JP3159887B2 - Reprocessing of spent nuclear fuel - Google Patents

Reprocessing of spent nuclear fuel

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電所から発生
する使用済み原子燃料の再処理方法に係わり、特に、ネ
プツニウム・アメリシウム等のマイナーアクチノイドを
含む使用済み原子燃料の再処理方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for reprocessing spent nuclear fuel generated from a nuclear power plant, and more particularly to a method for reprocessing spent nuclear fuel containing minor actinoids such as neptunium and americium.

【0002】[0002]

【従来の技術】原子力発電所から発生する使用済み原子
燃料には、核分裂生成核種(以下適宜、FPという)、
未反応のウラン、及びプルトニウムをはじめとする超ウ
ラン元素が含まれる。このうち、ウランとプルトニウム
とは原子燃料として利用できることから、核分裂生成核
種や他の超ウラン元素から化学的に分離・回収する。こ
の化学プロセスが使用済み燃料再処理であり、例えばN
uclear Chemical Engineerin
g 第2版 第466頁〜514頁(M.Benedic
t他2名、McGraw−Hill社発行)に記載のピ
ュレックス法が現在の主流である。このピュレックス法
においては、使用済み原子燃料が硝酸で溶解された後、
VI価のウランとIV価のプルトニウムとが、硝酸水溶液か
らトリブチルリン酸(TBP)とよばれる有機抽出剤中へ
と移行(抽出)し、これによって核分裂生成核種から分
離(共除染)される。この後、プルトニウムがIII価に
還元されて抽出剤から硝酸水溶液へと再度移行(逆抽
出)することで、プルトニウムがウランから分離(分
配)される。
2. Description of the Related Art Spent nuclear fuel generated from a nuclear power plant includes fission product nuclides (hereinafter referred to as FP as appropriate),
Unreacted uranium and transuranium elements including plutonium are included. Of these, uranium and plutonium can be used as nuclear fuel, so they are chemically separated and recovered from fission product nuclides and other transuranium elements. This chemical process is used fuel reprocessing, for example, N 2
uclear Chemical Engineerin
g Second Edition, pages 466 to 514 (M. Benedic)
The Purex method described in McGraw-Hill Co., Ltd.) is currently the mainstream. In this Purex method, after the spent nuclear fuel is dissolved with nitric acid,
VI-valent uranium and IV-valent plutonium migrate (extract) from an aqueous nitric acid solution into an organic extractant called tributyl phosphate (TBP), which separates them from fission product nuclides (co-decontamination) . Thereafter, the plutonium is reduced to a valence of III and migrates again from the extractant to the aqueous nitric acid solution (back extraction), whereby the plutonium is separated (distributed) from uranium.

【0003】このとき、このピュレックス法では、純粋
なウランとプルトニウムとを得ることが主たる目的であ
ることから、ネプツニウムおよびアメリシウムといった
他の超ウラン元素は回収されず、核分裂生成核種と共
に、再処理高レベル廃液とよばれる抽残液へ移行する。
このようにピュレックス法において回収対象外となり抽
残液に残留する超ウラン元素がマイナーアクチノイドで
あり、代表的なものとしてネプツニウムとアメリシウム
とがある。水溶液中においてネプツニウムはV価、アメ
リシウムはIII価で存在し、この原子価状態ではTBP
によっては抽出されない。そして、これらマイナーアク
チノイドは、例えば、ネプツニウム−237が214万
年、アメリシウム−241が432.6年、アメリシウ
ム−243が7370年と非常に長い半減期をもち、か
つ、α放射体であることから、再処理高レベル廃液中に
含まれる他の短半減期の核分裂生成核種からさらに分離
して別途処理・処分することで放射性廃棄物の管理負担
の軽減が図られており、これに関する公知技術として例
えば以下のものがある。
At this time, since the main purpose of the Purex method is to obtain pure uranium and plutonium, other transuranium elements such as neptunium and americium are not recovered, and are reprocessed together with fission-produced nuclides. It shifts to a raffinate called high level waste liquid.
As described above, the transuranium element that is excluded from the recovery target in the Purex method and remains in the raffinate is a minor actinoid, and typical examples include neptunium and americium. In an aqueous solution, neptunium exists in V valence and americium in III valence. In this valence state, TBP
Is not extracted. These minor actinoids have very long half-lives, for example, neptunium-237 of 2.14 million years, americium-241 of 432.6 years, and americium-243 of 7370 years, and are α-emitters. The burden of radioactive waste management has been reduced by further separating and separately treating and disposing of other short-lived fission product nuclides contained in the reprocessed high-level waste liquid. For example:

【0004】(1)群分離 短半減期の核分裂生成核種の群と長半減期のマイナーア
クチノイド群とを分離するものであり、例えば、以下の
公知技術がある。 Proc.GLOBAL’93,vol.1,p58
8−594(1993;M.Kubota et al) この公知技術は、いったん高レベル廃液側に移行したマ
イナーアクチノイドを、抽出剤を用いて大部分の核分裂
生成核種から分離するものである。なおこのときアメリ
シウムは、最も安定なIII価の原子価において同族元素
の希土類元素とともに核分裂生成核種から分離され、そ
の後この希土類元素からさらに別途分離されることとな
る。
(1) Separation of groups A group of fission-producing nuclides having a short half-life and a group of minor actinoids having a long half-life are separated from each other. Proc. GLOBAL '93, vol. 1, p58
8-594 (1993; M. Kubota et al) This known technique separates a minor actinoid, which has been transferred to a high-level waste liquid side, from most fission product nuclides using an extractant. At this time, americium is separated from the fission product nuclide together with the rare earth element of the homologous element at the most stable valence of III, and then further separated from the rare earth element.

【0005】(2)再処理プロセス内群分離 いわば燃料再処理に上記(1)の群分離を組み合わせた
ものであり、例えば以下の公知技術がある。 Proc. GLOBAL’93,vol.2,p1
008−1014(1993;J.M.Adnet e
t al) この公知技術は、ウラン、プルトニウム、ネプツニウム
(VI)、及びアメリシウム(III)を大部分の核分裂生
成核種から分離した後、アメリシウムとこれに同伴する
希土類元素をウラン、プルトニウム及びネプツニウムか
ら分離し、さらに最終的にはアメリシウムをIV価あるい
はVI価に原子価調整し、III価の希土類元素から分離す
るものである。
(2) Group separation in the reprocessing process This is a combination of the above-mentioned group separation of (1) with fuel reprocessing, and for example, there is the following known technique. Proc. GLOBAL '93, vol. 2, p1
008-1014 (1993; JM Adnet e)
t al) This known technique involves the separation of uranium, plutonium, neptunium (VI) and americium (III) from most fission product nuclides, followed by the separation of americium and its accompanying rare earth elements from uranium, plutonium and neptunium. Finally, the valence of americium is adjusted to IV valence or VI valence to separate it from the rare earth element of III valence.

【0006】特開平6−186389号公報 この公知技術は、ウラン、プルトニウムの共除染工程の
高レベル廃液側にネプツニウム(V)をネプツニウム
(VI)に酸化する工程を設け、かつ共除染工程とウラン
・プルトニウム分配工程の間に、ネプツニウム(VI)の
みを選択的にネプツニウム(V)に還元する工程を設け
ることにより、使用済み原子燃料からウラン、プルトニ
ウム、及びネプツニウムを相互に分離するものである。
[0006] Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-186389 discloses a known technique in which a step of oxidizing neptunium (V) to neptunium (VI) is provided on the high-level waste liquid side in the co-decontamination step of uranium and plutonium. A step of selectively reducing only neptunium (VI) to neptunium (V) between the uranium and plutonium distribution step to separate uranium, plutonium and neptunium from spent nuclear fuel. is there.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知技術には以下の課題が存在する。すなわち、公知技術
のように、いったん高レベル廃液側に移行したマイナ
ーアクチノイドを分離すると、長期的な廃棄物管理の負
担は軽減できるものの、核分裂生成核種からマイナーア
クチノイドを分離する他の処理システムが別途必要とな
り、処理工程が複雑となる。また、上記公知技術に
おいては、アメリシウムをストロンチウム及びセシウム
等の核分裂生成核種からは分離可能であるが、アメリシ
ウムをIII価で分離する場合には特殊な溶媒を用いるこ
とから、上記公知技術記載のようにIII価の希土類
元素はアメリシウムに同伴する。したがって、核分裂生
成核種から分離さえれたアメリシウムと希土類元素と
を、さらに互いに分離する工程が必要であり、処理工程
が複雑となる。さらに、上記公知技術においては、マ
イナーアクチノイドであるネプツニウム(V)をネプツ
ニウム(VI)に酸化する工程において、ウランやプルト
ニウムは共存していない。すなわち、いったん廃液側に
取りだしたものを戻しており、処理工程の簡素化(例え
ばワンストリーム化)が十分でない。またネプツニウム
以外の例えばアメリシウムに適用するのが不可能であ
る。また、上記公知技術においては、ネプツニウム酸
化工程の前の原子価調整工程においてプルトニウム(I
V)に調整し、最終的にはプルトニウムをウランととも
に単独で精製する。したがって、核拡散防止への配慮の
点から、特に純粋プルトニウムの取り扱いには極めて厳
重な注意が必要となるという課題がある。また公知技術
においても、プルトニウムの単独精製を行うことから
同様の課題がある。
However, the above-mentioned known technology has the following problems. That is, as in the known art, once the minor actinoid that has migrated to the high-level waste liquid is separated, the burden of long-term waste management can be reduced, but other processing systems that separate the minor actinoid from fission product nuclides are separately provided. Required, complicating the processing steps. Further, in the above-mentioned known technology, it is possible to separate americium from fission-producing nuclides such as strontium and cesium, but when americium is separated at a valence of III, a special solvent is used. In addition, a trivalent rare earth element accompanies americium. Therefore, a step of further separating the americium and the rare earth element separated from the fission product nuclide is required, and the processing step becomes complicated. Furthermore, in the above-mentioned known technology, uranium and plutonium do not coexist in the step of oxidizing neptunium (V), which is a minor actinoid, to neptunium (VI). That is, what is once taken out to the waste liquid side is returned, and the simplification (for example, one stream) of the treatment process is not sufficient. In addition, it is impossible to apply to, for example, americium other than neptunium. Further, in the above-mentioned known technique, in the valence adjustment step before the neptunium oxidation step, plutonium (I
Adjust to V) and finally purify plutonium alone with uranium. Therefore, there is a problem that extremely strict attention must be paid particularly to the handling of pure plutonium from the viewpoint of preventing nuclear proliferation. Also in the known technique, there is a similar problem since the purification of plutonium alone is performed.

【0008】本発明の目的は、プルトニウムの単独抽出
を避け取扱上の負担を軽減しつつ、かつワンストリーム
化で処理工程の十分な簡素化を図りつつ、ネプツニウム
・アメリシウムを含むマイナーアクチノイドを回収する
ことができる使用済み原子燃料の再処理方法を提供する
ことである。
An object of the present invention is to recover a minor actinoid containing neptunium and americium while avoiding the single extraction of plutonium, reducing the burden on handling, and sufficiently simplifying the process by one stream. It is an object of the present invention to provide a method for reprocessing spent nuclear fuel.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、使用済み原子燃料を溶解してウラ
ン、プルトニウム、マイナーアクチノイド、及び核分裂
生成核種を含む溶解液とする溶解工程と、前記溶解液に
含まれているウラン及びプルトニウムの原子価を調整す
る原子価調整工程と、原子価調整されたウラン及びプル
トニウムを前記核分裂生成核種から分離する共除染工程
と、前記核分裂生成核種から分離されたウラン及びプル
トニウムを含む元素を、マイナーアクチノイドを含む元
素とウランを含む元素とに分配する分配工程とを有する
使用済み原子燃料の再処理方法において、前記原子価調
整工程で、前記ウラン及びプルトニウムの原子価をVI価
に調整するとともに、前記マイナーアクチノイドの原子
価をIV価・VI価の少なくとも一方に調整し、前記共除染
工程で、VI価のウラン及びVI価のプルトニウムと、IV価
・VI価の少なくとも一方であるマイナーアクチノイドと
を含む分配対象元素を、前記核分裂生成核種から分離
し、前記分配工程で、前記分配対象元素のうちのウラン
をVI価に保持しつつ、マイナーアクチノイドをIII価・
V価の少なくとも一方に還元しかつプルトニウムをIII
価に還元することによって、該分配対象元素を、III価
・V価の少なくとも一方であるマイナーアクチノイド及
びIII価のプルトニウムの混合物と、VI価のウランとに
分離することを特徴とする原子燃料の再処理方法が提供
される。
According to the present invention, there is provided a dissolution process for dissolving spent nuclear fuel into a solution containing uranium, plutonium, minor actinoids, and fission product nuclides. A valence adjusting step of adjusting the valence of uranium and plutonium contained in the solution; a co-decontamination step of separating the uranium and plutonium whose valence has been adjusted from the fission product nuclide; and In a method for reprocessing a spent nuclear fuel having an element containing uranium and plutonium separated from nuclides, and a distribution step of distributing the element containing minor actinoids to an element containing uranium, the valence adjustment step includes: The valence of uranium and plutonium is adjusted to VI valence, and the valence of the minor actinoid is reduced to IV valence and VI valence. At least one, and in the co-decontamination step, a partitioning target element containing uranium (VI) and plutonium (VI) and a minor actinoid that is at least one of IV and VI are separated from the fission product nuclide. Separating, and in the partitioning step, while keeping uranium among the elements to be partitioned at VI valence, converting the minor actinoid to III valence
Reduce plutonium to at least one of the V valences and III
By reducing the element to be distributed into a mixture of a minor actinoid having at least one of valence III and V and plutonium having valence III, and uranium having valence VI. A reprocessing method is provided.

【0010】好ましくは、前記使用済み原子燃料の再処
理方法において、前記原子価調整工程で、前記ウラン及
びプルトニウムの原子価をVI価に調整するとともに、ネ
プツニウム及びアメリシウムの原子価をともにVI価に調
整することを特徴とする使用済み原子燃料の再処理方法
が提供される。
Preferably, in the reprocessing method for spent nuclear fuel, in the valence adjusting step, the valences of uranium and plutonium are adjusted to VI valence, and both the valences of neptunium and americium are set to VI valence. A method is provided for reprocessing spent nuclear fuel, the method comprising adjusting.

【0011】また好ましくは、前記使用済み原子燃料の
再処理方法において、前記原子価調整工程で、原子価調
整剤としてペルオキソ二硫酸塩、キセノン酸塩、ビスマ
ス(V)酸塩、フルオロキシ硫酸塩、及び、オゾンのう
ち少なくとも1つを用いることを特徴とする原子燃料の
再処理方法が提供される。
Preferably, in the reprocessing method for spent nuclear fuel, in the valence adjusting step, a peroxodisulfate, a xenonate, a bismuth (V) acid, a fluorooxysulfate, Also, there is provided a method for reprocessing nuclear fuel, wherein at least one of ozone is used.

【0012】[0012]

【0013】さらに好ましくは、前記使用済み原子燃料
の再処理方法において、前記共除染工程で、VI価のアク
チノイドイオンの安定化剤が共存している状態で共除染
を行うことを特徴とする使用済み原子燃料の再処理方法
が提供される。
[0013] More preferably, in the reprocessing method for spent nuclear fuel, the co-decontamination is performed in the co-decontamination step in a state in which a stabilizer for a VI-valent actinoid ion is present. The present invention provides a method for reprocessing spent nuclear fuel.

【0014】[0014]

【0015】また好ましくは、前記使用済み原子燃料の
再処理方法において、前記原子価調整工程で、前記ウラ
ン及びプルトニウムの原子価をVI価に調整するととも
に、ネプツニウムの原子価をVI価に調整しアメリシウム
の原子価をIV価に調整することを特徴とする使用済み原
子燃料の再処理方法が提供される。
Preferably, in the reprocessing method for spent nuclear fuel, in the valence adjusting step, the valence of uranium and plutonium is adjusted to VI valence, and the valence of neptunium is adjusted to VI valence. A method for reprocessing spent nuclear fuel, comprising adjusting the valence of americium to IV valence.

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】さらに好ましくは、前記使用済み原子燃料
の再処理方法において、前記原子価調整工程で、原子価
調整のための酸化を促進する酸化助剤として、原子価が
I価、II価及びIII価のうち少なくとも1つである溶解
性の銀と酸との化合物を用いることを特徴とする使用済
み原子燃料の再処理方法が提供される。
More preferably, in the reprocessing method for spent nuclear fuel, the valence adjusting step includes an oxidizing agent for promoting oxidation for adjusting valence, the valence of which is I, II or III. A method for reprocessing spent nuclear fuel, comprising using a compound of soluble silver and an acid having at least one of valences.

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【0022】また好ましくは、前記使用済み原子燃料の
再処理方法において、前記分配工程で、溶媒抽出法、イ
オン交換法、沈殿分離法のうち少なくとも1つによっ
て、前記分配対象元素のうちのウランをVI価に保持しつ
つ、マイナーアクチノイドをIII価・V価の少なくとも
一方に還元しかつプルトニウムをIII価に還元すること
を特徴とする原子燃料の再処理方法が提供される。
Further preferably, in the reprocessing method of the spent nuclear fuel, in the distribution process, the solvent extraction method, ion exchange method, by at least one of precipitation separation method, uranium of said distribution target element A method for reprocessing a nuclear fuel, comprising reducing a minor actinoid to at least one of valence III and V while reducing plutonium to valence III while maintaining the valence of VI.

【0023】さらに好ましくは、前記使用済み原子燃料
の再処理方法において、前記分配工程で、分配のための
原子価調整剤として、硝酸ヒドロキシルアミン、ヒドラ
ジン、亜硝酸、及びイソ−ブチルアルデヒドのうち少な
くとも1つを用いることを特徴とする原子燃料の再処理
方法が提供される。
More preferably, in the method for reprocessing spent nuclear fuel, at least one of hydroxylamine nitrate, hydrazine, nitrous acid, and iso-butyraldehyde is used as a valence adjusting agent for distribution in the distribution step. A method for reprocessing nuclear fuel is provided, wherein one is used.

【0024】また上記目的を達成するために、本発明に
よれば、使用済み原子燃料を溶解してウラン、プルトニ
ウム、マイナーアクチノイド、及び核分裂生成核種を含
む溶解液とする溶解工程と、前記溶解液に含まれている
ウラン及びプルトニウムの原子価を調整する原子価調整
工程と、原子価調整されたウラン及びプルトニウムを前
記核分裂生成核種から分離する共除染工程と、前記核分
裂生成核種から分離されたウラン及びプルトニウムを含
む元素を、マイナーアクチノイドを含む元素とウランを
含む元素とに分配する分配工程とを有する使用済み原子
燃料の再処理方法において、前記原子価調整工程で、前
記マイナーアクチノイドとプルトニウムとを同一の原子
価に調整することを特徴とする使用済み原子燃料の再処
理方法が提供される。
[0024] To achieve the above object, according to the present invention, uranium by dissolving the spent nuclear fuel, plutonium, a melting step of the solution containing minor actinides and fission products nuclide, the solution A valence adjusting step of adjusting the valence of uranium and plutonium contained in, a co-decontamination step of separating the valence adjusted uranium and plutonium from the fission product nuclide, and separated from the fission product nuclide In a reprocessing method of spent nuclear fuel having a distribution step of distributing an element containing uranium and plutonium to an element containing a minor actinoid and an element containing uranium, in the valence adjustment step, the minor actinoid and plutonium are used. A method for reprocessing spent nuclear fuel, characterized in that .

【0025】さらに上記目的を達成するために、本発明
によれば、使用済み原子燃料を溶解してウラン、プルト
ニウム、マイナーアクチノイド、及び核分裂生成核種を
含む溶解液とする溶解工程と、前記溶解液に含まれる元
素の原子価を調整する原子価調整工程と、分離対象元素
を前記核分裂生成核種から分離する共除染工程とを有す
る使用済み原子燃料の再処理方法において、前記溶解工
程の後にかつ前記原子価調整工程の前に設けられ、前記
ウランの原子価をVI価に保持し前記マイナーアクチノイ
ドの原子価をIII価・V価の少なくとも一方に保持する
とともに、前記プルトニウムの原子価をIII価に還元す
ることにより、該プルトニウム及びマイナーアクチノイ
ドの混合物から該VI価のウランを分離・回収するウラン
回収工程をさらに有し、前記原子価調整工程において、
前記プルトニウムの原子価をVI価に調整するとともに、
前記マイナーアクチノイドの原子価をIV価・VI価の少な
くとも一方に調整し、前記共除染工程において、前記VI
価のプルトニウムと、前記IV価・VI価の少なくとも一方
であるマイナーアクチノイドとを含む分配対象元素を、
前記核分裂生成核種から分離することを特徴とする使用
済み原子燃料の再処理方法が提供される。
In order to further achieve the above object, according to the present invention, there is provided a dissolving step for dissolving spent nuclear fuel into a solution containing uranium, plutonium, minor actinoids, and fission product nuclides; A valence adjusting step of adjusting the valence of the element contained in, and a reprocessing method of the spent nuclear fuel having a co-decontamination step of separating the element to be separated from the fission product nuclide, after the dissolving step and Provided before the valence adjusting step, the uranium valence is maintained at VI valence, the minor actinide valence is maintained at at least one of III valence and V valence, and the plutonium valence is maintained at III valence. A uranium recovery step of separating and recovering the VI-valent uranium from the mixture of the plutonium and the minor actinoid by reducing In the valence adjustment step,
Adjusting the valence of the plutonium to VI valence,
The valence of the minor actinoid is adjusted to at least one of IV valence and VI valence, and in the co-decontamination step, the VI
Valence plutonium, and the distribution target element including at least one of the IV valence and VI valence minor actinoid,
A method for reprocessing spent nuclear fuel is provided, wherein the method is separated from the fission product nuclide.

【0026】[0026]

【作用】一般に、ウラン、プルトニウム、ネプツニウム
及びアメリシウムのようなアクチノイドは、一般にIV価
とVI価では錯形成し易いのに対して、III価とV価では
錯形成しにくい。このため、IV価とVI価では溶媒抽出や
イオン交換で分離しやすく、III価とV価は低い原子価
をもつイオンから分離しにくい。本発明においては、こ
の性質を利用するために、まず原子価調整工程で、ウラ
ン及びプルトニウムの原子価をVI価に調整するととも
に、マイナーアクチノイドの原子価をIV価又はVI価に調
整することにより、ウラン及びプルトニウムが共存した
状態でマイナーアクチノイドを酸化する、すなわちネプ
ツニウムをV価→VI価、アメリシウムをIII価→IV価又
はVI価にする。したがって、一旦廃液側に取り出したマ
イナーアクチノイドを酸化して戻す場合に比し、ワンス
トリーム化が可能となって処理工程を簡素化することが
できる。そして、共除染工程で、VI価のウラン、VI価の
プルトニウム、IV価又はVI価のマイナーアクチノイド等
の分配対象元素を核分裂生成核種から分離する。すなわ
ち例えば、溶媒抽出では、IV価又はVI価のアクチノイド
イオンは、一般に分配係数が大きく水溶液から有機溶媒
中に移行し易いが、核分裂生成核種は一般的な抽出剤、
例えばトリブチルリン酸では分配係数は小さく非抽出性
であるので、ウラン、プルトニウム及びマイナーアクチ
ノイドを核分裂生成核種から共除染することができる。
このとき、希土類は核分裂生成核種に同伴するか、若し
くは、一旦VI価のウラン、VI価のプルトニウム、IV価・
VI価のマイナーアクチノイドの混合物に同伴したとして
も、その後容易にこの混合物から希土類を分離すること
ができる。ここで従来のようにネプツニウムをIII価の
状態で分離する場合は、III価のアメリシウム及び希土
類の混合物を他のものから分離した後、さらにこれらII
I価のアメリシウム及び希土類を互いに分離する最終分
離工程が必要となるが、上記によってこの最終分離工程
が不要となるので、その分工程を1つ減少することがで
き、工程を簡素化することができる。また、一旦核分裂
生成核種の廃液側に移行したマイナーアクチノイドを分
離する場合のように、マイナーアクチノイドを核分裂生
成核種から分離する他の処理システムが別途必要となる
ことがない。すなわち、工程を簡素化することができ
る。そして分配工程で、分配対象元素のうちのウランを
VI価(抽出性原子価)に保持しつつ、マイナーアクチノ
イドをIII価又はV価(=非抽出性原子価)に還元しか
つプルトニウムをIII価(=非抽出性原子価)に還元す
ることによって、分配対象元素を、III価又はV価であ
るマイナーアクチノイド及びIII価のプルトニウムの混
合物とVI価のウランとに分離する。これにより、マイナ
ーアクチノイドをプルトニウムとともに回収できるの
で、プルトニウムの単独精製を避けつつマイナーアクチ
ノイドの回収を行うことができ、純粋プルトニウムが単
独精製される場合に比し取扱いの負担を軽減することが
できる。
In general, actinoids such as uranium, plutonium, neptunium and americium are generally liable to form a complex at IV valence and VI valence, but are difficult to form a complex at III valence and V valence. For this reason, it is easy to separate the valences IV and VI by solvent extraction or ion exchange, and it is difficult to separate the valences III and V from ions having low valences. In the present invention, in order to utilize this property, first, in the valence adjustment step, the valence of uranium and plutonium is adjusted to VI valence, and the valence of the minor actinoid is adjusted to IV valence or VI valence. Oxidizes the minor actinide in the presence of uranium and plutonium, ie, changes neptunium from V valence to VI valence and americium from III valence to IV valence or VI valence. Therefore, as compared with the case where the minor actinoid once taken out to the waste liquid side is oxidized and returned, one-stream operation is possible and the processing steps can be simplified. Then, in the co-decontamination step, elements to be distributed such as VI-valent uranium, VI-valent plutonium, and IV- or VI-valent minor actinoids are separated from fission-produced nuclides. That is, for example, in solvent extraction, actinide ions of IV valence or VI valence generally have a large partition coefficient and easily migrate from an aqueous solution to an organic solvent, but fission product nuclides are common extractants,
For example, tributyl phosphate has a small partition coefficient and is non-extractable, so that uranium, plutonium, and minor actinoids can be co-decontaminated from fission product nuclides.
At this time, the rare earth accompanies the fission-produced nuclide, or once it is VI-valent uranium, VI-valent plutonium, IV-valent
Even when entrained in a mixture of VI-valent minor actinoids, rare earths can be easily separated from this mixture thereafter. Here, when neptunium is separated in a trivalent state as in the prior art, a mixture of trivalent americium and a rare earth element is separated from the others, and then the neptunium is further separated.
A final separation step for separating I-valent americium and rare earth from each other is required. However, this final separation step becomes unnecessary, so that the number of steps can be reduced by one and the process can be simplified. it can. Further, unlike in the case of separating the minor actinoid once transferred to the waste liquid side of the fission product nuclide, another processing system for separating the minor actinoid from the fission product nuclide is not required separately. That is, the process can be simplified. In the distribution process, uranium among the elements to be distributed is
By reducing the minor actinoid to III or V valence (= non-extractable valence) and reducing plutonium to III valence (= non-extractable valence) while maintaining the VI valence (extractable valence) Then, the element to be distributed is separated into a mixture of a minor actinide having a valence of III or V, a plutonium having a valence of III, and uranium having a valence of VI. As a result, the minor actinoid can be recovered together with the plutonium, so that the recovery of the minor actinoid can be performed while avoiding the purification of plutonium alone, and the burden of handling can be reduced as compared with the case where pure plutonium is purified alone.

【0027】また、原子価調整工程で、ペルオキソ二硫
酸塩、キセノン酸塩、ビスマス(V)酸塩、フルオロキ
シ硫酸塩、オゾン等の原子価調整剤を用いることによ
り、ウラン、プルトニウム及びマイナーアクチノイドの
すべてをVI価に調整することができる。このとき、VI価
のアクチノイドイオンの安定化剤が共存している状態で
共除染を行うことにより、確実・安定的に共除染を行う
ことができる。また、原子価調整工程で、原子価調整の
ための酸化を促進する酸化助剤として、I価・II価・II
I価の溶解性の銀と酸との化合物を用いることにより、
プルトニウムをIV価からVI価へ、ネプツニウムをV価か
らVI価へ、アメリシウムをIII価からIV価又はVI価へと
酸化する原子価調整剤のはたらきを助けることができ
。さらに、分配工程で、硝酸ヒドロキシルアミン、ヒ
ドラジン、亜硝酸、又はイソ−ブチルアルデヒド等を分
配のための原子価調整剤とする溶媒抽出法や、イオン交
換法、沈殿分離法等を用いることにより、ウランをVI価
に保持しつつ、マイナーアクチノイドをIII価又はV価
に還元しかつプルトニウムをIII価に還元する工程を実
現することができる。
In the valence adjusting step, by using a valence adjusting agent such as peroxodisulfate, xenonate, bismuth (V) ate, fluoroxysulfate and ozone, uranium, plutonium and minor actinoids can be used. Everything can be adjusted to VI value. At this time, by performing the co-decontamination in a state of stabilizer VI valent actinides ion exist, it is possible to perform reliable and stable co-decontamination. Further, in atomic valence adjustment step, as an oxidizing aid promotes oxidation for valence adjustment, I value · II valent · II
By using the compounds of the I-valent soluble silver and acid,
It can help the valence regulator to oxidize plutonium from IV to VI, neptunium from V to VI, and americium from III to IV or VI . The of et, in the distribution process, hydroxylamine nitrate, hydrazine, nitrous acid, or iso - and solvent extraction method of the butyraldehyde and the like and the valence control agent for distribution, ion exchange method, using the sedimentation separation method or the like Thereby, it is possible to realize a step of reducing the minor actinide to III or V and reducing plutonium to III while maintaining uranium at VI.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しつつ説明
する。本発明の第1の実施例を図1及び図3により説明
する。本実施例は、ペルオキソ二硫酸アンモニウムを酸
化剤、硝酸銀を酸化助剤として用いてウラン、プルトニ
ウム、ネプツニウム及びアメリシウムをVI価に原子価調
整した後、TBPを用いた溶媒抽出法によって共除染を
行うものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, uranium, plutonium, neptunium and americium are adjusted to valence VI using oxidizing agent ammonium peroxodisulfate and oxidizing agent silver nitrate, and then co-decontamination is performed by a solvent extraction method using TBP. Things.

【0029】図1は、本実施例による使用済み燃料の回
収方法の手順を表している概念図である。以下、この手
順を、せん断工程1、溶解工程2、原子価調整工程3、
共除染工程4、分配工程5の順を追って説明する。ウラ
ン、プルトニウム、及びネプツニウム・アメリシウム等
のマイナーアクチノイドを含んだ使用済み原子燃料は、
まず、せん断工程1においてせん断器6で所定の長さに
切断される。その後、溶解工程2に移って溶解槽7中で
約3モル/l程度の硝酸41が加えられて溶解される。
なお、このとき、これらの工程で発生する放射性気体廃
棄物は、オフガス処理系15を介して主排気塔から放出
される。またこれらせん断工程1及び溶解工程2におけ
るせん断・溶解・オフガス処理の方法及び装置構成等
は、現行の使用済み燃料再処理プロセスで採用されてい
る公知の方法・構成を利用することができる。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a procedure of a method for collecting spent fuel according to the present embodiment. Hereinafter, this procedure is referred to as a shearing step 1, a dissolving step 2, a valence adjusting step 3,
The co-decontamination step 4 and the distribution step 5 will be described in order. Spent nuclear fuel containing minor actinides such as uranium, plutonium, and neptunium americium,
First, in the shearing step 1, the sheet is cut into a predetermined length by the shearing device 6. Thereafter, the process proceeds to the dissolving step 2, and about 3 mol / l of nitric acid 41 is added and dissolved in the dissolving tank 7.
At this time, the radioactive gas waste generated in these steps is discharged from the main exhaust tower via the off-gas treatment system 15. In addition, for the shearing / dissolving / off-gas processing method and apparatus configuration in the shearing step 1 and the dissolving step 2, a known method / configuration adopted in a current spent fuel reprocessing process can be used.

【0030】次に、原子価調整工程3に移り、溶解液
は、脱硝・原子価調整槽8に供給される。そして、バッ
チ操作によってギ酸18が添加された後、図示しない加
熱手段で加熱され、硝酸濃度が約0.2モル/lになる
まで脱硝される。これにより、IV価のプルトニウムの局
所的な重合を避けるとともに、溶解液の体積や廃棄物発
生量を増加させずに硝酸濃度を下げることができる。こ
のような脱硝によって、核分裂生成核種として溶解液中
に含まれるモリブデンとジルコニウムとが、モリブデン
酸ジルコニウムと呼ばれる化合物として脱硝・原子価調
整槽8内において沈殿する。またIV価のプルトニウムの
一部はこれに共沈するかあるいは加水分解重合を起こし
て沈殿する。なお、ここまでの工程は、既に群分離法の
一種であるTalspeak法で過去に実績があること
から、特に実用上の問題はない。また、このとき沈殿し
たプルトニウムが後に溶液中に回収されることから、特
に溶解液と沈殿との分離を行なわない。さらに、溶解工
程2で溶解液中に発生した不溶解残渣は、脱硝により生
成した他の沈殿とともに後述する沈殿除去装置14で除
去されることから、現行の再処理法のように溶媒抽出に
よる分離操作が行なわれる前に不溶解残渣の除去は行わ
ない。
Next, the process proceeds to the valence adjustment step 3, and the solution is supplied to the denitration / valence adjustment tank 8. Then, after formic acid 18 is added by a batch operation, the formic acid 18 is heated by a heating means (not shown) and denitrated until the nitric acid concentration becomes about 0.2 mol / l. This avoids local polymerization of IV-valent plutonium and lowers the nitric acid concentration without increasing the volume of the solution or the amount of waste generated. As a result of such denitration, molybdenum and zirconium contained in the solution as fission-producing nuclides precipitate in the denitration / valence adjustment tank 8 as a compound called zirconium molybdate. A part of plutonium having a valence of IV is coprecipitated with the plutonium or undergoes hydrolysis polymerization to precipitate. Note that there is no practical problem in the steps up to this point, since the results have already been obtained in the past by the Talpeak method, which is a type of group separation method. Further, since the plutonium precipitated at this time is later recovered in the solution, separation of the solution and the precipitate is not particularly performed. Further, the insoluble residue generated in the dissolving solution in the dissolving step 2 is removed together with other precipitates generated by denitration in the sediment removal device 14 described later, so that separation by solvent extraction as in the current reprocessing method is performed. No removal of insoluble residue is performed before the operation is performed.

【0031】次に、沈殿を含む脱硝・原子価調整槽8内
の溶解液に、バッチ操作で原子価調整剤としてペルオキ
ソ二硫酸アンモニウム19を添加し、図示しない加熱手
段で加熱する。このときのペルオキソ二硫酸アンモニウ
ムの濃度は、酸化還元電位の高いアメリシウムを酸化す
るのに必要な量と、共存する物質がペルオキソ二硫酸ア
ンモニウムを消費する分とを合計して、0.35モル/
lが必要量となる。これらを約20分間約70度に保
ち、ウラン、プルトニウム、ネプツニウム、アメリシウ
ムをVI価に調整する。
Next, ammonium peroxodisulfate 19 as a valence adjusting agent is added to the solution in the denitration / valence adjusting tank 8 containing the precipitate by batch operation, and heated by a heating means (not shown). At this time, the concentration of ammonium peroxodisulfate is 0.35 mol / m in total of the amount necessary for oxidizing americium having a high redox potential and the amount of the coexisting substance consuming ammonium peroxodisulfate.
l is the required amount. These are kept at about 70 degrees for about 20 minutes, and uranium, plutonium, neptunium, and americium are adjusted to VI value.

【0032】ここで、このVI価への原子価調整の原理に
ついて説明する。一般に、水溶液中ではウランはVI価、
プルトニウムはIV価、ネプツニウムはV価、アメリシウ
ムはIII価がそれぞれ最も安定であり、積極的な原子価
調整を行わない場合はこれらの原子価状態で存在する。
硝酸溶液中でウラン、プルトニウム、及びネプツニウム
・アメリシウム等のマイナーアクチノイドをVI価に原子
価調整しようとする際には、酸化還元電位の比較から、
アメリシウムをIII価からVI価に調整するのが最も困難
である。言い換えれば、アメリシウムをIII価からVI価
にすれば、このとき同時に他の元素の原子価調整も達成
できる。そこで、本願発明者等は、硝酸溶液中における
アメリシウムの原子価調整の難易度を確認するために、
各種濃度の硝酸に0.1M、1M、1.5M、2Mのペ
ルオキソ二硫酸アンモニウム((NH4+)228)を添
加し、アメリシウム(VI)の収率を測定する実験を行っ
た。その結果を図2に示す。図2に示されるように、低
硝酸濃度ほど、また、ペルオキソ二硫酸アンモニウムの
添加量が多いほど、高い収率でVI価のアメリシウムを得
られる傾向がある。すなわち、例えば硝酸濃度が0.2
モル/l以下の硝酸中では、高々0.1モル/lのペル
オキソ二硫酸アンモニウムによって100%の収率でア
メリシウムをVI価に調整する。そして硝酸濃度が0.2
モル/lから増加するに従って収率が低下することがわ
かる。
Here, the principle of the adjustment of valence to VI valence will be described. In general, uranium has a VI value in aqueous solution,
Plutonium has the highest valence of IV, neptunium has the highest valence of V, and americium has the highest valence of III, and exists in these valence states without active valence adjustment.
When trying to adjust the valence of minor actinoids such as uranium, plutonium, and neptunium / americium to a valence of VI in a nitric acid solution, from the comparison of the oxidation-reduction potential,
It is most difficult to adjust americium from III to VI. In other words, if americium is changed from III valence to VI valence, the valence adjustment of other elements can be achieved at the same time. Then, the present inventors, in order to confirm the difficulty of valence adjustment of americium in nitric acid solution,
Experiments were conducted in which 0.1 M, 1 M, 1.5 M, and 2 M ammonium peroxodisulfate ((NH 4 + ) 2 S 2 O 8 ) were added to various concentrations of nitric acid, and the yield of americium (VI) was measured. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the lower the nitric acid concentration and the larger the amount of ammonium peroxodisulfate added, the more likely it is to obtain VI-valent americium in high yield. That is, for example, when the nitric acid concentration is 0.2
In nitric acid up to mol / l, the americium is adjusted to a VI value with a maximum of 0.1 mol / l ammonium peroxodisulphate in a yield of 100%. And the nitric acid concentration is 0.2
It can be seen that the yield decreases as the amount increases from mol / l.

【0033】しかしまた、図示されるように、このよう
な高い濃度の硝酸中であっても、ペルオキソ二硫酸アン
モニウムの濃度を増加させることによって、収率を増加
させることができる。例えば、濃度が1モル/lである
硝酸中に1.5モル/lのペルオキソ二硫酸アンモニウ
ムを加えることで、約90%のアメリシウムをVI価に調
整できる。なお、このとき銀イオンの濃度はVI価の収率
に影響しないことから、核分裂生成核種として得られる
銀を、酸化助剤として用いることができることがわか
る。
However, as shown, even in such a high concentration of nitric acid, the yield can be increased by increasing the concentration of ammonium peroxodisulfate. For example, by adding 1.5 mol / l ammonium peroxodisulfate in nitric acid having a concentration of 1 mol / l, about 90% of americium can be adjusted to VI value. At this time, since the concentration of silver ions does not affect the yield of VI valence, it is understood that silver obtained as a fission product nuclide can be used as an oxidation aid.

【0034】以上の実験結果に基づき考察すると、本実
施例においては、前述したように、硝酸濃度が0.2モ
ル/lであることから、100%のアメリシウムを完全
にIII価からVI価に移行可能であることがわかる。そし
てこれと同時に、もともとVI価であるウランはそのまま
のVI価で保持され、ネプツニウムはVI価に酸化される。
また、沈殿中に含まれていたIV価のプルトニウムは、VI
価に酸化されて溶解液中に浸出される。なお上述したよ
うに、原子燃料に含有され溶解液中に核分裂生成核種と
して存在していた銀イオンが、このときの酸化助剤とし
て作用し酸化反応を促進している。反応終了後、バッチ
操作で濃硝酸20を添加し、硝酸濃度を再び増加させて
1モル/l以上に調整する。
Considering based on the above experimental results, in this example, as described above, since the nitric acid concentration is 0.2 mol / l, 100% of americium is completely changed from III valence to VI valence. It can be seen that migration is possible. At the same time, uranium, which is originally VI-valent, is maintained at the same VI-valence, and neptunium is oxidized to VI-valent.
In addition, plutonium with IV valence contained in the precipitate
It is oxidized to a valency and leached into the solution. As described above, the silver ions contained in the nuclear fuel and present as fission product nuclides in the solution act as an oxidation aid at this time to accelerate the oxidation reaction. After the completion of the reaction, concentrated nitric acid 20 is added by batch operation, and the nitric acid concentration is increased again to 1 mol / l or more.

【0035】なお、この原子価調整工程においては、核
分裂生成核種のうちルテニウムがVIII価に酸化されて揮
発されており、オフガス処理系15において接触・還元
法等によってオフガス中から除去される。
In this valence adjusting step, ruthenium of the fission product nuclide is oxidized to VIII and volatilized, and is removed from the off-gas in the off-gas treatment system 15 by a contact / reduction method or the like.

【0036】以上のようにして原子価調整工程3を終え
た溶解液は、濾過処理装置14に送られて沈殿が除去さ
れた後、計量槽9へ送られる。そして計量槽9で計量さ
れた後に、断続的に供給槽10に供給されて供給槽10
において所定量になるまで一旦貯留される。
The lysate having undergone the valence adjustment step 3 as described above is sent to the filtration device 14 where the precipitate is removed, and then sent to the measuring tank 9. After being measured in the measuring tank 9, the supply tank 10 is intermittently supplied to the supply tank 10.
Is temporarily stored until a predetermined amount is reached.

【0037】所定量に達した溶解液は共除染工程4に送
られて抽出器11に供給される。そしてこの抽出器11
内で、溶媒洗浄系17を介し100%のトリブチルリン
酸(TBP)21が加えられ、ウラン、プルトニウム、
ネプツニウム、アメリシウムが溶媒抽出される。
The solution having reached a predetermined amount is sent to the co-decontamination step 4 and supplied to the extractor 11. And this extractor 11
Inside, 100% tributyl phosphoric acid (TBP) 21 is added via a solvent washing system 17, and uranium, plutonium,
Neptunium and americium are solvent extracted.

【0038】ここで、このトリブチルリン酸(TBP)
による溶媒抽出の原理について説明する。本願発明者等
は、トリブチルリン酸(TBP)中における溶媒抽出の
難易度を確認するために、上記の手順で原子価調整した
ネプツニウム(VI)、アメリシウム(VI)、及び、核分
裂生成核種の代表であるネオジムの分配係数の、トリブ
チルリン酸(TBP)濃度への依存性を測定する実験を
行った。一般に、トリブチルリン酸(TBP)を用いて
VI価のアクチノイドを溶媒抽出する際、分配係数は、硝
酸の濃度及びトリブチルリン酸(TBP)濃度と共に増
加する傾向がある。ここでは特に、硝酸濃度がほぼ一定
(=1モル/l)に固定されることから、トリブチルリ
ン酸(TBP)のみの濃度を変えて実験を行った。その
結果を図3に示す。
Here, this tributyl phosphoric acid (TBP)
The principle of solvent extraction by will be described. In order to confirm the difficulty of solvent extraction in tributylphosphoric acid (TBP), the inventors of the present invention have made representatives of neptunium (VI), americium (VI), and fission-producing nuclides whose valences have been adjusted by the above procedure. An experiment was conducted to measure the dependence of the partition coefficient of neodymium on the concentration of tributyl phosphate (TBP). Generally, using tributyl phosphate (TBP)
During solvent extraction of VI-valent actinides, the partition coefficient tends to increase with nitric acid concentration and tributyl phosphate (TBP) concentration. Here, particularly, since the nitric acid concentration was fixed at a substantially constant value (= 1 mol / l), the experiment was performed by changing the concentration of only tributylphosphoric acid (TBP). The result is shown in FIG.

【0039】図3に示されるように、ネプツニウム(V
I)、アメリシウム(VI)、ネオジム(III)のいずれ
も、トリブチルリン酸(TBP)濃度が高いほど高い分
配係数を示すことがわかる。そして例えば、100%の
トリブチルリン酸(=3.65モル/l)においてネプ
ツニウムとアメリシウムの分配係数はともに1を越え、
ネオジムの分配係数がネプツニウム(VI)の1/100
以下、アメリシウム(VI)の1/50程度である。した
がって、このようなトリブチルリン酸(TBP)で抽出
を行えば、本来最も分離が困難とされていた希土類元素
の一つであるネオジムから、目的とするマイナーアクチ
ノイドを分離することができ、しかも大きな分配係数を
得ることができることがわかる。
As shown in FIG. 3, neptunium (V
It can be seen that all of I), americium (VI) and neodymium (III) show a higher partition coefficient as the concentration of tributyl phosphate (TBP) is higher. For example, in 100% tributylphosphoric acid (= 3.65 mol / l), the partition coefficients of neptunium and americium both exceed 1, and
Neodymium distribution coefficient is 1/100 of Neptunium (VI)
Hereinafter, it is about 1/50 of americium (VI). Therefore, by performing extraction with such tributylphosphoric acid (TBP), the desired minor actinoid can be separated from neodymium, which is one of the rare earth elements originally considered most difficult to separate. It can be seen that a distribution coefficient can be obtained.

【0040】以上の実験結果に基づき考察すると、本実
施例においては、前述したように100%のトリブチル
リン酸(TBP)が加えられることから、希土類元素を
含む核分裂生成核種から、ウラン、プルトニウム、ネプ
ツニウム、アメリシウムが良好に分離できることがわか
る。
Considering the above experimental results, in this embodiment, since 100% tributyl phosphate (TBP) is added as described above, uranium, plutonium, It turns out that neptunium and americium can be separated well.

【0041】なお、上記抽出器11内での抽出時におい
て、先の脱硝・原子価調整槽8で加えられたペルオキソ
二硫酸アンモニウムの硫酸イオンが溶液中に残存してお
り、これがVI価のアクチノイドイオン(ウラン・プルト
ニウム・ネプツニウム・アメリシウム)の安定化剤とし
て作用している。また、トリブチルリン酸(TBP)の
比重が0.9724(25℃)と水に近いことから、ト
リブチルリン酸(TBP)を希釈せず100%のまま使
用すると相分離が悪くなることが懸念されるが、本実施
例の対象となる溶解液は主としてウランを含み比重が大
きいので、この問題はほとんどなく健全に相分離でき
る。さらに抽出器11や、後述する洗浄器12及び分配
器13のセトラ部を遠心式にすれば相分離がさらに健全
となるので、実用上の問題はない。
At the time of extraction in the extractor 11, the sulfate ion of ammonium peroxodisulfate added in the denitration / valency adjusting tank 8 remains in the solution. (Uranium, plutonium, neptunium, americium). Further, since the specific gravity of tributylphosphoric acid (TBP) is 0.9724 (25 ° C.), which is close to that of water, there is a concern that phase separation may be deteriorated if tributylphosphoric acid (TBP) is used at 100% without dilution. However, since the solution to be used in the present embodiment mainly contains uranium and has a large specific gravity, this problem hardly occurs, and sound phase separation can be performed. Furthermore, if the extractor 11 and the later-described setters of the washer 12 and the distributor 13 are centrifugally separated, the phase separation becomes more sound, and there is no practical problem.

【0042】以上のようにして、抽出器11内で溶媒抽
出を行い、希土類元素を含む核分裂生成核種の抽残液は
高レベル廃液26として排出されて図示しない高レベル
廃液処理系に送られ、最終的にはガラス固化等の処理が
なされる。有機相中に抽出されたウラン、プルトニウ
ム、ネプツニウム、アメリシウムは、洗浄器12に送ら
れる。そして洗浄器12内において硝酸22が加えられ
て洗浄された後、分配器13に供給されて分配工程5へ
移る。
As described above, the solvent is extracted in the extractor 11, and the raffinate of the fission product nuclide containing the rare earth element is discharged as a high-level waste liquid 26 and sent to a high-level waste liquid treatment system (not shown). Finally, processing such as vitrification is performed. Uranium, plutonium, neptunium and americium extracted in the organic phase are sent to the washer 12. Then, after the nitric acid 22 is added and washed in the cleaning device 12, the nitric acid 22 is supplied to the distributor 13 and the process proceeds to the distribution process 5.

【0043】分配工程5において、分配器13中の溶解
液に、還元剤(例えば、硝酸ヒドロキシルアミン、ヒド
ラジン、亜硝酸、イソ−ブチルアルデヒド等)を含んだ
硝酸水溶液23を供給して接触させる。これにより、ウ
ランをVI価に保持しつつ、プルトニウムをVI価からIII
価に、ネプツニウムをVI価からV価に、アメリシウムを
VI価からIII価に還元することができるので、溶液の有
機相にウラン24を残したまま、プルトニウム、アメリ
シウム、及びネプツニウムの混合物25を逆抽出するこ
とができる。
In the distribution step 5, a nitric acid aqueous solution 23 containing a reducing agent (eg, hydroxylamine nitrate, hydrazine, nitrous acid, iso-butyraldehyde, etc.) is supplied to and brought into contact with the solution in the distributor 13. As a result, while maintaining uranium at VI valence, plutonium is converted from VI valence to III
Neptunium from VI to V, Americium
Since it is possible to reduce from VI valence to III valence, a mixture 25 of plutonium, americium and neptunium can be back-extracted while uranium 24 remains in the organic phase of the solution.

【0044】以上のように構成した本実施例によれば、
原子価調整工程3でウラン及びプルトニウムが共存した
状態で、現行再処理法であるピュレックス法で使用され
その性質が良く知られたトリブチルリン酸(TBP)を
使用してアメリシウムやネプツニウムを酸化できるの
で、一旦廃液側に取り出したマイナーアクチノイドを酸
化して戻す場合に比し、ワンストリーム化が可能となっ
て処理工程を簡素化することができる。そして、共除染
工程4で、希土類が核分裂生成核種に同伴して分離され
るので、その分分離工程を1つ減少することができ、こ
れによっても工程を簡素化することができる。また一旦
核分裂生成核種の廃液側に移行したマイナーアクチノイ
ドを分離する場合に比し工程を簡素化することができ
る。そして、分配工程5で、長半減期のマイナーアクチ
ノイド(ネプツニウム・アメリシウム)をプルトニウム
とともに回収できるので、プルトニウムの単独精製を避
けつつマイナーアクチノイドの回収を行うことができ、
純粋プルトニウムが単独精製される場合に比し取扱いの
負担を軽減することができ、かつ核拡散の危険性を回避
できる。また、原子燃料として有用なウランおよびプル
トニウムの回収と長半減期のマイナーアクチノイドの短
半減期の核分裂生成核種からの分離が、同じプロセスで
可能となるので、廃棄物処理が簡略化できる。また、後
述する第3の実施例に比し、酸化剤(=ペルオキソ二硫
酸アンモニウム)中に含まれる不揮発性成分が少なくて
すむという効果もある。
According to the present embodiment configured as described above,
In the valence adjustment step 3, in the state where uranium and plutonium coexist, americium and neptunium can be oxidized using tributylphosphoric acid (TBP), which is used in the current reprocessing method, Purex method, and whose properties are well known. Therefore, as compared with the case where the minor actinoid once taken out to the waste liquid side is oxidized and returned, one-stream operation is possible, and the processing steps can be simplified. Then, in the co-decontamination step 4, the rare earth element is separated along with the fission product nuclides, so that the number of separation steps can be reduced by one, thereby simplifying the steps. Further, the process can be simplified as compared with the case where the minor actinoid once transferred to the waste liquid side of the fission product nuclide is separated. And, in the distribution step 5, the minor actinoid (neptunium / americium) having a long half-life can be recovered together with plutonium, so that the minor actinoid can be recovered while avoiding the purification of plutonium alone,
The burden of handling can be reduced as compared with a case where pure plutonium is purified alone, and the danger of nuclear proliferation can be avoided. Also, recovery of uranium and plutonium useful as nuclear fuel and separation of long-lived minor actinoids from short-lived fission-produced nuclides can be performed in the same process, thereby simplifying waste disposal. Further, compared with the third embodiment described later, there is also an effect that the amount of nonvolatile components contained in the oxidizing agent (= ammonium peroxodisulfate) can be reduced.

【0045】なお、上記第1の実施例では、溶解液の硝
酸濃度を下げる方法として脱硝を用いたが、希釈により
硝酸濃度を下げることもできる。また、上記第1の実施
例では、原子価調整剤としてペルオキソ二硫酸アンモニ
ウムを用いたが、これに限られず、他のペルオキソ二硫
酸塩や、キセノン酸塩、ビスマス(V)酸塩、フルオロ
キシ硫酸塩、オゾン等を用いて、ウラン・プルトニウム
・ネプツニウム・アメリシウムをVI価に調整してもよ
い。これらの場合も同様の効果を得る。また、公知であ
る電気化学的方法によってウラン・プルトニウム・ネプ
ツニウム・アメリシウムをVI価に調整してもよく、この
場合も同様の効果を得る。さらに、上記の実施例におい
ては、硝酸の溶解液中にもともと含まれる銀イオン(す
なわち硝酸銀)を酸化助剤として利用したが、これに限
られず、例えば硫酸銀・リン酸銀・酸化銀等の酸と銀と
の化合物を用いてもよい。これらの場合も同様の効果を
得る。
In the first embodiment, denitration is used as a method for lowering the concentration of nitric acid in the solution. However, the concentration of nitric acid can be reduced by dilution. In the first embodiment, ammonium peroxodisulfate is used as a valence adjusting agent. However, the present invention is not limited to this, and other peroxodisulfates, xenonates, bismuth (V) salts, and fluorooxysulfates are used. Uranium, plutonium, neptunium, and americium may be adjusted to a VI value using ozone or the like. In these cases, a similar effect is obtained. Uranium, plutonium, neptunium, and americium may be adjusted to a VI value by a known electrochemical method, and the same effect is obtained in this case. Furthermore, in the above-described embodiment, silver ions originally contained in the solution of nitric acid (that is, silver nitrate) were used as an oxidation aid. However, the present invention is not limited to this. For example, silver sulfate, silver phosphate, silver oxide, etc. A compound of an acid and silver may be used. In these cases, a similar effect is obtained.

【0046】本発明の第2の実施例を図4により説明す
る。本実施例は、共除染工程において、他のタイプの抽
出剤を用いた実施例である。第1の実施例と同等の部材
・工程等には同一の符号を付す。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This example is an example using another type of extractant in the co-decontamination step. The same reference numerals are given to members, processes and the like equivalent to those in the first embodiment.

【0047】一般に、マイナーアクチノイドのうちアメ
リシウム・キュリウム等を原子価調整せずIII価の原子
価状態のまま抽出できる抽出剤は、同じ条件で、IV価及
びVI価のアクチノイドイオンを抽出できる。しかしこの
場合、核分裂生成核種の1つである希土類元素もIII価
のアメリシウムと同時に抽出してしまうことから、III
価のアメリシウムと希土類元素とを分離する分離工程が
別途必要になる。本実施例は、溶解工程後にアメリシウ
ムの原子価をVI価に調整することでこの課題を解決する
ものである。
Generally, among the minor actinoids, an extractant capable of extracting americium / curium and the like in a valence state of III without adjusting the valence can extract actinide ions of IV and VI under the same conditions. However, in this case, the rare earth element, which is one of the fission product nuclides, is extracted at the same time as the trivalent americium.
Separation step for separating valence americium and rare earth element is required separately. This embodiment solves this problem by adjusting the valence of americium to VI valence after the dissolution step.

【0048】図4は、本実施例による使用済み燃料の回
収方法の手順を表している概念図である。せん断工程
1、溶解工程2、及び原子価調整工程3のうち脱硝・原
子価調整槽8内において銀イオンを酸化助剤として硝酸
濃度0.2モル/lでウラン・プルトニウム・アメリシ
ウム・ネプツニウムをVI価に調整する手順までは第1の
実施例と同様であるので説明を省略する。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a procedure of a method for collecting spent fuel according to the present embodiment. Uranium, plutonium, americium, and neptunium at a nitric acid concentration of 0.2 mol / l using silver ions as an oxidizing aid in the denitration and valence adjusting tank 8 in the shearing step 1, the dissolving step 2, and the valence adjusting step 3 The procedure up to the adjustment to the value is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.

【0049】上記原子価のVI価への調整の後、第1の実
施例では硝酸20(図1参照)を添加して硝酸濃度を増
大させたが、本実施例ではこれを行わず、硝酸濃度0.
2モル/lのまま、沈殿除去装置14、計量槽9、供給
槽10を介して共除染工程4へ送られる。そして、共除
染工程4における抽出器11には、III価のアクチノイ
ドイオンを硝酸水溶液から大きな分配係数で抽出できる
代表的な酸性有機リン系抽出剤であるジ−イソデシルリ
ン酸(DIDPA)221が供給される。このジ−イソ
デシルリン酸(DIDPA)221は陽イオン交換機構
を備えており、VI価及びIV価の原子価をもつアクチノイ
ドイオンはジ−イソデシルリン酸(DIDPA)中にお
いては広い酸濃度範囲で大きな分配係数をもつ。よって
抽出前に第1の実施例のような酸濃度調整を不要とする
ことができる。これにより、ウラン(VI)、プルトニウ
ム(VI)、ネプツニウム(VI)、アメリシウム(VI)
が、核分裂生成核種と分離されて有機相へ抽出される
が、このとき、核分裂生成核種の1つである希土類元素
も有機相へ抽出される。
After the adjustment of the valence to the VI valence, in the first embodiment, nitric acid 20 (see FIG. 1) was added to increase the nitric acid concentration. Concentration 0.
The mixture is sent to the co-decontamination step 4 via the precipitate removing device 14, the measuring tank 9, and the supply tank 10 as it is at 2 mol / l. The extractor 11 in the co-decontamination step 4 is supplied with di-isodecyl phosphate (DIDPA) 221 which is a typical acidic organic phosphorus-based extractant capable of extracting a trivalent actinoid ion from a nitric acid aqueous solution with a large partition coefficient. Is done. This di-isodecyl phosphate (DIDPA) 221 has a cation exchange mechanism, and actinide ions having VI and IV valences have a large partition coefficient in a wide acid concentration range in di-isodecyl phosphate (DIDPA). With. Therefore, it is not necessary to adjust the acid concentration as in the first embodiment before the extraction. As a result, uranium (VI), plutonium (VI), neptunium (VI), americium (VI)
Is separated from the fission product nuclide and extracted into the organic phase. At this time, the rare earth element which is one of the fission product nuclides is also extracted into the organic phase.

【0050】しかしここにおいて、III価のイオン、例
えば原子価調整前のアメリシウム、キュリウム及び希土
類元素の分配係数は、硝酸濃度0.1モル/l程度の硝
酸で大きい値を示すが、酸濃度の増加と共に値が小さく
なる性質を有する。よって、この有機相を洗浄器12中
で3〜6モル/lの硝酸水溶液222で洗浄することに
より、一旦有機相に抽出されたこの希土類元素を水相中
に逆抽出することができる。以降の分配工程5は、第1
の実施例と同様であるので説明を省略する。
However, in this case, the partition coefficient of III-valent ions, for example, americium, curium and rare earth elements before adjusting the valence, shows a large value with nitric acid having a nitric acid concentration of about 0.1 mol / l. It has the property that the value decreases with increasing. Therefore, by washing this organic phase with a 3 to 6 mol / l nitric acid aqueous solution 222 in the washer 12, the rare earth element once extracted into the organic phase can be back-extracted into the aqueous phase. Subsequent distribution step 5 includes the first
The description is omitted because it is the same as that of the embodiment.

【0051】以上のように構成した本実施例によれば、
共除染工程4で、一旦、希土類がウラン・プルトニウム
・ネプツニウム・アメリシウムとともに有機相側に抽出
されるものの、その後これらから容易に希土類のみを逆
抽出して分離できる。従来は、III価のアメリシウム及
び希土類の混合物を他のものから分離した後、さらにこ
れらIII価のアメリシウム及び希土類を互いに分離する
最終分離工程が必要となっていたが、上記によってこの
最終分離工程が不要となる分、工程を1つ減少すること
ができ、工程を簡素化することができる。またその他に
ついても第1の実施例と同様の効果を得られる。またこ
れに加え、脱硝・原子価調整槽8においてペルオキソ二
硫酸アンモニウム19で原子価調整した後、酸濃度を再
度調整する必要がないので、酸化剤に起因する廃棄物発
生量が少なくてすむという効果がある。さらに、マイナ
ーアクチノイドのうちキュリウムを希土類元素と共に他
の核分裂生成核種から分離できる効果もある。
According to the present embodiment configured as described above,
In the co-decontamination step 4, the rare earth is once extracted together with uranium, plutonium, neptunium, and americium into the organic phase, but thereafter, the rare earth alone can be easily back-extracted and separated therefrom. Conventionally, after separating a mixture of trivalent americium and rare earth from the others, a final separation step of further separating these trivalent americium and rare earth from each other was required. The number of steps can be reduced by one to eliminate the need, and the steps can be simplified. In other respects, the same effects as in the first embodiment can be obtained. In addition to this, it is not necessary to adjust the acid concentration again after adjusting the valence with ammonium peroxodisulfate 19 in the denitration / valence adjusting tank 8, so that the amount of waste generated due to the oxidizing agent can be reduced. There is. Further, there is an effect that curium among minor actinoids can be separated from other fission product nuclides together with rare earth elements.

【0052】本発明の第3の実施例を図5により説明す
る。本実施例は、原子価調整工程における脱硝・原子価
調整槽8内の硝酸濃度が異なる実施例である。すなわ
ち、比較的高濃度の硝酸中で原子価調整したウラン、プ
ルトニウム、ネプツニウム及びアメリシウムを、硝酸濃
度を調整せずそのままの濃度で抽出分離を行うものであ
る。第1及び第2の実施例と同等の部材・工程等には同
一の符号を付す。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment in which the concentration of nitric acid in the denitration / valence adjusting tank 8 in the valence adjusting step is different. That is, uranium, plutonium, neptunium and americium whose valence has been adjusted in a relatively high concentration of nitric acid are extracted and separated at the same concentration without adjusting the nitric acid concentration. Members and processes equivalent to those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals.

【0053】図5は、本実施例による使用済み燃料の回
収方法の手順を表している概念図である。せん断工程
1、及び溶解工程2のうち使用済み原子燃料を溶解槽7
中で3モル/l程度の硝酸で溶解する手順までは、第1
の実施例と同様であるので説明を省略する。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a procedure of a method for collecting spent fuel according to the present embodiment. The spent nuclear fuel in the shearing step 1 and the dissolving step 2
Up to the procedure of dissolving with about 3 mol / l nitric acid in
The description is omitted because it is the same as that of the embodiment.

【0054】使用済み燃料を溶解した後、第1の実施例
では直ちに原子価調整工程3に移って溶解液を脱硝・原
子価調整槽8に供給したが、本実施例では清澄器327
で不溶解残渣を除去した後に脱硝・原子価調整槽8に送
る。これは、後述する原子価調整工程3における硝酸モ
ル濃度が比較的高くて脱硝・原子価調整槽8において沈
殿が生じず、第1の実施例のように脱硝・原子価調整槽
8の下流側に沈殿除去装置14が設けられないことか
ら、不溶解残渣を独自に除去する必要があるからであ
る。
After dissolving the spent fuel, in the first embodiment, the process immediately proceeds to the valence adjusting step 3 and the dissolved liquid is supplied to the denitration / valency adjusting tank 8, but in the present embodiment, the finer 327 is used.
After removing the undissolved residue in, it is sent to the denitration / valence adjusting tank 8. This is because the molar concentration of nitric acid in the valence adjustment step 3 described later is relatively high, and no precipitation occurs in the denitration / valence adjustment tank 8, and the downstream side of the denitration / valence adjustment tank 8 as in the first embodiment. This is because the insoluble residue must be independently removed since no precipitation removing device 14 is provided.

【0055】脱硝・原子価調整槽8内の溶解液には、第
1の実施例と同様バッチ操作によってギ酸18が添加さ
れ、硝酸濃度が第1の実施例より高い約1モル/lにな
るように脱硝される。
Formic acid 18 is added to the solution in the denitration / valency adjusting tank 8 by a batch operation in the same manner as in the first embodiment, and the concentration of nitric acid becomes about 1 mol / l, which is higher than in the first embodiment. Denitration.

【0056】次に、この脱硝された溶解液の温度を約7
0℃に調整し、第1の実施例と同様、バッチ操作で原子
価調整剤としてのペルオキソ二硫酸アンモニウム19を
添加し、ウラン、プルトニウム、ネプツニウム、及びア
メリシウムをVI価に原子価調整する。このときのペルオ
キソ二硫酸アンモニウムの必要量は第1の実施例より多
い1.75モル/lとなる。約20分間約70℃に保つ
ことにより、ウラン、プルトニウム、ネプツニウム及び
アメリシウムはVI価に調整される。このとき、硝酸濃度
が1モル/lであることから、前述した図2に示される
ように、アメリシウム(VI)の収率は約90%となって
おり、約10%のアメリシウムはIII価のままで溶解液
中に含まれている。その後、溶解液は、第1の実施例の
ように硝酸20(図1参照)が加えられて硝酸濃度が増
大されることなく、そのままの濃度(1モル/l)で第
1の実施例と同様の計量槽9を経て、供給槽10に一旦
貯留される。
Next, the temperature of the denitrated solution was set to about 7
The temperature is adjusted to 0 ° C., and as in the first embodiment, ammonium peroxodisulfate 19 as a valence adjusting agent is added by a batch operation to adjust uranium, plutonium, neptunium and americium to valence VI. At this time, the required amount of ammonium peroxodisulfate is 1.75 mol / l, which is larger than in the first embodiment. By maintaining at about 70 ° C. for about 20 minutes, uranium, plutonium, neptunium and americium are adjusted to VI value. At this time, since the nitric acid concentration was 1 mol / l, the yield of americium (VI) was about 90%, as shown in FIG. It is contained in the lysate as it is. Thereafter, the dissolving solution is not added with nitric acid 20 (see FIG. 1) as in the first embodiment, and the nitric acid concentration is not increased. After passing through a similar measuring tank 9, it is temporarily stored in a supply tank 10.

【0057】供給槽10内で所定量に達した溶解液は、
共除染工程4に送られて抽出器11に供給される。そし
て、この抽出器11内で、第1の実施例と同様に、溶媒
洗浄系17を介して100%のトリブチルリン酸(TB
P)21が加えられ、ウラン、プルトニウム、ネプツニ
ウム、アメリシウムが溶媒抽出される。しかしながら、
このときの溶媒抽出挙動は、第1の実施例と若干異な
る。これを図6を用いて説明する。
The solution that has reached a predetermined amount in the supply tank 10 is
It is sent to the co-decontamination step 4 and supplied to the extractor 11. Then, in the extractor 11, as in the first embodiment, 100% tributyl phosphate (TB) is passed through the solvent washing system 17.
P) 21 is added and uranium, plutonium, neptunium and americium are solvent extracted. However,
The solvent extraction behavior at this time is slightly different from that of the first embodiment. This will be described with reference to FIG.

【0058】図6は、第1の実施例において図3に結果
を示した本願発明者等による実験と同様、上記の手順に
よって原子価調整されたネプツニウム(VI)、アメリシ
ウム(VI)、及び、核分裂生成核種の代表であるネオジ
ムの分配係数の、トリブチルリン酸(TBP)濃度への
依存性を測定する実験を、本願発明者等が行った実験結
果を示す図である。
FIG. 6 shows neptunium (VI), americium (VI), and valence-adjusted by the above-described procedure, similarly to the experiment by the inventors of the present invention whose results are shown in FIG. 3 in the first embodiment. It is a figure showing the experiment result which the present inventors performed in the experiment which measures the dependence of the distribution coefficient of neodymium which is a representative fission product nuclide to the concentration of tributyl phosphate (TBP).

【0059】図6に示されるように、図3と同様、ネプ
ツニウム(VI)及びアメリシウム(VI)ともに、トリブ
チルリン酸(TBP)濃度が高いほど高い分配係数を示
す。100%のトリブチルリン酸(3.65モル/l)
ではネプツニウムとアメリシウムの分配係数はともに1
を越えている。そしてこのときネオジムの分配係数はネ
プツニウム(VI)の1/100以下、アメリシウム(V
I)の1/100程度であるので、第1の実施例と同
様、希土類元素の1つであるネオジムから目的とするマ
イナーアクチノイドを分離することができ、しかも大き
な分配係数を得ることができることがわかる。
As shown in FIG. 6, similarly to FIG. 3, both neptunium (VI) and americium (VI) show a higher partition coefficient as the concentration of tributyl phosphate (TBP) is higher. 100% tributyl phosphoric acid (3.65 mol / l)
Then, the partition coefficients of neptunium and americium are both 1
Is over. At this time, the distribution coefficient of neodymium is 1/100 or less of that of neptunium (VI), and americium (V
Since it is about 1/100 of I), the desired minor actinoid can be separated from neodymium, which is one of the rare earth elements, and a large distribution coefficient can be obtained as in the first embodiment. Understand.

【0060】以上の実験結果に基づき考察すると、本実
施例においても、第1の実施例と同様100%のトリブ
チルリン酸(TBP)が加えられることから、希土類元
素を含む核分裂生成核種から、ウラン、プルトニウム、
ネプツニウムを良好に分離でき、定量的に抽出回収する
ことができる。しかしながらアメリシウムについては、
前述したように、約90%はVI価に移行しているもの
の、残りの約10%のアメリシウムはIII価の状態で存
在している。そしてこのIII価のアメリシウムの分配係
数は図6中に示したネオジムの分配係数と同程度である
ことから、VI価のアメリシウムのように有機相に抽出さ
れず、希土類元素を含む核分裂生成核種と挙動を共にす
ることになる。
Considering the above experimental results, in this embodiment, 100% of tributylphosphoric acid (TBP) is added in the same manner as in the first embodiment. ,plutonium,
Neptunium can be well separated and quantitatively extracted and recovered. However, for Americium,
As described above, although about 90% has shifted to VI valence, the remaining about 10% of americium exists in a valence of III. Since the partition coefficient of this III-valent americium is almost the same as that of neodymium shown in FIG. 6, it is not extracted into the organic phase as in the case of VI-valent americium, and is divided into fission product nuclides containing rare earth elements. They will behave together.

【0061】従って、以上のような抽出器11内での抽
出では、希土類元素を含む核分裂生成核種とIII価のア
メリシウムとを含む抽残液42が排出される。そこで、
この抽残液42内に残存するアメリシウムを定量的に回
収するために、第1回目の抽出操作が終了した抽残液4
2を再度脱硝・原子価調整槽8に戻して循環させ、原子
価調整及び抽出を繰り返す。このとき、抽出器11から
の抽残液42には、有機相からトリブチルリン酸(TB
P)21が溶解混入するので、現行の再処理でも行なわ
れている希釈剤洗浄によってこれの除去を行う。すなわ
ち、水に対する溶解度が低くトリブチルリン酸(TB
P)を溶解する有機物の洗浄溶媒(例えばn−ドデカ
ン)30を洗浄溶媒処理系29を介して溶解液洗浄器2
8に供給し、この溶媒液洗浄器28に抽残液42を供給
して接触させ、トリブチルリン酸(TBP)を抽残液4
2から除去する。これにより、脱硝・原子価調整槽8に
戻って再び原子価調整される際に酸化反応を阻害しない
ようにする。洗浄された抽残液43は、脱硝・原子価調
整槽8に送られ、再度上述した方法を繰り返し、最終的
には、未回収のIII価のアメリシウムがすべてVI価に調
整されて抽出器11内で有機相中に回収され、抽残液4
2内には希土類元素を含む核分裂生成核種のみが含まれ
る形で抽出器11から排出される。この排出された抽残
液42は、さらに溶解液洗浄器28から高レベル廃液2
6として排出されて、図示しない高レベル廃液処理系に
送られ、最終的にはガラス固化等の処理がなされる。
Therefore, in the extraction in the extractor 11 as described above, the raffinate 42 containing the fission product nuclide containing the rare earth element and the americium having a valence of III is discharged. Therefore,
In order to quantitatively recover the americium remaining in the raffinate 42, the raffinate 4 after the first extraction operation has been completed.
2 is returned to the denitration / valence adjustment tank 8 again and circulated, and the valence adjustment and extraction are repeated. At this time, the raffinate 42 from the extractor 11 contains tributyl phosphate (TB) from the organic phase.
Since P) 21 is dissolved and mixed, it is removed by diluent washing which is also performed in the current reprocessing. That is, the solubility in water is low and tributyl phosphoric acid (TB
A cleaning solvent (for example, n-dodecane) 30 of an organic substance that dissolves P) is dissolved in a solution cleaning device 2 through a cleaning solvent treatment system 29.
8 and the raffinate 42 is supplied to and brought into contact with the solvent liquid washer 28, and tributyl phosphoric acid (TBP) is supplied to the raffinate 4.
Remove from 2. This prevents the oxidation reaction from being hindered when returning to the denitration / valence adjustment tank 8 and adjusting the valence again. The washed raffinate 43 is sent to the denitration / valency adjusting tank 8, and the above-described method is repeated again. Finally, all unrecovered III-valent americium is adjusted to VI-valent and the extractor 11 Recovered in the organic phase within the raffinate 4
2 is discharged from the extractor 11 in a form containing only fission product nuclides containing rare earth elements. The discharged raffinate 42 is further supplied to the high-level waste liquid 2
It is discharged as 6 and sent to a high-level waste liquid treatment system (not shown), and finally, a treatment such as vitrification is performed.

【0062】以上のようにして最終的に有機相中にすべ
て抽出されたウラン・プルトニウム・ネプツニウム・ア
メリシウムは洗浄器12に送られ、第1の実施例と同様
に硝酸22が加えられて洗浄された後、分配器13に供
給されて分配工程5へ移る。なおこのとき、前述したよ
うに、原子価調整効率の関係から、抽出器11内の1回
目の抽出後の有機相と、それ以降の抽出後の有機相とで
は含まれる元素の割合が異なり、後になるほどアメリシ
ウムの割合が大きくなるので、共除染工程4が終了した
洗浄器12からの有機相は、次の分配工程の分配器13
へ送られる前に、貯留槽331で所定量になるまで貯留
される。
The uranium, plutonium, neptunium, and americium finally extracted into the organic phase as described above are sent to the washing device 12, where the nitric acid 22 is added and washed as in the first embodiment. Then, it is supplied to the distributor 13 and moves to the distribution step 5. At this time, as described above, the ratio of the contained elements differs between the organic phase after the first extraction in the extractor 11 and the organic phase after the extraction from the relationship of the valence adjustment efficiency, Since the ratio of americium becomes larger later, the organic phase from the washer 12 after the co-decontamination step 4 has been completed is distributed to the distributor 13 in the next distribution step.
Before being sent to the storage tank 331, it is stored in the storage tank 331 until it reaches a predetermined amount.

【0063】以降の分配工程5は、第1の実施例と同様
であるので説明を省略する。
The subsequent distribution step 5 is the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0064】本実施例によっても、第1の実施例と同様
の効果を得る。
According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0065】本発明の第4の実施例を図7により説明す
る。本実施例は、第3の実施例における共除染工程にお
いて、他のタイプの抽出剤を用いた実施例である。第1
〜3の実施例と同等の部材・工程等には同一の符号を付
す。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment using another type of extractant in the co-decontamination step in the third embodiment. First
The same reference numerals are given to members, processes, and the like equivalent to those of the first to third embodiments.

【0066】図7は、本実施例による使用済み燃料の回
収方法の手順を表している概念図である。せん断工程
1、溶解工程2、原子価調整工程3、及びこれに続く計
量槽9での計量、供給槽10での貯留までの手順は第3
の実施例と同様であるので説明を省略する。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a procedure of a method for collecting spent fuel according to the present embodiment. The procedure from the shearing step 1, the dissolving step 2, the valence adjusting step 3, the subsequent measurement in the measuring tank 9 and the storage in the supply tank 10 is the third step.
The description is omitted because it is the same as that of the embodiment.

【0067】供給槽10からの溶解液は、共除染工程4
へ送られて抽出器11に供給される。抽出器11には、
前述したDIDPAと同様にIII価のアクチノイドイオ
ンを硝酸水溶液から大きな分配係数で抽出できるn−オ
クチル−N,N−ジイソブチルカルバモイルメチレン フ
ォスフォリック アシッド(CMPO)421が供給さ
れる。これにより、原子価調整されたウラン(VI)、プ
ルトニウム(VI)、ネプツニウム(VI)、アメリシウム
(VI)が、高レベル廃液26となる核分裂生成核種と分
離されて有機相へ抽出される。但し、このとき有機相中
には、原子価調整されないアメリシウム(III)がアメ
リシウム全体のうち約10%含まれており、また希土類
元素も有機相中に抽出されている。そこで、この有機相
を希土類除染器412中に供給して希薄硝酸422で洗
浄することにより、一旦有機相に抽出された希土類元素
をアメリシウム(III)とともに水相44中に逆抽出す
る。そしてこれを、第3の実施例と同様に溶媒液洗浄器
28に導いて洗浄溶媒に接触させて洗浄後、脱硝・原子
価調整槽8に送り、再度上述した方法を繰り返す。
The solution from the supply tank 10 is subjected to the co-decontamination step 4
To be supplied to the extractor 11. In the extractor 11,
As in the case of the above-mentioned DIDPA, n-octyl-N, N-diisobutylcarbamoylmethylene phosphonic acid (CMPO) 421 capable of extracting a trivalent actinoid ion from a nitric acid aqueous solution with a large partition coefficient is supplied. As a result, uranium (VI), plutonium (VI), neptunium (VI), and americium (VI) whose valence has been adjusted are separated from fission product nuclides that become high-level waste liquid 26 and extracted into the organic phase. However, at this time, about 10% of americium (III) whose valence is not adjusted is contained in the organic phase, and rare earth elements are also extracted in the organic phase. Then, this organic phase is supplied to the rare earth decontamination device 412 and washed with diluted nitric acid 422, whereby the rare earth element once extracted into the organic phase is back-extracted into the aqueous phase 44 together with americium (III). This is guided to a solvent liquid washer 28 in the same manner as in the third embodiment, and is brought into contact with a cleaning solvent for cleaning. After that, it is sent to the denitration / valency adjusting tank 8, and the above-described method is repeated again.

【0068】これにより、最終的には、未回収のIII価
のアメリシウムがすべてVI価に調整される形で抽出器1
1内で有機相中に回収され、希土類除染器412からの
水相44内には希土類元素のみが含まれる形で溶解液洗
浄器28から希土類廃液45として排出される。この抽
出操作と原子価調整を繰り返してアメリシウムを定量的
にVI価として抽出することができる。
As a result, finally, the unrecovered III-valent americium is completely adjusted to VI-valent in the extractor 1.
In the aqueous phase 44 from the rare-earth decontamination device 412, the aqueous phase 44 contains only the rare-earth element and is discharged from the solution cleaning device 28 as a rare-earth waste liquid 45. By repeating this extraction operation and valence adjustment, americium can be quantitatively extracted as VI valence.

【0069】こうして、VI価のウラン・プルトニウム・
アメリシウム・ネプツニウムを含む希土類除染器412
からの有機相は、貯留槽331に送られる。以降、分配
工程5は、第3の実施例と同様であるので説明を省略す
る。
Thus, VI-valent uranium / plutonium /
Rare earth decontamination device 412 containing Americium / Neptunium
Is sent to the storage tank 331. Thereafter, the distribution step 5 is the same as in the third embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0070】本実施例によっても、第3の実施例と同様
の効果を得ることができる。またこれに加え、マイナー
アクチノイドのうちキュリウムを希土類元素と共に他の
核分裂生成核種から分離できる効果もある。
According to this embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained. In addition to this, there is an effect that curium among minor actinoids can be separated from other fission product nuclides together with rare earth elements.

【0071】本発明の第5の実施例を図8により説明す
る。本実施例は、原子価調整工程において、オゾンを酸
化剤、硝酸銀を酸化助剤、リンタングステン酸カリウム
をイオン安定化剤(=錯化剤)として用い、ウラン、プ
ルトニウム、ネプツニウムをVI価にする一方でアメリシ
ウムをIV価に調整し、その後の共除染工程において、ア
ミン系の抽出剤を用いた溶媒抽出法によって共除染を行
うものである。第1〜第4の実施例と同等の部材・工程
等には同一の符号を付す。
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present example, in the valence adjustment step, uranium, plutonium, and neptunium are made to have a VI valence by using ozone as an oxidizing agent, silver nitrate as an oxidation aid, and potassium phosphotungstate as an ion stabilizer (= complexing agent). On the other hand, americium is adjusted to an IV value, and in the subsequent co-decontamination step, co-decontamination is performed by a solvent extraction method using an amine-based extractant. Members and processes equivalent to those in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals.

【0072】図8は、本実施例による使用済み燃料の回
収方法の手順を表している概念図である。せん断工程
1、及び溶解工程2のうち使用済み原子燃料を溶解槽7
中で3モル/l程度の硝酸で溶解する手順までは、第1
の実施例と同様であるので説明を省略する。使用済み燃
料を溶解して溶解液とした後、第3の実施例と同様、清
澄器327で不溶解残渣を除去した後に、溶解液は原子
価調整槽532に送られる。
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a procedure of a method for collecting spent fuel according to the present embodiment. The spent nuclear fuel in the shearing step 1 and the dissolving step 2
Up to the procedure of dissolving with about 3 mol / l nitric acid in
The description is omitted because it is the same as that of the embodiment. After dissolving the spent fuel into a solution, the insoluble residue is removed by a finer 327 as in the third embodiment, and the solution is sent to a valence adjusting tank 532.

【0073】原子価調整槽532内においては溶解液に
オゾン33がを吹き込まれ、ウラン、プルトニウム及び
ネプツニウムが予めVI価に原子価調整される。そしてこ
れにリンタングステン酸カリウム(K1021761
34が添加された後、再度オゾン33が吹き込まれ、こ
れによってアメリシウムをIV価に調整する。
In the valence adjusting tank 532, ozone 33 is blown into the solution, and uranium, plutonium and neptunium are adjusted to valence VI in advance. And to this potassium phosphotungstic acid (K 10 P 2 W 17 O 61)
After the addition of 34, ozone 33 is blown again to adjust the americium to IV value.

【0074】ここで一般に、アメリシウムをIII価からI
V価に調整する場合、このための標準酸化還元電位(=
式量電位)が2.34Vと非常に高いことから、アメリ
シウム(IV)を安定化する錯化剤を共存させる必要があ
る。すなわち例えば、IV価のイオンに選択的な錯化剤で
ありIV価を安定化する性質を有する、種々のヘテロポリ
リン酸やリン酸イオンを代表とする錯化剤を添加する
と、アメリシウムと錯形成を行って式量電位が低下する
ので原子価調整しやすくなる。そして特にリンタングス
テン酸カリウムを用いた場合には、アメリシウムが定量
的にリンタングステン酸イオンと錯形成するような条件
での式量電位を1.52Vまで低下させることができる
ので、オゾンによるIV価への調整が可能となる。そして
またこの電位はネプツニウムをV価からVI価に調整する
のに充分な電位である。なお、この場合の原子価調整と
しては、オゾンのほかに過ヨウ素酸塩、過マンガン酸
塩、セリウム(IV)化合物、ペルオキソ二硫酸塩、キセ
ノン酸塩、ビスマス(V)酸塩、フルオロキシ硫酸塩等
によっても達成でき、さらに、公知である電気化学的方
法を用いてもよい。
Here, in general, americium is converted from III-valent to I-valent.
When adjusting to V value, the standard oxidation-reduction potential (=
(Formula potential) is as high as 2.34 V, so it is necessary to coexist a complexing agent for stabilizing americium (IV). That is, for example, when a complexing agent, which is a complexing agent selective to an IV-valent ion and has a property of stabilizing the IV valence, is added, such as various heteropolyphosphates or phosphate ions, complex formation with americium occurs. Is performed to lower the formula weight potential, which makes it easier to adjust the valence. In particular, when potassium phosphotungstate is used, the formal potential under conditions that allow americium to quantitatively form a complex with phosphotungstate ions can be reduced to 1.52V. Can be adjusted. This potential is also sufficient to adjust neptunium from V valence to VI valence. In this case, the valence adjustment includes periodate, permanganate, cerium (IV) compound, peroxodisulfate, xenonate, bismuth (V), fluorooxysulfate, in addition to ozone. And the like, and a known electrochemical method may be used.

【0075】なお、アメリシウムが定量的に錯形成する
条件、すなわちリンタングステン酸イオンとアメリシウ
ムの比は酸濃度によって異なっており、酸濃度が高くな
るのにともなって過剰のリンタングステン酸イオンが必
要となる傾向を示す。本実施例では、溶解液を酸濃度調
整せず3モル/lのまま原子価調整を行うことから、リ
ンタングステン酸イオンの濃度はアメリシウムの4倍以
上が必要量となっている。また本実施例では、アメリシ
ウムの原子価調整に先だってオゾン33を吹き込み、プ
ルトニウムの原子価をIV価からVI価に原子価調整してお
くことにより、リンタングステン酸イオンがアメリシウ
ム以外で消費される分を低減し、その後に添加するリン
タングステン酸カリウム34の添加量を極力低減するよ
うにしている。
The conditions under which americium forms a complex quantitatively, that is, the ratio of phosphotungstate ions to americium varies depending on the acid concentration. As the acid concentration increases, excess phosphotungstate ions are required. Show a tendency to become In the present embodiment, since the valence adjustment is carried out at 3 mol / l without adjusting the acid concentration of the solution, the concentration of phosphotungstate ions is required to be at least four times that of americium. Further, in the present embodiment, ozone 33 is blown before adjusting the valence of americium, and the valence of plutonium is adjusted from the IV valence to the VI valence, so that the phosphotungstate ion is consumed other than the americium. , And the amount of potassium phosphotungstate 34 added thereafter is reduced as much as possible.

【0076】原子価調整された溶解液は、第1の実施例
のような硝酸濃度調整を行わず、溶解時の3モル/lの
まま、計量槽9を経て供給槽10に一旦貯留される。
The solution whose valence has been adjusted is temporarily stored in the supply tank 10 through the measuring tank 9 without adjusting the concentration of nitric acid as in the first embodiment, and at 3 mol / l at the time of dissolution. .

【0077】供給槽10内で所定量に達した溶解液は、
共除染工程4に送られて抽出器11に供給される。そし
てこの抽出器11内で、溶媒洗浄系17を介し、陰イオ
ン交換機構を備えIV価及びVI価のアクチノイドイオンを
抽出するアミン系抽出剤であるトリオクチルアミン(T
OA)35と接触させる。これによって、VI価のウラ
ン、プルトニウム、及びネプツニウムは、硝酸イオンが
配位した陰イオン錯体となり、IV価のアメリシウムはリ
ンタングステン酸イオンが配位した陰イオン錯体とな
る。そしてこのとき、希土類を含む核分裂生成核種は、
陰イオン錯体として存在することができないので、ウラ
ン、プルトニウム、ネプツニウム、及びアメリシウムの
みが有機相側に抽出され、希土類を含む核分裂生成核種
は高レベル廃液26として排出されることとなる。
The solution that has reached a predetermined amount in the supply tank 10 is
It is sent to the co-decontamination step 4 and supplied to the extractor 11. In the extractor 11, trioctylamine (T) which is an amine-based extractant having an anion exchange mechanism and extracting actinide ions having a valence of IV and VI is provided through a solvent washing system 17.
OA) 35. Thereby, uranium, plutonium, and neptunium of VI valence become an anion complex coordinated with nitrate ion, and americium of IV valence becomes an anion complex coordinated with phosphotungstate ion. At this time, fission product nuclides containing rare earths are
Since it cannot exist as an anion complex, only uranium, plutonium, neptunium, and americium are extracted to the organic phase side, and fission product nuclides including rare earths are discharged as high-level waste liquid 26.

【0078】なお、このような陰イオン交換体を備えた
抽出剤を用いる理由は、IV価の原子価状態で存在する
アメリシウムがリンタングステン酸イオンとマイナスの
電荷をもつ陰イオン錯体を形成していること、及びVI
価の原子価状態で存在するウラン・プルトニウム・ネプ
ツニウムは、硝酸イオンと錯形成すること、により、陰
イオン交換体による抽出が望ましいと考えられるからで
ある。
The reason for using an extractant having such an anion exchanger is that americium existing in a valence state of IV valence forms an anion complex having a negative charge with phosphotungstate ion. And VI
This is because uranium, plutonium, and neptunium existing in a valence state of valence form a complex with nitrate ions, and thus extraction by an anion exchanger is considered desirable.

【0079】上記のようにして抽出器11で有機相中に
抽出されたウラン、プルトニウム、ネプツニウム、アメ
リシウムは、洗浄器12に送られる。そして、洗浄器1
2内において硝酸22が加えられて洗浄された後、分配
器13に供給されて分配工程5へ移る。
The uranium, plutonium, neptunium and americium extracted into the organic phase by the extractor 11 as described above are sent to the washing device 12. And washing machine 1
After the nitric acid 22 is added and washed in 2, it is supplied to the distributor 13 and moves to the distribution step 5.

【0080】分配工程5において、分配器13中の溶液
に、還元剤(例えば、硝酸ヒドロキシルアミン、ヒドラ
ジン、亜硝酸、イソ−ブチルアルデヒド等)を含んだ硝
酸水溶液23を供給して接触させる。これにより、ウラ
ンをVI価に保持しつつ、プルトニウムをVI価からIII価
に、ネプツニウムをVI価からV価に、アメリシウムをIV
価からIII価に還元することができるので、溶液の有機
相にウラン24を残したまま、プルトニウム、アメリシ
ウム、及びネプツニウムの混合物25を逆抽出すること
ができる。
In the distribution step 5, a nitric acid aqueous solution 23 containing a reducing agent (for example, hydroxylamine nitrate, hydrazine, nitrous acid, iso-butyraldehyde, etc.) is supplied to and brought into contact with the solution in the distributor 13. Thus, while maintaining uranium at VI value, plutonium changes from VI value to III value, neptunium changes from VI value to V value, and americium changes to IV value.
Since the valence can be reduced from valence to valence III, the mixture 25 of plutonium, americium, and neptunium can be back-extracted while the uranium 24 remains in the organic phase of the solution.

【0081】以上のように構成した本実施例によって
も、第1の実施例と同様の効果を得ることができる。ま
た、これに加え、使用済み原子燃料の溶解液の硝酸濃度
を一切調整することなく、再処理を行うことができると
いう効果もある。
According to this embodiment configured as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, there is an effect that reprocessing can be performed without adjusting the nitric acid concentration of the solution of the spent nuclear fuel at all.

【0082】なお、上記実施例においては、錯化剤とし
てリンタングステン酸カリウムを用いたが、これに限ら
れず、その他のリン酸塩や、ヘテロポリ酸化合物等を用
いてもよい。これらの場合も同様の効果を得る。また、
原子価調整工程3で添加するリンタングステン酸塩の量
がアメリシウムに対して不充分であるとき、IV価のアメ
リシウムは不均化反応によってVI価を生成するが、この
場合でも本実施例で説明した方法で回収できる。そして
この場合、第1の実施例及び第3の実施例で記載したト
リブチルリン酸(TBP)を使用することも可能であ
り、これによって錯化剤に起因する廃棄物の発生量を低
減できる効果がある。
In the above embodiment, potassium phosphotungstate was used as a complexing agent. However, the present invention is not limited to this, and other phosphates, heteropolyacid compounds and the like may be used. In these cases, a similar effect is obtained. Also,
When the amount of phosphotungstate added in the valence adjusting step 3 is insufficient for americium, americium having a valence of IV generates VI valence by a disproportionation reaction. Can be recovered by the following method. In this case, it is also possible to use the tributylphosphoric acid (TBP) described in the first and third embodiments, thereby reducing the amount of waste generated by the complexing agent. There is.

【0083】本発明の第6の実施例を図9により説明す
る。本実施例は、共除染工程及び分配工程において、陰
イオン交換法を適用し、数段のイオン交換カラムに連続
的に溶解液・共除染液・溶離液を通す実施例である。第
1〜第5の実施例と同等の部材・工程等には同一の符号
を付す。
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment in which an anion exchange method is applied in the co-decontamination step and the distribution step, and a lysis solution, a co-decontamination solution, and an eluate are continuously passed through several stages of ion exchange columns. Members and processes equivalent to those in the first to fifth embodiments are denoted by the same reference numerals.

【0084】図9は、本実施例による使用済み燃料の回
収方法の手順を表している概念図である。せん断器6に
よるせん断、溶解槽7における溶解、脱硝・原子価調整
槽8における脱硝・原子価調整、沈殿除去装置14にお
ける不溶解残渣・沈殿除去の手順までは、第2の実施例
と同様であるので説明を省略する。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing a procedure of a method for collecting spent fuel according to the present embodiment. The procedure of shearing by the shear 6, dissolution in the dissolving tank 7, denitration / valency adjustment in the denitration / valence adjusting tank 8, and removal of insoluble residue / precipitate in the precipitation removing device 14 are the same as those in the second embodiment. Description is omitted because there is.

【0085】沈殿除去装置14において、モリブデン酸
ジルコニウムの沈殿と分離された溶解液は、供給槽64
6へと送られる。そして、供給槽646から、弁操作に
より溶解液を一定量づつイオン交換カラム639−1,
639−2,639−3の順に通じる。
In the precipitation removing device 14, the solution separated from the precipitate of zirconium molybdate is supplied to a supply tank 64.
Sent to 6. Then, from the supply tank 646, a certain amount of the solution is supplied by a valve operation to the ion exchange column 639-1,
639-2, 639-3.

【0086】そしてイオン交換カラム639−1,63
9−2,639−3のうち、溶解液を通じ終わったもの
から順に、共除染液貯槽637内に貯留されていた共除
染液としての4〜8モル/l硝酸を弁操作によって通じ
る。これによって、共除染操作が行われて核分裂生成核
種が溶離される。すなわち、希土類を含む核分裂生成核
種のうち、硝酸水溶液から陰イオン交換体に吸着するも
のはほとんどないことから、イオン交換体に吸着性をも
つVI価のアクチノイド、すなわちウラン(VI)・プルト
ニウム(VI)・アメリシウム(VI)・ネプツニウム(V
I)から核分裂生成核種を分離して溶出させることがで
きる。この溶出液は高レベル廃液受槽640から、高レ
ベル廃液626として処理系へ送られ、ガラス固化等の
処理が行われる。
Then, the ion exchange columns 639-1, 63
Among 9-2 and 639-3, 4 to 8 mol / l nitric acid as the co-decontamination liquid stored in the co-decontamination liquid storage tank 637 is passed by a valve in order from the one that has passed through the dissolution liquid. Thereby, a co-decontamination operation is performed and fission product nuclides are eluted. That is, since almost no fission product nuclides containing rare earths are adsorbed to the anion exchanger from the aqueous nitric acid solution, VI-valent actinoids having an adsorptivity to the ion exchanger, ie, uranium (VI) / plutonium (VI) ) ・ Americium (VI) ・ Neptunium (V
Fission product nuclides can be separated and eluted from I). This eluate is sent from the high-level waste liquid receiving tank 640 to the treatment system as a high-level waste liquid 626, where a process such as vitrification is performed.

【0087】その後、イオン交換カラム639−1,6
39−2,639−3のうち、上記共除染操作が終わっ
たものから順に、マイナーアクチノイド溶離液貯槽63
8に貯留されていた還元剤を含んだ数モル/lの硝酸水
溶液を弁操作によって通じる。これにより、プルトニウ
ム及びアメリシウムをIII価に、ネプツニウムをV価に
還元してイオン交換カラム639−1,639−2,6
39−3から溶離して、VI価のまま保持されイオン交換
カラム639−1,639−2,639−3に吸着され
ているウランから分離し、プルトニウム・ネプツニウム
・アメリシウム貯槽625内に導入することができる。
Thereafter, the ion-exchange columns 639-1, 639 are used.
Among the 39-2 and 639-3, the minor actinoid eluent storage tank 63 is sequentially arranged from the one after the co-decontamination operation.
A few mol / l aqueous solution of nitric acid containing a reducing agent stored in 8 is passed through a valve. As a result, plutonium and americium are reduced to valence III, and neptunium is reduced to valence V, and ion-exchange columns 639-1, 639-2, 6
Eluted from 39-3, separated from uranium adsorbed on ion-exchange columns 639-1, 639-2, 639-3 retained as VI value and introduced into plutonium / neptunium / americium storage tank 625 Can be.

【0088】そして、イオン交換カラム639−1,6
39−2,639−3のうち、上記分離が終わったもの
から順に、ウラン溶離液貯槽647に貯留されていた希
薄硝酸を弁操作によって通じることにより、イオン交換
カラム639−1,639−2,639−3に吸着して
いるVI価のウランを溶離してウラン受槽624に回収す
る。
Then, the ion exchange columns 639-1, 639
Of the 39-2 and 639-3, the dilute nitric acid stored in the uranium eluent storage tank 647 is passed through the valve in the order from the end of the above separation, whereby the ion exchange columns 639-1, 639-2, U-valent uranium adsorbed on 639-3 is eluted and collected in the uranium receiving tank 624.

【0089】そしてさらに、上記ウラン回収操作が終わ
ったイオン交換カラム639−1,639−2,639
−3から順に、再び供給槽646から溶解液を受け入れ
て上記操作を繰り返すことによって溶解液を連続的に再
処理する。
Further, the ion exchange columns 639-1, 639-2, and 639 after the uranium recovery operation are completed.
-3, the solution is received again from the supply tank 646, and the above operation is repeated to continuously reprocess the solution.

【0090】以上のように構成した本実施例によって
も、第1の実施例と同様の効果を得ることができる。ま
たこれに加え、一つのカラムで共除染と分配との両方の
工程が可能であるという効果と、原子価調整後の溶解液
の酸濃度を再調整する必要がないという効果がある。
According to this embodiment configured as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition to this, there is an effect that both co-decontamination and distribution steps can be performed with one column, and an effect that it is not necessary to readjust the acid concentration of the solution after adjusting the valence.

【0091】なお、上記第1〜第6の実施例において
は、共除染工程4において、溶媒抽出法か若しくはイオ
ン交換法を用いて共除染を行ったが、これに限られず、
公知の沈殿分離法を適用して共除染を行ってもよい。こ
の場合も、同様の効果を得ることができる。また、上記
第1〜第6の実施例においては、溶解工程2で溶解させ
た使用済み原子燃料の溶解液を、原子価調整工程3で、
ウラン、プルトニウム、ネプツニウムの原子価をVI価
に、アメリシウムの原子価をIV価又はVI価に調整した
後、共除染工程4で、ウラン、プルトニウム、ネプツニ
ウム、及びアメリシウムを、希土類を含む核分裂生成核
種から分離し、そして最後に、分配工程で、ウランをVI
価に保持しつつプルトニウム及びアメリシウムをIII価
に、ネプツニウムをV価に還元することによって、アメ
リシウム・ネプツニウム・プルトニウムの混合物と、ウ
ランとに分離した。これに対して、上記の思想をさらに
応用し、溶解工程2で溶解させた使用済み原子燃料の溶
解液を、上記分配工程のように、まず、ウランをVI価に
保持しつつプルトニウム及びアメリシウムをIII価に、
ネプツニウムをV価に還元することによって、アメリシ
ウム・ネプツニウム・プルトニウムの混合物とウランと
に分離してウランを先に回収し、その後、原子価調整工
程3で、プルトニウム、ネプツニウムの原子価をVI価
に、アメリシウムの原子価をIV価又はVI価に調整し、さ
らにその後、共除染工程4で、プルトニウム、ネプツニ
ウム、及びアメリシウムを、希土類を含む核分裂生成核
種から分離する方法も考えられる。この場合も、上記第
1〜第6の実施例と同様の効果を得る。
In the first to sixth embodiments, in the co-decontamination step 4, co-decontamination was performed by using a solvent extraction method or an ion exchange method. However, the present invention is not limited to this.
Co-decontamination may be performed by applying a known precipitation separation method. In this case, the same effect can be obtained. In the first to sixth embodiments, the dissolved solution of the spent nuclear fuel dissolved in the dissolving step 2 is used in the valence adjusting step 3.
After adjusting the valence of uranium, plutonium, and neptunium to VI valence and the valence of americium to IV valence or VI valence, in the co-decontamination step 4, uranium, plutonium, neptunium, and americium are converted into fission containing rare earth elements. The uranium is separated from the nuclides and, finally, in a partitioning process
By reducing plutonium and americium to valence III and neptunium to valence V while maintaining the valence, a mixture of americium, neptunium and plutonium was separated from uranium. On the other hand, by further applying the above idea, the dissolved liquid of the spent nuclear fuel dissolved in the dissolving step 2 is first treated with plutonium and americium while maintaining the uranium at a VI value, as in the distribution step. III value
By reducing neptunium to a valence of V, a mixture of americium / neptunium / plutonium and uranium are separated and uranium is recovered first, and then, in a valence adjustment step 3, the valence of plutonium and neptunium is converted to a valence of VI. , The valence of Americium is adjusted to IV valence or VI valence, and then, in the co-decontamination step 4, plutonium, neptunium and americium can be separated from fission product nuclides including rare earths. In this case, the same effects as those of the first to sixth embodiments can be obtained.

【0092】[0092]

【発明の効果】本発明によれば、原子価調整工程でウラ
ン及びプルトニウムが共存した状態でマイナーアクチノ
イドを酸化するので、一旦廃液側に取り出したマイナー
アクチノイドを酸化して戻す場合に比し、ワンストリー
ム化が可能となって処理工程を簡素化することができ
る。そして共除染工程で希土類が核分裂生成核種に同伴
するか、一旦ウラン・プルトニウム・マイナーアクチノ
イドの混合物に同伴してもその後容易に分離できる。よ
ってその分分離工程を1つ減少することができ、工程を
簡素化することができる。また一旦核分裂生成核種の廃
液側に移行したマイナーアクチノイドを分離する場合に
比し工程を簡素化することができる。そして分配工程で
長半減期のマイナーアクチノイドをプルトニウムととも
に回収できるので、プルトニウムの単独精製を避けつつ
マイナーアクチノイドの回収を行うことができ、純粋プ
ルトニウムが単独精製される場合に比し取扱いの負担を
軽減することができ、かつ核拡散の危険性を回避でき
る。また、原子燃料として有用なウランおよびプルトニ
ウムの回収と長半減期のマイナーアクチノイドの短半減
期の核分裂生成核種からの分離が、同じプロセスで可能
となるので、廃棄物処理が簡略化できる。
According to the present invention, the minor actinoid is oxidized in the valence adjusting step in a state where uranium and plutonium coexist, so that the minor actinoid once taken out to the waste liquid side is oxidized and returned. Streaming is possible, and processing steps can be simplified. In the co-decontamination step, the rare earth element can be easily separated after being accompanied by the fission product nuclide or once with the mixture of uranium, plutonium, and minor actinoid. Therefore, the number of separation steps can be reduced by one, and the steps can be simplified. Further, the process can be simplified as compared with the case where the minor actinoid once transferred to the waste liquid side of the fission product nuclide is separated. And since the minor actinide with long half-life can be recovered together with plutonium in the distribution process, the recovery of minor actinoids can be performed while avoiding the purification of plutonium alone, and the handling burden is reduced compared to the case where pure plutonium is purified alone. And the danger of nuclear proliferation can be avoided. Also, recovery of uranium and plutonium useful as nuclear fuel and separation of long-lived minor actinoids from short-lived fission-produced nuclides can be performed in the same process, thereby simplifying waste disposal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例による使用済み燃料の回
収方法の手順を表している概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a procedure of a method for collecting spent fuel according to a first embodiment of the present invention.

【図2】アメリシウムの収率の、硝酸溶液濃度及びペル
オキソ二硫酸アンモニウム濃度への依存性を示す図であ
る。
FIG. 2 is a graph showing the dependence of the yield of americium on the concentration of a nitric acid solution and the concentration of ammonium peroxodisulfate.

【図3】ネプツニウム(VI)、アメリシウム(VI)、ネ
オジム(III)の分配係数の、トリブチルリン酸(TB
P)濃度への依存性を示す図である。
FIG. 3 shows distribution coefficients of neptunium (VI), americium (VI) and neodymium (III) in tributyl phosphate (TB).
It is a figure which shows the dependence on P) density | concentration.

【図4】本発明の第2の実施例による使用済み燃料の回
収方法の手順を表している概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a procedure of a method for collecting spent fuel according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例による使用済み燃料の回
収方法の手順を表している概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a procedure of a method for collecting spent fuel according to a third embodiment of the present invention.

【図6】ネプツニウム(VI)、アメリシウム(VI)、ネ
オジム(III)の分配係数の、トリブチルリン酸(TB
P)濃度への依存性を示す図である。
FIG. 6 shows the distribution coefficient of tributylphosphoric acid (TB) for neptunium (VI), americium (VI) and neodymium (III).
It is a figure which shows the dependence on P) density | concentration.

【図7】本発明の第4の実施例による使用済み燃料の回
収方法の手順を表している概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a procedure of a method for collecting spent fuel according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施例による使用済み燃料の回
収方法の手順を表している概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a procedure of a method for collecting spent fuel according to a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第6の実施例による使用済み燃料の回
収方法の手順を表している概念図である。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing a procedure of a method for collecting spent fuel according to a sixth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 せん断工程 2 溶解工程 3 原子価調整工程 4 共除染工程 5 分配工程 6 せん断器 7 溶解槽 8 脱硝・原子価調整槽 9 計量槽 10 供給槽 11 抽出器 12 洗浄器 13 分配器 14 濾過処理装置 15 オフガス処理系 16 主排気塔 17 溶媒洗浄系 18 ギ酸 19 ペルオキソ二硫酸アンモニウム 20 濃硝酸 21 トリブチルリン酸 22 洗浄液としての硝酸 23 還元剤を含んだ硝酸水溶液 24 ウラン 25 プルトニウム、ネプツニウム、アメリシ
ウムの混合物 26 高レベル廃液 28 溶解液洗浄器 29 洗浄溶媒処理系 30 洗浄溶媒 33 オゾン 34 リンタングステン酸カリウム 35 トリオクチルアミン 41 3モル/l程度の硝酸 42 抽残液 43 洗浄された抽残液 44 水相 45 希土類廃液 221 ジ−イソデシルリン酸 222 3〜6モル/lの硝酸水溶液 327 清澄器 331 貯留槽 412 希土類除染器 421 n−オクチル−N,N−ジイソブチルカ
ルバモイルメチレン フォスフォリック アシッド 422 希薄硝酸 532 原子価調整槽 624 ウラン受槽 625 プルトニウム・ネプツニウム・アメリシ
ウム受槽 626 高レベル廃液 637 共除染液貯槽 638 マイナーアクチノイド溶離液貯槽 639−1 陰イオン交換カラム 639−2 陰イオン交換カラム 639−3 陰イオン交換カラム 640 高レベル廃液受槽 646 供給槽 647 ウラン溶離液貯槽
REFERENCE SIGNS LIST 1 shearing step 2 dissolving step 3 valence adjusting step 4 co-decontamination step 5 distribution step 6 shearing device 7 dissolving tank 8 denitration / valency adjusting tank 9 measuring tank 10 supply tank 11 extractor 12 washing machine 13 distributor 14 filtration treatment Apparatus 15 Offgas treatment system 16 Main exhaust tower 17 Solvent cleaning system 18 Formic acid 19 Ammonium peroxodisulfate 20 Concentrated nitric acid 21 Tributylphosphoric acid 22 Nitric acid as a cleaning solution 23 Nitric acid aqueous solution containing a reducing agent 24 Uranium 25 Mixture of plutonium, neptunium and americium 26 High-level waste liquid 28 Dissolver washing machine 29 Washing solvent treatment system 30 Washing solvent 33 Ozone 34 Potassium phosphotungstate 35 Trioctylamine 41 About 3 mol / l nitric acid 42 Extraction liquid 43 Washed extraction liquid 44 Water phase 45 Rare earth waste liquid 221 Di-isodecyl phosphate 2 22 3-6 mol / l nitric acid aqueous solution 327 Clarifier 331 Storage tank 412 Rare earth decontamination device 421 n-octyl-N, N-diisobutylcarbamoylmethylene phosphoric acid 422 Dilute nitric acid 532 Valence adjustment tank 624 Uranium receiving tank 625 Plutonium・ Neptunium / Americium receiving tank 626 High-level waste liquid 637 Co-decontamination liquid storage tank 638 Minor actinoid eluent storage tank 639-1 Anion exchange column 639-2 Anion exchange column 639-3 Anion exchange column 640 High-level waste liquid receiving tank 646 Supply tank 647 Uranium eluent storage tank

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹平 朗 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社 日立製作所 エネルギー研究 所内 (72)発明者 河村 文雄 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社 日立製作所 エネルギー研究 所内 (56)参考文献 特開 平8−114696(JP,A) 特開 平7−246301(JP,A) 特開 平7−159589(JP,A) 特開 平4−218797(JP,A) 特開 平7−280992(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Akira Sasahira, Inventor 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Energy Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Fumio Kawamura 7-2, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Hitachi, Ltd. Energy Research Laboratory (56) References JP-A-8-114696 (JP, A) JP-A-7-246301 (JP, A) JP-A-7-159589 (JP, A) 4-218797 (JP, A) JP-A-7-280992 (JP, A)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】使用済み原子燃料を溶解してウラン、プル
トニウム、マイナーアクチノイド、及び核分裂生成核種
を含む溶解液とする溶解工程と、前記溶解液に含まれて
いるウラン及びプルトニウムの原子価を調整する原子価
調整工程と、原子価調整されたウラン及びプルトニウム
を前記核分裂生成核種から分離する共除染工程と、前記
核分裂生成核種から分離されたウラン及びプルトニウム
を含む元素を、マイナーアクチノイドを含む元素とウラ
ンを含む元素とに分配する分配工程とを有する使用済み
原子燃料の再処理方法において、 前記原子価調整工程で、前記ウラン及びプルトニウムの
原子価をVI価に調整するとともに、前記マイナーアクチ
ノイドの原子価をIV価・VI価の少なくとも一方に調整
し、 前記共除染工程で、VI価のウラン及びVI価のプルトニウ
ムと、IV価・VI価の少なくとも一方であるマイナーアク
チノイドとを含む分配対象元素を、前記核分裂生成核種
から分離し、 前記分配工程で、前記分配対象元素のうちのウランをVI
価に保持しつつ、マイナーアクチノイドをIII価・V価
の少なくとも一方に還元しかつプルトニウムをIII価に
還元することによって、該分配対象元素を、III価・V
価の少なくとも一方であるマイナーアクチノイド及びII
I価のプルトニウムの混合物と、VI価のウランとに分離
することを特徴とする原子燃料の再処理方法。
1. A dissolving step of dissolving spent nuclear fuel into a solution containing uranium, plutonium, minor actinoids and fission product nuclides, and adjusting the valence of uranium and plutonium contained in the solution. A valence adjusting step, a co-decontamination step of separating valence adjusted uranium and plutonium from the fission product nuclide, and an element containing uranium and plutonium separated from the fission product nuclide, an element containing a minor actinoid And a distribution step of distributing to the element containing uranium, and the reprocessing method of the spent nuclear fuel, wherein in the valence adjustment step, while adjusting the valence of the uranium and plutonium to VI valence, the minor actinoid The valence is adjusted to at least one of IV valence and VI valence, and in the co-decontamination step, uranium having VI valence and VI And plutonium, the distribution target elements including a minor actinides is at least one of the IV-valent · VI value, separated from the fission products nuclide, in the distribution process, the uranium of the distribution object element VI
By reducing the minor actinoid to at least one of valence III and V and reducing the plutonium to valence III while maintaining the valence, the element to be distributed is converted to valence III / V
Minor actinides and / or II
A method for reprocessing nuclear fuel, comprising separating a mixture of I-valent plutonium and VI-valent uranium.
【請求項2】請求項1記載の使用済み原子燃料の再処理
方法において、前記原子価調整工程で、前記ウラン及び
プルトニウムの原子価をVI価に調整するとともに、ネプ
ツニウム及びアメリシウムの原子価をともにVI価に調整
することを特徴とする使用済み原子燃料の再処理方法。
2. The method for reprocessing a spent nuclear fuel according to claim 1, wherein in the valence adjusting step, the valences of uranium and plutonium are adjusted to VI valence, and both valences of neptunium and americium are adjusted. A method for reprocessing spent nuclear fuel, which is adjusted to a VI value.
【請求項3】請求項2記載の使用済み原子燃料の再処理
方法において、前記原子価調整工程で、原子価調整剤と
してペルオキソ二硫酸塩、キセノン酸塩、ビスマス
(V)酸塩、フルオロキシ硫酸塩、及び、オゾンのうち
少なくとも1つを用いることを特徴とする原子燃料の再
処理方法。
3. The method for reprocessing spent nuclear fuel according to claim 2, wherein in the valence adjusting step, peroxodisulfate, xenonate, bismuth (V), fluoroxysulfate are used as valence adjusters. A method for reprocessing nuclear fuel, comprising using at least one of salt and ozone.
【請求項4】請求項3記載の使用済み原子燃料の再処理
方法において、前記共除染工程で、VI価のアクチノイド
イオンの安定化剤が共存している状態で共除染を行うこ
とを特徴とする使用済み原子燃料の再処理方法。
4. The method for reprocessing spent nuclear fuel according to claim 3, wherein in the co-decontamination step, co-decontamination is performed in a state in which a stabilizer for a VI-valent actinoid ion is present. Characteristic method of reprocessing spent nuclear fuel.
【請求項5】請求項1記載の使用済み原子燃料の再処理
方法において、前記原子価調整工程で、前記ウラン及び
プルトニウムの原子価をVI価に調整するとともに、ネプ
ツニウムの原子価をVI価に調整しアメリシウムの原子価
をIV価に調整することを特徴とする使用済み原子燃料の
再処理方法。
5. The method for reprocessing a spent nuclear fuel according to claim 1, wherein in the valence adjusting step, the valence of the uranium and plutonium is adjusted to a VI valence, and the valence of neptunium is converted to a VI valence. A method for reprocessing spent nuclear fuel, comprising adjusting the valence of americium to IV valence.
【請求項6】請求項2又は記載の使用済み原子燃料の
再処理方法において、前記原子価調整工程で、原子価調
整のための酸化を促進する酸化助剤として、原子価がI
価、II価及びIII価のうち少なくとも1つである溶解性
の銀と酸との化合物を用いることを特徴とする使用済み
原子燃料の再処理方法。
6. A reprocessing method of a spent nuclear fuel according to claim 2 or 5, wherein in the valence adjustment step, as an oxidizing aid promotes oxidation for valence adjustment, valence I
A method for reprocessing a spent nuclear fuel, comprising using a compound of soluble silver and an acid having at least one of valences, valences of II and III.
【請求項7】請求項1記載の使用済み原子燃料の再処理
方法において、前記分配工程で、溶媒抽出法、イオン交
換法、沈殿分離法のうち少なくとも1つによって、前記
分配対象元素のうちのウランをVI価に保持しつつ、マイ
ナーアクチノイドをIII価・V価の少なくとも一方に還
元しかつプルトニウムをIII価に還元することを特徴と
する原子燃料の再処理方法。
7. The method for reprocessing spent nuclear fuel according to claim 1, wherein in said partitioning step, at least one of a solvent extraction method, an ion exchange method, and a precipitation separation method is used. A method for reprocessing a nuclear fuel, comprising reducing a minor actinide to at least one of III valence and V valence while reducing uranium to VI valence and reducing plutonium to III valence.
【請求項8】請求項記載の使用済み原子燃料の再処理
方法において、前記分配工程で、分配のための原子価調
整剤として、硝酸ヒドロキシルアミン、ヒドラジン、亜
硝酸、及びイソ−ブチルアルデヒドのうち少なくとも1
つを用いることを特徴とする原子燃料の再処理方法。
8. The method for reprocessing spent nuclear fuel according to claim 7 , wherein, in said distributing step, hydroxylamine nitrate, hydrazine, nitrous acid, and iso-butyraldehyde are used as valence adjusting agents for distribution. At least one of them
A method for reprocessing nuclear fuel, characterized by using one of the following.
【請求項9】使用済み原子燃料を溶解してウラン、プル
トニウム、マイナーアクチノイド、及び核分裂生成核種
を含む溶解液とする溶解工程と、前記溶解液に含まれて
いるウラン及びプルトニウムの原子価を調整する原子価
調整工程と、原子価調整されたウラン及びプルトニウム
を前記核分裂生成核種から分離する共除染工程と、前記
核分裂生成核種から分離されたウラン及びプルトニウム
を含む元素を、マイナーアクチノイドを含む元素とウラ
ンを含む元素とに分配する分配工程とを有する使用済み
原子燃料の再処理方法において、 前記原子価調整工程で、前記マイナーアクチノイドとプ
ルトニウムとを同一の原子価に調整することを特徴とす
る使用済み原子燃料の再処理方法。
9. A dissolving step of dissolving spent nuclear fuel into a solution containing uranium, plutonium, minor actinoids, and fission product nuclides, and adjusting the valence of uranium and plutonium contained in the solution. A valence adjusting step, a co-decontamination step of separating valence adjusted uranium and plutonium from the fission product nuclide, and an element containing uranium and plutonium separated from the fission product nuclide, an element containing a minor actinoid And a distribution step of distributing the element containing uranium to the spent nuclear fuel, wherein in the valence adjustment step, the minor actinoid and plutonium are adjusted to the same valence. How to reprocess spent nuclear fuel.
【請求項10】使用済み原子燃料を溶解してウラン、プ
ルトニウム、マイナーアクチノイド、及び核分裂生成核
種を含む溶解液とする溶解工程と、前記溶解液に含まれ
る元素の原子価を調整する原子価調整工程と、分離対象
元素を前記核分裂生成核種から分離する共除染工程とを
有する使用済み原子燃料の再処理方法において、 前記溶解工程の後かつ前記原子価調整工程の前に設けら
れ、前記ウランの原子価をVI価に保持し前記マイナーア
クチノイドの原子価をIII価・V価の少なくとも一方に
保持するとともに、前記プルトニウムの原子価をIII価
に還元することにより、該プルトニウム及びマイナーア
クチノイドの混合物から該VI価のウランを分離・回収す
るウラン回収工程をさらに有し、 前記原子価調整工程で、前記プルトニウムの原子価をVI
価に調整するとともに、前記マイナーアクチノイドの原
子価をIV価・VI価の少なくとも一方に調整し、 前記共除染工程で、前記VI価のプルトニウムと、前記IV
価・VI価の少なくとも一方であるマイナーアクチノイド
とを含む分配対象元素を、前記核分裂生成核種から分離
することを特徴とする使用済み原子燃料の再処理方法。
10. A dissolving step of dissolving spent nuclear fuel into a dissolving solution containing uranium, plutonium, minor actinoids and fission product nuclides, and adjusting the valence of elements contained in the dissolving solution. A reprocessing method for spent nuclear fuel, comprising: a co-decontamination step of separating an element to be separated from the fission product nuclide, wherein the uranium is provided after the dissolving step and before the valence adjusting step. Is maintained at VI valence, the valency of the minor actinoid is maintained at at least one of III valence and V valence, and the plutonium valence is reduced to III valence, thereby obtaining a mixture of the plutonium and the minor actinoid. Further comprising a uranium recovery step of separating and recovering the VI-valent uranium from the uranium, wherein in the valence adjustment step, the valence of the plutonium VI
While adjusting the valence of the minor actinoid to at least one of IV valence and VI valence, in the co-decontamination step, the VI valent plutonium and the IV
A method for reprocessing spent nuclear fuel, comprising separating an element to be distributed containing at least one of a valence and a VI valence and a minor actinoid from the fission product nuclide.
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