JP5758209B2

JP5758209B2 - 使用済み燃料再処理方法

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Publication number: JP5758209B2
Application number: JP2011131857A
Authority: JP
Inventors: 水口　浩司; 浩司水口; 優也高橋; 恒雄大村; 祥平金村; 孝大森
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2031-06-14
Also published as: JP2013002855A

Description

本発明は、使用済み燃料から不要な核分裂生成物を分離し燃料として再利用する使用済み燃料再処理方法に関する。

原子力発電所から発生する使用済み燃料中には、ウラン、超ウラン元素の他に、核分裂生成物であるアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類等が含まれており、再処理工程を経て燃料として再利用することができる。

従来のピューレックス法をはじめとする湿式再処理法は、使用済み燃料を硝酸水溶液に溶解した後、共除染工程で核分裂生成物を分離した後、ＵとＰｕの分配工程でＵとＰｕを分離し、ＵとＰｕは各々、Ｕ精製工程、Ｐｕ精製工程で精製した後、Ｐｕ溶液をＵ溶液と一緒にして混合脱硝しており、ＵとＰｕとが一旦分配工程で分離していることから絶対的な核不拡散性があるとは言いがたい。

そこで、湿式再処理法で使用済み燃料溶解液から大部分のウランを分離し高純度の軽水炉用酸化ウランを回収すると共に、乾式再処理法でＰｕとＮｐ，Ａｍ，Ｃｍなどのマイナーアクチニド（ＭＡ）を回収することのできる、湿式再処理法と乾式再処理法を組み合わせたいわゆるハイブリッド再処理方法が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法によれば、核不拡散性の高い、すなわちＰｕを単独で回収できない再処理プロセスを実現することができる。

また、従来の湿式再処理法において、シュウ酸沈殿工程の前段に電解還元工程を設け、ウランの価数調整を行うことによって、シュウ酸沈殿工程におけるＵおよびＰｕの沈殿量を調整する技術が開発されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００９−２８８１７８号公報特許第３１２０００２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術は、湿式再処理法の工程から得られたＰｕおよびＵを含む硝酸水溶液からＰｕおよびＵを沈殿回収するためにシュウ酸沈殿法を採用しているが、硝酸水溶液中において一部のＵが６価のウラニルイオンとして存在するためにシュウ酸沈殿工程において、Ｕは６価のウラニルイオンとして存在してシュウ酸と塩を生成し、ウランを沈殿回収しにくいという課題があった。

また、上述した特許文献２に記載の技術は、ＵおよびＰｕの沈殿量の調整を目的として行っているものであり、さらに使用済み燃料中の軽水炉用酸化ウランが分離回収されていないウラン全量に対して電解還元価数調整を行っているため、設備容量や処理時間のコストが増大する課題があった。

そこで本発明は、シュウ酸沈殿工程においてより効率よくウランを沈殿回収することができる使用済み燃料再処理方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の使用済み燃料再処理方法は、使用済み酸化物燃料を解体してせん断された燃料を硝酸水溶液に溶解する溶解工程と、前記硝酸水溶液に溶解したプルトニウムを３価に還元するウラン抽出用電解還元価数調整工程と、ウラン抽出用電解還元価数調整工程を経た燃料を有機溶媒と接触させ、６価のウランを抽出剤に抽出させることにより、酸化ウランを回収する遠心抽出工程と、この遠心抽出工程で抽出されたウラン、マイナーアクチニドおよび核分裂生成物を含むろ液からマイナーアクチニドおよび核分裂生成物をシュウ酸沈殿法によりシュウ酸沈殿物として沈殿させるシュウ酸沈殿工程と、このシュウ酸沈殿工程で残留したろ液からウランを６価から４価または３価に価数調整してシュウ酸沈殿物として沈殿させるシュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程と、シュウ酸沈殿物を脱水し、酸化雰囲気中で沈殿物酸化物に転換する酸化物転換工程と、アルカリ金属の塩化物溶融塩中にアルカリ金属酸化物を溶解した混合溶融塩中または、アルカリ土類金属の塩化物溶融塩中にアルカリ土類金属酸化物を溶解した混合溶融塩中に、沈殿物酸化物を浸漬し、この沈殿物酸化物を陰極に接触させて沈殿物酸化物中のウラン、プルトニウムおよびマイナーアクチニドを回収する電解還元工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、使用済み燃料再処理方法のシュウ酸沈殿工程においてより効率よくウランを沈殿回収することができる。

本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法を示す概略フロー図。本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法のＵ抽出用電解還元価数調整工程で用いるバッチ電解装置を示す概略断面図。本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法のシュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程で用いるフロー電解装置を示す概略断面図。本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法の電解還元工程で用いる電解還元装置を示す概略断面図。本発明の第２の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法を示す概略フロー図。本発明の第３の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法を示す概略フロー図。

以下、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法について図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法を示す概略フロー図である。

使用済み燃料再処理方法１は、溶解工程２と、遠心清澄工程３と、Ｕ抽出用電解還元価数調整工程４と、遠心抽出工程５と、シュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６と、シュウ酸沈殿工程７と、酸化物転換工程８と、電解還元工程９と、電解精製工程１０と、蒸留工程１１と、射出成形工程１２と、ＦＰ処理／廃塩処理工程１３と、Ｚｒ，Ｒｕ，Ｔｃ除去工程１４と、逆抽出／Ｕ濃縮工程１５と、Ｕ精製／脱硝工程１６と、白金族ＦＰ回収工程１７とから構成される。

湿式プロセス２１は、溶解工程２と、遠心清澄工程３と、Ｕ抽出用電解還元価数調整工程４と、遠心抽出工程５と、Ｚｒ，Ｒｕ，Ｔｃ除去工程１４と、逆抽出／Ｕ濃縮工程１５と、Ｕ精製／脱硝工程１６とから構成される。湿式プロセス２１は、使用済み酸化物燃料である軽水炉ＳＦＬ（ＳｐｅｎｔＦｕｅｌ）３１を用いて溶解工程２、遠心清澄工程３、Ｕ抽出用電解還元価数調整工程４、遠心抽出工程５、Ｚｒ，Ｒｕ，Ｔｃ除去工程１４、逆抽出／Ｕ濃縮工程１５、Ｕ精製／脱硝工程１６を順に行って酸化物燃料である軽水炉ＦＬ（Ｆｕｅｌ）を得る。

改良アクアパイロプロセス２２は、シュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６と、シュウ酸沈殿工程７と、酸化物転換工程８と、電解還元工程９と、白金族ＦＰ回収工程１７とから構成される。改良アクアパイロプロセス２２は、湿式プロセス２１の遠心抽出工程５における硝酸水溶液を用いてシュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６、シュウ酸沈殿工程７、酸化物転換工程８、電解還元工程９を順に行う。さらにシュウ酸沈殿工程７におけるろ液３６を用いて白金族ＦＰ回収工程１７を行う。

乾式プロセス２３は、電解精製工程１０と、蒸留工程１１と、射出成形工程１２と、ＦＰ処理／廃塩処理工程１３とから構成される。乾式プロセス２３は、改良アクアパイロプロセス２２の電解還元工程９において還元回収したＵ、Ｐｕおよび高速炉ＳＦＬ３２を用いて電解精製工程１０、蒸留工程１１、射出成形工程１２を順に行って高速炉ＦＬ３４を得る。さらに電解精製工程１０および蒸留工程１１における不純物、残留物を用いてＦＰ処理／廃塩処理工程１３を行う。

（作用）
以下、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。まず、軽水炉ＳＦＬ３１から湿式プロセス２１、改良アクアパイロプロセス２２、乾式プロセス２３によって高速炉ＦＬ３４を得る方法について説明する。

溶解工程２において、解体してせん断された軽水炉ＳＦＬ３１の全量を硝酸で溶解する。このとき、Ｕは６価、Ｐｕは４価の状態で存在している。さらに遠心清澄工程３において、遠心分離によって溶解液に含まれる不溶性の成分を除去する。

次にＵ抽出用電解還元価数調整工程４において、Ｐｕを電解還元して３価にする。図２は、本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法のＵ抽出用電解還元価数調整工程で用いるバッチ電解装置を示す概略断面図である。バッチ電解装置５０は、陰極室５１と陽極室５２が隔膜５３を介して隔てられている。陰極室５１には陰極液５４が溜められ、この陰極液５４に陰極５５と参照電極５６が挿入されている。また、陽極室５２には陽極液５７が溜められ、この陽極液５７に陽極５８が挿入されている。陰極５５および陽極５８は電源５９に接続されている。また、陰極５５と参照電極５６が電位差計６０に接続されている。参照電極６０としては、たとえば銀／塩化銀電極を用いる。なお、陰極室５１には陰極液５４を攪拌するための攪拌子６１が設けられている。

このとき、陰極電位が−１００ｍＶ以下にすることにより、Ｎｐを５価に維持しながら、Ｐｕを３価に還元する。一部４価還元されたＵは、Ｐｕを４価から３価に還元するためにも使われ、逆にＵ自身は大部分が６価に酸化される。

次に遠心抽出工程５において、Ｕ抽出用電解還元価数調整工程４でＵを価数調整した硝酸水溶液をＴＢＰ（リン酸トリブチル）−３０％ドデカンで抽出すると、大部分（約９０％）の６価のＵがＴＢＰ−３０％ドデカン溶液に抽出される。Ｐｕの３価イオン、Ｎｐの５価イオンは一部のＵの４価イオンと共に、硝酸水溶液に残留する。遠心抽出工程５では、遠心分離機を用いて硝酸水溶液とＴＢＰを分離する。遠心分離機の回転筒内で遠心力により比重の大きい水相は回転筒の外周部に集まり、回転筒に開けられた孔を通って水相受液部に流れる。比重の小さい溶媒相は回転軸の近くに集まり、上端仕切り板の孔を通って上方へ流れ溶媒受液部に流出する。

遠心抽出工程５における硝酸水溶液は、改良アクアパイロプロセス２２において高速炉ＦＬ３４を精製する工程に用いられる。また、大部分（９０％）の６価のＵを含むＴＢＰは、後述する軽水炉ＦＬ３３の精製工程に用いられる。

まず、硝酸水溶液を用いた高速炉ＦＬ３４の精製工程について説明する。Ｕは通常硝酸水溶液中で６価のウラニルイオンとして安定して存在するので、遠心抽出工程５において硝酸水溶液に残留した４価イオンとして存在するＵは６価のウラニルイオンへ再び酸化する。そこで、改良アクアパイロプロセス２２のシュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６において、遠心抽出工程５で残留した硝酸水溶液に対して電解還元価数調整を行い、Ｕを６価から４価のイオンに価数調整する。

シュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６におけるＵの電解還元価数調整には、フロー電解を用いた装置を適用する。図３は、本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法のシュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程で用いるフロー電解装置を示す概略断面図である。

フロー電解装置７０は、隔膜筒７１と、炭素繊維７２と、金属線７３と、筐体７４と、電源７５と、陰極槽７６と、陽極槽７７と、参照極７８とから構成される。隔膜筒７１として、多孔質の筒形状のアルミナやセラミックスを適用することができる。筐体７４は内部に隔膜筒７１を収容し、一端から使用済み燃料が溶解した硝酸水溶液を内部に導入し、隔膜筒７１内部を通って他端から硝酸水溶液を排出する構造である。さらに、隔膜筒７１内部によって陰極槽７６を形成し、隔膜筒７１の周囲に硝酸水溶液を保持する陽極槽７７を形成する。

隔膜筒７１内部の陰極槽７６に炭素繊維７２を設ける。隔膜筒７１の周囲には金属線７３を巻き回す。陰極を炭素繊維７２、陽極を金属線７３として電源７５を接続する。さらに隔膜筒７１を参照極７８とする。筐体７４の一端から使用済み燃料が溶解した硝酸水溶液を隔膜筒７１内部である陰極槽７６に流通させながら電解還元を行う。このとき、隔膜筒７１は隔膜として作用し、隔膜筒７１を透過したイオンは金属線７３の陽極によって酸化され、陽極槽７７内部の硝酸水溶液中に溶解する。

フロー電解装置７０は電極面積が広いため、下記（１）式のように６価のウラニルイオンを４価のイオンに価数調整することができる。さらに６価のウラニルイオンを３価のイオンに価数調整してもよい。このとき、前工程の遠心抽出工程５において大部分のＵが除かれているので価数調整を行うＵが最小限で済み、使用電力や設備容量を削減することができる。さらに、６価のウラニルイオンを全量４価または３価のイオンに価数調整するため、価数調整されたイオンの量を随時計測し、６価と４価または３価のイオンの割合を調整する必要がない。

ＵＯ_２ ^２＋＋４Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｕ^４＋＋２Ｈ_２Ｏ・・・（１）
次にシュウ酸沈殿工程７において、シュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６で価数調整された水溶液に対して、シュウ酸を添加し、シュウ酸沈殿３５を生じさせる。シュウ酸沈殿３５中には、ＰｕとＮｐやＡｍ、Ｃｍなどのマイナーアクチニド、希土類元素（ＲＥ）およびアルカリ土類金属元素の一部が含まれる。さらに、シュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６においてＵが４価または３価に価数調整されているため、Ｕもシュウ酸沈殿３５中に効率よく沈殿する。

シュウ酸沈殿工程７において、Ｕ、Ｐｕ、マイナーアクチニドおよび希土類元素などはシュウ酸沈殿３５として回収される。またシュウ酸沈殿工程７において、核分裂生成物のうちアルカリ金属元素や白金族元素はろ液３６中に沈殿せずに溶解している。白金族元素とは、パラジウム、ルテニウム、ロジウムをはじめとする白金族ＦＰを含む元素である。白金族ＦＰは、後述する白金族ＦＰ回収工程１７にて回収される。

次に酸化物転換工程８において、シュウ酸沈殿工程７で回収されたシュウ酸沈殿３５に、オゾンもしくは酸化性のガスを吹き込みながら水分を加熱しながら除去すると、Ｕ、Ｐｕ、マイナーアクチニドおよび希土類元素の酸化物３７が生成する。さらに、酸化物３７の水分を酸素を真空に引きながら完全に除去する。

次に電解還元工程９において、Ｕ、Ｐｕおよびマイナーアクチニド金属１８を還元して回収する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法の電解還元工程で用いる電解還元装置を示す概略断面図である。電解還元装置８１は、ステンレス鋼製の陰極バスケット８２に酸化物３７を入れ、内部に混合溶融塩を保持した溶融塩電解槽８３に装荷する。ここで混合溶融塩は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物の溶融塩中にアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物を溶解したものが好ましい。さらに具体的には、たとえば、ＬｉＣｌの溶融塩中にＬｉ_２Ｏを溶解した混合溶融塩、ＭｇＣｌ_２の溶融塩中にＭｇＯを溶解した混合溶融塩、ＣａＣｌ_２の溶融塩中にＣａＯを溶解した混合溶融塩のいずれかが好ましい。

Ｕ、Ｐｕ、マイナーアクチニドおよび希土類元素の酸化物３７の入った陰極バスケット８２を電源８４の陰極８５に接続し、不溶解性の、たとえば白金やグラッシーカーボン製の陽極８５を設置し、電源８４の陽極に接続する。溶融塩８７中で陰極バスケット８２と陽極８５に電圧を印加し、陰極バスケット８２中のＵ、Ｐｕおよびマイナーアクチニド酸化物中の酸素イオンが引き抜かれて金属に還元され、Ｕ、Ｐｕおよびマイナーアクチニドを回収する。核分裂生成物であるＣｓなどのアルカリ金属元素やＳｒのようなアルカリ土類金属元素、およびＣｅやＮｄのような希土類元素は溶融塩中に溶解するのでＵ、Ｐｕおよびマイナーアクチニドと分離することができる。

最後に乾式プロセス２３において、電解還元工程９で得られたＵ、Ｐｕおよびマイナーアクチニドから高速炉ＦＬ３４を得る。まず、電解精製工程１０において電解還元工程９で得られたＵ、Ｐｕおよびマイナーアクチニドおよび高速炉ＳＦＬ３２を用いて電解精製を行う。さらに蒸留工程１１において、蒸留によってさらに不純物を取り除き、射出成形工程１２において高速炉ＦＬ３４を形成する。

さらに改良アクアパイロプロセス２２の白金族ＦＰ回収工程１７おいて、シュウ酸沈殿工程７で得られるろ液３６から白金族核分裂生成物（白金族ＦＰ）を回収する。核分裂生成物のうち、アルカリ金属元素や白金族元素はシュウ酸沈殿せず、ろ液３６中に溶解している。ここで、この白金族ＦＰ回収工程１７で使用される装置は、Ｕ抽出用電解還元価数調整工程４で使用される図２に示すバッチ電解装置５０を適用することができる。

白金族ＦＰ回収工程１７において、核分裂生成物が溶解しているろ液３６を陰極室５１に入れ、ここに不溶解性の陰極５５を浸漬して電解を行なう。電源５９によって電圧を陽極５８および陰極５５に印加すると、陰極室５１のろ液３６に含まれている核分裂生成物のうち、白金族ＦＰであるＰｄ、Ｒｕ、ＲｈおよびＭｏ、Ｔｃが陰極５５に析出回収される。一方、陽極室５２には酸の陽極液５７を入れる。このとき、陰極液５４であるろ液中のＣｓなどのアルカリ金属元素およびＳｒなどのアルカリ土類元素はろ液３６中に残留するので白金族ＦＰと分離できる。

印加する電圧は、陰極室５１に浸漬した参照電極５６と陰極５５の電位差を電位差計６０で測定し、白金族ＦＰが水素発生させずに陰極５５に析出する電位に制御する。白金族ＦＰが高レベル廃棄物中に移行しないので、ガラス固化体の製造における負担を減少させることができる。さらに、高レベル廃棄物の発生量を低減することができる。

最後に、湿式プロセス２１において軽水炉ＦＬ３３を得る方法について説明する。遠心抽出工程５におけるＴＢＰには、軽水炉ＳＦＬ３１中の約９０％のＵが溶解している。まず、Ｚｒ，Ｒｕ，Ｔｃ除去工程１４において、Ｕが溶解したＴＢＰに含まれるＺｒ，Ｒｕ，Ｔｃを電解還元して回収する。逆抽出／Ｕ濃縮工程１５においてＵをＴＢＰから硝酸水溶液へ逆抽出し水相を蒸発させてＵ濃縮する。さらにＵ精製／脱硝工程１６おいて、Ｕを硝酸で洗浄した後、酸化物に転換して高純度のＵＯ_２として回収し、軽水炉ＦＬ３３を得る。

（効果）
本発明の第１の実施形態によれば、シュウ酸沈殿工程７の前段にシュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６を設け、遠心抽出工程５で残留した硝酸水溶液に含まれるＵを６価から４価のイオンに価数調整することによって、シュウ酸沈殿工程７において効率よくＵを沈殿回収することができる。

なお、改良アクアパイロプロセス２２における酸化物転換工程８および電解還元工程９は、塩素化工程および脱水工程ならびに溶融塩電解工程に代えることができる。この場合、塩素化工程で、このシュウ酸沈殿３５に塩酸を添加し、１００℃以下で溶解した後、過酸化水素を添加することによりシュウ酸を水と二酸化炭素に分解する。シュウ酸沈殿３５のＵ、Ｐｕおよびマイナーアクチニドはこの塩素化工程で塩化物に転換される。

次に、脱水工程で、塩酸溶液の水分を蒸発除去した後、還元性の不活性ガス（たとえばアルゴンや窒素）の気流中で約２００℃前後で水分を完全に除去する。これにより、無水のＵ、Ｐｕおよびマイナーアクチニドの塩化物（無水塩化物）が生成される。さらに無水塩化物を溶融塩電解工程で電解することにより、高速炉燃料として使用することが可能なＵ、Ｐｕおよびマイナーアクチニドの金属を回収することができる。

（第２の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第２の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法について図５を参照して説明する。第１の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法を示す概略フロー図である。第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、シュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６をシュウ酸沈殿工程７の前段に代えて、シュウ酸沈殿工程７の後段に設けた点である。シュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６はシュウ酸沈殿工程７におけるろ液３６の価数調整を行う。

（作用）
以下、本発明の第２の実施形態の作用について説明する。本実施形態におけるシュウ酸沈殿工程７では、あらかじめウランの価数調整がされていないため、６価のウラニルイオンとして存在するウランは沈殿せずにろ液３６中に留まる。

シュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６において、シュウ酸沈殿工程７におけるろ液３６を電解還元する。このとき、シュウ酸沈殿工程７において沈殿しなかった６価のウランが４価に価数調整され、ろ液３６から沈殿してシュウ酸沈殿３５となる。

後段の酸化物転換工程８では、シュウ酸沈殿工程７において沈殿したシュウ酸沈殿３５およびシュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６において沈殿したシュウ酸沈殿３５を用いて上述した酸化物転換を行う。

（効果）
本発明の第２の実施形態によれば、シュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６をシュウ酸沈殿工程７の後段に設け、シュウ酸沈殿工程７においてウランを沈殿させるとともに、シュウ酸沈殿工程７において沈殿しなかったウランをシュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６において沈殿させることができる。

なお、シュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６とシュウ酸沈殿工程７の順序を入れ替えるだけでなく、シュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６とシュウ酸沈殿工程７を交互に繰り返したり、フロー電解装置７０でシュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程６を行いながらシュウ酸を加えてシュウ酸沈殿工程７を行うことも可能である。

（第３の実施形態）
（構成）
以下、本発明の第３の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法について図６を参照して説明する。第１の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法の各部と同一部分には同一符号を付し、同一の構成についての説明は省略する。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る使用済み燃料再処理方法を示す概略フロー図である。第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、白金族ＦＰ回収工程１７を改良アクアパイロプロセス２２のシュウ酸沈殿工程の後段に代えて、湿式プロセス２１の遠心清澄工程３の後段に設けた点である。白金族ＦＰ回収工程１７は、遠心清澄工程３を終えた硝酸水溶液から白金族ＦＰの回収を行う。

（作用）
以下、本発明の第３の実施形態の作用について説明する。白金族ＦＰ回収工程１７において、図２に示すバッチ電解装置５０の陰極室５１に遠心清澄工程３を終えた硝酸水溶液を陰極室５１に入れ、ここに不溶解性の陰極５５を浸漬して電解を行なう。

（効果）
本発明の第３の実施形態によれば、白金族ＦＰ回収工程１７を湿式プロセス２１の遠心抽出工程５の後段に設けることによって、遠心清澄工程３を終えた硝酸水溶液から白金族ＦＰの回収を行うことができる。

１・・・使用済み燃料再処理方法
２・・・溶解工程
３・・・遠心清澄工程
４・・・Ｕ抽出用電解還元価数調整工程
５・・・遠心抽出工程
６・・・シュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程
７・・・シュウ酸沈殿工程
８・・・酸化物転換工程
９・・・電解還元工程
１０・・・電解精製工程
１１・・・蒸留工程
１２・・・射出成形工程
１３・・・ＦＰ処理／廃塩処理工程
１４・・・Ｚｒ，Ｒｕ，Ｔｃ除去工程
１５・・・逆抽出／Ｕ濃縮工程
１６・・・Ｕ精製／脱硝工程
１７・・・白金族ＦＰ回収工程
２１・・・湿式プロセス
２２・・・改良アクアパイロプロセス
２３・・・乾式プロセス
３１・・・軽水炉ＳＦＬ
３２・・・高速炉ＳＦＬ
３３・・・軽水炉ＦＬ
３４・・・軽水炉ＦＬ
３５・・・シュウ酸沈殿
３６・・・ろ液
３７・・・廃棄物
５０・・・バッチ電解装置
５１・・・陰極室
５２・・・陽極室
５３・・・隔膜
５４・・・陰極液
５５・・・陰極
５６・・・参照電極
５７・・・陽極液
５８・・・陽極
５９・・・電源
６０・・・電位差計
６１・・・攪拌子
７０・・・フロー電解装置
７１・・・隔膜筒
７２・・・炭素繊維
７３・・・金属線
７４・・・筐体
７５・・・電源
７６・・・陰極槽
７７・・・陽極槽
７８・・・参照極
８１・・・電解還元装置
８２・・・陰極バスケット
８３・・・溶融塩電解槽
８４・・・電源
８５・・・陰極
８６・・・陽極

Claims

使用済み酸化物燃料を解体してせん断された燃料を硝酸水溶液に溶解する溶解工程と、
前記硝酸水溶液に溶解したプルトニウムを３価に還元するウラン抽出用電解還元価数調整工程と、
前記ウラン抽出用電解還元価数調整工程を経た燃料を有機溶媒と接触させ、６価のウランを抽出剤に抽出して酸化ウランを回収する遠心抽出工程と、
この遠心抽出工程で抽出された前記ウラン、マイナーアクチニドおよび核分裂生成物を含むろ液からマイナーアクチニドおよび核分裂生成物をシュウ酸沈殿法によりシュウ酸沈殿物として沈殿させるシュウ酸沈殿工程と、
このシュウ酸沈殿工程で残留したろ液からウランを６価から４価または３価に価数調整してシュウ酸沈殿物として沈殿させるシュウ酸沈殿用電解還元価数調整工程と、
前記シュウ酸沈殿物を脱水し、酸化雰囲気中で沈殿物酸化物に転換する酸化物転換工程と、
アルカリ金属の塩化物溶融塩中にアルカリ金属酸化物を溶解した混合溶融塩中または、アルカリ土類金属の塩化物溶融塩中にアルカリ土類金属酸化物を溶解した混合溶融塩中に、前記沈殿物酸化物を浸漬し、この沈殿物酸化物を陰極に接触させて前記沈殿物酸化物中の前記ウラン、前記プルトニウムおよび前記マイナーアクチニドを回収する電解還元工程とを備えることを特徴とする使用済み燃料再処理方法。
前記酸化物転換工程および前記電解還元工程に代えて、
前記シュウ酸沈殿物に塩酸を添加して塩化物に転換する塩素化工程と、
前記塩化物を、還元性の不活性なガス気流中で脱水させることにより無水塩化物を合成する脱水工程と、
前記無水塩化物を溶融塩に溶解して、電解により陰極にウラン、プルトニウムおよびマイナーアクチニドを回収する溶融塩電解工程とを備えることを特徴とする請求項１に記載の使用済み燃料再処理方法。
前記シュウ酸沈殿工程で沈殿せずに残った前記ろ液を陰極室に入れ、この陰極室に不溶解性材料からなる陰極を挿入し、前記陰極室とは隔壁で隔てられた陽極室に酸性溶液を入れて電解して、前記ろ液中に残留する白金族ＦＰを前記陰極に析出回収する白金族ＦＰ回収工程をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の使用済み燃料再処理方法。
前記白金族ＦＰ回収工程は、前記シュウ酸沈殿工程の後段に代えて前記溶解工程の後段に設けられ、前記ろ液に代えて前記硝酸水溶液から白金族ＦＰを回収することを特徴とする請求項３に記載の使用済み燃料再処理方法。