JP2875819B2 - 溶融塩電解精製装置 - Google Patents
溶融塩電解精製装置Info
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- JP2875819B2 JP2875819B2 JP21076389A JP21076389A JP2875819B2 JP 2875819 B2 JP2875819 B2 JP 2875819B2 JP 21076389 A JP21076389 A JP 21076389A JP 21076389 A JP21076389 A JP 21076389A JP 2875819 B2 JP2875819 B2 JP 2875819B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
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- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子力発電所から発生する使用済金属燃料
を再処理して、使用済金属燃料中に含まれる有用な原子
燃料を濃縮・回収し、かつ不要な核分裂生成物を分離す
る技術に関する。更に詳述すると、本発明は使用済金属
燃料の乾式再処理に関する。
を再処理して、使用済金属燃料中に含まれる有用な原子
燃料を濃縮・回収し、かつ不要な核分裂生成物を分離す
る技術に関する。更に詳述すると、本発明は使用済金属
燃料の乾式再処理に関する。
（従来の技術） 従来、電子力発電所から発生する使用済金属燃料を再
処理して使用済金属燃料に含まれる有用な原子燃料成分
を濃縮・回収し、かつ不要な核分裂生成物を分離する技
術としては、例えば第４図に示すような溶融金属を陽極
とする溶融塩電解精製装置が用いられている。この溶融
塩電解精製装置は、溶融陽極金属１及び溶融塩電解質２
を内蔵する電解槽３と、適当な大きさに切断した使用済
金属燃料片４を収容し溶融陽極金属１中に浸漬させる多
孔性のかご状容器５と、溶融塩電解質２中に浸漬された
陰極６、電解槽３を加熱・保温するヒーター７と、電解
槽３の放熱を抑制する断熱材８と、陰極６及び陽極１に
電気を供給する導線9,10と、電解槽３を被う蓋11及び溶
融陽極金属１と溶融塩電解質２を攪拌する攪拌装置12と
で構成されている。
処理して使用済金属燃料に含まれる有用な原子燃料成分
を濃縮・回収し、かつ不要な核分裂生成物を分離する技
術としては、例えば第４図に示すような溶融金属を陽極
とする溶融塩電解精製装置が用いられている。この溶融
塩電解精製装置は、溶融陽極金属１及び溶融塩電解質２
を内蔵する電解槽３と、適当な大きさに切断した使用済
金属燃料片４を収容し溶融陽極金属１中に浸漬させる多
孔性のかご状容器５と、溶融塩電解質２中に浸漬された
陰極６、電解槽３を加熱・保温するヒーター７と、電解
槽３の放熱を抑制する断熱材８と、陰極６及び陽極１に
電気を供給する導線9,10と、電解槽３を被う蓋11及び溶
融陽極金属１と溶融塩電解質２を攪拌する攪拌装置12と
で構成されている。
この溶融塩電解精製装置は、例えば溶融陽極金属１と
してカドミウムを、溶融塩電解質２として塩化物を用
い、かご状容器５に収納された使用済金属燃料片４から
その中に含まれる有用な原子燃料成分および不要な核分
裂生成物を溶融陽極カドミウム１に溶解するようにして
いる。このとき、被覆管の材料成分および不要な核分裂
生成物成分のうち溶融陽極カドミウム１に対して溶解度
の低い物質（例えば鉄、クロム、モリブデン等）は溶解
せずに残滓として残る。更に、溶融陽極カドミウム１に
溶解した有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成物
のうち、塩化物生成自由エネルギーの絶対値が大きい物
質即ち塩化物になり易い物質（例えば、バリウム、カリ
ウム、ナトリウム、セリウム、ネオジウム、キュリウ
ム、プルトニウム、ウラニウム、ジルコニウム等）は酸
化されて溶融陽極カドミウム１から溶け出し溶融塩電解
質２中で塩化物となる。逆に溶融陽極カドミウム１に溶
解した有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成物の
うち、塩化物生成自由エネルギーの絶対値が小さい物質
即ち塩化物になり難り物質（例えば、ロジウム、パラジ
ウム等）は、酸化されず溶融陽極カドミウム１中に残留
する。一方、溶融塩電解質２中の陰極６と溶融陽極カド
ミウム１との間に通電すると溶融陽極カドミウム１から
溶け出し溶融塩電解質２中で塩化物となっている有用な
原子燃料成分および不要な核分裂生成物成分のうち塩化
物生成自由エネルギーの絶対値が小さい物質即ち塩化物
になり難り物質（例えば、キュリウム、プルトニウム、
ウラニウム、ジルコニウム等）は還元されて陰極６の表
面に析出する。逆に塩化物生成自由エネルギーの絶対値
が大きい物質即ち塩化物になり易い物質（例えば、バリ
ウム、カリウム、ナトリウム、セリウム、ネオジウム
等）は還元されずそのまま溶融塩電解質２中に塩化物と
して残留する。このとき塩化物生成自由エネルギーに対
応した電位を電極に印加することによって陰極６の表面
に析出する物質25の種類を制御することができる。斯く
して有用な原子燃料成分と不要な核分裂生成物とが混合
された状態で含まれている使用済金属燃料からプルトニ
ウム、ウラニウム、ジルコニウム等の有用な原子燃料成
分のみを濃縮・回収できる。
してカドミウムを、溶融塩電解質２として塩化物を用
い、かご状容器５に収納された使用済金属燃料片４から
その中に含まれる有用な原子燃料成分および不要な核分
裂生成物を溶融陽極カドミウム１に溶解するようにして
いる。このとき、被覆管の材料成分および不要な核分裂
生成物成分のうち溶融陽極カドミウム１に対して溶解度
の低い物質（例えば鉄、クロム、モリブデン等）は溶解
せずに残滓として残る。更に、溶融陽極カドミウム１に
溶解した有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成物
のうち、塩化物生成自由エネルギーの絶対値が大きい物
質即ち塩化物になり易い物質（例えば、バリウム、カリ
ウム、ナトリウム、セリウム、ネオジウム、キュリウ
ム、プルトニウム、ウラニウム、ジルコニウム等）は酸
化されて溶融陽極カドミウム１から溶け出し溶融塩電解
質２中で塩化物となる。逆に溶融陽極カドミウム１に溶
解した有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成物の
うち、塩化物生成自由エネルギーの絶対値が小さい物質
即ち塩化物になり難り物質（例えば、ロジウム、パラジ
ウム等）は、酸化されず溶融陽極カドミウム１中に残留
する。一方、溶融塩電解質２中の陰極６と溶融陽極カド
ミウム１との間に通電すると溶融陽極カドミウム１から
溶け出し溶融塩電解質２中で塩化物となっている有用な
原子燃料成分および不要な核分裂生成物成分のうち塩化
物生成自由エネルギーの絶対値が小さい物質即ち塩化物
になり難り物質（例えば、キュリウム、プルトニウム、
ウラニウム、ジルコニウム等）は還元されて陰極６の表
面に析出する。逆に塩化物生成自由エネルギーの絶対値
が大きい物質即ち塩化物になり易い物質（例えば、バリ
ウム、カリウム、ナトリウム、セリウム、ネオジウム
等）は還元されずそのまま溶融塩電解質２中に塩化物と
して残留する。このとき塩化物生成自由エネルギーに対
応した電位を電極に印加することによって陰極６の表面
に析出する物質25の種類を制御することができる。斯く
して有用な原子燃料成分と不要な核分裂生成物とが混合
された状態で含まれている使用済金属燃料からプルトニ
ウム、ウラニウム、ジルコニウム等の有用な原子燃料成
分のみを濃縮・回収できる。
しかし、これによると、使用済金属燃料片４からその
中に含まれる有用な原子燃料成分および不要な核分裂生
成物を溶融陽極カドミウム１に溶解させるため、その溶
解速度が一般に固体を液体に溶解する場合と同様に使用
済金属燃料に含まれる有用な原子燃料成分および不要な
核分裂生成物の溶融陽極カドミウム中における拡散係数
と濃度勾配の関数として決定される。そのため、溶融陽
極カドミウム１を十分に攪拌し溶解中の使用済金属燃料
４の周囲の有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成
物の濃度をできるだけ下げて使用済金属燃料の表面の濃
度勾配を大きくする工夫や、操業温度を上げて拡散係数
を大きくする工夫がなされている。しかし、操業温度は
他の条件も考慮する必要があるためにむやみに上げるこ
とができず、また濃度差も溶解開始直後の濃度ゼロの時
の濃度勾配が最大である。したがって、溶解速度には限
界があり、それが操業の速度を攪拌する場合には何らか
の工夫が必要となる。
中に含まれる有用な原子燃料成分および不要な核分裂生
成物を溶融陽極カドミウム１に溶解させるため、その溶
解速度が一般に固体を液体に溶解する場合と同様に使用
済金属燃料に含まれる有用な原子燃料成分および不要な
核分裂生成物の溶融陽極カドミウム中における拡散係数
と濃度勾配の関数として決定される。そのため、溶融陽
極カドミウム１を十分に攪拌し溶解中の使用済金属燃料
４の周囲の有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成
物の濃度をできるだけ下げて使用済金属燃料の表面の濃
度勾配を大きくする工夫や、操業温度を上げて拡散係数
を大きくする工夫がなされている。しかし、操業温度は
他の条件も考慮する必要があるためにむやみに上げるこ
とができず、また濃度差も溶解開始直後の濃度ゼロの時
の濃度勾配が最大である。したがって、溶解速度には限
界があり、それが操業の速度を攪拌する場合には何らか
の工夫が必要となる。
そこで、一つの対策として、陽極溶解法の応用が考え
られる。陽極溶解法を応用した溶融塩電解精製装置は第
５図に示されるように、溶融塩電解質２中に使用済金属
燃料片４を収めたかご状容器13と、陰極６とを配置し、
かご状容器13と溶融金属１との間及び陰極６と溶融金属
１との間に選択的に通電するようにしている。尚、図中
符号9,10,14は導線、15及び16はスイッチであり、第４
図と同一符号を付すものは同一部材、構成を示すもので
あって説明を省く。
られる。陽極溶解法を応用した溶融塩電解精製装置は第
５図に示されるように、溶融塩電解質２中に使用済金属
燃料片４を収めたかご状容器13と、陰極６とを配置し、
かご状容器13と溶融金属１との間及び陰極６と溶融金属
１との間に選択的に通電するようにしている。尚、図中
符号9,10,14は導線、15及び16はスイッチであり、第４
図と同一符号を付すものは同一部材、構成を示すもので
あって説明を省く。
この陽極溶解法を応用した溶融塩電解法は、例えばか
ご状容器13に使用済金属燃料片４を収納して溶融塩電解
質２の層に陰極６共ども浸漬し、スイッチ15を閉じるこ
とによって使用済金属燃料片４と溶融カドミウム１との
間に通電し、使用済金属燃料片４に正の電位を、溶融カ
ドミウムに負の電位を印加する。このときスイッチ16は
開かれており、陰極６は電気的に中性とされている。こ
の場合、溶融塩電解質２には使用済金属燃料に含まれる
有用な原子燃料成分の塩化物をあらかじめ混合してお
く。この結果、使用済金属燃料片４に含まれる有用な原
子燃料成分および不要な核分裂生成物は電気的に酸化さ
れて溶融塩化物電解質２中に塩化物として溶け出す。そ
して、更にこれら有用な原子燃料成分および不要な核分
裂生成物は、陰極たる溶融カドミウム１で還元され、金
属状態で溶融カドミウム１中に溶解分散する。この結
果、前述の通常溶解法によって、使用済金属燃料片４に
含まれる有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成物
を陽極カドミウム中に溶解する場合と同じ状態が達成さ
れる。次に陰極６と溶融カドミウム１との間に溶融カド
ミウム１を陽極として通電し、溶融カドミウム１中に溶
解していた有用な原子燃料成分及び不要な核分裂生成物
を再び溶融電解質２中に取込み、有用な原子燃料成分の
みを陰極６に析出させる。この手順を繰返し有用な成分
を回収する。この陽極溶解法を応用した溶融塩電解法の
場合では電気的に強制的に溶解させるために溶解速度を
大きくできる利点があり、また通常溶解法では陽極カド
ミウム１中に高々飽和濃度までしか溶解できないのに対
して、この陽極溶解法を応用した溶融塩電解法の場合で
は過飽和状態まで送り込むことができる利点もある。
ご状容器13に使用済金属燃料片４を収納して溶融塩電解
質２の層に陰極６共ども浸漬し、スイッチ15を閉じるこ
とによって使用済金属燃料片４と溶融カドミウム１との
間に通電し、使用済金属燃料片４に正の電位を、溶融カ
ドミウムに負の電位を印加する。このときスイッチ16は
開かれており、陰極６は電気的に中性とされている。こ
の場合、溶融塩電解質２には使用済金属燃料に含まれる
有用な原子燃料成分の塩化物をあらかじめ混合してお
く。この結果、使用済金属燃料片４に含まれる有用な原
子燃料成分および不要な核分裂生成物は電気的に酸化さ
れて溶融塩化物電解質２中に塩化物として溶け出す。そ
して、更にこれら有用な原子燃料成分および不要な核分
裂生成物は、陰極たる溶融カドミウム１で還元され、金
属状態で溶融カドミウム１中に溶解分散する。この結
果、前述の通常溶解法によって、使用済金属燃料片４に
含まれる有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成物
を陽極カドミウム中に溶解する場合と同じ状態が達成さ
れる。次に陰極６と溶融カドミウム１との間に溶融カド
ミウム１を陽極として通電し、溶融カドミウム１中に溶
解していた有用な原子燃料成分及び不要な核分裂生成物
を再び溶融電解質２中に取込み、有用な原子燃料成分の
みを陰極６に析出させる。この手順を繰返し有用な成分
を回収する。この陽極溶解法を応用した溶融塩電解法の
場合では電気的に強制的に溶解させるために溶解速度を
大きくできる利点があり、また通常溶解法では陽極カド
ミウム１中に高々飽和濃度までしか溶解できないのに対
して、この陽極溶解法を応用した溶融塩電解法の場合で
は過飽和状態まで送り込むことができる利点もある。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、陽極溶解法を応用した溶融塩電解法の
場合、電気的酸化によって使用済金属燃料片から溶融塩
電解質中に一旦溶かされた有用な原子燃料成分および不
要な核分裂生成物を更に還元によって溶融陰極金属例え
ば溶融カドミウムに溶解する工程と、溶融金属に溶解し
た有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成物を再度
溶融塩電解質中に酸化し更に有用な原子燃料成分のみを
陰極に析出させる工程を時間的に別々に分けて操業する
必要があり、操業時間が長くなるという問題がある。ま
た、使用済金属燃料片に含まれる有用な原子燃料成分お
よび不要な核分裂生成物を溶融陰極金属に溶解する工程
で還元されずに溶融塩中に残留する不要な核分裂生成物
（例えば、セリウム等）が有用な原子燃料成分のみを陰
極に析出させる次の工程で分離できず、有用な原子燃料
成分に随伴して析出するという問題がある。
場合、電気的酸化によって使用済金属燃料片から溶融塩
電解質中に一旦溶かされた有用な原子燃料成分および不
要な核分裂生成物を更に還元によって溶融陰極金属例え
ば溶融カドミウムに溶解する工程と、溶融金属に溶解し
た有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成物を再度
溶融塩電解質中に酸化し更に有用な原子燃料成分のみを
陰極に析出させる工程を時間的に別々に分けて操業する
必要があり、操業時間が長くなるという問題がある。ま
た、使用済金属燃料片に含まれる有用な原子燃料成分お
よび不要な核分裂生成物を溶融陰極金属に溶解する工程
で還元されずに溶融塩中に残留する不要な核分裂生成物
（例えば、セリウム等）が有用な原子燃料成分のみを陰
極に析出させる次の工程で分離できず、有用な原子燃料
成分に随伴して析出するという問題がある。
本発明は、使用済金属燃料の乾式再処理の電解精製工
程における処理速度を向上させ、有用な原子燃料成分に
不要な核分裂生成物を随伴して析出することがない溶融
塩電解精製装置を提供することを目的とする。
程における処理速度を向上させ、有用な原子燃料成分に
不要な核分裂生成物を随伴して析出することがない溶融
塩電解精製装置を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明は不純物を含んだ
使用済金属燃料を再処理する溶融塩電解精製装置におい
て、電解槽の下部にある溶融金属相を共通にして上部の
溶融塩相を電気絶縁性隔壁で使用済燃料を浸漬するもの
と陰極を浸漬するものとの２槽に分割する一方、使用済
金属に対しては溶融金属相が陰極になり、かつこの溶融
金属相は溶融塩電解中の陰極に対しては陽極となるよう
に通電し、使用済金属燃料の陽極溶解と、精製金属燃料
の陰極への電析回収とを同時に行なうようにしている。
使用済金属燃料を再処理する溶融塩電解精製装置におい
て、電解槽の下部にある溶融金属相を共通にして上部の
溶融塩相を電気絶縁性隔壁で使用済燃料を浸漬するもの
と陰極を浸漬するものとの２槽に分割する一方、使用済
金属に対しては溶融金属相が陰極になり、かつこの溶融
金属相は溶融塩電解中の陰極に対しては陽極となるよう
に通電し、使用済金属燃料の陽極溶解と、精製金属燃料
の陰極への電析回収とを同時に行なうようにしている。
（作用） したがって、使用済金属燃料片に含まれる有用な原子
燃料成分および不要な核分裂生成物は電気的に酸化され
て溶融塩相中に塩化物として溶け出す。この塩化物とし
て溶け出した有用な原子燃料成分および不要な核分裂生
成物は使用済金属燃料の周囲の溶融塩相に対して陰極と
なる溶融金属相で還元され、金属状態で溶融金属相中に
溶解分散する。この溶融金属相に溶解した有用な原子燃
料成分および不要な核分裂生成物のうち、塩化物生成自
由エネルギーの絶対値が大きい物質即ち塩化物になりや
すい物質は、酸化されて溶融金属相から溶け出し陰極の
周囲の溶融塩相中で塩化物となる。また溶融金属相に溶
解したもののうち、塩化物生成自由エネルギーの絶対値
が小さい物質即ち塩化物になりにくい物質は、酸化され
ず溶融金属相中に残留する。一方、酸化されて溶融金属
相から溶け出し陰極周囲の溶融塩相中で塩化物となって
いる有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成成分の
うち、塩化物生成自由エネルギーの絶対値が小さい物質
即ち塩化物になり難い物質は還元されて陰極の表面に析
出する。反面、塩化物生成自由エネルギーの絶対値が大
きい物質即ち塩化物になりやすい物質は還元されずその
まま溶融塩相中に塩化物として残留する。
燃料成分および不要な核分裂生成物は電気的に酸化され
て溶融塩相中に塩化物として溶け出す。この塩化物とし
て溶け出した有用な原子燃料成分および不要な核分裂生
成物は使用済金属燃料の周囲の溶融塩相に対して陰極と
なる溶融金属相で還元され、金属状態で溶融金属相中に
溶解分散する。この溶融金属相に溶解した有用な原子燃
料成分および不要な核分裂生成物のうち、塩化物生成自
由エネルギーの絶対値が大きい物質即ち塩化物になりや
すい物質は、酸化されて溶融金属相から溶け出し陰極の
周囲の溶融塩相中で塩化物となる。また溶融金属相に溶
解したもののうち、塩化物生成自由エネルギーの絶対値
が小さい物質即ち塩化物になりにくい物質は、酸化され
ず溶融金属相中に残留する。一方、酸化されて溶融金属
相から溶け出し陰極周囲の溶融塩相中で塩化物となって
いる有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成成分の
うち、塩化物生成自由エネルギーの絶対値が小さい物質
即ち塩化物になり難い物質は還元されて陰極の表面に析
出する。反面、塩化物生成自由エネルギーの絶対値が大
きい物質即ち塩化物になりやすい物質は還元されずその
まま溶融塩相中に塩化物として残留する。
（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図に本発明の溶融塩電解精製装置の原理を示す。
この溶融塩電解精製装置は、溶融金属１と、陽極溶解工
程に使用する溶融塩電解質2aと、電析回収工程に使用す
る溶融塩電解質2bと、その溶融陽極金属１および溶融塩
電解質2aおよび2bを電気的に分離して内蔵するための絶
縁物でできた隔壁20を有する電解槽３と、被覆管に覆わ
れたままあるいは被覆管を取り除いて適当な大きさに切
断した使用済金属燃料片４を収容するかご状容器13と、
陰極６と、電解槽３を加熱・保温するヒーター７と、電
解槽３の放熱を抑制する断熱材８と、導線9,10,14と、
電流を断続するスイッチ15および16、電源17,18と、電
解槽３を被う蓋11、溶融陽極金属１と、溶融塩電解質2
a,2bを攪拌する攪拌装置12とで構成され、使用済金属４
に対しては溶融金属相１が陰極になり、かつこの溶融金
属相１は溶融塩電解質2b中の陰極６に対しては陽極とな
るように通電される。
この溶融塩電解精製装置は、溶融金属１と、陽極溶解工
程に使用する溶融塩電解質2aと、電析回収工程に使用す
る溶融塩電解質2bと、その溶融陽極金属１および溶融塩
電解質2aおよび2bを電気的に分離して内蔵するための絶
縁物でできた隔壁20を有する電解槽３と、被覆管に覆わ
れたままあるいは被覆管を取り除いて適当な大きさに切
断した使用済金属燃料片４を収容するかご状容器13と、
陰極６と、電解槽３を加熱・保温するヒーター７と、電
解槽３の放熱を抑制する断熱材８と、導線9,10,14と、
電流を断続するスイッチ15および16、電源17,18と、電
解槽３を被う蓋11、溶融陽極金属１と、溶融塩電解質2
a,2bを攪拌する攪拌装置12とで構成され、使用済金属４
に対しては溶融金属相１が陰極になり、かつこの溶融金
属相１は溶融塩電解質2b中の陰極６に対しては陽極とな
るように通電される。
溶融金属１としては、例えばカドミウム、ビスマス、
鉛、すず、亜鉛等が挙げられ、カドミウムの使用が最も
好ましい。また、溶融塩電解質2a,2bとしては、例えばC
aCl2−BaCl2−LiCl−KClやKCl−LiCl−NaCl等の塩化物
系溶融塩が挙げられ、KCl−LiCl−NaClの使用が好まし
い。
鉛、すず、亜鉛等が挙げられ、カドミウムの使用が最も
好ましい。また、溶融塩電解質2a,2bとしては、例えばC
aCl2−BaCl2−LiCl−KClやKCl−LiCl−NaCl等の塩化物
系溶融塩が挙げられ、KCl−LiCl−NaClの使用が好まし
い。
かご状容器13は収容する使用済金属燃料片４が外部に
出ないような大きさの多数の孔を有する金網あるいは多
孔板等でできた導電性の容器であり、溶融塩電解質2a中
に浸漬されている。また、陰極６は、例えば電気伝導性
のある固体あるいは電気的に絶縁体である材料でできた
容器にいれられた溶融金属で構成され、溶融塩電解質2b
に浸漬されている。尚、第１図では固体陰極６が示され
ている。この第１図中に示すように、電気絶縁性隔壁20
によって溶融塩電解質相２を陽極溶解工程に使用する溶
融塩電解質相2aと電析回収工程に使用する溶融塩電解質
2bとの２つに分け、下層の溶融金属相１を共用するよう
に設けられている。
出ないような大きさの多数の孔を有する金網あるいは多
孔板等でできた導電性の容器であり、溶融塩電解質2a中
に浸漬されている。また、陰極６は、例えば電気伝導性
のある固体あるいは電気的に絶縁体である材料でできた
容器にいれられた溶融金属で構成され、溶融塩電解質2b
に浸漬されている。尚、第１図では固体陰極６が示され
ている。この第１図中に示すように、電気絶縁性隔壁20
によって溶融塩電解質相２を陽極溶解工程に使用する溶
融塩電解質相2aと電析回収工程に使用する溶融塩電解質
2bとの２つに分け、下層の溶融金属相１を共用するよう
に設けられている。
この溶融塩電解精製装置を更に具体的にしたものを第
２図及び第３図に示す。この溶融塩電解精製装置は、溶
解槽３の蓋11に移送用キャスク21が着脱自在に装着され
ており、かご状容器13および陰極６を移送用キャスク21
ごと出入れ自在に設けられている。また、溶解槽３は環
状の電気絶縁性隔壁20によって使用済燃料４を浸漬する
溶融塩電解質2aと陰極６を浸漬する溶融塩電解質2bとを
分離して収容するように設けられ、かつ底部の溶融金属
相１部分を共通させるように設けられている。溶解槽３
の底部は中央に残留物が集められるように円錐面とさ
れ、その中央に接続された排出管22によって残留物を排
出し得るように設けられている。尚、図中符号23はバッ
フル板、24はかご状容器13あるいは陰極６を移送用キャ
スク21内に引込んだり移送用キャスク21から繰出す出し
入れ装置である。
２図及び第３図に示す。この溶融塩電解精製装置は、溶
解槽３の蓋11に移送用キャスク21が着脱自在に装着され
ており、かご状容器13および陰極６を移送用キャスク21
ごと出入れ自在に設けられている。また、溶解槽３は環
状の電気絶縁性隔壁20によって使用済燃料４を浸漬する
溶融塩電解質2aと陰極６を浸漬する溶融塩電解質2bとを
分離して収容するように設けられ、かつ底部の溶融金属
相１部分を共通させるように設けられている。溶解槽３
の底部は中央に残留物が集められるように円錐面とさ
れ、その中央に接続された排出管22によって残留物を排
出し得るように設けられている。尚、図中符号23はバッ
フル板、24はかご状容器13あるいは陰極６を移送用キャ
スク21内に引込んだり移送用キャスク21から繰出す出し
入れ装置である。
斯様に構成された溶融塩電解装置において、溶融陽極
金属１としてカドミウムを、溶融塩電解質2aおよび2bと
して塩化物を用いた場合を例にとって本発明の使用済燃
料の再処理を説明する。かご状容器13に使用済金属燃料
片４を収納し、スイッチ15,16を閉じることによって使
用済金属に対しては溶融金属相が陰極になり、かつこの
溶融金属相は溶融塩電解質中の陰極に対しては陽極とな
るように通電する。このとき、溶融昇温電解質2aに使用
済金属燃料４に含まれる有用な原子燃料成分の塩化物を
予め混合しておく。この結果、かご状容器13に収納され
た使用済金属燃料片４に含まれる有用な原子燃料成分お
よび不要な核分裂生成物が電気的に酸化されて溶融塩化
物電解質2a中に塩化物として溶け出す。一方、溶融塩化
物電解質2aに塩化物として溶け出して有用な原子燃料成
分および不要な核分裂生成物は溶融カドミウム１（陰
極）で還元され、金属状態で溶融カドミウム１中に溶解
分散する。この結果、適正な電圧を印加することによっ
て、被覆管の材料成分および不要な核分裂生成物成分の
うち、例えば鉄、クロム、モルブデン等は溶解されずに
残滓として残すことができる。また、例えばセリウム等
の卑な物質は溶融塩化物電解質2a中に塩化物として残留
する。更に例えば、バリウム、カリウム、ナトリウム、
ネオジウム、キュリウム、プルトニウム、ウラニウム、
ジルコニウム等の有用な原子燃料成分および不要な核分
裂生成物の成分を溶融カドミウム１中に過飽和状態まで
溶解することができる。
金属１としてカドミウムを、溶融塩電解質2aおよび2bと
して塩化物を用いた場合を例にとって本発明の使用済燃
料の再処理を説明する。かご状容器13に使用済金属燃料
片４を収納し、スイッチ15,16を閉じることによって使
用済金属に対しては溶融金属相が陰極になり、かつこの
溶融金属相は溶融塩電解質中の陰極に対しては陽極とな
るように通電する。このとき、溶融昇温電解質2aに使用
済金属燃料４に含まれる有用な原子燃料成分の塩化物を
予め混合しておく。この結果、かご状容器13に収納され
た使用済金属燃料片４に含まれる有用な原子燃料成分お
よび不要な核分裂生成物が電気的に酸化されて溶融塩化
物電解質2a中に塩化物として溶け出す。一方、溶融塩化
物電解質2aに塩化物として溶け出して有用な原子燃料成
分および不要な核分裂生成物は溶融カドミウム１（陰
極）で還元され、金属状態で溶融カドミウム１中に溶解
分散する。この結果、適正な電圧を印加することによっ
て、被覆管の材料成分および不要な核分裂生成物成分の
うち、例えば鉄、クロム、モルブデン等は溶解されずに
残滓として残すことができる。また、例えばセリウム等
の卑な物質は溶融塩化物電解質2a中に塩化物として残留
する。更に例えば、バリウム、カリウム、ナトリウム、
ネオジウム、キュリウム、プルトニウム、ウラニウム、
ジルコニウム等の有用な原子燃料成分および不要な核分
裂生成物の成分を溶融カドミウム１中に過飽和状態まで
溶解することができる。
同時に、溶融塩電解質2b中の陰極６に対しては陽極と
なる溶融カドミウム１に溶解した有用な原子燃料成分お
よび不要な核分裂生成物のうち、塩化物生成自由エネル
ギーの絶対値が大きい即ち塩化物になりやすい物質例え
ば、バリウム、カリウム、ナトリウム、ネオジウム、キ
ュリウム、プルトニウム、ウラニウム、ジルコニウム等
は酸化されて溶融カドミウム１から溶け出し溶融塩電解
室2b中で塩化物となる。また、溶融カドミウム１に溶解
した有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成物のう
ち、塩化物生成自由エネルギーの絶対値が小さい物質即
ち塩化物になり難い物質例えば、ロジウム、パラジウム
等は、酸化されず溶融陽極カドミウム１中に残留する。
更に前記の酸化されて溶融カドミウム１から溶け出し溶
融塩電解質2b中で塩化物となっている有用な原子燃料成
分および不要な核分裂生成物成分のうち塩化物生成自由
エネルギーの絶対値が小さい物質即ち塩化物になり難り
物質例えば、キュリウム、プルトニウム、ウラニウム、
ジルコニウム等は還元されて陰極６の表面に析出する。
そして、塩化物生成自由エネルギーの絶対値が大きい物
質即ち塩化物になりやすい物質例えば、バリウム、カリ
ウム、ナトリウム、ネオジウム等は還元されずそのまま
溶融塩電解質２中に塩化物として残留する。このとき塩
化物生成自由エネルギーに対応した電位を電極に印加す
ることによって陰極６の表面に析出する物質25の種類を
制御することができる。したがって、有用な原子燃料成
分と不要な核分裂生成物とが混合された状態で含まれて
いる使用済金属燃料からプルトニウム、ウラニウム、ジ
ルコニウム等の有用な原子燃料成分のみを濃縮・回収で
きる。
なる溶融カドミウム１に溶解した有用な原子燃料成分お
よび不要な核分裂生成物のうち、塩化物生成自由エネル
ギーの絶対値が大きい即ち塩化物になりやすい物質例え
ば、バリウム、カリウム、ナトリウム、ネオジウム、キ
ュリウム、プルトニウム、ウラニウム、ジルコニウム等
は酸化されて溶融カドミウム１から溶け出し溶融塩電解
室2b中で塩化物となる。また、溶融カドミウム１に溶解
した有用な原子燃料成分および不要な核分裂生成物のう
ち、塩化物生成自由エネルギーの絶対値が小さい物質即
ち塩化物になり難い物質例えば、ロジウム、パラジウム
等は、酸化されず溶融陽極カドミウム１中に残留する。
更に前記の酸化されて溶融カドミウム１から溶け出し溶
融塩電解質2b中で塩化物となっている有用な原子燃料成
分および不要な核分裂生成物成分のうち塩化物生成自由
エネルギーの絶対値が小さい物質即ち塩化物になり難り
物質例えば、キュリウム、プルトニウム、ウラニウム、
ジルコニウム等は還元されて陰極６の表面に析出する。
そして、塩化物生成自由エネルギーの絶対値が大きい物
質即ち塩化物になりやすい物質例えば、バリウム、カリ
ウム、ナトリウム、ネオジウム等は還元されずそのまま
溶融塩電解質２中に塩化物として残留する。このとき塩
化物生成自由エネルギーに対応した電位を電極に印加す
ることによって陰極６の表面に析出する物質25の種類を
制御することができる。したがって、有用な原子燃料成
分と不要な核分裂生成物とが混合された状態で含まれて
いる使用済金属燃料からプルトニウム、ウラニウム、ジ
ルコニウム等の有用な原子燃料成分のみを濃縮・回収で
きる。
（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明の溶融塩電解
精製装置は、陽極溶解工程と電析回収工程とを同時に進
行可能にしたので、従来の溶融塩電解精製装置と陽極溶
解法とを組合せた場合より、操業時間を大幅に短縮する
ことができるし、またセリウムなどのような不要な核分
裂生成物のうち多量に発生し電解精製における溶融塩の
寿命を短くし、かつ有用な原子燃料成分の分離回収を妨
げるような物質を電解工程から分離することができる。
精製装置は、陽極溶解工程と電析回収工程とを同時に進
行可能にしたので、従来の溶融塩電解精製装置と陽極溶
解法とを組合せた場合より、操業時間を大幅に短縮する
ことができるし、またセリウムなどのような不要な核分
裂生成物のうち多量に発生し電解精製における溶融塩の
寿命を短くし、かつ有用な原子燃料成分の分離回収を妨
げるような物質を電解工程から分離することができる。
第１図は本発明の溶融塩電解精製装置の原理図、第２図
は本発明の溶融塩電解精製装置の具体例を示す平面図、
第３図は第２図のIII−III線断面図、第４図は従来の溶
融塩電解精製装置の原理図、第５図は陽極溶解法を応用
した従来の溶融塩電解精製装置の原理図である。 １…溶融金属相、２…溶融塩電解質相、2a…使用済金属
燃料周囲の溶融塩電解質、2b…陰極周囲の溶融塩電解
質、３…電解槽、４…使用済金属燃料片、６…陰極、13
…かご状容器、20…隔壁、25…析出した有用な原子燃料
成分。
は本発明の溶融塩電解精製装置の具体例を示す平面図、
第３図は第２図のIII−III線断面図、第４図は従来の溶
融塩電解精製装置の原理図、第５図は陽極溶解法を応用
した従来の溶融塩電解精製装置の原理図である。 １…溶融金属相、２…溶融塩電解質相、2a…使用済金属
燃料周囲の溶融塩電解質、2b…陰極周囲の溶融塩電解
質、３…電解槽、４…使用済金属燃料片、６…陰極、13
…かご状容器、20…隔壁、25…析出した有用な原子燃料
成分。
Claims (1)
- 【請求項１】不純物を含んだ使用済金属燃料を再処理す
る溶融塩電解精製装置において、電解槽の下部にある溶
融金属相を共通にして上部の溶融塩相を電気絶縁性隔壁
で使用済燃料を浸漬するものと陰極を浸漬するものとの
２槽に分割する一方、使用済金属に対しては溶融金属相
が陰極になり、かつこの溶融金属相は溶融塩電解中の陰
極に対しては陽極となるように通電し、使用済金属燃料
の陽極溶解と、精製金属燃料の陰極への電析回収とを同
時に行なうことを特徴とする溶融塩電解精製装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21076389A JP2875819B2 (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | 溶融塩電解精製装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21076389A JP2875819B2 (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | 溶融塩電解精製装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0375597A JPH0375597A (ja) | 1991-03-29 |
| JP2875819B2 true JP2875819B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=16594730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21076389A Expired - Lifetime JP2875819B2 (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | 溶融塩電解精製装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2875819B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101721530B1 (ko) * | 2015-12-31 | 2017-03-30 | 한국원자력연구원 | 사용후 핵연료 처리를 위한 전해회수 일관공정 장치 및 방법 |
| KR101723553B1 (ko) * | 2015-11-24 | 2017-04-05 | 한국원자력연구원 | 금속산화물의 전해환원 장치 및 방법 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3486044B2 (ja) * | 1996-03-26 | 2004-01-13 | 株式会社東芝 | 溶融塩電解精製装置 |
| GB0204671D0 (en) * | 2002-02-28 | 2002-04-10 | British Nuclear Fuels Plc | Electrochemical cell for metal production |
| JP4734026B2 (ja) * | 2005-05-13 | 2011-07-27 | 株式会社東芝 | 電解装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0373899A (ja) * | 1989-08-15 | 1991-03-28 | Toshiba Corp | 溶融塩電解精製装置 |
-
1989
- 1989-08-17 JP JP21076389A patent/JP2875819B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101723553B1 (ko) * | 2015-11-24 | 2017-04-05 | 한국원자력연구원 | 금속산화물의 전해환원 장치 및 방법 |
| KR101721530B1 (ko) * | 2015-12-31 | 2017-03-30 | 한국원자력연구원 | 사용후 핵연료 처리를 위한 전해회수 일관공정 장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0375597A (ja) | 1991-03-29 |
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