JPH05212206A - 溶媒抽出法のための装置 - Google Patents

溶媒抽出法のための装置

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JPH05212206A
JPH05212206A JP29849092A JP29849092A JPH05212206A JP H05212206 A JPH05212206 A JP H05212206A JP 29849092 A JP29849092 A JP 29849092A JP 29849092 A JP29849092 A JP 29849092A JP H05212206 A JPH05212206 A JP H05212206A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えばウラン回収の為のピュレックス(Pure
x) 法を実施すべき、相互に逆方向に流れる水相(22,26)
及び有機相(24,28) を用いる脈動・向流式の溶媒抽出
装置において、全処理量及び分離効率の向上を達成す
る。 【構成】 抽出装置の抽出搭(20)の上部の水相入口(22)
と下部の有機相入口(24)との間で両相流に干渉すべく横
断配設された相分散用多孔板(40)の流体通過オリフィス
(42)の上部周縁(44)を、所定式により定義される楕円形
状(46;Fig.3)とする。これにより、上記オリフィス(42)
を通過した分散相の液滴の合体(coalescence) が防止さ
れ、故に、総括物質移動速度(overall mass transfer r
ate)が増大され、その結果、全処理量及び分離効率が向
上される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流体接触用の抽出塔お
よびそれに続く脱離塔内において互いに反対方向に向か
って流れる水相および有機相を使用する溶媒抽出法を実
施するための手段に関するものである。更に詳しく言え
ば本発明は、不要な汚染物を含有する廃棄物または使用
済み材料（たとえば、核燃料の製造または加工工程から
得られたスクラップ、あるいは原子炉から取出された使
用済み核燃料）からウランを回収するためのいわゆる
「ピュレックス法」に関する。本発明は特にピュレック
ス法に対して適用し得るものであるが、かかる方法に対
する使用のみに限定されるわけではないのであって、典
型的な抽出塔を使用する任意の向流式溶媒抽出法に対し
て本発明を適用し得ることを理解すべきである。
【０００２】
【従来の技術】ウランの溶媒抽出を行うためのいわゆる
「ピュレックス法」は、核燃料業界において公知であ
る。この方法は、たとえば、１９６７年１２月１２日付
けの米国特許第３３５７８０２号、１９８６年６月１７
日付けの同第４５９５５２９号、および１９８８年７月
１９日付けの同第４７５８３１３号の明細書中に記載さ
れており、またベネディクト(Benedict)等の著書「ニュ
ークリア・ケミカル・エンジニアリング(Nuclear Chemi
cal Engineering)」（マグローヒル・ブック・カンパニ
ー、１９８１年）の第１０章に詳しく説明されている。
上記米国特許及び著書を援用する。
【０００３】簡単に述べれば、ピュレックス法は一連の
化学的工程または操作から成っている。先ず最初に、ウ
ラン化合物を含有する（スクラップまたは使用済み核燃
料のごとき）廃棄物が硝酸（ＨＮＯ3 ）の水溶液で処理
される。このようにしてウラン化合物を溶解することに
より、水相中に硝酸ウラニル［ＵＯ2 （ＮＯ3 ）2 ］お
よびその他の酸溶解成分が生成される。硝酸ウラニルを
はじめとする酸溶解成分および廃棄物中の硝酸可溶成分
を含有する水相が抽出塔内を下方に向かって流される。
他方、ケロシンのごときパラフィン系炭化水素混合物か
ら成る有機希釈剤中にリン酸トリブチルを溶解して成る
有機相が水相と対向しながら抽出塔内を上方に向かって
流される。その際、水相中の（硝酸ウラニルをはじめと
する）可溶性ウラン化合物は有機相によって抽出され、
そしてリン酸トリブチルと結合する。このようにして分
離されたウラン化合物は有機相によって抽出塔から運び
出される。酸可溶性の抽残物を含有する水相、および分
離されるウラン化合物を含有する有機相は、それぞれの
入口と反対側に設けられた出口を通して抽出塔から排出
される。
【０００４】抽出塔から流出した後、分離されたウラン
化合物を含有する有機相は脱離塔内を上方に向かって流
される。他方、有機相と対向しながら水が脱離塔内を下
方に向かって流される。かかる水は有機相中のリン酸ト
リブチルからウラン化合物を遊離させる結果、それらの
ウラン化合物は水相中に移行して運ばれる。このように
して汚染物から分離されたウラン化合物を含有する水相
および有機相は、それぞれの入口と反対側に設けられた
出口を通して脱離塔から排出される。その後、有機相は
再び抽出塔に戻される。通例、かかる方法は抽出塔およ
び脱離塔から成るシステム内において全ての成分を連続
的に流しながら実施される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】抽出塔内における撹拌
は、通例、各々の多孔板上における最適の液滴形成およ
び合体を可能にするパルスポンプまたは往復多孔板の使
用によって行われる。かかる撹拌の強度は混合エネルギ
ーと呼ばれるのが最も普通である。過度の混合エネルギ
ー（または流量）は「溢れ」を引起こすことがある。こ
れは、主として小さな液滴が合体して大きな液滴になる
結果、抽出塔内における一方または両方の液相の流れが
妨害されるような状態である。混合エネルギーは抽出塔
の効率にとって重要であり、また特定のウラン分布を確
立するために役立つ。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】本発明は、互いに反対方向
に向かって流れる水相および有機相を使用する脈動式溶
媒抽出法において２つの液相の全処理量およびそれらの
分離効率を向上させるような装置から成っている。この
ような機能向上を示す装置は、通常の抽出塔において使
用される相分散用多孔板に設けられた流体通過オリフィ
スが特定の輪郭を有することを特徴とするものである。
【０００７】
【実施例】先ず図１を見ると、たとえばウラン回収用の
ピュレックス法を実施するために役立つ典型的な溶媒抽
出システム１０が示されている。かかるシステムは、ウ
ラン化合物を含有する廃棄物の供給源１４および水性媒
質中に溶解された硝酸（ＨＮＯ3 ）の供給源１６を伴っ
た酸溶解容器１２を含んでいる。廃棄物中のウラン化合
物はその他の硝酸可溶成分と共に容器１２内の硝酸によ
って溶解され、そしてウラン化合物は硝酸ウラニルに転
化される。硝酸ウラニルをはじめとする酸溶解成分およ
び廃棄物中の硝酸可溶成分を含有する弱酸性の水相は、
水相供給口１８を通して抽出塔２０の上部に供給され
る。なお、抽出塔２０内への供給に先立ち、容器１２か
らの水相を濾過することが好ましい。他方、入口２２を
通して抽出塔２０の上部には水が供給される。
【０００８】抽出塔２０内に供給された後、硝酸ウラニ
ルをはじめとする酸溶解成分および硝酸可溶成分を含有
する水相は塔内を下方に向かって流れる。他方、有機相
入口２４を通して抽出塔２０の下部に有機相が供給され
るが、この有機相は下方に向かって流れる水相に対向し
ながら塔内を上方に向かって流れる。リン酸トリブチル
および有機希釈剤から成る有機相は、抽出塔２０内にお
いて水相と向流的に接触した場合に可溶性不純物からウ
ラン化合物を分離する。これは、リン酸トリブチルが水
相中に溶解した酸化ウランイオン（ＵＯ2 ++）と化学的
に結合することに依存している。有機相に溶解しない不
純物は水相によって下方に運ばれ、そして抽出塔２０の
下部に設けられた不溶性抽残物出口２６から排出され
る。
【０００９】ウラン化合物と結合したリン酸トリブチル
および有機希釈剤から成る有機相は上方に向かって流
れ、そして抽出塔２０の上部に設けられた有機相抽出物
出口２８から排出される。ウラン化合物と結合したリン
酸トリブチルおよび有機希釈剤から成る有機相は有機相
抽出物出口２８から導管を通して運ばれ、そして脱離塔
３２の下部に設けられた入口３０に供給される。他方、
入口３４を通して脱離塔３２の上部に水が供給される
が、この水は下部に供給されて上方に向かって流れる有
機相と対向しながら塔内を下方に向かって流れる。脱離
塔３２内において有機相と向流的に接触する水はリン酸
トリブチルおよび有機相から水溶性のウラン化合物を分
離する。そして、分離されたウラン化合物を含有する水
は下部に設けられた出口３６を通して脱離塔３２から排
出される。脱離塔３２の上部に設けられた有機相出口３
８からから排出された（リン酸トリブチルおよび有機希
釈剤から成る）有機溶媒は、有機相入口２４に連通した
導管を通して抽出塔２０に送られて再使用される。
【００１０】上記のごとき向流式溶媒抽出システムにお
いて使用される抽出塔には、互いに反対方向に向かって
流れる２種の液体の入口および出口が設けられた上部区
域および下部区域の間において抽出塔を横断するように
配置された複数の相分散用多孔板４０を具備されてい
る。かかる相分散用多孔板４０には、図２に拡大して示
されるような多数の流体通過オリフィス４２が設けられ
ている。相分散用多孔板４０は約０．０２０〜約０．２
５インチの範囲内の厚さを有するのが通例であり、また
流体通過オリフィス４２は約０．１２５〜約０．２５イ
ンチの範囲内の直径を有するのが通例である。実例を挙
げれば、相分散用多孔板４０の厚さはステンレス鋼製多
孔板については約０．０２２インチであり、またテフロ
ン製多孔板については約０．２５インチである。
【００１１】互いに反対方向に向かって流れる水相およ
び有機相を使用する脈動式溶媒抽出法を実施するための
抽出塔の機能は、水相または有機相を他方の相から成る
連続媒質中に小さな液滴として分散させることである。
かかる小さな液滴は分散相の単位体積当りの表面積を増
大させる結果、一方の相から他方の相に抽出すべき所望
成分の物質移動速度が増大することになる。しかるに、
抽出塔内において液滴の合体現象が起こると総括物質移
動速度が制限を受ける結果、互いに反対方向に向かって
流れる水相および有機相の全処理量および分離効率が低
下することになる。その上、液滴の直径が増大するのに
伴って分散相のホールドアップ（すなわち、分散相の体
積分率）も増加する。液滴直径の増大および分散相のホ
ールドアップの増加は「溢れ」を引起こす。すなわち、
水相および有機相が一緒に有機相出口を通って抽出塔か
ら流出するのである。
【００１２】抽出塔内における分散相の液滴の形成は、
分散すべき液体が相分散用多孔板の流体通過オリフィス
から出る時に起こる。脈動が存在しなければ、オリフィ
スを通る連続した層流はオリフィスののど部の直径以上
の大きさの液滴を生じる。しかるに脈動抽出塔において
は、オリフィスの出口において発生する乱流の渦に原因
する動的な力が界面張力に対抗して液滴を粉砕する。
【００１３】脈動抽出塔においては、脈動流の機械的作
用が乱流の渦を発生させる結果、相分散用多孔板の流体
通過オリフィスの出口において形成される液滴の直径が
縮小することになる。効率的に運転されている抽出塔の
場合、液滴の直径はオリフィスの直径の1/5 〜 1/3に等
しい。それに対し、脈動作用が存在しなければ、液滴の
直径はオリフィスの直径以上になる。それ故、効率の良
い成分分離が必要とされる場合には、小さな液滴がもた
らす質量移動速度および全処理量の向上を達成するため
に脈動抽出塔が使用されるようになっている。
【００１４】脈動作用によって生じた二相流が相分散用
多孔板の流体通過オリフィス内に入ると、連続相中の液
滴は固体境界面に対して流線が収束もしくは発散するよ
うな区域内において合体する傾向を示し、そのために全
処理量および分離効率が制限を受けることになる。本発
明に従えば、相分散用多孔板４０の流体通過オリフィス
４２の上部周縁４４が図２に示されるような楕円形の輪
郭４６を成して湾曲している。かかる上部周縁４４の輪
郭が描く楕円曲線は、式
【００１５】
【数３】
【００１６】（式中、ｃは楕円の全周長の半分、そして
ａおよびｂは楕円軸の長さである）によって近似的に定
義される。流体通過オリフィス４２の上部周縁４４が上
記の式によって定義される楕円形の輪郭４６を有すれ
ば、脈動作用によって生じた小さな液滴はオリフィス４
２ののど部（すなわち、断面積の小さくなった区域）を
通って加速する流線流を成して流れ、従って合体を受け
ることがない。すなわち、オリフィス４２の上部周縁４
４が有する楕円形の輪郭は、分散相の液滴間の距離およ
びオリフィスの固体境界面と液滴との距離をできるだけ
大きくすることによって液滴の合体を抑制するために役
立つのである。
【００１７】本発明において使用される相分散用多孔板
４０を構成する材料は、有機相または水相のいずれを分
散させるかに応じて選定する必要がある。すなわち、水
相を連続した有機相中に分散させる場合には、多孔板４
０および抽出塔はテフロンのごとき非湿潤性のプラスチ
ック材料から構成されていなければならない。そうすれ
ば、水相の液滴は多孔板４０または抽出塔の表面に接触
した場合にそれを濡らすことがない。
【００１８】また、連続した水相中に有機相を分散させ
る場合には、多孔板４０および抽出塔はステンレス鋼の
ごとき金属またはガラスから構成することができる。そ
うすれば、有機相の液滴は多孔板４０または抽出塔の表
面を濡らすことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】向流式溶媒抽出法を実施するためのシステムを
示す簡略流れ図である。
【図２】図１に示された相分散用多孔板の部分拡大断面
図である。
【図３】本発明に基づく最適のオリフィス形状を定義す
る式を理解するために役立つ説明図である。図中、ａ，
ｂは前述。ｄはオリフィスの直径、ｅはオリフィスの中
心線同士の間の距離である。
【符号の説明】
１０ 溶媒抽出システム １２ 酸溶解容器 １８ 水相入口 ２０ 抽出塔 ２４ 有機相入口 ２６ 不溶性抽残物出口 ２８ 有機相抽出物出口 ３２ 脱離塔

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに反対方向に向かって流れる水相お
    よび有機相を使用する脈動式溶媒抽出法を実施するため
    の装置において、 (a) 上部区域に設けられた水相入口および有機相抽出物
    出口と、下部区域に設けられた不溶性抽残物出口および
    有機相入口とを具備する直立した抽出塔、並びに (b) 上部区域に設けられた前記水相入口と下部区域に設
    けられた前記有機相入口との間において前記抽出塔を横
    断しかつ両者間の流れに干渉するように配置された複数
    の相分散用多孔板から成っていて、前記相分散用多孔板
    には通過する相液滴の合体を低減させるため楕円形の輪
    郭を成すように上部周縁を湾曲させて成る多数の流体通
    過オリフィスが設けられている結果、全処理量および分
    離効率の向上が達成されることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記相分散用多孔板に設けられた前記多
    数の流体通過オリフィスが約０．１２５〜約０．２５イ
    ンチの範囲内の直径を有する請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記相分散用多孔板が約０．０２０〜約
    ０．２５インチの範囲内の厚さを有する請求項１記載の
    装置。
  4. 【請求項４】 前記相分散用多孔板が非湿潤性のプラス
    チック材料から成る請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 互いに反対方向に向かって流れる水相お
    よび有機相を使用する脈動式溶媒抽出法を実施するため
    の装置において、 (a) 上部区域に設けられた水相入口および有機相抽出物
    出口と、下部区域に設けられた不溶性抽残物出口および
    有機相入口とを具備する直立した抽出塔、並びに (b) 上部区域に設けられた前記水相入口と下部区域に設
    けられた前記有機相入口との間において前記抽出塔を横
    断しかつ両者間の流れに干渉するように配置された複数
    の相分散用多孔板から成っていて、前記相分散用多孔板
    には通過する相液滴の合体を低減させるため式 【数１】 （式中、ｃは楕円の全周長の半分、そしてａおよびｂは
    楕円軸の長さである）によって定義される楕円形の輪郭
    を成すように上部周縁を湾曲させて成る多数の流体通過
    オリフィスが設けられている結果、全処理量および分離
    効率の向上が達成されることを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 前記相分散用多孔板に設けられた前記多
    数の流体通過オリフィスが約０．１２５〜約０．２５イ
    ンチの範囲内の直径を有する請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記相分散用多孔板が約０．０２０〜約
    ０．２５インチの範囲内の厚さを有する請求項５記載の
    装置。
  8. 【請求項８】 前記相分散用多孔板が非湿潤性のテフロ
    ンから成る請求項５記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記相分散用多孔板がステンレス鋼から
    成る請求項５記載の装置。
  10. 【請求項１０】 互いに反対方向に向かって流れる水相
    および有機相を使用する脈動式溶媒抽出法を実施するた
    めの装置において、 (a) 上部区域に設けられた水相入口および有機相抽出物
    出口と、下部区域に設けられた不溶性抽残物出口および
    有機相入口とを具備する直立した抽出塔、並びに (b) 上部区域に設けられた前記水相入口と下部区域に設
    けられた前記有機相入口との間において前記抽出塔を横
    断しかつ両者間の流れに干渉するように配置されると共
    に、約０．０２０〜約０．２５インチの範囲内の厚さを
    有する複数の相分散用多孔板から成っていて、前記相分
    散用多孔板には通過する相液滴の合体を低減させるため
    式 【数２】 （式中、ｃは周長、そしてａおよびｂは楕円軸の長さで
    ある）によって定義される楕円形の輪郭を成すように上
    部周縁を湾曲させて成りかつ約０．１２５〜約０．２５
    インチの範囲内の直径を有する多数の流体通過オリフィ
    スが設けられている結果、全処理量および分離効率の向
    上が達成されることを特徴とする装置。
JP29849092A 1991-11-18 1992-11-09 溶媒抽出法のための装置 Expired - Fee Related JP3316007B2 (ja)

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