JP4117491B2

JP4117491B2 - Ｎ，ｎ，ｎ’，ｎ’−テトラエチルジグリコールアミドにより分離プロセス溶媒中の３，４価のアクチノイドイオンを高濃度の硝酸溶液に一括逆抽出する方法

Info

Publication number: JP4117491B2
Application number: JP2004348138A
Authority: JP
Inventors: 英哉鈴木; 祐二佐々木; 由美須郷; 貴海木村
Original assignee: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2024-12-01
Also published as: JP2006153790A

Description

原子力分野では、使用済み核燃料又は高レベル放射性廃液中に含まれる様々な元素を抽出・回収し、その後取り扱いやすいように水相に逆抽出する簡便な方法が求められている。一般的に溶媒抽出したアクチノイドイオンを水相に逆抽出するには、希硝酸系で取り扱うことが有効となるが、比較的高い酸性条件で逆抽出できれば加水分解抑制や酸化性雰囲気維持のために都合が良い。

本発明は、分離プロセス溶媒中の３，４価のアクチノイドイオンを高い濃度の硝酸溶液中に一括抽出する方法に関するものである。本発明における一括抽出とは、使用済み核燃料又は高レベル放射性廃液から溶媒抽出されたＮｐ（ＩＶ）、Ｐｕ（ＩＶ）、Ａｍ（ＩＩＩ）、Ｃｍ（ＩＩＩ）等の３，４価のアクチノイドを一度に水相中に逆抽出することである。

従来、溶媒抽出したアクチノイドイオンを水相に逆抽出するのには、希硝酸溶液、クエン酸、アミノポリカルボン酸やテトラメチルジグリコールアミド（ＴＭＤＧＡ）などの水溶性錯形成剤を用いる方法が知られている。

分離プロセスにおいて、３，４価のアクチノイドイオンを抽出した後に速やかに酸性溶液に逆抽出することは、分離プロセス開発において重要である。従来の課題は次のとおりである。

（１）酸性度が薄い場合、Ｐｕ（ＩＶ）は水酸化物を形成し沈殿する。
（２）クエン酸のような錯形成剤では使用できるｐＨ条件が高く（ｐＨ>３）、Ｐｕ（ＩＶ）の水酸化物が沈殿する可能性がある。ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）に関しては硝酸溶液への溶解度が低い（最大５０ｍＭ程度）。これらの錯形成剤は下記の文献で参照できる（非特許文献１〜２）。

（３）酸性溶液中では、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラオクチルジグリコールアミド（ＴＯＤＧＡ）の抽出能力が高いが、大変強い中性の錯形成剤が必要である。これまでに特許出願した化合物ＴＭＤＧＡでは特に高い濃度の硝酸溶液からＡｍ（ＩＩＩ）を逆抽出することができない（特許文献１）。
R.Malmback,etc., Partitioning of minor actinides from HLLW using the DIAMEX process. Part 2-"Hot" continuous counter-current experiment. Radiochim. Acta 88, 865-871 (2000) Morita, etc. Diisodecylphosphoric acid， DIDPA, as an extractant for transuranium elements, Proc. Of Int. Conf. on Evaluation of Engineering Fuel Systems (GLOBAL 1995) 特願２００４−１７２２１８号

本発明は、ジグリコールアミド（ＤＧＡ）化合物の一種であるＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラエチルジグリコールアミド（ＴＥＤＧＡ）を用いて、高い濃度の硝酸溶液中に３，４価のアクチノイドイオンを一括抽出する方法である。本発明のＴＥＤＧＡは、比較的高濃度の硝酸溶液中でも高い錯形成能力を持っており、又その水溶液は、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラオクチルジグリコールアミド（ＴＯＤＧＡ）を含めた強力な抽出剤を用いて有機溶媒に抽出したＡｍ（ＩＩＩ）、Ｐｕ（ＩＶ）等の３,４価のアクチノイドイオンを稀硝酸から硝酸酸性溶液までの広範囲（０．２〜３Ｍ硝酸濃度範囲）な条件で一括逆抽出することができるものである。

本発明の錯形成剤であるＴＥＤＧＡは、使用済み核燃料（ＳＦ）或いは高レベル放射性廃液（ＨＬＬＷ）のような硝酸水溶液から金属イオンを溶媒抽出する際に、溶媒抽出した後のＡｍ（ＩＩＩ）、（ＩＶ）を０．２〜３Ｍ硝酸濃度範囲である広範な硝酸酸性領域の水相に逆抽出することができ、分離プロセスに応用できる。又ＴＥＤＧＡは水溶性化合物でもあることから、現在使用されるエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）等に代わる放射能除染剤としても使用可能である。

本発明においては、次の抽出能力特性を有する錯形成剤を見いたした。
（１）本発明の錯形成剤が、３Ｍ硝酸濃度条件でもＡｍ（ＩＩＩ）、（ＩＶ）の分配比を十分に下げることのできる化合物である。逆抽出の際に水酸化物の沈殿形成を完全に抑制できる。

（２）本発明の錯形成剤が３Ｍ硝酸溶液に十分溶解可能であり、この時に４ＭのＴＥＤＧＡの溶液を調整することが可能である。一方、有機相には殆ど溶解しない。
（３）本発明の錯形成剤が２次廃棄物発生量を低減できる。炭素、水素、酸素、窒素からなる化合物である。

（４）本発明の錯形成剤が中性の化合物であり、錯形成時にＰｕ（ＩＶ）と水酸化物の沈殿を生成しない。
（５）本発明の錯形成剤が使用後に適切な有機溶媒を用いて回収可能で、再利用することができる。この時にアクチノイドイオンは有機溶媒に移行しない。

即ち、本発明の錯形成剤は、ジグリコールアミド（ＤＧＡ）化合物の一つである、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラエチルジグリコールアミド（ＴＥＤＧＡ）を開発した。この化合物を用いて、０．２ＭのＴＯＤＧＡ/ｎ−ドデカン溶媒から、０．１Ｍ以上のＴＥＤＧＡを溶解した３Ｍ硝酸溶液へのＡｍ（ＩＩＩ）、Ｐｕ（ＩＶ）の分配比は、０．１以下であることを確認した。このことは、上の条件で３，４価のアクチノイドイオンを３Ｍ硝酸溶液に一括抽出できることを示す。上記分配比は、有機相の金属濃度を水相の金属濃度で割った比で示される。

（実施例１）
ＴＥＤＧＡを用いて、Ｐｕ（ＩＶ）及びＡｍ（ＩＩＩ）の抽出分配比を測定した。水相に各アクチノイドイオンとＴＥＤＧＡを含む３Ｍ硝酸溶液を、有機相に０．２ＭのＴＯＤＧＡ/ｎ―ドデカン溶媒を用いて、得られた分配比をＴＥＤＧＡ濃度に対してプロットした。即ち、上記水相に含まれるアクチノイドを上記有機相に抽出する分配比を検討した。ＴＥＤＧＡ濃度が増加するとともにＰｕ（ＩＶ）、Ａｍ（ＩＩＩ）分配比は減少し、ＴＥＤＧＡ濃度０．１Ｍでそれぞれ分配比は概ね０．１かそれ以下あった。

なお、ＴＥＤＧＡが存在しない条件で、水相に各アクチノイドイオンを含む３Ｍ硝酸溶液を、有機相に０．２ＭのＴＯＤＧＡ/ｎ―ドデカン溶媒を用いて得られた分配比はＰｕ（ＩＶ）、Ａｍ（ＩＩＩ）ともに１０００以上である。即ち、水相にTEDGAが存在しない場合には、アクチノイドイオンが有機相に移行して分配比が高いので、分配比が低い方が、Ｐｕ（ＩＶ）、Ａｍ（ＩＩＩ）が水相から有機相に抽出されないことを示している。

（実施例２）
ＴＥＤＧＡを溶解した水溶液から、各種有機溶媒を用いてＴＥＤＧＡの回収を検討した。有機溶媒アミルアルコール、ヘキサノール、オクタノールを用いた場合に１回の抽出操作でのＴＥＤＧＡの回収量はそれぞれ７２，６９，５３％であった。この回収時にアクチノイドイオンは有機相に移行しない。

なお、これにより親水性の高いＴＭＤＧＡは殆ど有機溶媒に回収できず、また疎水性の高いテトラプロピルジグリコールアミド（ＴＰＤＧＡ）はドデカン溶媒にも溶解し、水溶性錯形成剤としての利用が難しいことが確認されている。

本発明のＴＥＤＧＡを逆抽出に使用することにより、ＳＦ溶解液又はＨＬＬＷから抽出し、有機相に存在する３，４価アクチノイドイオンを第三相、沈殿生成なしに簡便に逆抽出できる。又この逆抽出できる条件を大幅に改善でき、更に水酸化物沈殿などの問題を解決し、円滑な分離プロセス運転を可能にする。本発明のＴＥＤＧＡは回収・再利用もできるので、経済性の観点からも優れている。

Pu(IV)、及びAm(III)分配比のTEDGA濃度依存性を示す図である。

Claims

ジグリコールアミド化合物の一種であるＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラエチルジグリコールアミドを用いて、高い濃度の硝酸溶液中に３，４価のアクチノイドイオンを一括抽出する、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラエチルジグリコールアミドにより分離プロセス溶媒中の３，４価のアクチノイドイオンを高濃度の硝酸溶液に一括逆抽出する方法。
使用済み核燃料又は高レベル放射性廃液中に含まれるアクチノイドを分離プロセスにおいて有機溶媒により分離抽出し、その分離プロセス溶媒中の３，４価のアクチノイドイオンを水相に逆抽出する際に、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラエチルジグリコールアミドを含有する高濃度の硝酸溶液を使用することを特徴とする、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラエチルジグリコールアミドにより分離プロセス溶媒中の３，４価のアクチノイドイオンを高濃度の硝酸溶液に一括逆抽出する方法。
硝酸溶液の硝酸濃度が０．２〜３Mである請求項２記載の方法。