JP2997266B1 - 白金族元素、テクネチウム、テルル及びセレンの分離回収方法 - Google Patents
白金族元素、テクネチウム、テルル及びセレンの分離回収方法Info
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Abstract
又は工程で発生する放射性プロセス廃液から白金族元
素、テクネチウム、テルル及びセレンを高回収率で選択
的に分離回収する方法を提供する。 【解決手段】パラジウム以外の白金族元素、テクネチウ
ム、テルル及びセレンからなる群から選ばれる1種又は
2種以上の元素を含む硝酸溶液をパラジウムの共存下で
定電流電解し、前記元素を陰極に電解還元析出させて白
金族元素、テクネチウム、テルル及びセレンを分離回収
する。パラジウムを分割して追加的に添加することによ
り還元析出を促進させることができる。
Description
処理工場で発生する硝酸溶解液および放射性プロセス廃
液に含まれている白金族元素、テクネチウム、テルル及
びセレンを分離回収する方法に関するものである。
ム等の核燃料物質のほかに、白金族元素やテクネチウム
等の有用な核分裂生成物が相当量含まれている。現在工
業的に行われている再処理プロセスでは使用済燃料を硝
酸で溶解した後、ピューレックス(PUREX)法によ
る溶媒抽出でウラン、プルトニウムを抽出分離して再利
用している。
クネチウム等の金属は大部分が硝酸に溶解するが一部は
解け残り不溶解残査となる。不溶解の微粒子は溶媒抽出
工程においてクラッドと呼ばれるコロイド状の界面析出
物を生成する。このようなクラッドは水相と有機相との
界面に形成され蓄積されていき、抽出溶媒のウランやプ
ルトニウムの抽出を妨害し、さらには流路を閉塞させ
て、分離性能を低下させることになる。
んどが高レベル放射性廃液中に除かれるが、易抽出性の
ルテニウム(106Ru)錯体やテクネチウム(99Tc)
イオンは溶媒抽出工程での分離が困難で、ウラン及びプ
ルトニウムの製品純度の低下を招く主な原因となってい
る。ルテニウム(106Ru)及びテクネチウム(99T
c)はTRUEX法によるマイナーアクチニド分離工程
においても同様に妨害核種である。
ガラス固化工程では、揮発しやすい化学形態のルテニウ
ム酸化物が生成されるため、高温処理時に揮発拡散し環
境を汚染する恐れがあり、これを防ぐため、高価で複雑
なルテニウム除去設備が必要とされる。
半減期の放射性核種である107Pd(パラジウム)、99
Tc(テクネチウム)や79Se(セレン)が含まれてお
り、ガラス固化体として処分する場合、長期にわたって
放射性毒性が持続するため、環境から隔離する必要があ
る。
品のみならず、電子材料、電気材料として電気産業の分
野や、触媒として合成化学、石油化学、自動車産業、宇
宙産業等の分野において用途のあるきわめて重要な金属
元素である。しかしながら白金族元素の天然鉱物資源は
乏しく、その埋蔵と生産は極端に限られた国に偏ってい
る。このため、白金族元素の供給体制は極めて脆弱であ
る。特に、現在日本における白金族元素の鉱山はほとん
ど無く、その全てを海外からの輸入に頼っており、価格
もきわめて高く、原料供給の確保は重要な課題となって
いる。また、テクネチウムは天然には存在しない元素で
ある。
元素及びテクネチウムが含まれており、これらの金属が
回収でき、その放射能を許容する条件での使用あるいは
同位体分離などにより十分なレベルまで低減できるので
あれば、これら金属の必要量のかなりの部分を供給する
ことが可能である。
白金族元素及びテクネチウム等の有価元素の分離回収に
ついては、高硝酸濃度、高塩濃度に加え、他の核分裂生
成物及びアクチニドの強い放射能により、これまで有効
な分離回収方法が確立されていない。
料再処理溶解液から有価金属を回収する方法」において
は、定電位電解により硝酸溶解液から白金族元素及び銀
を電解析出する回収方法が記載されている。しかしなが
らこの定電位電解法による実施例における回収率は、パ
ラジウム:84.8%、銀:81.7%、ルテニウム:
4.2%及びロジウム:2.1%とされており、完全な
回収とはいえない。
より気相系に揮発させて回収する方法が提案されている
が、新たに気相系の汚染を招くため現実的な方法とはい
いがたい。
再処理工場では硝酸溶解液または放射性プロセス廃液か
ら白金族元素及びテクネチウムは分離回収されていな
い。そのため、溶解した白金族元素及びテクネチウムは
再処理の化学分離プロセス、マイナーアクチニド分離プ
ロセス及び高レベル放射性廃液の処理処分工程を汚染
し、その除染のために経済性を低下させるなどの問題点
があった。
れらを含む硝酸溶液から分離回収することは、再処理プ
ロセスやアクチニド分離プロセスにおける抽出性能を向
上させ、抽出分離工程の短縮化を可能とする。また、白
金族元素及びテクネチウムに加え、長寿命のテルル及び
セレンを除去することは廃液の放射能レベルの低減化に
大きく寄与する。さらにこれらの金属の回収は、希少金
属原料の安定確保にも貢献することになる。
めになされたものであって、使用済核燃料の再処理工場
で扱う硝酸溶解液、又は工程で発生する放射性プロセス
廃液から白金族元素、テクネチウム、テルル及びセレン
を高回収率で選択的に分離回収する方法を提供すること
を目的とする。
金族元素、テクネチウム、テルル及びセレンの分離回収
方法は、パラジウム以外の白金族元素、テクネチウム、
テルル及びセレンからなる群から選ばれる1種又は2種
以上の元素を含む硝酸溶液をパラジウムの共存下で定電
流電解し、前記元素を陰極に電解還元析出させることを
特徴とするものであり、これによって、パラジウム、ル
テニウム、ロジウムなどの白金族元素、パラジウム(
107Pd)、テクネチウム(99Tc)、セレン(79S
e)の長寿命核種、及び希少金属のテルルを効率よく分
離回収することができる。
にパラジウムが含有されている場合には、この硝酸溶液
を定電流電解すればよく、パラジウムを積極的に添加す
る必要はない。一方、処理すべき硝酸溶液中にパラジウ
ムが含有されていない場合には、この硝酸溶液にパラジ
ウムを添加する必要があり、添加パラジウムの存在下で
定電流電解を行う。
最初から所定量のパラジウムを共存させておいてもよい
が、電解還元過程でパラジウムを何回かに分割して追加
的に添加することによって、白金族元素、テクネチウ
ム、テルル及びセレンの電解還元をより一層促進させる
ことができる。
電流電解装置の一例を図1に示す。電解槽1は隔膜2に
より陽極室3と陰極室4の2室に分離されており、各室
にはそれぞれ陽極5と陰極6が配設されていて、所定量
の陽極液と陰極液が満たされている。陽極液と陰極液
は、恒温槽7、8で恒温に保持された陽極液タンク9、
陰極液タンク10からポンプ11、12により陽極室3
および陰極室4へ供給される。陽極5と陰極6へは整流
器13より所定の電流密度の電流が供給される。
のある金属やプラスチック(PTFE等)が使用でき
る。陽極および陰極材料としては、ステンレス、白金、
白金をメッキ又は被覆したチタン、チタン、タンタル、
黒鉛、グラッシーカーボン等が使用できる。隔膜材料と
しては、パーフルオロ系のスルホン酸型イオン交換膜、
多孔質なガラスや陶器等が使用できる。
た2室形式のものを使用しているが、隔膜で隔てられた
3室形式や、隔膜のない形式の電解槽も必要に応じて使
用することができる。
所定温度に保持され、ポンプ12を介して陰極室4へ供
給される。一方、陽極室3の陽極電解液としては、隔膜
を使用する場合には希薄な硫酸やリン酸液等を用いるこ
ともできるが、陰極液と同じ希薄硝酸液を使用すること
が望ましい。
〜100℃の範囲で操作可能であるが、エネルギー効率
面と装置材料への腐食等を考慮すると、30〜60℃の
範囲がより好ましい。また、電流密度は1〜3000m
A/cm2 の範囲で操作可能であるが、効率と処理速度
を考慮すると200〜700mA/cm2 がより好まし
い。硝酸濃度は0.1〜4.5Mまでの濃度のものが還
元析出可能であるが効率面を考えると0.5〜3Mまで
の酸濃度が好ましい。
ム、ロジウム、ルテニウム)、テクネチウム、ルテニウ
ム、テルル及びセレンの主な析出反応式と標準電位を下
記の表1に示す。
e)は、本発明方法により電解還元析出させて分離回収
する対象元素ではないが、テクネチウム(Tc)と同様
に周期表7A族に属する元素であり、硝酸溶液中では共
に7価のTcO4 -及びReO4 -(過テクネチウム酸イオ
ン及び過レニウム酸イオン)で安定であって、両者は電
気化学的挙動も同様であるため、本発明の実施例におい
てはTcO4 -の模擬イオンとしてReO4 -を使用して試
験を行っている。
酸溶液(陰極液)中の各元素は陰極上に電解析出する
が、必要に応じてこれらの析出金属を定電位陽極溶解す
ることにより、各金属ごとに分別回収することができ
る。Pd、RuおよびRe(Tcの模擬元素)を白金電
極上に電解析出させた後、各金属を純粋硝酸中で陽分極
して溶解電位を測定した結果は表2のようになり、各金
属によって溶解電位は有意に異なっている。従って、こ
れらの元素を陰極上に電解析出させた後、陰極室の被処
理溶液を純硝酸溶液に入れ替え、この電極を目的とする
元素に対応した電位に調節する(陽分極させる)ことに
より、各元素ごとに順次溶解させて分別回収することが
可能となる。
使用済核燃料の再処理システムであるPUREX工程や
マイナーアクチニド分離システムであるTRUEX工程
の前処理として実施することにより、これらのシステム
を大幅に合理化することが可能となる。すなわち、使用
済核燃料の硝酸溶解液中に含まれる白金族イオンのう
ち、106RuのRuNO3+型イオン及び99TcのTcO4
-型イオンは、図3に示す共除染分配サイクルにおける
抽出溶媒のTBPやマイナーアクチニド(MA)分離サ
イクルにおける抽出溶媒のCMPOに易抽出性であるた
め、これらの核種を除去するためにPUREX工程では
ウラン(U)精製サイクルやプルトニウム(Pu)精製
サイクルが必要となり、TRUEX工程ではMA精製サ
イクルが必要となる。これに対して図2に示したよう
に、共除染分配サイクルの前処理として本発明の電解還
元による分離回収方法を実施しRuを含む白金族元素や
Tc、Seを分離除去することによって、PUREX工
程におけるU精製サイクルやPu精製サイクル、TRU
EX工程のMA精製サイクルを不要にし、これらの工程
を簡略化することができる。
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
解装置を用いて行った。電解槽の仕様は以下のとおりで
ある。 陽極室:容積100mL(ミリリットル) PTFE製 陰極室:容積100mL PTFE製 陽極: 白金めっき/チタン (チタン上に白金をめっきし
たもの) 20cm2 陰極:白金めっき/チタン (チタン上に白金をめっきし
たもの) 20cm2 隔膜:パーフルオロ系スルホン酸膜(商品名“Nafion 4
50”、デュポン社製) 配管類:テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキ
ルビニルエーテル共重合体製 なお、析出率は硝酸溶液中の金属イオン濃度をICP発
光分光分析により測定して決定した。
間、温度50℃ 陽極液組成:2.5M硝酸、陽極液量300mL 陰極液組成:2.5M硝酸、陰極液量300mL 陰極液初期金属濃度 Pd:750ppm、Ru:12
00ppm 上記条件で定電流電解還元を実施したところ、3時間後
の陰極液中のPd除去率はほぼ100%であり、Ru除
去率は58%であった。
間、温度50℃ 陽極液組成:2.5M硝酸、陽極液量300mL 陰極液組成:2.5M硝酸、陰極液量300mL 陰極液初期金属濃度 Ru:1200ppm 実施例1と同量のRuのみを含有する陰極液で定電流電
解還元を行ったが、Pdが共存しないと3時間後のRu
の除去率は8%であった。実施例1のようにPdを共存
させることでRuの還元除去が促進されることがわか
る。
間、温度50℃ 陽極液組成:2.5M硝酸、陽極液量300mL 陰極液組成:2.5M硝酸、陰極液量300mL 陰極液初期金属濃度 Pd:750ppm、Re:50
0ppm 上記条件で定電流還元除去を行ったところ、3時間後の
陰極液中のPd除去率はほぼ100%であり、Re(T
cの模擬元素)除去率は21%であった。
間、温度50℃ 陽極液組成:2.5M硝酸、陽極液量300mL 陰極液組成:2.5M硝酸、陰極液量300mL 陰極液初期金属濃度 Re:500ppm 実施例2と同量のReのみを含有する陰極液で定電流電
解還元を行ったが、Pdが共存しないと3時間後のRe
の除去率は7%であり、実施例2のようにPdを共存さ
せることでReの還元除去が促進されることがわかる。
1/2(375ppm相当)のPdイオンを追加的に添
加してさらに定電流電解還元を続行したところ、3時間
後の陰極液中のPd除去率はほぼ100%であり、Ru
除去率は65%であった。実施例1のように最初にPd
を共存させておくだけでもRuの還元除去が効果的にな
されるが、Pdを追加的に添加することによりRuの還
元除去がさらに促進されることがわかる。
1/2(375ppm相当)のPdイオンを追加的に添
加してさらに定電流電解還元を続行したところ、3時間
後の陰極液中のPd除去率はほぼ100%であり、Re
除去率は28%であった。実施例2のように最初にPd
を共存させておくだけでもReの還元除去が効果的にな
されるが、Pdを追加的に添加することによりReの還
元除去がさらに促進されることがわかる。
70分後の3回に分けて、1回当たり初期Pd量の1/
2(375ppm相当)のPdイオンを追加的に添加し
て定電流電解還元を続行した。6時間後の陰極液中のP
d除去率はほぼ100%であり、Ru除去率は99%であ
った。Pdを1回追加した実施例3に比べて、3回追加
した本実施例の方がRuの還元除去がさらに促進されて
いる。
間、温度5O℃ 陽極液組成:2.5M硝酸、陽極液量300mL 陰極液組成:2.5M硝酸、陰極液量300mL 陰極液初期金属濃度 Pd:1875ppm、Ru:1
200ppm Pdを追加的に添加した実施例5におけるPd合計量
(1875ppm)と同量のPdを最初から陰極液に添
加して定電流電解還元を行ったところ、6時間後に陰極
液中のPd除去率はほぼ100%であり、Ru除去率は
74%であった。同量のPd量でも数回に分けて追加的
に添加している実施例5に比べてRuの還元除去量が減
少している。
70分後の3回に分けて、1回当たり初期Pd量の1/
2(375ppm相当)のPdイオンを追加的に添加し
て定電流電解還元を続行した。6時間後の陰極液中のP
d除去率はほぼ100%であり、Re除去率は48%で
あった。Pdを1回追加した実施例4に比べて、3回追
加した本実施例の方がReの還元除去がさらに促進され
ている。
間、温度50℃ 陽極液組成:2.5M硝酸、陽極液量300mL 陰極液組成:2.5M硝酸、陰極液量300mL 陰極液初期金属濃度 Pd:1875ppm、Re:5
00ppm Pdを追加的に添加した実施例6におけるPd合計量
(1875ppm)と同量のPdを最初から陰極液に添
加して定電流電解還元を行ったところ、6時間後に陰極
液中のPd除去率はほぼ100%であり、Re除去率は
28%であった。同量のPd量でも数回に分けて追加的
に添加している実施例6に比べてReの還元除去量が減
少している。
間、温度50℃ 陽極液組成:2.5M硝酸、陽極液量300mL 陰極液組成:2.5M硝酸高レベル放射性模擬廃液、陰
極液量300mL 上記条件で高レベル放射性模擬廃液の定電流電解還元を
行った。高レベル放射性模擬廃液に含有される初期金属
濃度および3時間後の模擬廃液中の各金属元素の除去率
を表3に示す。この模擬廃液にはPdが含有されている
ため、電解還元に際して特にPdを添加しなかった。
間、温度50℃ 陽極液組成:2.5M硝酸、陽極液量300mL 陰極液組成:2.5M硝酸高レベル放射性模擬廃液、陰
極液量300mL 高レベル放射性模擬廃液は実施例7と同じ廃液を使用
し、上記条件で定電流電解還元を行った。電解開始90
分後にPdの375ppm相当量を追加的に添加し、電
解還元を続行した。3時間後の模擬廃液中の各金属元素
の除去率を表3に示す。
擬廃液中に存在する多量の遷移元素イオンの妨害を受け
ること無くして、定電流電解還元により白金族元素(P
d、Ru、Rh)やTe、Seが選択的に還元除去され
ていることがわかる。特に、長寿命核種である107Pd
及び79Seを代表するPd及びSeが除去されているこ
とは、本発明による定電流電解還元処理により高レベル
放射性廃液の放射能レベルの低減が図れることを意味し
ている。また、Pdの追加的な添加により白金族元素で
あるRu、Rhの還元除去が選択的に促進されているこ
とがわかる。
れば、使用済核燃料の再処理工場で扱う硝酸溶解液また
は放射性プロセス廃液をPdの存在下で定電流電解還元
することにより、白金族元素、テクネチウム、テルル及
びセレンを一括して選択的に還元析出させ、分離回収す
ることができる。
106Ru)、テクネチウム(99Tc)を選択的に分離す
ることが可能となり、PUREX工程やTRUEX工程
といった溶媒抽出工程の除染性能の向上を図ることがで
き、よって使用済核燃料再処理プロセスの簡略化に伴う
経済性の向上を図ることができる。
中の長寿命のテクネチウム(99Tc)、パラジウム(
107Pd)及びセレン(79Se)を分離することができ
るので再処理工程から発生する高レベル放射性廃液の放
射能レベルの低減化を図ることもでき、処理処分上の安
全性、経済性を向上させることが可能となる。
素及びテクネチウムを再利用することにより希少金属原
料の安定確保に多いに寄与できるものである。
の一例を示す説明図。
たウラン、プルトニウム及びマイナーアクチニド分離プ
ロセスのフローシート。
チニド分離プロセスのフローシート。
Claims (2)
- 【請求項1】 パラジウム以外の白金族元素、テクネチ
ウム、テルル及びセレンからなる群から選ばれる1種又
は2種以上の元素を含む硝酸溶液をパラジウムの共存下
で定電流電解し、前記元素を陰極に電解還元析出させる
ことを特徴とする白金族元素、テクネチウム、テルル及
びセレンの分離回収方法。 - 【請求項2】 前記硝酸溶液にパラジウムを分割して追
加的に添加することを特徴とする請求項1記載の方法。
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