JPH0659364B2

JPH0659364B2 - 放射性有機溶媒のイオン処理装置

Info

Publication number: JPH0659364B2
Application number: JP60184262A
Authority: JP
Inventors: 直人植竹; 家継関根; 春男橋本; 哲生深沢; 甫伊庭
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-08-23
Filing date: 1985-08-23
Publication date: 1994-08-10
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: US5082602A; EP0218854B1; EP0218854A2; JPS6245301A; DE3667402D1; EP0218854A3

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、放射性有機溶媒のイオン処理装置に係り、特
に、燃料再処理における抽出溶媒のような陰イオン及び
陽イオンを含む放射性有機溶媒からのイオン分離除去に
好適な放射性有機溶媒のイオン処理装置に関するもので
ある。

〔発明の背景〕

従来、ミキサーセトラー等の液−液混合抽出装置を用い
て、抽出溶媒を炭酸ナトリウムやトリエタノールアミン
等のアルカリ性洗浄剤で洗浄することにより抽出溶媒は
再生されてきた（例；英国特許第34655 号）。しかし、
これらの洗浄剤は劣化した溶媒中に含まれる金属イオン
を沈殿させ易く、この沈殿は溶媒と洗浄剤の界面に集
り、捕集した不純物の除去作用を阻害するとともに、溶
媒と洗浄剤の分離が悪くなることが問題であつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、コンパクトな構成でイオンを効率良く
分離除去でき、放射性廃棄物の処理が容易に行える放射
性有機溶媒のイオン処理装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は特徴は、燃料再処理工程で使用されて陰イオン
及び放射性の陽イオンを含む放射性有機溶媒が、供給さ
れる容器と、前記容器内で前記放射性有機溶媒が流れる
空間に配置され、内部にアルカリ水溶液が供給される複
数の陰イオン除去用中空糸と、前記空間内に配置され、
内部に酸性水溶液が供給される複数の陽イオン除去用中
空糸と、前記容器に設けられ全前記陰イオン除去用中空
糸が接続されたアルカリ水溶液供給ヘッダと、前記予期
に設けられ全前記陽イオン除去用中空糸が接続された酸
性水溶液供給ヘッダと、前記容器に設けられ全前記陰イ
オン除去用中空糸が接続されたアルカリ水溶液排出ヘッ
ダと、前記容器に設けられた全前記陽イオン除去用中空
糸が接続された酸性水溶液排出ヘッダとを有し、前記空
間内で各々の前記陰イオン除去用中空糸に隣接して配置
される中空糸の少なくとも一部が前記陽イオン除去用中
空糸である放射性有機溶媒からのイオン分離除去装置
と、前記アルカリ水溶液排出ヘッダ及び前記酸性水溶液排出
ヘッダより排出された前記アルカリ水溶液及び前記酸性
水溶液を処理する放射性廃棄物処理系と備えたことにあ
る。

一般に原子力発電プラントにおける燃料再処理の抽出溶
媒はとしては酸トリブチル（以下、ＴＢＰと略称す
る。）をｎ−ドデカンで希釈したものが用いられる。Ｔ
ＢＰ，ｎ−ドデカンともに放射線または硝酸の影響で分
解され多くは酸を生成する。この中ではＴＢＰの分解生
成物であるりん酸ジブチル（以下、ＤＢＰと略称す
る。）の生成量が多く、抽出挙動への影響も大きい。Ｄ
ＢＰが存在するジルコニウム等の金属イオンが溶媒中に
残留する傾向が生じ、しかもこれらの金属イオンは放射
性であるため抽出溶媒の劣化がより進むことになる。

溶媒再生工程ではこのような溶媒中の不純物であるＤＢ
Ｐ等の陰イオン性不純物及びジルコニウム等の陽イオン
性不純物の両方を取り除く必要がある。ＤＢＰの除去の
ためには炭酸ナトリウム水溶液が用いられている。他方
の金属イオンは、ＤＢＰがなくなると水相へ移行し易く
なるため、炭酸ナトリウム水溶液中に入る。しかし、炭
酸ナトリウム水溶液は強いアルカリ性であるため水酸化
物沈殿が生じ易い。このため、本発明では隔膜により水
相と有機相をへだて、膜を通して不純物を除去する方法
を用いることにより、２つ以上の水相と溶媒が接触する
ようにして分離，除去操作を行うことができる。本発明
では、更に次のような方法によつても行うことができ
る。疎水性中空糸を用いると水相と有機相の接触面積を
大きくすることができ、極めて簡単なプロセスにより、
２つ以上の水相を溶媒と接触させ、ミキサーセトラーと
同程度の除去効率を得ることができる。

第１図により中空糸の構造を模式的に示す。Ａは多孔質
膜，Ｂは中空部分，Ｃはポアである。中空糸の特性は材
質及び製造方法により多少異なるがおおよそ内径２５０
〜３５０μｍ，膜厚５０〜１５０μｍの中空糸の繊維
で、多孔質膜Ａには内面から外面に貫通する多くのポア
Ｃを有している。ポアの開孔率としては５０％以上のも
のが容易に得られる。中空糸の外径は１mm以下であるの
で、束ねて用いることにより非常に大きな表面積を得る
ことができる。

ポア径は0.05〜0.5 μｍ程度と非常に小さく、材質を疎
水性とすると、内面に水を通しても外面にもれ出ない。
第２図に膜Ａの内面即ち、中空部分Ｃに水相を膜Ａの外
面に有機溶媒相を通じた時の中空糸の様子を模式的に示
す。水相は膜の材質が疎水性であるためポア中に入つて
いかないが、一方、溶媒はポア中に侵入し、膜内面（Ｂ
側）に溶媒相と水相の界面が生じ、この界面Ｄを通して
溶媒中の不純物を水相に抽出することができる。

中空糸を用いると溶媒に２種類以上の水相イオン除去を
接触させ、個々のイオンを選択的に除去することが可能
となる。第３図に２種のイオン除去剤を用いた場合につ
いて模式的に示す。一方の中空糸には陰イオン除去剤Ｅ
が流れており、主としてＤＢＰが選択的に除去される。
もう一方の中空糸には陽イオン性除去剤Ｆが流れてお
り、主としてウラン，ジルコニウム等の金属イオンが除
去される。このようにイオンが選択的に除去されるの
で、その処理はイオンの特性に合わせて実施することが
できる。また、ミキサーセトラーのように一方の相を他
相に分散させ、その後静置して２つの相を分離する訳で
はないので、比重，粘度等についてほとんど考慮する必
要がなく、洗浄剤選択の幅が広がる。またミキサーのよ
うな可動部がなく非常に簡単な装置構成となるため、装
置の保守が容易で故障の心配があまりない。中空糸を束
にして溶媒中に浸漬し、中空糸の一部に陰イオン除去剤
であるアルカリ性溶液を、残りに陽イオン除去剤である
水溶性金属錯体形成のための錯化剤を通すことにより、
金属水酸化物沈殿を生じることなく溶媒からイオンを除
去できる。また、分散装置の静置分離の必要がないた
め、外部から固形分が浸入してきてもほとんどその影響
を受けない。

陰イオン除去剤を通じる中空糸と陽イオン除去剤を通じ
る中空糸はできるだけ近接していることが望ましい。こ
れは、溶媒中からＤＢＰが除去されると金属イオンは水
相へ移行し易くなるためで、あまり離れていると金属イ
オンが陰イオン除去剤中へ入り込む可能性が生じる。で
きるだけ、陰イオン除去剤の流れている中空糸の隣りは
陽イオン除去剤が流れている方が良い。このように中空
糸モジュールの配列例を第４図に示す。図中、Ｇは陰イ
オン除去糸、Ｈは陽イオン除去糸である。劣化が著しい
場合にはパターンＩのような配列が適しているが、ＤＢ
Ｐの除去効率をあまり高く取れない。パターンIIのよう
に配列の他、種々の割合で２種類の洗浄剤の流れる中空
糸モジュールが考えられる。プラントの運転状況に応じ
た配列を取ることができる。

溶媒中には放射性核種が存在しているため中空糸にはあ
る程度の耐放射線性が要求される。また、溶媒中には硝
酸がわずかながら溶存しているため耐硝酸性がアルカリ
性洗浄剤を用いるために耐アルカリ性が必要である。こ
れらの点を考慮すると中空糸材質としてはポリスチレ
ン，ポリ塩化ビニル，ポリプロピレン，ポリエチレン，
アクリロニトリルを挙げることができる。これらの材質
は１０^４Ｇｙ以上の線量に耐え、１年程度の使用には十
分であり、定期検査ごとに交換することが好ましい。

陰イオン除去剤としてはＮａＯＨやＫＯＨ等のアルカリ
金属水酸化物水溶液を用いることができる。この場合に
は金属イオンのとり込みについては考慮する必要はな
い。したがつて炭酸イオンや酒石酸イオンを添加する必
要はない。この他ヒドラジンやヒドロキシルアミンも使
用することができる。これらは硝酸の共存下では爆発の
危険性があり、極めて不安定であるが、中空糸中に通じ
て用いる場合には他の硝酸糸に混入する危険性は小さ
い。これらのイオン除去剤は熱分解により完全に気化処
理できるため固体廃棄物低減の観点からは優れている。
特に中空糸を用いて選択分離をする場合には、放射性の
金属イオンが含まれていないので処理は容易である。こ
の他、様々の有機塩基の適用を考えることができる。特
にエタノールアミンは化学的に安定で蒸留により再生
し、再使用できるメリツトを有する。

陽イオン除去剤としては、ジルコニウム，ウラン等と安
定度定数の高い錯体を形成する酸を適用することができ
る。ウランに対しては炭酸が非常に有効である。ＣＯ₃ ²
-またはＨＣＯ₃- の存在下では水相中にウランを濃縮し
て安定に保つことができる。しかし、ジルコニウムに対
して十分でないのでシユウ酸や酒石酸を用いるか添加す
ることが考えられる。また、廃棄物として減溶処理し易
い有機酸の使用も考えられる。使用後のイオン除去剤か
らは凝集沈殿やイオン交換法によつて金属イオンを取り
除き再生使用することもできる。

〔発明の実施例〕以下、燃料の再処理によって生じる陰イオン（例えばＤ
ＢＰ等）及び放射性の陽イオン（例えばジルコニウム、
ウラン等）を含む有機溶媒を処理する具体的な実施例
を、第５図を用いて説明する。本実施例は第１段で水酸
化ナトリウム水溶液とシユウ酸水溶液、第２段で水酸化
ナトリウムと希硝酸溶液をイオン除去剤として用いて、
有機溶媒を再生する場合の例である。

シユウ産貯蔵槽１には２Ｎ−シユウ酸水溶液２が、水酸
化ナトリウム貯蔵槽３には１Ｎ−水酸化ナトリウム水溶
液４が、希硝酸貯蔵槽５には0.1Ｎ-希硝酸６貯蔵されて
いる。各々の貯蔵槽にはポンプ７，８，９が接続されて
おり、このポンプを介してこれらの水溶液が溶媒再生装
置に送られる。溶媒再生装置は第１段イオン除去部１０
と第２段イオン除去部１１から構成されている。溶媒は
溶媒入口１２から第１段イオン除去部に入る。２Ｎ−シ
ユウ酸水溶液２はポンプ７を介して、シユウ酸圧入部１
３に入り、ここでシユウ酸用中空糸１４に入る。一方、
第２段イオン除去部１１で使用された水酸化ナトリウム
溶液も水酸化ナトリウム圧入部１５を介して水酸化ナト
リウム用中空糸１６に入る。両方の中空糸は中空糸前段
交叉部１７で並べ換えられ、第４図パターンＩのように
配列される。前段中空糸交叉部１７より先では、中空糸
１４，１６の外側を溶媒を流れており、金属イオンはシ
ユウ酸溶液中へ、ＤＢＰ等の陰イオンは水酸化ナトリウ
ム溶液中に抽出される。中空糸は中空糸後段交叉部１８
まで来ると再び同一の系統のものだけ集められ、シユウ
酸流出部１９及び水酸化ナトリウム流出部２０におい
て、シユウ酸溶液と水酸化ナトリウム溶液に分離して集
められる。この後、これらのイオン除去廃液は廃棄物処
理系に送られ、各々の性質に応じて処理される。一方、
劣化溶媒は第１段イオン除去部１０で除去された後、溶
媒移送管２１により第２段イオン除去部１１に送られ
る。第２段イオン除去部１１には水酸化ナトリウム貯蔵
槽３から水酸化ナトリウム溶液がポンプ８を介して送ら
れ、水酸化ナトリウム圧入部２２で中空糸中へ入る。一
方、希硝酸貯蔵槽５からは希硝酸がポンプ９を介して希
硝酸圧入部２３へ送られ、ここで中空糸中に入る。中空
糸は中空糸前段交叉部２４で配列され、第４図のパター
ンIIのように並べられる。第２段イオン除去部では中空
糸を介して、ＤＢＰの精分離が水酸化ナトリウム溶液に
より、金属イオンの精分離と流出イオン除去剤の抽出が
希硝酸により実施される。中空糸後段交叉部２５まで達
すると中空糸は系統別に集められ、水酸化ナトリウム溶
液は水酸化ナトリウム流出部２６から第１段イオン除去
部へ送られる。希硝酸は希硝酸流出部２７を介して酸回
収系へ送られる。一方、イオン除去操作の終了した溶媒
は再生溶媒として再生溶媒取り出し口２８から取り出さ
れて再使用される。

シユウ酸流出部１９内の放射性の陽イオンを含むシユウ
酸水溶液、及び水酸化ナトリウム流出部２０内の陰イオ
ンを含む水酸化ナトリウム水溶液は、第５図に示すよう
に放射性廃棄物処理系に送られる。

本実施例によれば、簡単な装置構成でしかも可動部のな
い溶媒再生装置が形成できる。また、沈殿の生成による
イオン除去効率低下の心配もない。

第１段のイオン除去部１０の容器の空間内で、各々の水
酸化ナトリウム用中空糸１６に隣接して配置される中空
糸の少なくとも一部がシユウ酸用中空糸１４であるの
で、上記容器内に供給される有機溶媒に含まれるＤＢＰ
が水酸化ナトリウム用中空糸１６内の水酸化ナトリウム
溶液中に取り込まれると、有機溶媒中に含まれる放射性
の金属イオンがシユウ酸用中空糸１４内を流れるシユウ
酸中に移行しやすくなる。このため、有機溶媒からのイ
オン除去効率が向上する。このように、第１段イオン除
去部１０の容器内でシユウ酸用中空糸１４及び水酸化ナ
トリウム用中空糸１６が配置されているので、第１段イ
オン除去部１０がコンパクトになる。更に、各々の水酸
化ナトリウム用中空糸１６に隣接して配置される中空糸
の少なくとも一部がシユウ酸用中空糸１４であることに
より放射性の陽イオンが水酸化ナトリウム用中空糸１６
内に入り込むことを防止できるので、水酸化ナトリウム
用中空糸１６から排出される放射性物質を含まない溶液
の処理が簡単になり、イオン分離除去装置から排出され
る放射性廃棄物の処理が著しく容易になる。前述のよう
に、シユウ酸流出部１９から排出された放射性の陽イオ
ンを含むシユウ酸水溶液、及び水酸化ナトリウム流出部
２０から排出された陰イオンを含む水酸化ナトリウム水
溶液は、放射性廃棄物処理系に送られる。しかし、その
水酸化ナトリウム水溶液は、放射性物質を含んでいない
ので、シユウ酸水溶液と混合させないことにより、前述
したように処理が容易に行える。シユウ酸流出部１９か
ら排出された放射性の陽イオンを含むシユム酸水溶液は
水酸化ナトリウム水溶液と混合させないので、処理すべ
き放射性廃液の量が少なくなる。

次に本発明の他の実施例を第６図を用いて説明する。本
実施例イオン除去剤を再生後再使用することにより、放
射性廃棄物の発生量を低減させる場合のものである。

ヒドラジン再生装置２９からはヒドラジンがポンプ３０
を介して、溶媒再生装置３１へ送られる。ヒドラジン量
が損失により不足している時はヒドラジン貯槽３２から
バルブ３３を開いてヒドラジンを補給する酒石酸溶液再
生装置３４からは２Ｎ−酒石酸溶液がポンプ３０を介し
て、溶媒再生装置３１へ送られる。不足分は酒石酸貯槽
３５からバルブ３３を開いて補給される。ヒドラジンは
溶媒再生装置３１のヒドラジン用中空糸開口部３６に入
る。ここではヒドラジンが流れる中空糸３７のみが口を
開いており、ここでヒドラジンは中空糸３７内に入る。
一方、酒石酸溶液は酒石酸用中空糸開口部３８に入る。
ここでは酒石酸溶液のみが流れる中空糸３９のみが口を
開いており、ここで酒石酸溶液は中空糸３９に入る。劣
化溶媒は溶媒流入口４２から溶媒再生装置３１に入る。
溶媒再生装置３１の内部にはヒドラジンの流れる中空糸
３７と酒石酸溶液の流れる中空糸３９とが密につまつて
おり、ＤＢＰ等の陰イオンはヒドラジン中へ、金属イオ
ンは酒石酸中へ抽出される。これらの操作の後、溶媒は
再生溶媒として溶媒流出口４３から排出される。この
後、必要によつて同様な装置を用いて多段でイオン除去
操作が為される。ヒドラジンの流れる中空糸はヒドラジ
ン用中空糸開口部４０で再び口を開いており、イオン除
去操作後のヒドラジンが取り出されて、ヒドラジン再生
装置へ送られる。ヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₄・Ｈ₂Ｏ）は７４０
mmＨｇにおいて118.5 ℃で気化する。一方、ＤＢＰは通
常の条件下では気化できないため蒸溜留より再生し再使
用することができる。一方、酒石酸溶液の流れる中空糸
は酒石酸用中空糸開口部４１でやはり口を開いており、
イオン除去操作後の酒石酸溶液が取り出されて、酒石酸
溶液再生装置３４で再生し、再使用される。酒石酸溶液
再生装置３４内には陽イオン交換樹脂がつめられてお
り、イオン交換により金属イオンが取り除かれる。溶媒
中の金属イオン量は多くないので取り換えなしに陽イオ
ン交換樹脂は長期間用いることができる。

本実施例によれば、簡単な装置構成で廃棄物発生量の少
ない陽媒再生装置を形成できる。またも沈殿の生成によ
るイオン除去効率低下の心配もない。

本発明において、ウラン，プルトニウムのみを選択的に
溶媒中の他の金属イオンから水相へ抽出できる物質を用
いることにより、陰イオン除去剤，ウラン，プルトニウ
ム選択除去剤，陽イオン除去剤の３系統の中空糸を溶媒
と接触させ、イオン除去操作をすることができ、この操
作により核燃料物質であるウラン，プルトニウムを他の
放射性核種と分けて回収することが可能となる。これに
より、再処理工程などにおける核燃料物質の損失を防ぐ
ことができ、しかも廃棄物処理系に長半減期のプルトニ
ウムが入り、処理が複雑になるのを防ぐことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、容器の空間内で、各々の陰イオン除去
用中空糸に隣接して配置される中空糸の少なくとも一部
が陽イオン除去用中空糸であるので、各イオンの除去効
率が向上する。このように、１つ容器内に陽イオン除去
用中空糸及び陰イオン除去用中空糸が配置されているの
で、放射性有機溶媒からのイオン分離除去装置がコンパ
クトになる。更に、各々の陰イオン除去用中空糸に隣接
し配置される中空糸の少なくとも一部が陽イオン除去用
中空糸であることにより放射性の陽イオンが陰イオン除
去用中空糸用内に入り込むことを防止できるので、陰イ
オン除去用中空糸から排出される放射性物質を含むない
溶液の処理が簡単になり、イオン分離除去装置から排出
される放射性廃棄物の処理が著しく容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は中空糸の構造を模式的に示す断面斜視
図、第１図（ｂ）はその一部拡大断面図、第２図は膜外
面を溶媒，膜内面を水相とした時の中空糸の様子を模式
的に示す断面図、第３図は本発明に係る溶媒洗浄の原理
を説明するための図、第４図は中空糸の配列の代表的パ
ターンを示す断面図、第５図は本発明の実施例に用いた
装置の概略断面図を示している。第６図は他の装置の概
略断面図である。１……シユウ酸貯蔵槽、２……シユウ酸水溶液、３……
水酸化ナトリウム貯蔵槽、４……水酸化ナトリウム水溶
液、５……希硝酸貯蔵槽、６……希硝酸、７，８，９…
…ポンプ、１０……第１段イオン除去部、１１……第２
イオン除去部、１２……溶媒入口、１３……シユウ酸圧
入部、１４……シユウ酸用中空糸、１５……水酸化ナト
リウム圧入部、１６……水酸化ナトリウム用中空糸、１
７……中空糸前段交叉部、１８……中空糸後段交叉部、
１９……シユウ酸流出部、２０……水酸化ナトリウム流
出部、２１……溶媒移送管、２２……水酸化ナトリウム
圧入部、２３……希硝酸圧入部、２４……中空糸前段交
叉部、、２５……中空糸後段交叉部、２６……水酸化ナ
トリウム流出部、２７……希硝酸流出部、２８……再生
溶媒取り出し口、２９……ヒドラジン再生装置、３０…
…ポンプ、３１……溶媒再生装置、３２……ヒドラジン
貯槽、３３……バルブ、３４……酒石酸溶液再生装置、
３５……酒石酸貯槽、３６……ヒドラジン用中空糸開口
部、３７……ヒドラジンが流れる中空糸、３８……酒石
酸用中空糸開口部、３９……酒石酸溶液が流れる中空
糸、４０……ヒドラジン用中空糸開口部、４１……酒石
酸用中空糸開口部、４２……溶媒流入口、４３……溶媒
流出口。

フロントページの続き (72)発明者深沢哲生茨城県日立市森山町1168番地株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者伊庭甫茨城県日立市森山町1168番地株式会社日立製作所エネルギー研究所内 (56)参考文献特公昭60−10765（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料再処理工程で使用されて陰イオン及び
放射性の陽イオンを含む放射性有機溶媒が、供給される
容器と、前記容器内で前記放射性有機溶媒が流れる空間
内に配置され、内部にアルカリ水溶液が供給される複数
の陰イオン除去用中空糸と、前記空間内に配置され、内
部に酸性水溶液が供給される複数の陽イオン除去用中空
糸と、前記容器に設けられ全前記陰イオン除去用中空糸
が接続されたアルカリ水溶液供給ヘッダと、前記予期に
設けられ全前記陽イオン除去用中空糸が接続された酸性
水溶液供給ヘッダと、前記容器に設けられ全前記陰イオ
ン除去用中空糸が接続されたアルカリ水溶液排出ヘッダ
と、前記容器に設けられ全前記陽イオン除去用中空糸が
接続された酸性水溶液排出ヘッダとを有し、前記空間内
で各々の前記陰イオン除去用中空糸に隣接して配置され
る中空糸の少なくとも一部が前記陽イオン除去用中空糸
である放射性有機溶媒からのイオン分離除去装置と、前記アルカリ水溶液排出ヘッダ及び前記酸性水溶液排出
ヘッダより排出された前記アルカリ水溶液及び前記酸性
水溶液を処理する放射性廃棄物処理系とを備えたことを
特徴とする放射性有機溶媒のイオン処理装置。
【請求項２】前記陰イオン除去用中空糸に隣接している
中空糸が全て前記陽イオン除去用中空糸である特許請求
の範囲第１項記載の放射性有機溶媒のイオン処理装置。