JP2839585B2 - Method and apparatus for reducing neptunium - Google Patents

Method and apparatus for reducing neptunium

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は使用済核燃料の再処理プロセスにおけるネプ
ツニウムの抽出効率向上に係わり、ネプツニウムの原子
価を高原子価状態から溶媒抽出の容易な4価に還元する
のに好適な方法および装置に関わる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an improvement in the extraction efficiency of neptunium in the process of reprocessing spent nuclear fuel. And a method and apparatus suitable for reduction to

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、硝酸溶液中の溶存物質を還元する方法として
は、特開昭63−171641号公報に記載のように白金族元素
を担持させた半導体光触媒粉末を溶液中に添加し、電磁
波照射により該光触媒を励起して溶存物質を還元する方
法がある。また、鉄の2価イオンを還元触媒として用い
た超ウラン元素の還元方法として、ソルベント エクス
トラクシヨン アンド イオン エクスチエンジ 6巻
(1988年)第247頁から第263頁(Solv.Extr.Ion Exch.,
,(1988),p247〜263)に記載の方法が知られてい
る。さらに、ネプツニウムについては特開昭54−53609
号記載のようにプルトニウム,ウラニウム、ネプツニウ
ムを含有する有機溶剤にヒドロキシルアミン塩,ヒドラ
ジン塩、およびヒドロキシルアミン塩とヒドラジン塩と
の混合物からなる群から選ばれたネプツニウム用還元剤
を含有する水性相を約30〜35℃で接触させることにより
原子価6価のネプツニウムは5価へ還元され、有機相か
ら水性相へ移行することが知られている。また、ジヤー
ナル オブ ニユークリア サイエンス アンド テク
ノロジー 24巻(1987年)、第724頁から第729頁(J.Nu
cl.Sci.Tech.,24,(1987)p724−729)には塩酸ヒドロ
キシルアミン塩を還元剤として用い、原子価5価のネプ
ツニウムを4価へ還元する方法が論じられているが、同
論文には実用的な還元速度を得るためには反応液温度を
70℃以上に昇温する必要があることが示されている。
Conventionally, as a method for reducing dissolved substances in a nitric acid solution, a semiconductor photocatalyst powder supporting a platinum group element is added to a solution as described in JP-A-63-171641, and the photocatalyst is irradiated with electromagnetic waves. There is a method of reducing dissolved substances by exciting the same. In addition, as a method for reducing transuranium elements using divalent ions of iron as a reduction catalyst, Solvent Extraction and Ion Extraction, Vol. 6, 1988, pp. 247 to 263 (Solv.Extr.Ion Exch. ,
6 , (1988), pp. 247 to 263). Further, neptunium is disclosed in JP-A-54-53609.
The aqueous phase containing a reducing agent for neptunium selected from the group consisting of hydroxylamine salts, hydrazine salts, and a mixture of hydroxylamine salts and hydrazine salts in an organic solvent containing plutonium, uranium, and neptunium as described in It is known that, by contacting at about 30 to 35 ° C., neptunium having a valence of 6 is reduced to pentavalent and the organic phase is transferred to an aqueous phase. Also, Journal of New Clear Science and Technology, Vol. 24 (1987), pp. 724-729 (J. Nu
cl.Sci.Tech., 24 , (1987) p724-729) discusses a method of reducing pentavalent valent neptunium to tetravalent using hydroxylamine hydrochloride as a reducing agent. In order to obtain a practical reduction rate,
It is indicated that the temperature needs to be raised to 70 ° C. or higher.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術のうち、半導体光触媒を用いる還元方法
では実用に適した効率で反応を行なうために強力な電磁
波照射設備を必要とし、コストおよびメンテナンスの点
で実用上の問題がある。また、鉄の2価イオンを還元剤
として用いる方法では、廃棄物としての金属元素の量を
増大させ、後の放射性廃棄物処理に際して処理量を増加
させ、コスト高をもたらすことになる。また、ヒドロキ
シルアミン塩,ヒドラジン塩、あるいはその両者の混合
物を還元剤として用いる方法では、反応温度30〜35℃で
は原子価6価のネプツニウムを5価にまで還元するにと
どまり、水性相から有機溶媒へ抽出され易く産業上の利
点の大きい4価のネプツニウムを得ることができない。
ヒドロキシルアミン塩を用いてネプツニウムの原子価を
4価まで実用的な速度で還元するためには反応温度を70
℃以上に保持する必要があり、反応機器の腐食環境を悪
化させる問題がある。
Among the above prior arts, the reduction method using a semiconductor photocatalyst requires a powerful electromagnetic wave irradiation equipment in order to carry out the reaction with an efficiency suitable for practical use, and has practical problems in terms of cost and maintenance. Further, in the method using divalent iron ions as a reducing agent, the amount of metal elements as waste is increased, and the amount of treatment at the time of radioactive waste treatment is increased, resulting in high cost. In the method using a hydroxylamine salt, a hydrazine salt, or a mixture of both, as a reducing agent, at a reaction temperature of 30 to 35 ° C., neptunium having a valence of 6 is reduced only to pentavalent, and an organic solvent is removed from the aqueous phase. It is not possible to obtain tetravalent neptunium which is easily extracted into water and has a great industrial advantage.
In order to reduce the neptunium valence up to tetravalent at a practical rate using hydroxylamine salts, the reaction temperature must be 70
It is necessary to maintain the temperature at not less than ℃, and there is a problem that the corrosive environment of the reactor is deteriorated.

上記の点にかんがみ、本発明の目的は電磁波照射設備
など特殊な設備が不要で、かつ、機器の腐食環境を悪化
させることのないネプツニウムの還元方法および装置を
提供することにある。本発明の他の目的は、放射性廃棄
物としての金属量を増大させることのないネプツニウム
の還元方法および装置を提供することにある。
In view of the above, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for reducing neptunium which do not require special equipment such as an electromagnetic wave irradiation equipment and do not deteriorate the corrosive environment of the equipment. It is another object of the present invention to provide a method and an apparatus for reducing neptunium without increasing the amount of metal as radioactive waste.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために、腐食環境を悪化させるこ
とのない大気温度下の温和な条件下で、ヒドラジン,ヒ
ドロキシルアミン、あるいはそれらの水化物または塩の
ごとく金属を含まず容易に分解される物質を還元剤とし
て、また還元触媒としてプロトン親和性の高い白金族元
素あるいはレニウムをネプツニウム含有溶液に加えるこ
とにより、電磁波照射を行なうことなく効率的にネプツ
ニウムの原子価を5価から4価へ還元する手段を提供す
るものである。
To achieve the above object, hydrazine, hydroxylamine, or a substance that is easily decomposed without metal like hydrazine, hydroxylamine, or their hydrates or salts under mild conditions at atmospheric temperature that does not deteriorate the corrosive environment Is added as a reducing agent and a platinum group element or rhenium having a high proton affinity as a reducing catalyst to the neptunium-containing solution, thereby efficiently reducing the valence of neptunium from pentavalent to tetravalent without performing electromagnetic wave irradiation. It provides a means.

さらに、本発明が使用済核燃料の再処理工程に適用さ
れる場合には核燃料の溶解溶液中にネプツニウムと共存
する核分裂生成物中の白金族元素を利用することによ
り、還元触媒としての白金族元素の使用量を低減し金属
廃棄物の増大を抑制すると共にコストを下げる手段を提
供するものである。
Further, when the present invention is applied to the reprocessing step of spent nuclear fuel, by utilizing the platinum group element in fission products coexisting with neptunium in the solution of nuclear fuel, the platinum group element as a reduction catalyst It is intended to provide a means for reducing the amount of used metal, suppressing an increase in metal waste, and reducing costs.

〔作用〕[Action]

以下、本発明の基本原理について説明する。 Hereinafter, the basic principle of the present invention will be described.

使用済核燃料の再処理プロセスにおいて、核燃料の切
断・溶解工程で得られる硝酸酸性水溶液中にはウラニウ
ム,核分裂生成物と共にネプツニウム,プルトニウム,
アメリシウム,キユリウムなどの超ウラン元素が含まれ
る。これらの超ウラン元素はアクチナイド族に分類され
る元素であり、そのイオンは+3価から+6価まで広い
原子価をとり、イオン形態はアクチナイド元素をMで表
わすと各各の原子価に対応してM3+,M4+,MO2 +およびMO2
2+となる。再処理で得られる水溶液中では、ウラニウム
は主として6価のUO2 2+,ネプツニウムは5価のNPO2 +
よび6価のNPO2 2+,プルトニウムは4価のPu4+,アメリシ
ウムおよびキユリウムはそれぞれ3価のAm3+およびCm3+
の原子価状態で存在する。このうち、5価のネプツニウ
ムNPO2 +を除くすべてのイオンは三ブチル燐酸(TBP)な
どの有機溶媒によつて容易に抽出されるが、NPO2 +は種
々の有機溶媒,イオン交換体に抽出され難く、水溶液か
らの分離が困難である。しかし、5価のネプツニウムを
酸化して6価に、あるいは還元して4価に原子価調整す
ることによつて有機溶媒に対する分配係数が著しく改善
され、水溶液からの分離が容易になることがすでに知ら
れている。そのため、5価のネプツニウムを酸化あるい
は還元して6価あるいは4価に原子価調整するのに好適
な方法を使用済核燃料の再処理プロセスの抽出工程の前
工程、あるいは同プロセスの廃液中からのネプツニウム
分離工程において有効に用いられる。
In the reprocessing process of spent nuclear fuel, the aqueous nitric acid solution obtained in the cutting and dissolving step of nuclear fuel contains neptunium, plutonium, uranium and fission products,
It contains transuranium elements such as americium and kyurium. These transuranium elements are elements classified into the actinide group, and their ions have a wide valence from +3 to +6, and the ionic form corresponds to each valence when the actinide element is represented by M. M 3+, M 4+, MO 2 + and MO 2
2+ . In aqueous solution obtained by reprocessing, uranium mainly hexavalent UO 2 2+, neptunium pentavalent N P O 2 + and hexavalent N P O 2 2+, plutonium tetravalent Pu 4+, Americium and Kyurium are trivalent Am 3+ and Cm 3+, respectively.
Exists in the valence state of Of these, pentavalent neptunium N P O 2 all except + ions are easily extracted Te cowpea in an organic solvent such as t-butyl phosphate (TBP), N P O 2 + various organic solvents, ionic It is difficult to extract by the exchanger and difficult to separate from the aqueous solution. However, it has already been shown that the valence adjustment of pentavalent neptunium to hexavalent or reduction to tetravalent by valence adjustment significantly improves the partition coefficient for organic solvents and facilitates separation from an aqueous solution. Are known. Therefore, a method suitable for adjusting the valency of hexavalent or tetravalent by oxidizing or reducing pentavalent neptunium is used before the extraction step of the reprocessing process of spent nuclear fuel, or from wastewater of the same process. It is effectively used in the neptunium separation step.

ネプツニウムを酸化して6価に原子価を調整する反応
は、活性化エネルギーが比較的小さく、通常の酸化剤に
より容易に反応が進行する。しかし、再処理プロセスで
得られるネプツニウムの硝酸酸性水溶液を反応の対象と
する場合、高放射線量率下において硝酸は放射線分解に
より亜硝酸を生成し、その亜硝酸は6価のネプツニウム
を5価へ還元する。すなわち、逆の方向へ反応が信号し
好ましくないので亜硝酸を除去する必要がある。しかる
に亜硝酸は硝酸の酸化力によつて生成する高酸化性の核
分裂生成物イオンを還元する作用をもち、これら高酸化
性イオンによる機器の腐食を抑制する効果を有するた
め、亜硝酸の除去は機器の腐食環境を悪化させることに
つながり好ましくない。
The reaction of oxidizing neptunium to adjust the valence to hexavalent has a relatively small activation energy, and the reaction easily proceeds with a normal oxidizing agent. However, when reacting with an aqueous solution of neptunium nitric acid obtained in the reprocessing process, nitric acid generates nitrite by radiolysis at a high radiation dose rate, and the nitrite converts hexavalent neptunium to pentavalent. To reduce. That is, since the reaction is signaled in the opposite direction, which is not preferable, it is necessary to remove nitrous acid. However, nitrous acid has the effect of reducing highly oxidative fission product ions generated by the oxidizing power of nitric acid, and has the effect of suppressing the corrosion of equipment due to these highly oxidizable ions. This leads to deterioration of the corrosive environment of the equipment, which is not preferable.

一方、5価のネプツニウムを4価に還元して原子価調
整する反応は次式で表わされるが、活性化エネルギーが
100kJ/mol以上と高く、常温ではその反応温度は極めて
遅い。
On the other hand, the reaction for adjusting valence by reducing pentavalent neptunium to tetravalent is represented by the following equation.
The reaction temperature is as high as 100 kJ / mol, and the reaction temperature is extremely slow at room temperature.

NPO2 ++4H++e-=NP 4+2H2O …(1) (E0=0.7391V) 常温においてNPO2 +を効率よくNP 4+に還元するために
は触媒等を用いて活性化エネルギーを下げる必要がある
が、本発明者は水素原子の触媒作用が効果的であること
を見出した。その機構は次のように考察される。
N P O 2 + + 4H + + e - = N P 4+ 2H 2 O ... (1) (E 0 = 0.7391V) for reducing the N P O 2 + efficiently N P 4+ at room temperature the catalyst or the like Although it is necessary to lower the activation energy by using hydrogen, the present inventor has found that the catalytic action of a hydrogen atom is effective. The mechanism is considered as follows.

NPO2 ++H→NPOOH+ …(2) NPOOH++3H+→NP 4++2H2O …(3) 本発明者はこれらの考察に基づき、プロトン親和性の
強い白金の微細粉末(白金黒)を用いて硝酸ヒドロキシ
ルアンモニウムを還元剤としてNPO2 +のNP 4+への還元実
験を行なつた。その結果、第1図に示すように常温にお
いて無触媒の場合は還元反応の進行はきわめておそいが
白金触媒を加えることによつてすみやかに還元反応が進
行することを確認した。この現象は白金触媒表面に強い
親和性で吸着されたプロトンによつて、触媒表面で
(2)および(3)式で表わされる反応が誘起されたも
のと考察できる。
N P O 2 + + H → N P OOH + ... (2) N P OOH + + 3H + → N P 4+ + 2H 2 O ... (3) The present inventors, based on these considerations, a strong platinum proton affinity fine powder rows N P O 2 + the reduction experiment to N P 4+ a hydroxylammonium nitrate with (platinum black) as the reducing agent Natsuta. As a result, as shown in FIG. 1, when no catalyst was used at room temperature, the reduction reaction proceeded very slowly, but it was confirmed that the reduction reaction proceeded promptly by adding the platinum catalyst. This phenomenon can be considered that the protons adsorbed on the platinum catalyst surface with strong affinity induced the reactions represented by the formulas (2) and (3) on the catalyst surface.

NPO2 +の還元触媒として白金以外に効果的な物質とし
て、白金と同様にプロトン親和性の強いイリジウム,オ
スミニウム,パラジウム,ロジウム,ルテニウムを含む
白金族元素およびレニウムを挙げることができる。
As an effective material other than platinum as N P O 2 + of the reduction catalyst, platinum as well as proton affinity strong iridium, can be cited osmium, palladium, rhodium, platinum group elements and rhenium containing ruthenium.

また、触媒の形状としては効率的な反応の進行をうな
がすために微細粒子状あるいは海綿状など大きな比表面
積をとるものが望ましい。
Further, the shape of the catalyst is desirably one having a large specific surface area such as fine particles or sponge in order to promote efficient reaction.

還元剤としては、放射性廃棄物の処分量を増大させな
いと云う観点から成分中に金属を含まず、分解の容易な
物質が望ましく、ヒドラジン,ヒドロキシルアミン等の
アミン化合物、あるいはそれらの水化物,塩、およびそ
れらの混合物が好適である。
As the reducing agent, a substance which does not contain a metal in the component and is easily decomposed is preferable from the viewpoint that the disposal amount of radioactive waste is not increased, and an amine compound such as hydrazine and hydroxylamine, or a hydrate or salt thereof. , And mixtures thereof are preferred.

また、触媒反応を効率良く行なわしめるために微細粒
子状あるいは海綿状の触媒を用いることの他に、液中に
懸濁した微細粉末触媒を濾過器に捕捉し、その濾過器に
反応液を循環接触させる方法、粒子状あるいは海綿状の
触媒、または触媒を担持する物質を充填したカラム等に
反応液を循環接解させる方法などの実施の様態は種々考
案されるがそれら本発明を限定するものではない。
In addition to using a fine-particle or spongy catalyst for efficient catalytic reaction, a fine-powder catalyst suspended in the liquid is captured by a filter, and the reaction solution is circulated through the filter. Various embodiments can be devised, such as a method of contacting, a method of circulating the reaction solution into a particulate or spongy catalyst, or a column packed with a substance carrying the catalyst, etc. is not.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を第1図〜第3図により説明す
る。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

実施例1 硝酸酸性水溶液中に存在する高原子価のネプツニウム
を、還元剤として硝酸ヒドロキシルアミン、還元触媒と
して白金黒を用いて原子価4価に還元した実施例を第1
図および第2図を用いて説明する。
Example 1 A high-valent neptunium present in an aqueous nitric acid solution was reduced to tetravalent by using hydroxylamine nitrate as a reducing agent and platinum black as a reducing catalyst.
This will be described with reference to FIG. 2 and FIG.

第2図はネプツニウムを含有する溶液においてネプツ
ニウムを還元する場合に使用する装置の基本構成を示
す。内容積10cm3の反応容器1にネプツニウム含有溶液
注入口2を介してネプツニウム−237を1×10-3mol/
含有する3規定硝酸溶液3cm3を注入し反応液とした。次
に触媒添加口3を通してウイルステツター の製法に従つて製造した白金黒0.015gを触媒として反応
液に加えた。電動機4によつて駆動されるプロペラ5を
回転させて触媒が反応液中に懸濁する状態に撹拌し、こ
れに硝酸ヒドロキシルアンモニウム40%3規定硝酸水溶
液を1cm3,室温(20℃)にて還元剤注入口6から滴下し
た。滴下終了時より一定時間撹拌を継続して還元反応を
行なわしめたのち、フイルター7を介して反応液排出口
8から反応液を取出し、3000rpmで2分間遠心分離をし
て微細な白金黒を除去後、吸光分析により反応液中のネ
プツニウム濃度を原子価数別に定量分析した。ネプツニ
ウムの原子価数別濃度測定に用いた吸光係数は硝酸濃度
に依存して変化するが、3規定硝酸溶液の場合、4価の
ネプツニウムに対し699nmおよび978nmの波長においてそ
れぞれ58mol-1・l・cm-1および62mol-1・l・cm-1であ
り、5価のネプツニウムに対しては波長981nmにおいて3
00mol-1・l・cm-1である。また、6価のネプツニウム
の吸光波長と吸光係数はそれぞれ1260nmおよび42mol-1
・l・cm-1である。
FIG. 2 shows a basic configuration of an apparatus used for reducing neptunium in a solution containing neptunium. Neptunium-237 was introduced into a reaction vessel 1 having an internal volume of 10 cm 3 via a neptunium-containing solution inlet 2 at 1 × 10 −3 mol /
3 cm 3 of the contained 3 N nitric acid solution was injected to obtain a reaction solution. Next, the virus tester is passed through the catalyst addition port 3. 0.015 g of platinum black produced according to the above method was added to the reaction solution as a catalyst. The propeller 5 driven by the electric motor 4 is rotated to stir the catalyst in a state of being suspended in the reaction solution, and thereto is added a 40% aqueous solution of hydroxylammonium nitrate 3N nitric acid at 1 cm 3 at room temperature (20 ° C.). It was dropped from the reducing agent inlet 6. After the reduction reaction is performed by continuing stirring for a certain period of time from the end of the dropping, the reaction solution is taken out from the reaction solution outlet 8 through the filter 7 and centrifuged at 3000 rpm for 2 minutes to remove fine platinum black. Thereafter, the concentration of neptunium in the reaction solution was quantitatively analyzed for each valence by absorption spectroscopy. The extinction coefficient used for the measurement of the concentration of neptunium by valence varies depending on the nitric acid concentration, but in the case of a 3N nitric acid solution, 58 mol -1 · l · cm −1 and 62 mol −1 · cm −1 , and 3 for a pentavalent neptunium at a wavelength of 981 nm.
It is 00 mol -1 · l · cm -1 . The absorption wavelength and absorption coefficient of hexavalent neptunium are 1260 nm and 42 mol -1, respectively.
L · cm -1

反応開始後の反応液中における5価のネプツニウムNP
(V)濃度の経時変化測定結果を第1図に示す。3規定
硝酸酸性溶液中ではネプツニウムは原子価数6価値が80
%、5価が20%を占めるが、硝酸ヒドロキシルアンモニ
ウム添加時にきわめてすみやかにすべて5価に還元され
るので第1図において5価のネプツニウム濃度は5価お
よび4価のネプツニウムに対する5価のネプツニウムの
百分率として表わした。同図には白金黒の触媒効果を明
らかにするため無触媒でネプツニウム含有溶液と硝酸ヒ
ドロキシルアンモニウムとを室温(20℃)で反応せしめ
た時の5価のネプツニウム濃度の経時変化測定結果を併
記した。
Pentavalent Neptunium N P in the reaction solution after the start of the reaction
(V) The results of measuring the change over time in the concentration are shown in FIG. In a 3N nitric acid solution, neptunium has a valence of 6 and a value of 80.
Although pentavalent accounts for 20%, the concentration of pentavalent neptunium in FIG. 1 is quintuple and tetravalent neptunium in FIG. Expressed as a percentage. The figure also shows the time-dependent measurement of the concentration of pentavalent neptunium when a neptunium-containing solution and hydroxylammonium nitrate were reacted at room temperature (20 ° C.) without a catalyst to clarify the catalytic effect of platinum black. .

第1図において、従来例としてあげた無触媒の場合は
室温(20℃)においてほとんど還元反応は進行せず反応
開始後20分においてわずか2〜3%しか4価のネプツニ
ウムが生成しない。一方、本発明に係わる白金黒を触媒
に用いた場合では、反応開始後20分で5価のネプツニウ
ムはすべて4価に還元され触媒添加の効果が顕著であ
り、本発明の有効性が明らかである。
In FIG. 1, in the case of no catalyst as a conventional example, the reduction reaction hardly proceeds at room temperature (20 ° C.), and only 2 to 3% of tetravalent neptunium is produced 20 minutes after the start of the reaction. On the other hand, when the platinum black according to the present invention was used as a catalyst, pentavalent neptunium was all reduced to tetravalent in 20 minutes after the start of the reaction, and the effect of adding the catalyst was remarkable. is there.

実施例2 使用済核燃料の再処理プロセスにおけるウラン,プル
トニウム分離後の廃液を対象とする実施例を第3図によ
り説明する。
Example 2 An example of a waste liquid after separation of uranium and plutonium in a process for reprocessing spent nuclear fuel will be described with reference to FIG.

再処理プロセスの廃液中には核分裂生成物等が含有さ
れており、その濃度の一例を示せば廃液1あたり含有
物全量で4.5gである。この含有物には白金族元素である
パラジウムが約2%,ロジウムが約1%,ルテニウムが
約5%存在する。また、廃液の硝酸濃度は2〜3規定で
あり、ネプツニウムを約5×10-3mol/の濃度で含有す
る。このような性状を有する廃液を反応液として廃液中
に含有される5価のネプツニウムを4価に還元する例を
第3図に基づいてい説明する。
The effluent of the reprocessing process contains fission products and the like, and an example of its concentration is 4.5 g in total per effluent. This content contains about 2% of the platinum group element palladium, about 1% of rhodium and about 5% of ruthenium. The waste liquid has a nitric acid concentration of 2 to 3 normal and contains neptunium at a concentration of about 5 × 10 −3 mol /. An example in which pentavalent neptunium contained in the waste liquid is reduced to tetravalent by using the waste liquid having such properties as a reaction liquid will be described with reference to FIG.

反応容器1にネプツニウム含有溶液注入口2を介して
再処理プロセスの廃液を注入する。電動機4によつて駆
動されるプロペラ5を回転さて廃液を撹拌しながら還元
剤注入口6を介して過剰の還元剤を滴下する。このと
き、反応液中の白金族元素は還元され、反応液中に微細
金属として析出する。さらに反応液を循環ポンプ9によ
つて濾過機構を有する触媒接触器10を介して循環させる
ことにより、反応液中に析出した微細金属を触媒接触器
10の濾過面上に捕捉する。反応液中に析出した白金族元
素は反応液全体に分散した状態では濃度が低く触媒効果
は必ずしも高くないが、触媒接触器10に捕捉することに
より局所的に高濃度化し、この部分に5価のネプツニウ
ム及び過剰の還元剤を含む反応液を循環させることによ
り効率良くネプツニウムを4価に還元し得る。
The waste liquid of the reprocessing process is injected into the reaction vessel 1 through the neptunium-containing solution injection port 2. An excess reducing agent is dripped through a reducing agent inlet 6 while rotating the propeller 5 driven by the electric motor 4 and stirring the waste liquid. At this time, the platinum group element in the reaction solution is reduced and precipitates as a fine metal in the reaction solution. Further, the reaction solution is circulated by a circulation pump 9 through a catalyst contactor 10 having a filtration mechanism, so that fine metals deposited in the reaction solution are removed from the catalyst contactor.
Capture on 10 filtration surfaces. The concentration of the platinum group element precipitated in the reaction solution is low and the catalytic effect is not necessarily high when the platinum group element is dispersed in the entire reaction solution. By circulating the reaction solution containing neptunium and excess reducing agent, neptunium can be efficiently reduced to tetravalent.

本例において、ネプツニウムの還元効率を向上させる
ために、反応液中に核分裂生成物として存在する白金族
元素の還元によつて生成させた触媒のみならず、白金族
金属あるいはレニウム金属を添加して使用することもで
きる。また、触媒接触器10を白金族金属あるいはレニウ
ム金属を担持した物質を充填したカラムで置換えても本
発明の効果は失われない。
In this example, in order to improve the reduction efficiency of neptunium, not only a catalyst generated by reduction of a platinum group element present as a fission product in a reaction solution, but also a platinum group metal or rhenium metal was added. Can also be used. Further, even if the catalyst contactor 10 is replaced with a column filled with a substance supporting a platinum group metal or rhenium metal, the effect of the present invention is not lost.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

請求項1または請求項3に記載のネプツニウムの還元
方法によれば、ネプツニウムを含有する溶液において、
5価以上の高原子価状態のネプツニウムを電磁波照射設
備のごとく特別な設備を要することなく、また、放射性
金属廃棄物の大幅な増加をもたらすことなく原子価4価
の状態まで通常の大気温度下で迅速に還元し得る簡便な
手段が具現できる。
According to the method for reducing neptunium according to claim 1 or 3, in the solution containing neptunium,
The pentavalent or higher valent state of neptunium can be converted to a valence of four under normal atmospheric temperature without the need for special equipment such as electromagnetic wave irradiation equipment and without a significant increase in radioactive metal waste. Thus, a simple means capable of rapid reduction can be realized.

原子価4価のネプツニウムは4価から5価への酸化反
応の活性化エネルギーが高いため溶液中に安定に存在
し、また、有機溶媒に対する分配係数が5価のネプツニ
ウムに比して約百倍大きいため、本発明を使用済核燃料
再処理プロセスにおけるネプツニウム抽出工程の前段に
適用することにより抽出効率の飛躍的向上がもたらされ
る。また、同再処理プロセスの廃液を有機溶媒で洗浄し
て微量残存する超ウラン元素類を分離・除去する工程に
おいて、本発明をその工程の前段に適用することによつ
て従来分離・除去し難かつたネプツニウムを効率よく分
離・除去することが可能となり、長半減期のネプツニウ
ムの残存に起因する廃液の長期間管理の必要性がなくな
り、経済性,安全性の両面で有利となる。
Neptunium having a valence of 4 is stably present in a solution due to a high activation energy of an oxidation reaction from tetravalent to pentavalent, and its partition coefficient to an organic solvent is about 100 times larger than that of pentavalent neptunium. Therefore, by applying the present invention to the stage preceding the neptunium extraction step in the spent nuclear fuel reprocessing process, the extraction efficiency is dramatically improved. Also, in the step of washing the waste liquid of the reprocessing process with an organic solvent to separate and remove trace amounts of transuranium elements, the present invention is applied to the preceding stage of the step, so that conventional separation and removal are difficult. In addition, it is possible to efficiently separate and remove the neptunium, which eliminates the necessity of long-term management of waste liquid due to the remaining neptunium having a long half-life, which is advantageous in terms of both economy and safety.

さらに、請求項3記載のネプツニウムの還元方法によ
れば、使用済核燃料の溶解液のごとくネプツニウムと核
分裂生成物が共存する溶液において、核分裂生成物とし
て溶液中に存在する白金族元素を還元用触媒として利用
する手段を具現することにより触媒に要する費用が軽減
され、還元工程のコストダウンをもたらし経済的に有利
となる。請求項6記載のネプツニウムの還元装置は、請
求項1に記載のネプツニウムの還元方法の実施に好適で
あり、経済性,安全性の両面で有利なネプツニウムの還
元装置を提供するものである。
Further, according to the method for reducing neptunium according to claim 3, in a solution in which neptunium and a fission product coexist like a solution of spent nuclear fuel, a platinum group element present in the solution as a fission product is reduced. By implementing the means for using as a catalyst, the cost required for the catalyst is reduced, and the cost of the reduction step is reduced, which is economically advantageous. The neptunium reduction device according to claim 6 is suitable for implementing the neptunium reduction method according to claim 1, and provides a neptunium reduction device advantageous in both economical efficiency and safety.

請求項7記載の触媒接触器を有する反応液循環用バイ
パス流路を備えたネプツニウムの還元装置は反応液中触
媒の局所的な高濃度化を具現し、よつて平均的には極め
て希薄な触媒濃度の反応液をもつて還元反応を行わしむ
ることを可能にするものであり、特に核分裂生成物中の
白金族元素を触媒に使用した還元反応の実施に好適な装
置を提供するもので、経済的な効果が大きい。
An apparatus for reducing neptunium having a bypass passage for circulating a reaction solution having a catalyst contactor according to claim 7, which realizes a local high concentration of the catalyst in the reaction solution, and therefore, the catalyst which is extremely extremely thin on average. It is possible to carry out a reduction reaction with a reaction solution having a concentration, and particularly to provide an apparatus suitable for carrying out a reduction reaction using a platinum group element in a fission product as a catalyst, Great economic effect.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例1に述べた方法により5価のネ
プツニウムを4価に還元する反応を実施した際の反応液
中の5価ネプツニウム濃度の経時変化を示す図、第2図
および第3図はそれぞれ本発明の一実施例に述べた反応
装置の構成を示す図である。 1……反応容器、2……ネプツニウム含有溶液注入口、
3……触媒添加口、4……電動機、5……プロペラ、6
……還元剤注入口、7……フイルタ、8……排出口、9
……循環ポンプ、10……触媒接触器。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows the change over time of the concentration of pentavalent neptunium in a reaction solution when a reaction for reducing pentavalent neptunium to tetravalent was carried out by the method described in Example 1 of the present invention. FIG. 2, FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams each showing the configuration of the reaction apparatus described in one embodiment of the present invention. 1 ... reaction vessel, 2 ... neptunium-containing solution inlet,
3 ... catalyst addition port, 4 ... motor, 5 ... propeller, 6
...... Reducing agent inlet, 7 ... Filter, 8 ... Outlet, 9
… Circulation pump, 10… Catalyst contactor.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−38297(JP,A) 特開 昭49−58020(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G21C 19/46 C22B 60/00Continuation of the front page (56) References JP-A-48-38297 (JP, A) JP-A-49-58020 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G21C 19 / 46 C22B 60/00

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ネプツニウムを含有する溶液において、ネ
プツニウムを還元するにあたり、プロトン親和性の高い
物質を触媒とし、ヒドラジン,ヒドロキシルアミン、そ
れらの水化物または塩、あるいはそれらの混合物を還元
剤として用いることを特徴とするネプツニウムの還元方
法。
1. A method for reducing neptunium in a solution containing neptunium, wherein a substance having high proton affinity is used as a catalyst and hydrazine, hydroxylamine, a hydrate or salt thereof, or a mixture thereof is used as a reducing agent. A method for reducing neptunium, comprising:
【請求項2】上記プロトン親和性の高い物質として、白
金,イリジウム,オスミウム,パラジウム,ロジウム,
ルテニウムより選ばれる一種もしくは複数種元素の組合
せからなる白金族元素またはレニウムを用いることを特
徴とする請求項1記載のネプツニウムの還元方法。
2. The substance having a high proton affinity includes platinum, iridium, osmium, palladium, rhodium,
2. The method for reducing neptunium according to claim 1, wherein a platinum group element or rhenium comprising one or a combination of plural elements selected from ruthenium is used.
【請求項3】ネプツニウムと核分裂生成物が共存する使
用済核燃料水溶液において、ネプツニウムを還元するに
あたり、核分裂生成物として該水溶液中に存在する白金
族元素を触媒とし、ヒドラジン,ヒドロキシルアミン、
それらの水化物もしくは塩、またはそれらの混合物を還
元剤として用いることを特徴とするネプツニウムの還元
方法。
3. A spent nuclear fuel aqueous solution in which neptunium and a fission product coexist in reducing neptunium by using a platinum group element present as a fission product in the aqueous solution as a catalyst, comprising hydrazine, hydroxylamine,
A method for reducing neptunium, comprising using a hydrate or salt thereof or a mixture thereof as a reducing agent.
【請求項4】ネプツニウムと核分裂生成物がイオンとし
て共存する水溶液にヒドラジン,ヒドロキシルアミン、
それらの水化物もしくは塩、またはそれらの混合物を還
元剤として作用させることにより該核分裂生成物中に含
有される白金族元素を金属として析出せしめ、触媒とし
て用いることを特徴とする請求項3記載のネプツニウム
の還元方法。
4. An aqueous solution in which neptunium and a fission product coexist as ions, hydrazine, hydroxylamine,
4. The method according to claim 3, wherein the platinum group element contained in the fission product is precipitated as a metal by causing the hydrate or salt thereof, or a mixture thereof to act as a reducing agent, and used as a catalyst. Neptunium reduction method.
【請求項5】触媒として使用済核燃料中に含有される核
分裂生成物の白金族元素と核分裂生成物以外の白金族元
素の各金属を混合して用いることを特徴とする請求項3
記載のネプツニウムの還元方法。
5. The catalyst according to claim 3, wherein a platinum group element of a fission product contained in the spent nuclear fuel and a platinum group element other than the fission product are mixed and used as a catalyst.
The method for reducing neptunium according to the above.
【請求項6】ネプツニウム還元反応容器に触媒添加口を
設けたことを特徴とするネプツニウム還元装置。
6. A neptunium reduction apparatus characterized in that a catalyst addition port is provided in a neptunium reduction reaction vessel.
【請求項7】ネプツニウムの還元装置において、反応容
器中の反応液が反応容器外を経て反応容器内へ循環する
バイパス流路を備え、該流路の途中に触媒接触器を設け
たことを特徴とする還元装置。
7. The apparatus for reducing neptunium according to claim 1, further comprising a bypass passage for circulating the reaction solution in the reaction vessel through the outside of the reaction vessel into the reaction vessel, and a catalyst contactor is provided in the middle of the passage. And a reduction device.
【請求項8】上記触媒接触器として、白金族元素および
レニウムのうち少なくとも一つ以上の金属を保持する担
体の充填物を用いることを特徴とする請求項7記載の還
元装置。
8. The reduction device according to claim 7, wherein a packing of a carrier holding at least one metal of a platinum group element and rhenium is used as the catalyst contactor.
【請求項9】触媒接触器として、白金族元素およびレニ
ウムのうち少なくとも一つ以上の金属から成る粒子状物
質の充填物を用いることを特徴とする請求項7記載の還
元装置。
9. The reduction device according to claim 7, wherein a packing of a particulate matter comprising at least one metal of a platinum group element and rhenium is used as the catalyst contactor.
【請求項10】触媒接触器として、白金族元素およびレ
ニウムのうち少なくとも一つ以上の金属から成る海綿状
物質の充填物を用いることを特徴とする請求項7記載の
還元装置。
10. The reduction device according to claim 7, wherein a filling of a spongy substance comprising at least one metal of the platinum group element and rhenium is used as the catalyst contactor.
【請求項11】触媒接触器として、濾過機構を備え、そ
の濾過面に反応液を循環,通過させることにより反応液
中に存在する白金族元素およびレニウムのうち少なくと
も一つ以上の金属の微粒子を捕集せしめた濾過器を用い
ることを特徴とする請求項7記載の還元装置。
11. A catalyst contactor having a filtration mechanism, wherein the reaction solution is circulated and passed through the filtration surface to remove fine particles of at least one metal of the platinum group element and rhenium present in the reaction solution. The reduction device according to claim 7, wherein a filter that has been collected is used.
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