JP3214366B2 - Reprocessing of spent nuclear fuel - Google Patents

Reprocessing of spent nuclear fuel

Info

Publication number
JP3214366B2
JP3214366B2 JP22970396A JP22970396A JP3214366B2 JP 3214366 B2 JP3214366 B2 JP 3214366B2 JP 22970396 A JP22970396 A JP 22970396A JP 22970396 A JP22970396 A JP 22970396A JP 3214366 B2 JP3214366 B2 JP 3214366B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plutonium
uranium
molten salt
nuclear fuel
reprocessing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP22970396A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH1073693A (en
Inventor
朗 笹平
浩人 横井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP22970396A priority Critical patent/JP3214366B2/en
Publication of JPH1073693A publication Critical patent/JPH1073693A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3214366B2 publication Critical patent/JP3214366B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は使用済みの原子燃料
の再処理法に係り、特に、溶融塩に使用済原子燃料を溶
解したのちウランまたはプルトニウムを選択的に回収す
るのに好適な方法に関する。
The present invention relates to a method for reprocessing spent nuclear fuel, and more particularly to a method suitable for selectively recovering uranium or plutonium after dissolving spent nuclear fuel in a molten salt. .

【0002】[0002]

【従来の技術】使用済原子燃料を溶融塩に溶解した後、
または溶解しつつ、上記溶融塩を電気分解する事により
ウラン及びまたはプルトニウムを回収する原子燃料の再
処理法については、例えば原子力工業第34巻12号4
6頁から60頁に記載されている。この方法では使用済
金属原子燃料、または前処理により金属に還元した使用
済み酸化物燃料を溶体カドミウムに溶解し、その上部に
溶融塩化物を張り込む。ついで溶融塩化物中に金属電極
の陰極を挿入し、液体カドミウムを陽極として電流を通
じる。液体カドミウム中のウランは容易にイオン化し溶
融塩化物中に移動し、さらに金属陰極で還元されて、陰
極上に金属として析出する。このときプルトニウムはカ
ドミウムと金属間化合物を作るため溶融塩に移動しにく
く、プルトニウムを金属電極に析出させるには非常に大
きな電位差が必要なため、ウランをプルトニウムから分
離できる。ウランを回収した後、液体カドミウムの陰極
を溶融塩化物に挿入して電流を通じると、陰極カドミウ
ムにおいてもプルトニウムが金属間化合物を作るため小
さな電位差でプルトニウムをカドミウム陰極に析出させ
て回収する。即ち、この処理においてウランとプルトニ
ウムを使用済金属原子燃料から回収することができる。
この処理方法の特徴は、液体カドミウム中のウランは容
易にイオン化するため、他の金属が溶融塩に溶解しにく
く、回収されるウランの純度が高いことである。使用済
原子燃料を溶融塩に溶解した後、または溶解しつつ、溶
融塩を電気分解する事によりウラン及びまたはプルトニ
ウムを回収する原子燃料の再処理法の別の方法は、例え
ば日本原子力学会1994秋の大会予稿集391頁、発
表番号Q3及び日本原子力学会1995春の年会予稿集
539頁、発表番号K41、及び日本原子力学会199
5秋の大会予稿集697頁、発表番号J39に記載され
ている。この方法では使用済酸化物燃料を塩素ガスを用
いて溶融塩に溶解した後、電気分解により目的とするウ
ラン及び/またはプルトニウムの酸化物を選択的に陰極
に回収する。この方法の発展した方法が日本原子力学会
1996春の年会予稿集603頁、発表番号L61に示
されており、酸化物燃料を陽極酸化することによりウラ
ンを溶融塩に溶解させつつ陰極においてウラン及び/又
はプルトニウムの酸化物を回収する。塩素または陽極酸
化によってウランを溶解させると、ウランは酸化数6の
ウラニルイオンとして溶融塩に溶解する。ウラニルイオ
ンの化学式はUO2 2+ であり、イオン中に2個の酸素原
子を含んでいるため下式、
2. Description of the Related Art After dissolving spent nuclear fuel in molten salt,
Alternatively, a method for reprocessing a nuclear fuel in which uranium and / or plutonium is recovered by electrolyzing the molten salt while dissolving the same is described in, for example, Nuclear Power Industry Vol. 34 No. 12-4.
It is described on pages 6 to 60. In this method, a spent metal nuclear fuel or a spent oxide fuel reduced to a metal by pretreatment is dissolved in a solution cadmium, and a molten chloride is applied to an upper portion thereof. Next, the cathode of the metal electrode is inserted into the molten chloride, and current is passed through using liquid cadmium as the anode. Uranium in liquid cadmium is easily ionized and migrates into the molten chloride, and is further reduced at the metal cathode and deposited as a metal on the cathode. At this time, since plutonium forms an intermetallic compound with cadmium, it does not easily move into the molten salt, and since a very large potential difference is required to deposit plutonium on the metal electrode, uranium can be separated from plutonium. After recovering uranium, a liquid cadmium cathode is inserted into the molten chloride and an electric current is passed. In the cathode cadmium, plutonium is deposited on the cadmium cathode with a small potential difference so that plutonium forms an intermetallic compound. That is, in this process, uranium and plutonium can be recovered from spent metal nuclear fuel.
The feature of this treatment method is that since uranium in liquid cadmium is easily ionized, other metals are hardly dissolved in the molten salt, and the purity of the uranium recovered is high. Another method of reprocessing nuclear fuel is to recover uranium and / or plutonium by dissolving spent nuclear fuel in molten salt or by electrolyzing the molten salt while dissolving it. Proceedings, 391 pages, Presentation No. Q3 and 1995 Atomic Energy Society of Japan Annual Proceedings, 539 pages, Publication No. K41, and Atomic Energy Society of Japan 199
It is described in the 5th meeting of the conference proceedings, page 697, announcement number J39. In this method, a spent oxide fuel is dissolved in a molten salt using chlorine gas, and a target oxide of uranium and / or plutonium is selectively recovered by a cathode by electrolysis. A developed method of this method is shown in the Annual Meeting of the Atomic Energy Society of Japan, 1996 Annual Meeting, p. 603, Publication No. L61, in which uranium and / or Alternatively, the plutonium oxide is recovered. When uranium is dissolved by chlorine or anodic oxidation, uranium is dissolved in the molten salt as uranyl ions having an oxidation number of 6. The chemical formula of the uranyl ion is UO 2 2+ , which contains two oxygen atoms in the ion.

【0003】[0003]

【化1】 UO2 2+(溶融塩中)+2e~(陰極)→UO2(固体) …(化1) のように陰極還元により二酸化ウランの形態に変化して
陰極に析出する。一方、サマリウムの様な核分裂生成物
は溶融塩中で酸素を含まない形で存在するので、陰極で
酸化物に転化するためには化2に示すように気相または
溶融塩中からの酸素の供給が必要である。
## STR1 ## UO 2 2+ (in the molten salt) + 2e ~ (cathode) → UO 2 (solid). On the other hand, fission products such as samarium are present in the molten salt in a form that does not contain oxygen. Supply is required.

【0004】[0004]

【化2】 4Sm3+(溶融塩中)+6e~(陰極)+3O2(溶融塩中または気相) →2Sm23(固体) …(化2) 従って、気相の酸素分圧を一定の値以下に制限すること
により核分裂生成物の酸化物への転化を防ぎ、ウランを
選択的に回収することができる。
4Sm 3+ (in molten salt) + 6e ~ (cathode) + 3O 2 (in molten salt or gas phase) → 2Sm 2 O 3 (solid) ... (Formula 2) Therefore, the oxygen partial pressure of the gas phase is constant. The conversion of fission products to oxides can be prevented, and uranium can be selectively recovered.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上の発明によれば使
用済金属原子燃料および使用済酸化物原子燃料からウラ
ン及び/またはプルトニウムを回収することができる。
しかし、ウランまたはプルトニウムを金属として回収す
る再処理法では、溶融塩中に存在できるウランのイオン
は酸化数3であり、酸素と結合して容易に酸化物に転化
する。このため気相中の酸素濃度を10ppm 以下に制限
する必要がある。ウランまたはプルトニウムを酸化物と
して回収する方法ではウランまたはプルトニウムに核分
裂生成物が混入しないように気相中の酸素濃度を一定の
値以下に制限する。この制限値は塩素ガスの濃度に依存
する。塩素または陽極溶解により使用済燃料中のほとん
どの元素を溶解してしまうため、回収した酸化物に付着
している溶融塩に放射性の核分裂生成物や燃料特性に悪
影響を与える希土類元素の塩化物が混ざっている。これ
らの塩化物が酸化物に転化して回収ウラン等に混入しな
いようにするためには、回収ウランからの塩分離プロセ
スにおいても気相中の酸素濃度を一定の値以下に制限す
る必要がある。
According to the above invention, uranium and / or plutonium can be recovered from spent metal nuclear fuel and spent oxide nuclear fuel.
However, in the reprocessing method in which uranium or plutonium is recovered as a metal, uranium ions that can be present in the molten salt have an oxidation number of 3, and are easily converted to oxides by bonding with oxygen. For this reason, it is necessary to limit the oxygen concentration in the gas phase to 10 ppm or less. In the method of recovering uranium or plutonium as an oxide, the oxygen concentration in the gas phase is limited to a certain value or less so that fission products are not mixed into uranium or plutonium. This limit value depends on the concentration of chlorine gas. Most of the elements in spent fuel are dissolved by chlorine or anodic dissolution, so radioactive fission products and rare earth element chlorides that adversely affect fuel properties are added to the molten salt attached to the recovered oxide. Mixed. In order to prevent these chlorides from being converted into oxides and being mixed with the recovered uranium, it is necessary to limit the oxygen concentration in the gas phase to a certain value or less even in the salt separation process from the recovered uranium. .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】以上の従来技術では気相
の酸素濃度を一定値以下に制御する必要があり、装置お
よび処理施設の構造が複雑になる。本発明では、使用済
酸化物原子燃料を溶融塩に溶解する際に、酸素濃度を一
定値以上、好ましくは大気解放状態、に制御することに
よりウランを選択的に溶解させて回収ウランおよびプル
トニウムへの核分裂生成物の混入を防止する。
In the above prior art, it is necessary to control the oxygen concentration in the gaseous phase to a certain value or less, which complicates the structure of the apparatus and the processing facility. In the present invention, when dissolving the spent oxide nuclear fuel in the molten salt, the uranium is selectively dissolved by controlling the oxygen concentration to a certain value or more, preferably in an open state to the atmosphere, to recover uranium and plutonium. Prevention of contamination of fission products.

【0007】以下、図2及び図3を用いて本発明による
ウランとプルトニウムにおける酸素の作用を説明する。
サマリウムのような酸化物を溶融塩中で陽極溶解する
と、
The action of oxygen on uranium and plutonium according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 2 and 3.
When an oxide such as samarium is anodically dissolved in a molten salt,

【0008】[0008]

【化3】 2Sm23(固体)+3C(グラファイト)−6e~(陰極) →4Sm3+(溶融塩中)+3O2(溶融塩中また気相) …(化3) の反応が生じる。このとき、溶融塩中の酸素濃度が高い
と陽極反応が起こりにくい。そこで、日本原子力学会1
994秋の大会予稿集391頁、発表番号Q3他に記載
されている酸化物燃料を溶解させる方法では、るつぼ材
料にグラファイトを用いる。グラファイトを用いると、
2Sm 2 O 3 (solid) + 3C (graphite) -6e ~ (cathode) → 4Sm 3+ (in molten salt) + 3O 2 (in molten salt and in gas phase) A reaction of the following formula occurs. At this time, if the oxygen concentration in the molten salt is high, the anodic reaction hardly occurs. Therefore, Atomic Energy Society of Japan 1
In the method of dissolving oxide fuel described in the 994 Autumn Meeting Preprints, page 391, Publication No. Q3, etc., graphite is used as a crucible material. With graphite,

【0009】[0009]

【化4】 3C(グラファイト)+3O2(溶融塩中また気相) =CO2(溶融塩中また気相) …(化4) の平衡反応により溶融塩中の酸素濃度が低く押さえられ
る。化4の平衡が成立している酸素濃度での各酸化物の
陽極溶解電位を図2に示す。この図で下の方に位置する
溶解反応ほど容易に生じやすい。図2では、
The oxygen concentration in the molten salt is suppressed to a low level by the equilibrium reaction of 3C (graphite) + 3O 2 (in the molten salt or in the gas phase) = CO 2 (in the molten salt or in the gas phase). FIG. 2 shows the anodic dissolution potential of each oxide at the oxygen concentration at which the equilibrium of Chemical formula 4 is established. The lower the lysis reaction in this figure, the more easily the dissolution reaction occurs. In FIG.

【0010】[0010]

【化5】 UO2→UO2 2++2e~ …(化5) 及びUO 2 → UO 2 2+ + 2e ~ (Formula 5) and

【0011】[0011]

【化6】 UO2→U4++O2 4e~ …(化6) の反応はそれぞれ−0.68V,−0.53Vより高い電
位で生じる。UO2 を溶解させるには化5または化6の
どちらかの反応が起こればよいので、陽極電位を、−
0.68V 以上に設定すればUO2 を溶解させることが
できる。このとき、PuO2,Sm23,Np23,C
23,Am23 等が陽極溶解する電位は0.68Vよ
り低い値であるから、これらの酸化物もUO2とともに
溶解する。この従来方法に対して、本発明では好ましく
は大気開放状態での溶解を行う。大気開放状態での気相
酸素に相当する酸素濃度での陽極溶解電位を図3に示
す。化4,化6の様な酸素を放出する反応は、酸素濃度
が高いために起こりにくくなり、陽極溶解電位が高くな
っている。一方、化5のウラン溶解反応は酸素を放出し
ないので、酸素濃度が高くなっても陽極溶解電位は変わ
らない。この結果、図3では化5のウラン溶解反応に対
応する陽極溶出電位が最も低い電位になっている。そこ
で、陽極電位を化5のウラン溶解反応に対応する陽極溶
出電位と、Am23の陽極溶解電位の間に設定すると、
UO2 は陽極溶解するがPuO2 ,Np23,Cm
23,Am23等の超ウラン元素の酸化物及びSm23
等の希土類元素の酸化物は溶解しない。即ちUO2 を選
択的に溶解することができ、溶解後または溶解と同時に
陰極還元を行えばUO2 を陰極に回収することができ
る。気相の酸素分圧が減少すると化4のような酸素放出
反応の陽極溶解電位が下がり、UO2の選択的溶解が困
難になる。UO2 を十分早く溶解するためには陽極電位
を−0.68Vより0.2V程度高く、−0.48V にす
る必要がある。Am23の陽極溶解電位が−0.48V
になる気相酸素分圧Pcは熱力学の公式から
The reaction of UO 2 → U 4+ + O 2 4e ~ (Formula 6) occurs at potentials higher than -0.68 V and -0.53 V, respectively. In order to dissolve UO 2 , it is sufficient that either the reaction of Chemical formula 5 or Chemical formula 6 takes place.
If the voltage is set to 0.68 V or more, UO 2 can be dissolved. At this time, PuO 2 , Sm 2 O 3 , Np 2 O 3 , C
Since the potential at which anodic dissolution of m 2 O 3 , Am 2 O 3 and the like is lower than 0.68 V, these oxides also dissolve together with UO 2 . In contrast to this conventional method, in the present invention, dissolution is preferably performed in an open-to-atmosphere state. FIG. 3 shows the anodic dissolution potential at an oxygen concentration corresponding to gas-phase oxygen in the atmosphere open state. The reaction of releasing oxygen as shown in Chemical formulas 4 and 6 is difficult to occur due to the high oxygen concentration, and the anodic dissolution potential is high. On the other hand, since the uranium dissolution reaction of Chemical formula 5 does not release oxygen, the anodic dissolution potential does not change even if the oxygen concentration increases. As a result, in FIG. 3, the anodic elution potential corresponding to the uranium dissolution reaction of Chemical Formula 5 is the lowest potential. Thus, when the anodic potential is set between the anodic dissolution potential corresponding to the uranium dissolution reaction of Chemical Formula 5 and the anodic dissolution potential of Am 2 O 3 ,
UO 2 dissolves anodicly, but PuO 2 , Np 2 O 3 , Cm
Oxides of transuranium elements such as 2 O 3 and Am 2 O 3 and Sm 2 O 3
Oxides of rare earth elements such as do not dissolve. That is, UO 2 can be selectively dissolved, and if cathodic reduction is performed after or simultaneously with dissolution, UO 2 can be recovered at the cathode. When the oxygen partial pressure of the gas phase decreases, the anodic dissolution potential of the oxygen release reaction as shown in Chemical formula 4 decreases, and it becomes difficult to selectively dissolve UO 2 . In order to dissolve UO 2 quickly enough, the anode potential needs to be about 0.2 V higher than −0.68 V and −0.48 V. The anodic dissolution potential of Am 2 O 3 is -0.48 V
Is obtained from the thermodynamic formula

【0012】[0012]

【数1】 Pc/(0.21気圧)=exp{(−0.48−(−0.32))x4xF/(RxT)} …(数1) と計算でき、約0.0001 気圧である。即ち、約一万
分の一気圧以上の酸素分圧があれば、UO2 を選択的に
溶解し、陰極に回収することができる。
Pc / (0.21 atm) = exp {(− 0.48 − (− 0.32)) × 4 × F / (RxT)} (Equation 1), which is about 0.0001 atm. . That is, if there is an oxygen partial pressure of about 1 / 10,000 atmosphere or more, UO 2 can be selectively dissolved and collected in the cathode.

【0013】UO2を回収した後、大気開放に相当する
酸素濃度下で、陽極電位を0.02Vと−0.1V の間
に設定すると、陽極溶解電位が0.02V より高いPu
2 は溶解しないが、Np23,Cm23,Am23
のプルトニウム以外の超ウラン元素の酸化物及びSm2
3等の希土類元素の酸化物は陽極溶解電位が−0.1V
より低いため溶解する。従って、PuO2 が選択的に陽
極状に残留し、純度の高いプルトニウムを回収すること
ができる。
After recovering UO 2 and setting the anodic potential between 0.02 V and −0.1 V under an oxygen concentration equivalent to opening to the atmosphere, the anodic dissolution potential is higher than 0.02 V.
O 2 does not dissolve, but oxides of transuranium elements other than plutonium such as Np 2 O 3 , Cm 2 O 3 , Am 2 O 3 and Sm 2
Oxides of rare earth elements such as O 3 have an anode dissolution potential of −0.1 V
Dissolves because it is lower. Therefore, PuO 2 selectively remains in the form of an anode, and high-purity plutonium can be recovered.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

〔実施例1〕本発明の一実施例である使用済原子燃料の
再処理法が実行される使用済原子燃料再処理装置の構成
を図1を用いて説明する。この使用済原子燃料再処理装
置は反応槽1,反応槽に張り込まれた電解用溶融塩2,
使用済燃料を溶解するための皿状陽極3,ウラン酸化物
を析出させる陰極4,析出したウランを剥離するかきと
り機5,かきとったウラン酸化物を収納する回収容器
6,電解用電源7,参照電極8,参照電極と陽極の電位
差を計る電位差計9からなる。参照電極8は、一気圧塩
素/塩化物イオン電極の電位を測定したときに零電位を
示すように校正するか、一気圧塩素/塩化物イオン電極
自体を参照電極として用いる。使用済酸化物原子燃料1
0を反応槽上部より陽極3に装荷する。反応槽気相は大
気開放とするか、または酸素分圧が一万分の一気圧以上
になるように酸素を含んだ不活性ガスを流通する。電位
差計9により陽極と参照電極の電位差を読みとり、陽極
の電位が−0.48V になるように電源7により陰極陽
極間に電位差をかける。使用済酸化物燃料に含まれるウ
ラン酸化物が陽極溶解し、円盤状の陰極4に析出する。
プルトニウム等の超ウラン元素の酸化物およびサマリウ
ム等の希土類元素の酸化物は、酸素分圧が一万分の一気
圧以上であるため−0.48V の陽極電位では溶解しな
い。従って、使用済酸化物燃料に含まれるウラン酸化物
が全て溶解すると、電流が流れなくなる。電流が流れな
くなったところで陰極11を回転させつつ、かきとり装
置により析出したウラン酸化物11を回収容器6に移
す。かきとり後回収容器を反応槽から取り出しウランを
回収する。次に、プルトニウムを回収する前に、陰極を
交換する。この新しい陰極はプルトニウム以外の超ウラ
ン元素の酸化物およびサマリウム等の希土類元素の酸化
物を析出させるためのもので、陰極を交換しないと次回
の回収ウランにこれらの元素が混入する。陰極交換後、
電位差計9により陽極と参照電極の電位差を読みとり、
陽極の電位が0.02Vと−0.1V の間になるように
電源7により陰極陽極間に電位差をかける。使用済酸化
物燃料に含まれるプルトニウム以外の超ウラン元素の酸
化物およびサマリウム等の希土類元素の酸化物が陽極溶
解し、交換した陰極に析出する。陽極の電位が0.02
V と−0.1V にあればプルトニウムは溶解しないの
で陽極上に残留する。陽極を取り出しプルトニウムを回
収する。また次回のウラン回収に備えて陰極をウラン回
収用の陰極4に交換する。
[Embodiment 1] A configuration of a spent nuclear fuel reprocessing apparatus in which a spent nuclear fuel reprocessing method according to one embodiment of the present invention is executed will be described with reference to FIG. This spent nuclear fuel reprocessing device comprises a reactor 1, a molten salt for electrolysis stuck in the reactor 2,
A dish-shaped anode 3 for dissolving spent fuel 3, a cathode 4 for depositing uranium oxide 4, a scraper 5 for peeling off deposited uranium 5, a recovery container 6 for storing scraped uranium oxide 6, a power supply 7 for electrolysis 7, It comprises a reference electrode 8 and a potentiometer 9 for measuring the potential difference between the reference electrode and the anode. The reference electrode 8 is calibrated so as to show a zero potential when the potential of the chlorine / chloride ion electrode at 1 atm is measured, or the chlorine / chloride ion electrode at 1 atm is used as a reference electrode. Spent oxide nuclear fuel 1
0 is loaded on the anode 3 from the upper part of the reaction tank. The gas phase of the reaction tank is opened to the atmosphere, or an inert gas containing oxygen is passed so that the oxygen partial pressure becomes 1 / 10,000 atmosphere or more. The potential difference between the anode and the reference electrode is read by a potentiometer 9, and a potential difference is applied between the cathode and the anode by the power supply 7 so that the potential of the anode becomes -0.48V. Uranium oxide contained in the spent oxide fuel dissolves in the anode and precipitates on the disk-shaped cathode 4.
Oxides of a transuranium element such as plutonium and oxides of a rare earth element such as samarium do not dissolve at an anode potential of -0.48 V since the oxygen partial pressure is at least 1 / 10,000 atmosphere. Therefore, when all of the uranium oxide contained in the spent oxide fuel is dissolved, no current flows. When the current stops flowing, the uranium oxide 11 deposited by the scraping device is transferred to the recovery container 6 while rotating the cathode 11. After scraping, the recovery container is taken out of the reaction tank and uranium is recovered. Next, the cathode is replaced before the plutonium is recovered. This new cathode is for depositing an oxide of a transuranium element other than plutonium and an oxide of a rare earth element such as samarium. If the cathode is not replaced, these elements will be mixed into the next recovered uranium. After replacing the cathode,
The potential difference between the anode and the reference electrode is read by a potentiometer 9 and
A power source 7 applies a potential difference between the cathode and the anode so that the potential of the anode is between 0.02 V and -0.1 V. An oxide of a transuranium element other than plutonium and an oxide of a rare earth element such as samarium contained in the spent oxide fuel are anodically dissolved and deposited on the replaced cathode. Anode potential is 0.02
At V and -0.1 V, the plutonium does not dissolve and remains on the anode. Take out the anode and collect the plutonium. In addition, the cathode is replaced with a cathode 4 for uranium recovery in preparation for the next uranium recovery.

【0015】以上のように、本発明の実施例によれば使
用済酸化物燃料からウラン及びプルトニウムを別々に回
収することができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, uranium and plutonium can be separately recovered from spent oxide fuel.

【0016】〔実施例2〕本発明の第二の実施例である
使用済原子燃料の再処理法が実行される使用済原子燃料
再処理装置の構成を図4を用いて説明する。図4に示す
実施例の装置は図1構成の装置に塩化ウラニル投入装置
12と塩化ウラニル濃度センサ13を加えた構成であ
る。溶融塩の電気分解では陽極で溶解した物質と同一の
電荷量の物質が陰極で析出する。実施例1のウランの回
収時には、陰極においてウラン酸化物UO2 がウラニル
イオンUO2 2+ に転化して溶解する。一方、陰極ではU
2 2+が酸化物UO2 に転化する。陽極で生じたUO2
2+ は瞬時に陰極に達することはないため、陰極では、
例えば
[Embodiment 2] The structure of a spent nuclear fuel reprocessing apparatus in which a spent nuclear fuel reprocessing method according to a second embodiment of the present invention is executed will be described with reference to FIG. The apparatus of the embodiment shown in FIG. 4 has a configuration in which a uranyl chloride input device 12 and a uranyl chloride concentration sensor 13 are added to the apparatus of the configuration of FIG. In the electrolysis of the molten salt, a substance having the same charge amount as the substance dissolved at the anode is deposited at the cathode. When recovering uranium in Example 1, uranium oxide UO 2 is converted to uranyl ion UO 2 2+ and dissolved at the cathode. On the other hand, in the cathode, U
O 2 2+ is converted to oxide UO 2 . UO 2 generated at the anode
Since 2+ does not reach the cathode instantaneously,
For example

【0017】[0017]

【化7】 KCl+2e~→K(金属)+Cl~ …(化7) の様な溶融塩自体の電気分解が生じ、溶融塩を損なう。
従って、陽極でのUO2の溶解を行うときに陰極でUO
2 が析出するように、ウラニルイオンUO2 2+ を溶融塩
に予め加えておくことが望ましい。本実施例では塩化ウ
ラニル投入装置11により溶融塩に塩化ウラニルを加
え、塩化ウラニル濃度センサ12により必要量のウラニ
ルイオンが存在することを確認する。
## STR00007 ## Electrolysis of the molten salt itself occurs as shown in the following formula: KCl + 2e.fwdarw.K (metal) + Cl.about.
Therefore, when dissolving UO 2 at the anode, UO 2
It is desirable to add uranyl ion UO 2 2+ to the molten salt in advance so that 2 is deposited. In the present embodiment, uranyl chloride is added to the molten salt by the uranyl chloride charging device 11, and the uranyl chloride concentration sensor 12 confirms that a required amount of uranyl ion is present.

【0018】本実施例によれば、実施例1の効果に加え
て溶融塩自体の電気分解を防止する。
According to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the electrolysis of the molten salt itself is prevented.

【0019】[0019]

【発明の効果】発明によれば、陽極電位を、プルトニ
ウム酸化物の陽極溶解電位より低く、サマリウム酸化物
の陽極析出電位より高く設定して溶解を実施することに
より、核分裂生成物とプルトニウム以外の超ウラン元素
を溶解させてプルトニウムを残留させることによりプル
トニウムを回収することができる。これらの操作は大気
開放中で実施することができるので、塩素ガスまたは不
活性気体雰囲気下で実施する従来の溶融塩を用いた再処
理方法より、装置及び処理施設の構造を簡略化でき高経
済性である。
According to the present invention, the dissolution is carried out with the anodic potential set lower than the anodic dissolution potential of plutonium oxide and higher than the anodic deposition potential of samarium oxide. By dissolving the transuranium element and leaving plutonium, plutonium can be recovered. Since these operations can be performed in the open air, the structure of the apparatus and the processing facility can be simplified and the cost is reduced compared to the conventional reprocessing method using a molten salt performed in a chlorine gas or inert gas atmosphere. Sex.

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

【図1】本発明の一実施例である使用済原子燃料再処理
装置のブロック図。
FIG. 1 is a block diagram of a spent nuclear fuel reprocessing device according to one embodiment of the present invention.

【図2】従来の再処理法であるグラファイトが共存する
酸素濃度での酸化物の陽極溶解電位を示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an anodic dissolution potential of an oxide at an oxygen concentration in which graphite coexists, which is a conventional reprocessing method.

【図3】本発明の再処理法である大気開放下の酸素濃度
での酸化物の陽極溶解電位を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the anodic dissolution potential of an oxide at an oxygen concentration under open air, which is the reprocessing method of the present invention.

【図4】本発明の第二実施例である使用済原子燃料再処
理装置の説明図。
FIG. 4 is an explanatory view of a spent nuclear fuel reprocessing device according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…反応槽、2…溶融塩、3…陽極、4…ウラン回収用
陰極、5…かきとり装置、6…回収容器、7…電気分解
用電源、8…参照電極、9…電位差計、10…使用済酸
化物原子燃料、11…ウラン酸化物の陰極析出物、12
…塩化ウラニル投下装置、13…ウラニルイオンセン
サ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reaction tank, 2 ... Molten salt, 3 ... Anode, 4 ... Cathode for uranium recovery, 5 ... Scraping device, 6 ... Collection vessel, 7 ... Power supply for electrolysis, 8 ... Reference electrode, 9 ... Potentiometer, 10 ... Spent oxide nuclear fuel, 11 ... Cathode deposit of uranium oxide, 12
... Uranyl chloride dropping device, 13 ... Uranyl ion sensor.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】使用済酸化物原子燃料を溶融塩に溶解した
後または溶解しつつ、上記溶融塩を電気分解する事によ
りウラン及びまたはプルトニウムを回収する原子燃料の
再処理法において、陽極電位を、プルトニウム酸化物の
陽極溶解電位より低く、サマリウム酸化物の陽極析出電
位より高く設定して溶解を実施することにより、核分裂
生成物とプルトニウム以外の超ウラン元素を溶解させて
プルトニウムを残留させることによりプルトニウムを回
収することを特徴とする使用済原子燃料の再処理方法。
In a reprocessing method of a nuclear fuel for recovering uranium and / or plutonium by electrolyzing the molten salt after or while dissolving the spent oxide nuclear fuel in the molten salt, the anode potential is changed. By dissolving the fission products and transuranium elements other than plutonium by setting the lower than the anodic dissolution potential of plutonium oxide and higher than the anodic deposition potential of samarium oxide, by leaving plutonium A method for reprocessing spent nuclear fuel, comprising recovering plutonium.
【請求項2】請求項1において、溶解に先立って溶融塩
中に塩化ウラニルまたはウラニルイオンの化合物を予め
加えるか、塩化ウラニル又はラウニルイオンを生成せし
めることにより、電気分解による溶融塩の損傷を防止す
る使用済原子燃料の再処理方法。
Wherein Oite to claim 1, prior to dissolving or adding a compound of uranyl chloride or uranyl ion in the molten salt in advance, by allowed to generate uranyl chloride or Rauniruion, damage of the molten salt by electrolysis How to prevent reprocessing of spent nuclear fuel.
【請求項3】請求項において、前記使用済酸化物原子
燃料を陽極として陽極酸化溶解により燃料を溶解するこ
とにより、陽極電位から核分裂生成物とプルトニウム以
外の超ウラン元素の残留量をもとめて、溶解反応を停止
すべき時点を判定する再処理方法。
3. The fuel cell according to claim 1 , wherein the spent oxide atomic fuel is used as an anode to dissolve the fuel by anodic oxidation dissolution to determine the residual amounts of fission products and transuranium elements other than plutonium from the anode potential. And a reprocessing method for determining the point at which the dissolution reaction should be stopped.
【請求項4】使用済酸化物原子燃料を溶融塩に溶解した
後、または溶解しつつ、上記溶融塩を電気分解する事に
よりウラン及びまたはプルトニウムを回収する原子燃料
の再処理法において、前記ウランを回収した後、ウラン
を回収した後の使用済燃料に対して請求項または
方法によるプルトニウムの回収を実施することにより、
ウランとプルトニウムを別個に回収する原子燃料の再処
理法。
After dissolving wherein spent oxide nuclear fuel in a molten salt, or while dissolved in reprocessing of nuclear fuel to recover uranium and or plutonium by electrolyzing the molten salt, the uranium After recovering uranium, the spent fuel from which uranium has been recovered is recovered by plutonium according to the method of claim 1 or 3 ,
Reprocessing of nuclear fuel to recover uranium and plutonium separately.
JP22970396A 1996-08-30 1996-08-30 Reprocessing of spent nuclear fuel Expired - Fee Related JP3214366B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22970396A JP3214366B2 (en) 1996-08-30 1996-08-30 Reprocessing of spent nuclear fuel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP22970396A JP3214366B2 (en) 1996-08-30 1996-08-30 Reprocessing of spent nuclear fuel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1073693A JPH1073693A (en) 1998-03-17
JP3214366B2 true JP3214366B2 (en) 2001-10-02

Family

ID=16896383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP22970396A Expired - Fee Related JP3214366B2 (en) 1996-08-30 1996-08-30 Reprocessing of spent nuclear fuel

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3214366B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003273024A1 (en) * 2002-10-16 2004-05-04 Central Research Institute Of Electric Power Industry Method and apparatus for reprocessing spent fuel from light-water reactor
JP4679070B2 (en) * 2004-04-30 2011-04-27 株式会社東芝 Method for reprocessing spent oxide fuel
JP6114651B2 (en) * 2013-07-05 2017-04-12 株式会社東芝 Metal separation and recovery method and metal separation and recovery system

Also Published As

Publication number Publication date
JPH1073693A (en) 1998-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sakamura et al. Measurement of standard potentials of actinides (U, Np, Pu, Am) in LiCl–KCl eutectic salt and separation of actinides from rare earths by electrorefining
US7799185B1 (en) Porous membrane electrochemical cell for uranium and transuranic recovery from molten salt electrolyte
Iizuka et al. Actinides recovery from molten salt/liquid metal system by electrochemical methods
RU2603844C1 (en) Method of nitride spent nuclear fuel recycling in salt melts
Li et al. Electrochemical analysis of actinides and rare earth constituents in liquid cadmium cathode product from spent fuel electrorefining
Liu et al. Electroseparation of uranium from lanthanides (La, Ce, Pr, Nd and Sm) on liquid gallium electrode
Ackerman et al. Distribution of plutonium, americium, and several rare earth fission product elements between liquid cadmium and LiCl KCl eutectic
Bagri et al. Optimization of UCl3 and MgCl2 separation from molten LiCl-KCl eutectic salt via galvanic drawdown with sacrificial Gd anode
Novoselova et al. Thermodynamic properties of ternary Me-Ga-In (Me= La, U) alloys in a fused Ga-In/LiCl-KCl system
CN105102688A (en) Room temperature electrodeposition of actinides from ionic solutions
Sakamura et al. Electrowinning of U-Pu onto inert solid cathode in LiCl-KCl eutectic melts containing UCl3 and PuCl3
Koyama et al. Study of molten salt electrorefining ofu-pu-zr alloy fuel
JP3214366B2 (en) Reprocessing of spent nuclear fuel
US9631290B2 (en) Room temperature electrodeposition of actinides from ionic solutions
Souček et al. Pyrochemical processes for recovery of actinides from spent nuclear fuels
Simpson Fundamentals of Spent Nuclear Fuel Pyroprocessing
GB2554068A (en) Simple reprocessing of nuclear fuel waste to produce reactor fuel
US20060137992A1 (en) Separation of metals
Laplace et al. Electrodeposition of uranium and transuranics metals (Pu) on solid cathode
Sankar et al. Electrorefining of un-irradiated and irradiated U-6 wt.% Zr metal fuel for deposition of uranium
Kobayashi et al. Electrorefining experiments to recover uranium with a cadmium-lithium anode and their theoretical evaluation
Delpech et al. Electrochemical determination of gadolinium and plutonium solvation properties in liquid gallium at high temperature
González Voltammetric Analysis of Moisture-Induced Impurities in LiCl-Li2O Used for Direct Electrolytic Reduction of UO2 and Demonstration of Purification Process
Koyama et al. Demonstration of pyrometallurgical processing for metal fuel and HLW
Baimakov et al. Electrochemical behavior of Ta (V) in molten LiCl-KCl and the effect of fluoride ion on it

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees