率よく回収できることを見出した。本発明は、以上の実験および鋭意検討により案出されたものである。

次に、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態によるジルコニウムの精製方法を説明するための模式図である。本実施形態によるジルコニウムの精製方法は、溶解工程、吸着工程、洗浄工程、回収工程、および蒸発乾固工程を順次実行する。溶解工程においては、ジルコニウム、およびイットリウムを溶解用酸性溶液に溶解して溶解液を調製する。吸着工程においては、溶解液を吸着樹脂に接触させて、ジルコニウムを吸着樹脂に吸着させる。洗浄工程は、吸着工程の後、吸着樹脂に洗浄用酸性溶液を通液して洗浄する。回収工程は、洗浄工程の後、吸着樹脂に酸性有機溶媒を通液して、回収通過液としてジルコニウムイオン（Ｚｒ⁴⁺）を含む酸性有機溶媒を得る。なお、本明細書において、酸性有機溶媒とは、酸が溶解しており、かつ水よりも沸点が低い有機溶媒をいう。蒸発乾固工程は、ジルコニウムイオン（Ｚｒ⁴⁺）を含む酸性有機溶媒である回収通過液を加熱することにより、回収通過液を蒸発乾固させる。以下に、上述した各工程について具体的に説明する。

（溶解工程）
まず、陽子線照射により内部に放射性ジルコニウム（⁸⁹Ｚｒ：以下、ジルコニウムまたはＺｒ）（図示せず）が生成された⁸⁹Ｙのイットリウムターゲット１を準備する。溶解工程は、溶解槽２内の溶解用酸性溶液３によってイットリウムターゲット１を溶解させ溶解液を調製する。ここで、溶解用酸性溶液３としては、例えば水素イオン濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌ以上１．０ｍｏｌ／Ｌ以下の塩酸を用いる。また、イットリウムターゲット１を、例えば０．３３ｇ（３３０ｍｇ）使用する場合、２ｍＬ程度の溶解用酸性溶液３に溶解すればよい。また、塩酸以外に、硝酸、硫酸水溶液を用いることもできる。

（吸着工程）
吸着工程は、溶解工程で得られた溶解液を、例えばイミノ二酢酸樹脂などの吸着樹脂４が充填された吸着樹脂容器としての樹脂カラム５内に通液する。樹脂カラム５は、各種溶液を通液後に排液口５ａから排出可能に構成される。溶解液は、吸着樹脂４に接触して、ジルコニウムイオン（Ｚｒ⁴⁺）が吸着樹脂４に吸着した後に、排液口５ａから通過液として排出される。図１に示すように、塩酸濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌ以上１．０ｍｏｌ／Ｌ以下における、ジルコニウムイオン（Ｚｒ⁴⁺）の吸着樹脂４に対する分配係数Ｋ_ｄは１０³より大きく、吸着樹脂４にジルコニウムイオン（Ｚｒ⁴⁺）が選択的に吸着される。吸着樹脂４としては、例えば、ＭＥ−１（ＧＬサイエンス社製）などを使用することができる。

（洗浄工程）
洗浄工程は、樹脂カラム５内に、洗浄用酸性溶液を通液する。これにより、樹脂カラム５内の内壁や吸着樹脂４に付着したイットリウムや溶解用酸性溶液３などの不純物が洗浄されて排液口５ａから通過液として排出される。ここで、洗浄用酸性溶液としては、例えば水素イオン濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌ以上１．０ｍｏｌ／Ｌ以下、好適には０．５ｍｏｌ／Ｌ以下の塩酸を用いる。洗浄工程は、用いる溶解用酸性溶液３、洗浄用酸性溶液の濃度などに基づいて適宜変更することが可能であり、溶解液の１〜１０倍量の洗浄用酸性溶液で洗浄することが好ましい。また、塩酸以外に、硝酸や硫酸水溶液を用いてもよい。

（回収工程）
回収工程は、樹脂カラム５内に、回収酸性溶液として酸性有機溶媒を通液する。これにより、吸着樹脂４に吸着した状態からジルコニウムイオンが溶出して、酸性有機溶媒に溶出される。ここで、有機溶媒としては、具体的に例えば、メタノール（ＭｅＯＨ）、エタノール（ＥｔＯＨ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ、２−プロパノール）、酢酸エチル（ＡｃＯＥｔ）、またはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）などを用いることができる。酸としては、有機溶媒に、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、またはヨウ化水素などのハロゲン化水素のガス、中でも塩化水素ガスを溶け込ませた塩酸有機溶媒が最も好ましい。なお、硝酸は酸化性があって有機溶媒を分解するため適さない。硫酸やリン酸は沸点が水より高いことから好ましくない。フッ化水素は、ガラス器具を損傷させる可能性があるため注意を要する。以上の点から、本実施形態において酸性有機溶媒は、塩化水素ガスが溶け込んだメタノールを用いる。

（蒸発乾固工程）
ジルコニウムを含む酸性有機溶媒は、排液口５ａから排出されて例えばバイアル瓶などの収容容器に収容される。蒸発乾固工程は、ジルコニウムを含む酸性有機溶媒を回収通過液６として収容した収容容器を加熱器などによって加熱して、回収通過液６を蒸発乾固させる。ここで、下記の式（１）に示すように、イミノ二酢酸樹脂からなる吸着樹脂４は、酸性アルコール溶液と接触すると、酸触媒によってイミノ二酢酸がほぼ不可逆的にイミノ二酢酸エステルに変化する。これは水（Ｈ₂Ｏ）が存在しないためである。エステル化したイミノ二酢酸は、ジルコニウムと錯形成できないため、樹脂カラム５において効率的にジルコニウムが溶出される。この効果により、酸性有機溶媒の水素イオン濃度が比較的低濃度であっても、吸着樹脂４から酸性有機溶媒にジルコニウムを溶出させる効果が期待できる。そのため、回収溶液としては、酸性アルコール溶液が特に好ましい。具体的に、酸性有機溶媒の水素イオン濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下が好ましく、本実施形態においては、例えば２ｍｏｌ／Ｌとする。水素イオン濃度が０．１ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下の酸性有機溶媒を回収酸性溶液として用いることによって、吸着樹脂４からジルコニウムイオンを分離、溶出させることが可能になる。また、酸性有機溶媒として、塩化水素ガスを含有した、エタノール（ＥｔＯＨ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ、２−プロパノール）、酢酸エチル（ＡｃＯＥｔ）、ジエチルエーテル（Ｅｔ₂Ｏ）、またはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を用いても同様に、吸着樹脂４からジルコニウムイオンを分離、溶出可能であることが確認された。

…（１）

次に、本発明の一実施形態によるジルコニウムの精製装置について説明する。図２は、一実施形態によるジルコニウムの精製装置を示すブロック図である。図２に示すように、ジルコニウムの精製装置１０は、溶解槽２、吸着樹脂４が充填された樹脂カラム５、加熱部１１、廃液バイアル１２、リザーバタンク群１３、およびバルブ群１４ならびにバルブ群１５を有する配管系を備える。リザーバタンク群１３は、それぞれが各種溶媒や各種溶液を貯留可能な貯留槽を構成するリザーバタンク１３ａ，１３ｂ，１３ｃから構成される。

溶解槽２は、陽子線の照射により微量の⁸⁹Ｚｒが生成されたイットリウムターゲット１を溶解させるための槽である。溶解槽２には、リザーバタンク１３ａから溶解用酸性溶液３が供給される。リザーバタンク１３ａには、溶解用酸性溶液３として、例えば０．５ｍｏｌ／Ｌの濃度の塩酸水溶液が貯留されている。リザーバタンク１３ａから溶解槽２に溶解用酸性溶液３が供給されることによって、イットリウムターゲット１が溶解される。これにより、溶解工程が実行されて、溶解液が生成される。リザーバタンク１３ａから溶解槽２への溶解用酸性溶液３の供給は、バルブ１５ａの開閉により制御される。

吸着樹脂４が充填された樹脂カラム５には、溶解槽２から排出された溶解液が供給可能に構成される。溶解槽２から樹脂カラム５への溶解液の供給は、バルブ２ａにより制御される。溶解槽２から樹脂カラム５に溶解液が供給されることにより、吸着工程が実行され、内部に充填された吸着樹脂４にジルコニウムイオンが吸着する。樹脂カラム５には、リザーバタンク１３ｂ，１３ｃからそれぞれ、洗浄用酸性溶液、および酸性有機溶媒が供給可能に構成される。

リザーバタンク１３ｂには、濃度が例えば０．５ｍｏｌ／Ｌの塩酸水溶液が貯留されている。リザーバタンク１３ｂから樹脂カラム５に洗浄用酸性溶液が供給されることによって、洗浄工程が実行される。リザーバタンク１３ｂから樹脂カラム５への洗浄用酸性溶液の供給は、バルブ１５ｂの開閉により制御される。吸着工程、および洗浄工程において、樹脂カラム５の排液口５ａから排出される通過液は、三方弁１６ａの切り換えに応じて、廃液バイアル１２に供給される。

リザーバタンク１３ｃには、酸性有機溶媒として濃度が例えば２ｍｏｌ／Ｌの塩化水素ガスが溶け込んだメタノールが貯留されている。リザーバタンク１３ｃから樹脂カラム５に酸性有機溶媒が供給されることによって、回収工程が実行される。リザーバタンク１３ｃから樹脂カラム５への酸性有機溶媒の供給は、バルブ１５ｃの開閉により制御される。回収工程において、樹脂カラム５の排液口５ａから排出された回収通過液６は、三方弁１６ａの切り換えに応じて、蒸発乾固手段としての加熱部１１に供給される。

加熱部１１は、回収バイアル１１ａの周辺に加熱手段としてのヒータ１１ｂが配置されて構成される。加熱部１１は、ヒータ１１ｂによって回収バイアル１１ａを加熱可能に構成される。回収バイアル１１ａの内部は、流量調節計などを含む気体供給部１９から不活性ガスや空気などの気体が供給可能に構成されているとともに、三方弁１６ａを介して回収通過液６が流入可能に構成される。なお、気体供給部１９から回収バイアル１１ａの内部に気体を供給する際には、バルブ１６ｂを閉状態にして、三方弁１６ａに向かう気体の流れを抑制する。また、回収バイアル１１ａの内部は、バルブ１８を介して真空ポンプに連通している。バルブ１８の開閉によって、回収バイアル１１ａの内部を減圧して、回収通過液６の流入を容易にすることが可能である。なお、回収バイアル１１ａの内部の回収通過液６を取り出し可能な配管を設けることも可能である。

加熱部１１においては、ヒータ１１ｂによって回収バイアル１１ａが加熱され、収容された回収通過液６が加熱されることによって、蒸発乾固工程が実行される。加熱部１１において回収通過液６を蒸発乾固させることにより、ジルコニウムを含む物質が得られる。ここで、回収バイアル１１ａの内部を減圧しながら、気体供給部１９から例えば不活性ガスなどの気体を回収バイアル１１ａの内部に供給してバブリングによる撹拌を行うことによって、蒸発乾固の所要時間を短縮できる。本実施形態において、３ｍｌの回収通過液６を不活性ガスでバブリングを行いつつ例えば３分間程度加熱することによって、回収通過液６がほとんど蒸発乾固することが確認された。この際、全ての放射能は、蒸発乾固容器である回収バイアル１１ａの内部に全量残留することを確認し、蒸発ガスにおいて放射能は観測されなかった。また、一般に、放射性物質は極めて低濃度であるため溶媒の沸点などに与える影響は小さい。したがって、蒸発乾固に要する時間は、放射能に関わらず精製装置１０の構成が同様であればほぼ同一になる。以上により、イットリウムターゲット１から放射性ジルコニウム（89Ｚｒ）が、塩化ジルコニウムとして分離精製される。

ジルコニウムの精製装置１０は、不活性ガス供給源から溶解槽２およびリザーバタンク群１３に不活性ガスを供給するために、供給量制御部としてのマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１７を備える。不活性ガスは、ＭＦＣ１７を通じて溶解槽２およびリザーバタンク１３ａ〜１３ｃにそれぞれ、選択的に供給される。溶解槽２、それぞれのリザーバタンク１３ａ〜１３ｃへの不活性ガスの供給はそれぞれ、バルブ２ｂ、バルブ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの開閉により制御される。供給された不活性ガスの圧力によって各種溶液を移動できる。なお、各種溶液の移動に用いられる不活性ガスは、例えばヘリウム（Ｈｅ）や窒素（Ｎ₂）などが好適に用いられるが、必ずしもこれらのガスに限定されるものではない。また、廃液バイアル１２の内部は、バルブ１８を介して真空ポンプに連通している。バルブ１８の開閉によって、廃液バイアル１２の内部を減圧して、各種溶液の流入を容易にすることが可能である。

以上のように構成されたジルコニウムの精製装置１０において、溶解工程、吸着工程、洗浄工程、回収工程、および蒸発乾固工程を実行することによって、ジルコニウムを高純度で含む物質を得ることができる。なお、ジルコニウムを使用する際には、得られた物質を所定の溶液に溶解させて使用することができる。

以上説明した一実施形態によれば、ジルコニウムが吸着した吸着樹脂４に、水よりも沸点が低い塩化水素ガスが溶解したメタノールなどの酸性有機溶媒を通液させてジルコニウムを溶出させた後、ジルコニウムが溶出した酸性有機溶媒を蒸発乾固させてジルコニウムを分離精製していることにより、有害なシュウ酸水溶液を用いることなくジルコニウム８９の分離精製を行うことができる。さらに、上述したジルコニウムの精製方法を装置化したジルコニウムの精製装置１０は、自動化が容易であることから、ホットセル内での作業が可能になるので、作業者の被曝の可能性を低減できる。ジルコニウムの精製装置１０を自動化した場合においても、蒸発乾固の時間を短縮しつつ、ホットセル内に収めることが可能になる。

以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよく、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。

上述の一実施形態においては、イットリウムターゲット１を溶解する溶解用酸性溶液３として塩酸を用いているが、必ずしも塩酸に限定されるものではなく、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）、硝酸（ＨＮＯ₃）、またはフッ酸（ＨＦ）などのイットリウムターゲット１を溶解可能な他の酸性溶液を用いることができる。

また、ジルコニウムの精製装置１０において、それぞれのバルブ２ａ，２ｂ，１４ａ〜１４ｃ，１５ａ〜１５ｃ，１８、三方弁１６ａ、それぞれのリザーバタンク１３ａ〜１３ｃ、およびＭＦＣ１７などの各構成部を制御する制御部を備えてもよい。この場合、制御部が各構成部を制御することによって、上述したジルコニウムの精製方法を実行可能となる。さらに、溶解用酸性溶液および洗浄用酸性溶液として、同一種かつ同じ濃度の酸性溶液を使用する場合、溶解用酸性溶液のリザーバタンク１３ａおよび洗浄用酸性溶液のリザーバタンク１３ｂを共通とし、一つのリザーバタンクから溶解用酸性溶液および洗浄用酸性溶液としての酸性溶液を供給してもよい。

１イットリウムターゲット
２溶解槽
２ａ，２ｂ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６ｂ，１８バルブ
３溶解用酸性溶液
４吸着樹脂
５樹脂カラム
５ａ排液口
６回収通過液
１０精製装置
１１加熱部
１１ａ回収バイアル
１１ｂヒータ
１２廃液バイアル
１３リザーバタンク群
１３ａ，１３ｂ，１３ｃリザーバタンク
１４，１５バルブ群
１６ａ三方弁
１９気体供給部

Claims

吸着樹脂にジルコニウムが吸着した状態から前記ジルコニウムを分離精製するジルコニウムの精製方法であって、
前記ジルコニウムが吸着した吸着樹脂に、水よりも沸点が低い酸性有機溶媒を接触させて前記ジルコニウムを溶出させる回収工程と、
前記ジルコニウムが溶出した酸性有機溶媒を蒸発乾固させる蒸発乾固工程と、を含む
ことを特徴とするジルコニウムの精製方法。
前記酸性有機溶媒は、ハロゲン化水素ガスが溶解した有機溶媒である
ことを特徴とする請求項１に記載のジルコニウムの精製方法。
前記ハロゲン化水素ガスが、塩化水素ガスである
ことを特徴とする請求項２に記載のジルコニウムの精製方法。
前記酸性有機溶媒の水素イオン濃度は、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上４．０ｍｏｌ／Ｌ以下である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のジルコニウムの精製方法。
前記酸性有機溶媒の有機溶媒は、メタノール（ＭｅＯＨ）、エタノール（ＥｔＯＨ）、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ、２−プロパノール）、酢酸エチル（ＡｃＯＥｔ）、ジエチルエーテル（Ｅｔ₂Ｏ）、またはテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のジルコニウムの精製方法。
ジルコニウムが吸着した吸着樹脂から前記ジルコニウムを分離精製するジルコニウムの精製装置であって、
前記吸着樹脂が収容された吸着樹脂容器と、
前記吸着樹脂容器に、水よりも沸点が低い酸性有機溶媒を供給可能に構成されているとともに、前記吸着樹脂容器から排出された前記ジルコニウムが溶出した前記酸性有機溶媒を蒸発乾固させる蒸発乾固手段と、を備える
ことを特徴とするジルコニウムの精製装置。