JPH07140293A - Recovery method of transuranic element from high level radioactive waste liquid - Google Patents

Recovery method of transuranic element from high level radioactive waste liquid

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JPH07140293A
JPH07140293A JP28704893A JP28704893A JPH07140293A JP H07140293 A JPH07140293 A JP H07140293A JP 28704893 A JP28704893 A JP 28704893A JP 28704893 A JP28704893 A JP 28704893A JP H07140293 A JPH07140293 A JP H07140293A
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JP
Japan
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elements
chloride
transuranium
transuranic
waste liquid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP28704893A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshie Akai
井 芳 恵 赤
Reiko Fujita
田 玲 子 藤
Hiroshi Yamazaki
崎 洋 山
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

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Abstract

PURPOSE:To provide a method of recovering transuranic elements efficiently without requiring an Li reducing process, without using cadmium for a positive electrode, without requiring a denitration process and a multistage extraction process and without generating a larger quantity of solid-liquid waste. CONSTITUTION:Oxalic acid 2 of concentration not less than twice the concentration required to recover alkaline earth metal elements, transuranic elements and rare earth elements in high level radioactive waste liquid is added in the state of solid to the high level radioactive waste liquid and matured at the temperature in a range of about 60 deg.C to 100 deg.C so as to precipitate the transuranic elements 9, rare earth elements 8 and alkaline earth metal elements 10 as oxalate, thus separating these elements from alkaline metal and white metal elements. The precipitated oxalate is transformed into a chloride in an atmosphere containing chlorine, and the chloride is dissolved in molten salt and subjected to electrolytic purification using an insoluble positive electrode formed of material existing stably until chlorine generating potential and an insoluble negative electrode so as to deposit the transuranic elements 9 to the negative electrode for separative recovery.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高レベル放射性廃液か
らの超ウラン元素回収方法に係り、特に、核燃料サイク
ルの燃料再処理施設から発生する高レベル放射性廃液か
らのプルトニウム、アメリシウム、キュリウムのような
超ウラン元素の回収方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for recovering transuranium elements from high-level radioactive liquid waste, and more particularly to plutonium, americium, and curium from high-level radioactive liquid waste generated from a fuel reprocessing facility of a nuclear fuel cycle. Method for recovering various transuranium elements.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、PUREX法再処理工場から発生
する高レベル廃液の処理方法としては、半減期が長くか
つ毒性の高いプルトニウム、アメリシウム、キュリウム
のような超ウラン元素を分離しないガラス固化体を深地
層中に処分することが考えられている。このため、プル
トニウム、アメリシウム、キュリウムのような超ウラン
元素を含むガラス固化体のハザード係数が天然ウランの
ハザード係数と同等になるまで管理するとすれば、10
5 年以上の管理期間が必要となる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for treating high-level waste liquid generated from a PUREX method reprocessing plant, a vitrified body such as plutonium, americium, and curium, which has a long half-life and is highly toxic, which does not separate transuranic elements is used. Disposal in the deep ground is considered. Therefore, if the hazard coefficient of the vitrified body containing transuranium elements such as plutonium, americium, and curium is controlled to be equal to the hazard coefficient of natural uranium, it is 10
A management period of 5 years or more is required.

【0003】しかし、高レベル廃液からプルトニウム、
アメリシウム、キュリウムのような超ウラン元素を9
9.9%回収してガラス固化し貯蔵すると、天然ウラン
と同等のハザード係数と同等になるには102 年のオー
ダーの管理期間でよい。このため、ガラス固化体貯蔵年
数の短期化ならびに被曝管理の観点から、高レベル廃液
からプルトニウム、アメリシウム、キュリウムのような
超ウラン元素を分離して処分する方法の開発が望まれて
いる。
However, from high-level waste liquid to plutonium,
9 transuranic elements such as americium and curium
When 9.9% is recovered and vitrified and stored, it takes a control period of the order of 10 2 years to have the same hazard coefficient as natural uranium. Therefore, from the viewpoint of shortening the storage period of vitrified solids and exposure control, it is desired to develop a method for separating and disposing transuranic elements such as plutonium, americium, and curium from high-level waste liquid.

【0004】高レベル廃液からプルトニウム、アメリシ
ウム、キュリウムのような超ウラン元素を回収する方法
としては、湿式法や乾式法が知られている。湿式法は溶
媒抽出法、陽イオン交換分離法および沈殿法などを組み
合わせて高レベル廃液から超ウラン元素を回収する方法
である。また、乾式法は高レベル廃液をマイクロ波で脱
硝して酸化物に転換した後、塩化物に転換し、溶融塩中
で電解精製する方法である。
Wet methods and dry methods are known as methods for recovering transuranium elements such as plutonium, americium, and curium from high-level waste liquid. The wet method is a method of recovering transuranium elements from a high-level waste liquid by combining a solvent extraction method, a cation exchange separation method and a precipitation method. The dry method is a method in which high-level waste liquid is denitrated by microwaves to be converted into oxides, then converted to chlorides, and then electrolytically refined in a molten salt.

【0005】湿式法は、有機溶媒を使用する溶媒抽出法
と陽イオン交換分離法を併用する方法が知られている
(特開昭61−30799)。すなわち、高レベル廃液
とリン酸トリブチル(TBP)を接触させてウラン・プ
ルトニウムを有機相中に分離し、ギ酸で脱硝後、DID
PAで抽出しさらに陽イオン交換分離で精製してアメリ
シウム、キュリウムを分離する方法である。これらの工
程では多段の操作が必要なためプロセス自身がコンパク
トにならないこと、また溶媒抽出工程からでる多量の有
機液体廃棄物が発生するなどの問題点があった。
As the wet method, a method in which a solvent extraction method using an organic solvent and a cation exchange separation method are used in combination is known (Japanese Patent Laid-Open No. 61-30799). That is, high-level waste liquid is brought into contact with tributyl phosphate (TBP) to separate uranium / plutonium into the organic phase, denitration with formic acid, and then DID
Americium and curium are separated by extraction with PA and further purification by cation exchange separation. In these steps, there are problems that the process itself cannot be made compact because a multi-step operation is required and a large amount of organic liquid waste generated from the solvent extraction step is generated.

【0006】また、湿式法では溶媒抽出法、イオン交換
法の他に沈殿法がある。沈殿法は高レベル廃液からプル
トニウム、アメリシウム、キュリウムのような超ウラン
元素を迅速に回収する方法である。高レベル廃液に過剰
の希土類元素を添加し、希土類元素の沈殿とともに超ウ
ラン元素を沈殿させる共沈法などがその例である(分析
化学便欄参照)。
The wet method includes a precipitation method as well as a solvent extraction method and an ion exchange method. The precipitation method is a method for rapidly recovering transuranium elements such as plutonium, americium, and curium from high-level waste liquid. An example is the coprecipitation method in which an excess amount of rare earth element is added to a high-level liquid waste, and the transuranic element is precipitated along with the precipitation of the rare earth element (see the column for analytical chemistry).

【0007】しかし、共沈によりプルトニウム、アメリ
シウム、キュリウムのような超ウラン元素を回収する方
法は、あらたな塩廃棄物を生むなどの問題点がある。こ
のため、プルトニウム、アメリシウム、キュリウムのよ
うな超ウラン元素の回収方法として、高レベル廃液にシ
ュウ酸を添加してプルトニウム、アメリシウム、キュリ
ウムのような超ウラン元素を沈殿分離するシュウ酸塩沈
殿法が注目されている。
However, the method of recovering transuranium elements such as plutonium, americium, and curium by coprecipitation has a problem that a new salt waste is produced. Therefore, as a method of recovering transuranium elements such as plutonium, americium, and curium, there is an oxalate precipitation method in which oxalic acid is added to high-level waste liquid to precipitate and separate transuranium elements such as plutonium, americium, and curium. Attention has been paid.

【0008】JRCのイスプラ研究所のL.Cecille ら
は、高レベル廃液中に存在する3価の超ウラン元素が、
99.0〜99.8%の収率でシュウ酸塩として回収で
きると報告している(IAEA−SM−246/2
2)。これらの実験は、0.5〜1.2mol /リットル
の硝酸濃度で行なわれた。高レベル廃液を中間貯蔵した
後の硝酸濃度は2.0mol /リットル程度とかんがえら
れているので、廃液の硝酸濃度を下げることにより高回
収率を達成していると考えられる。
[0008] L. Cecille et al. Of Ispra Research Institute of JRC reported that trivalent transuranium elements present in high-level liquid waste are
It is reported that the oxalate can be recovered in a yield of 99.0 to 99.8% (IAEA-SM-246 / 2).
2). These experiments were carried out at nitric acid concentrations of 0.5 to 1.2 mol / l. It is considered that the nitric acid concentration after intermediate storage of the high-level liquid waste is about 2.0 mol / liter, so it is considered that the high recovery rate is achieved by lowering the nitric acid concentration of the liquid waste.

【0009】また、日本でも同様な試みが行われてい
る。原研の小林らは、高レベル模擬廃液(硝酸濃度2.
0mol /リットル)にぎ酸を添加して脱硝酸(pH0.
5)、シュウ酸を添加する方法により、廃液中から9
9.9%の模擬超ウラン元素を回収できると報告してい
る(JAERI M 88−168)。
Similar attempts are being made in Japan. Kobayashi et al. From JAERI, reported that high-level simulated waste liquid (nitric acid concentration 2.
Formic acid was added to 0 mol / liter to denitrate (pH 0.
5), by the method of adding oxalic acid,
It has been reported that 9.9% of simulated transuranic elements can be recovered (JAERI M 88-168).

【0010】硝酸濃度を減少させる方法としては、ぎ酸
を添加する方法が考えられているが、ぎ酸を添加後、沈
殿した元素をろ過するなどのプロセスが付随する問題点
がある。
As a method of reducing the nitric acid concentration, a method of adding formic acid has been considered, but there is a problem associated with a process of filtering the precipitated element after adding formic acid.

【0011】以上のようなことから、廃棄物量およびプ
ロセスの簡便さを考慮し、脱硝することなしにシュウ酸
塩沈殿法により高レベル廃液から直接プルトニウム、ア
メリシウム、キュリウムのような超ウラン元素を99.
9%程度回収する方法の開発が必要である。
From the above, in consideration of the amount of waste and the simplicity of the process, 99% transuranium elements such as plutonium, americium and curium can be directly extracted from the high level waste liquid by the oxalate precipitation method without denitration. .
It is necessary to develop a method for recovering about 9%.

【0012】しかし、沈殿法は超ウラン元素を回収する
ことはできるが、超ウラン元素と化学的性質が似ている
希土類元素を分離することはできない。このため、沈殿
法で回収した超ウラン元素から希土類元素を取り除くた
め、回収したシュウ酸塩沈殿を溶液にした後、溶媒抽出
法、イオン交換法により分離する方法などが検討されて
いる。
However, although the precipitation method can recover transuranic elements, it cannot separate rare earth elements having similar chemical properties to those of transuranic elements. Therefore, in order to remove the rare earth element from the transuranium element recovered by the precipitation method, a method in which the recovered oxalate precipitate is made into a solution and then separated by a solvent extraction method or an ion exchange method is being studied.

【0013】乾式法は高レベル廃液を全量マイクロ波で
脱硝して酸化物とした後、塩化物に転換した後、KCl
−LiClの溶融塩中に溶解させLiなどの還元剤を溶
融塩中に添加してカドミウム浴に抽出させた後、カドミ
ウム浴を陽極にして電解を行い陰極上に超ウラン元素を
回収する方法が知られている(電力中央研究所・総合報
告、T15、1990)。湿式法に比べて超ウラン元素
と化学的性質の似ている希土類元素を分離する効率は小
さいが、湿式法に比べてプロセス自身が多段にならない
ことや、液体廃棄物が発生しないことなどのメリットが
ある。
In the dry method, all of the high-level waste liquid is denitrified by microwaves to form oxides, which are then converted into chlorides, and then KCl.
A method of dissolving in a molten salt of LiCl and adding a reducing agent such as Li to the molten salt to extract it in a cadmium bath, and then performing electrolysis using the cadmium bath as an anode to recover the transuranium element on the cathode. Known (Central Research Institute of Electric Power Industry, General Report, T15, 1990). Compared with the wet method, the efficiency of separating rare earth elements that have similar chemical properties to transuranium elements is low, but compared to the wet method, the process itself does not have multiple stages and liquid waste is not generated. There is.

【0014】しかし、現在提案されている乾式法では高
レベル廃液を全量酸化物に転換した後、塩化物にするた
め、塩化物転換に多量の塩素が必要となること、また電
解を行う前にKCl−LiClの溶融塩中の超ウラン元
素を還元するため還元剤としての多量のLiが必要なこ
と、さらに陽極として用いる多量のカドミウムが必要で
あることなどの問題点がある。このため、Li還元工程
や陽極にカドミウムを用いない超ウラン元素の回収方法
の開発が望まれている。
However, in the currently proposed dry method, a large amount of chlorine is required for chloride conversion in order to convert the high-level waste liquid into chloride after converting all of the high-level waste liquid into oxide, and before performing electrolysis. There are problems that a large amount of Li as a reducing agent is necessary to reduce the transuranium element in the molten salt of KCl-LiCl, and that a large amount of cadmium used as the anode is also necessary. Therefore, it is desired to develop a method for recovering transuranium elements that does not use cadmium for the Li reduction step or the anode.

【0015】以上のようなことから、廃棄物量およびプ
ロセスの簡便さを考慮し、溶融塩中から超ウラン元素と
希土類元素を分離し回収する方法の開発が必要である。
From the above, it is necessary to develop a method for separating and recovering the transuranium element and the rare earth element from the molten salt in consideration of the amount of waste and the simplicity of the process.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、上記従来技術の有する問題点を解消し、核燃料サイ
クルの燃料再処理施設から発生する高レベル放射性廃液
からのプルトニウム、アメリシウム、キュリウムのよう
な超ウラン元素を効率的に回収する方法を提供すること
である。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, such as plutonium, americium, and curium from high-level radioactive waste liquid generated from a fuel reprocessing facility of a nuclear fuel cycle. It is an object of the present invention to provide a method for efficiently recovering various transuranium elements.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による超ウラン元素回収方法は、アルカリ土
類金属、超ウラン元素および希土類元素が硝酸とともに
溶解している核燃料再処理施設の高レベル放射性廃液か
ら超ウラン元素を回収する方法であって、前記高レベル
放射性廃液中のアルカリ土類金属元素、超ウラン元素、
および希土類元素を回収するのに要する濃度の2倍以上
の濃度のシュウ酸を固体の状態で前記高レベル放射性廃
液に添加し、シュウ酸を添加した高レベル放射性廃液を
略60℃から略100℃近傍の温度範囲にある温度で熟
成し、超ウラン元素、希土類元素およびアルカリ土類金
属元素をシュウ酸塩として沈殿させてアルカリ金属元素
および白金属元素から分離し、沈澱した前記シュウ酸塩
を塩素を含む雰囲気の下で塩化物に転換し、前記塩化物
を溶融塩の中に溶解して、塩素発生電位までは安定に存
在する材料で形成された不溶性の陽極と、不溶性の陰極
とを用いて電解精製を行い、超ウラン元素を前記陰極に
析出させて分離回収することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the transuranic element recovery method according to the present invention is a nuclear fuel reprocessing facility in which alkaline earth metals, transuranic elements and rare earth elements are dissolved together with nitric acid. A method for recovering transuranium element from a high-level radioactive waste liquid, comprising the alkaline earth metal element, transuranic element in the high-level radioactive waste liquid,
And oxalic acid at a concentration more than twice the concentration required for recovering the rare earth element are added to the high-level radioactive waste liquid in a solid state, and the high-level radioactive waste liquid to which oxalic acid is added is about 60 ° C to about 100 ° C. Aging at a temperature in the vicinity temperature range, transuranic elements, rare earth elements and alkaline earth metal elements are precipitated as oxalates to separate them from alkali metal elements and white metal elements, and the precipitated oxalates are chlorinated. Is converted into chloride under an atmosphere containing, and the chloride is dissolved in a molten salt, and an insoluble anode formed of a material that exists stably up to the chlorine generation potential and an insoluble cathode are used. Electro-refining is carried out to deposit the trans-uranium element on the cathode for separation and recovery.

【0018】また、高レベル放射性廃液に純水を添加し
て高レベル放射性廃液に含まれる硝酸の濃度を1.0〜
2.0mol /リットルにした後、前記シュウ酸を添加す
ることを特徴とする。
Further, pure water is added to the high-level radioactive waste liquid to adjust the concentration of nitric acid contained in the high-level radioactive waste liquid to 1.0 to
It is characterized in that the oxalic acid is added after the amount is adjusted to 2.0 mol / liter.

【0019】また、前記塩素を含む雰囲気は、塩化水
素、四塩化炭素、塩素ガス、塩化イオウ、ホスゲン、五
塩化リン、塩化アンモニウム、あるいはチオニルクロラ
イドのいずれか、またはこれらを組み合わせから形成さ
れていることを特徴とする。
The chlorine-containing atmosphere is formed of hydrogen chloride, carbon tetrachloride, chlorine gas, sulfur chloride, phosgene, phosphorus pentachloride, ammonium chloride, or thionyl chloride, or a combination thereof. It is characterized by

【0020】また、前記電解精製における前記溶融塩
は、塩化カリウムと塩化リチウムの混合塩、塩化リチウ
ムと塩化ナトリウムの混合塩、塩化カルシウムと塩化カ
リウムの混合塩、あるいは塩化リチウムと塩化カリウム
と塩化バリウムと塩化カルシウムとの混合塩のいずれか
であることを特徴とする。
The molten salt used in the electrolytic refining is a mixed salt of potassium chloride and lithium chloride, a mixed salt of lithium chloride and sodium chloride, a mixed salt of calcium chloride and potassium chloride, or lithium chloride, potassium chloride and barium chloride. And a mixed salt of calcium chloride and calcium chloride.

【0021】また、前記電解精製における前記陽極は、
カーボン、タンタル、金、白金、モリブデン、タングス
テン、チタンナイトライド、あるいはチタンカーバイド
のいずれかで形成されていることを特徴とする。
The anode in the electrolytic refining is
It is characterized in that it is formed of any one of carbon, tantalum, gold, platinum, molybdenum, tungsten, titanium nitride, and titanium carbide.

【0022】また、前記電解精製における前記陰極は、
鉄、タンタル、金、白金、モリブデン、タングステン、
あるいはカーボンのいずれかで形成されていることを特
徴とする。
The cathode in the electrolytic refining is
Iron, tantalum, gold, platinum, molybdenum, tungsten,
Alternatively, it is characterized by being formed of either carbon.

【0023】また、前記電解精製における前記陰極は、
この下部に超ウラン元素の析出物を受けるための絶縁体
で形成された受け部を有することを特徴とする。
The cathode in the electrolytic refining is
It is characterized in that it has a receiving portion formed of an insulator for receiving the precipitate of transuranium element in the lower portion.

【0024】[0024]

【作用】高レベル放射性廃液中のアルカリ土類金属元
素、超ウラン元素および希土類元素回収するのに要する
濃度の2倍以上の濃度すなわち化学当量に対して2倍以
上の濃度のシュウ酸を固体の状態で高レベル放射性廃液
に添加し、シュウ酸を添加した高レベル放射性廃液を略
60℃から略100℃近傍の温度範囲にある温度で熟成
するので、超ウラン元素をシュウ酸塩として高い回収率
で沈殿させることができる。このため、従来ギ酸により
脱硝した後、沈殿物をろ過後、シュウ酸を加えて、超ウ
ラン元素を回収する方法に比べてプロセスの簡素化を図
ることができる。
[Function] The concentration of oxalic acid in the high-level radioactive liquid waste is at least twice the concentration required to recover the alkaline earth metal element, transuranium element and rare earth element, that is, at least twice the chemical equivalent. It is added to the high-level radioactive waste liquid in the state, and the high-level radioactive waste liquid containing oxalic acid is aged at a temperature in the temperature range of about 60 ° C to about 100 ° C. Can be precipitated with. For this reason, the process can be simplified as compared with the conventional method in which after denitration with formic acid, the precipitate is filtered and oxalic acid is added to recover the transuranium element.

【0025】沈澱したこのシュウ酸塩を塩素を含む雰囲
気の下で塩化物に転換するので、高レベル放射性廃液を
全量酸化物に転換した後に塩化物にしていた従来の場合
に比べて必要な塩素の量を少なくすることができ、ま
た、電気精製あるいは電解を行う前にKCl−LiCl
の溶融塩中の超ウラン元素を還元するため還元剤として
の多量のLiを必要としないようにすることができる。
Since this precipitated oxalate is converted into chloride under an atmosphere containing chlorine, the chlorine required for conversion is higher than that in the conventional case where the high level radioactive waste liquid is converted into oxide and then converted into chloride. Can be reduced, and KCl-LiCl can be used before electrorefining or electrolysis.
In order to reduce the transuranium element in the molten salt, it is possible to avoid the need for a large amount of Li as a reducing agent.

【0026】また、従来の方法のように、高レベル廃液
を全量マイクロ波で脱硝して酸化物とした後に塩化物に
転換し、この後KCl−LiClの溶融塩中に溶解させ
Liなどの還元剤を溶融塩中に添加してカドミウム浴に
抽出させ、この後カドミウム浴を陽極にして電解を行い
陰極上に超ウラン元素を回収する、従来の場合と異な
り、電気精製における陽極を塩素発生電位までは安定に
存在する材料で形成することにより、カドミウムを陽極
の材料に使用しないようにすることができる。
Further, as in the conventional method, the high-level waste liquid is completely denitrated by microwaves to form an oxide, which is then converted into a chloride, which is then dissolved in a molten salt of KCl-LiCl to reduce Li and the like. The agent is added to the molten salt and extracted in a cadmium bath.After that, electrolysis is performed using the cadmium bath as the anode to recover the transuranium element on the cathode.Unlike the conventional case, the anode in electrorefining has a chlorine generation potential. Cadmium can be prevented from being used as the material of the anode by forming it with a stable material.

【0027】これらの結果、Li還元工程を必要とせず
陽極にカドミウムを用いることなく、また、脱硝プロセ
スや多段の抽出工程を必要とせずに、さらには多量の固
体液体廃棄物を発生することなしに超ウラン元素を効率
的に回収することができる。
As a result, no Li reduction step is required, no cadmium is used for the anode, no denitration process or multiple extraction steps are required, and a large amount of solid liquid waste is not generated. Moreover, transuranic elements can be efficiently recovered.

【0028】[0028]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明に係わる超ウラン元素回収方法に
おける高レベル廃液の群分離方法を説明するためのブロ
ック図である。高レベル廃液1の中には、核分裂生成物
であるアルカリ金属、アルカリ土類金属、白金族、希土
類元素、運転中に生成したプルトニウムなどの超ウラン
元素などが存在する。ここで、アルカリ金属は例えばセ
シウムであり、アルカリ土類金属は例えばストロンチウ
ムやバリウムであり、白金族は例えばモリブデン、テク
ネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウムであり、
希土類元素は例えばセリウム、ユーロピウム、プラセオ
ジムである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram for explaining a group separation method for high-level waste liquid in the transuranium element recovery method according to the present invention. The high-level waste liquid 1 contains fission products such as alkali metals, alkaline earth metals, platinum group, rare earth elements, and transuranium elements such as plutonium produced during operation. Here, the alkali metal is, for example, cesium, the alkaline earth metal is, for example, strontium or barium, the platinum group is, for example, molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium,
The rare earth element is, for example, cerium, europium, praseodymium.

【0029】図1において、まず、高レベル廃液1にシ
ュウ酸2を添加してシュウ酸塩を生成させる。次に、シ
ュウ酸塩沈殿法3により、ろ液4の中にアルカリ金属元
素5、白金族元素6を回収し、沈殿物7の中に希土類元
素8、超ウラン元素9、アルカリ土類金属元素10を回
収する。
In FIG. 1, first, oxalic acid 2 is added to the high-level waste liquid 1 to generate an oxalate salt. Next, the alkali metal element 5 and the platinum group element 6 are recovered in the filtrate 4 by the oxalate precipitation method 3, and the rare earth element 8, the transuranium element 9, the alkaline earth metal element are contained in the precipitate 7. Collect 10.

【0030】次に、回収した沈殿物7を塩化物転換11
を行う。次に、電解精製法12により希土類元素8、ア
ルカリ土類金属元素10、超ウラン元素9を分離する。
Next, the recovered precipitate 7 is converted to chloride 11
I do. Next, the rare earth element 8, the alkaline earth metal element 10, and the transuranium element 9 are separated by the electrolytic refining method 12.

【0031】以下に、シュウ酸塩沈殿法3における作用
原理を詳細に説明する。超ウラン元素9は溶液中でプル
トニウム(III )、アメリシウム(III )などの状態で
存在し、シュウ酸と(1)式の反応によりシュウ酸塩を
生成する。
The operating principle of the oxalate precipitation method 3 will be described in detail below. The transuranium element 9 exists in the state of plutonium (III), americium (III), etc. in the solution, and forms an oxalate by the reaction of oxalic acid with the formula (1).

【0032】 2Pu3++3(COOH)2 → Pu2 (C2 4 3 +6H+ (1) 2Am3++3(COOH)2 → Am2 (C2 4 3 +6H+ また、超ウラン元素と化学的性質の似ている希土類元素
は、水溶液中でランタン(III )、セリウム(III )、
ネオジム(III )などの状態で存在し、シュウ酸と
(2)式の反応によりシュウ酸塩を生成する。
2Pu 3+ +3 (COOH) 2 → Pu 2 (C 2 O 4 ) 3 + 6H + (1) 2Am 3+ +3 (COOH) 2 → Am 2 (C 2 O 4 ) 3 + 6H + Also, transuranium Rare earth elements, which have similar chemical properties to those of elements, are lanthanum (III), cerium (III),
It exists in a state such as neodymium (III) and forms an oxalate salt by the reaction of the formula (2) with oxalic acid.

【0033】 2La3++3(COOH)2 → La2 (C2 4 3 +6H+ 2Ce3++3(COOH)2 → Ce2 (C2 4 3 +6H+ (2) 2Nd3++3(COOH)2 → Nd2 (C2 4 3 +6H+ また同様に、シュウ酸セシウム、シュウ酸ストロンチウ
ム生成反応式を(3)式に示す。
2La 3+ +3 (COOH) 2 → La 2 (C 2 O 4 ) 3 + 6H + 2Ce 3+ +3 (COOH) 2 → Ce 2 (C 2 O 4 ) 3 + 6H + (2) 2Nd 3+ +3 (COOH) 2 → Nd 2 (C 2 O 4 ) 3 + 6H + Similarly, the reaction formulas for forming cesium oxalate and strontium oxalate are shown in formula (3).

【0034】 2Cs+ +(COOH)2 → Cs2 (C2 4 )+2H+ (3) Sr2++(COOH)2 → Sr(C2 4 )+2H+ シュウ酸セシウム、シュウ酸ストロンチウム、希土類元
素、超ウラン元素のシュウ酸塩の純水に対する溶解度
(Robert C.Weast.Ph.D. et al., CRC Handbookof Chem
istry and Physics,66th,B68-B161 (1985) )および溶
解度積(化学便欄参照)を以下に示す。
2Cs + + (COOH) 2 → Cs 2 (C 2 O 4 ) + 2H + (3) Sr 2+ + (COOH) 2 → Sr (C 2 O 4 ) + 2H + Cesium oxalate, Strontium oxalate, Solubility of rare earth and transuranium oxalates in pure water (Robert C.Weast.Ph.D. Et al., CRC Handbookof Chem
istry and Physics, 66th, B68-B161 (1985)) and solubility products (see Chemistry column) are shown below.

【0035】希土類元素としてはランタン、セリウム、
ネオジムの値が報告され、溶解度は10-5g/100ml
のオーダー、溶解度積は10-27 (mol /リットル)
m+n と報告されている。これに対し、超ウラン元素の一
種であるプルトニウムの溶解度積は、4〜5×10-22
と、希土類元素の溶解度積とほぼ同等のオーダーであ
る。
As rare earth elements, lanthanum, cerium,
Neodymium value reported, solubility 10 -5 g / 100 ml
, The solubility product is 10 -27 (mol / liter)
It is reported as m + n . On the other hand, the solubility product of plutonium, which is a type of transuranium element, is 4-5 × 10 −22.
And the solubility product of the rare earth element is almost the same order.

【0036】また、シュウ酸ストロンチウムの溶解度は
5.1×10-3g/100ml 、溶解度積は1.6×10-7
(mol /リットル)m+n であり、希土類元素、超ウラン
元素と比較的近い値である。
The solubility of strontium oxalate is 5.1 × 10 -3 g / 100 ml, and the solubility product is 1.6 × 10 -7.
(Mol / liter) m + n, which is relatively close to that of rare earth elements and transuranium elements.

【0037】これに対し、シュウ酸セシウムの溶解度
は、282g/100mlと希土類元素、超ウラン元素に
比べて高い。このため、溶液中にシュウ酸を添加する
と、シュウ酸塩の溶解度および溶解度積の小さい希土類
元素、超ウラン元素、および比較的溶解度積の小さいシ
ュウ酸ストロンチウムなどのアルカリ土類金属元素のシ
ュウ酸塩が沈殿する。
On the other hand, the solubility of cesium oxalate is 282 g / 100 ml, which is higher than those of rare earth elements and transuranium elements. Therefore, when oxalic acid is added to the solution, the oxalates of rare earth elements, transuranium elements, and strontium oxalates, which have a relatively low solubility and solubility product of oxalates, and alkaline earth metal elements, such as strontium oxalate, which have a relatively low solubility product. Will precipitate.

【0038】図2に、実際の高レベル廃液を想定し鉄、
ニッケル、クロム、ナトリウム、ルビジウム、セシウ
ム、ストロンチウム、バリウム、ジルコニウム、テル
ル、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、白金、プルト
ニウムの15元素により調製した高レベル模擬廃液を用
いて沈殿熟成温度の影響を調べた結果を示す。硝酸濃度
は2倍希釈して1mol /リットルとし、シュウ酸の添加
量は高レベル模擬廃液1リットル当たり3mol 添加し
た。
FIG. 2 shows iron, assuming an actual high-level waste liquid,
The results of investigating the effect of precipitation aging temperature using a high-level simulated waste liquid prepared with 15 elements of nickel, chromium, sodium, rubidium, cesium, strontium, barium, zirconium, tellurium, molybdenum, ruthenium, rhodium, platinum, plutonium Show. The nitric acid concentration was diluted 2-fold to 1 mol / liter, and the amount of oxalic acid added was 3 mol per liter of high-level simulated waste liquid.

【0039】溶液中でのプルトウニムとシュウ酸の反応
は(4)式により行われている。
The reaction between plutonium and oxalic acid in the solution is carried out according to the equation (4).

【0040】 2Pu3++3C2 4 2- → Pu2 (C2 4 3 (4) また、溶液中でのシュウ酸の解離反応は(5)式の様に
示される。
2Pu 3+ + 3C 2 O 4 2- → Pu 2 (C 2 O 4 ) 3 (4) Further, the dissociation reaction of oxalic acid in a solution is represented by the formula (5).

【0041】 H2 2 4 → HC2 4 - +H+ (5) HC2 4 - → C2 4 2- +H+ 純水に対するシュウ酸(無水)の溶解度は20℃では
0.97mol /リットル、60℃では3.41mol /リ
ットル(理化学辞典参照)と比較的溶けにくいが、温度
の上昇とともに溶解度が上昇する傾向がある。このた
め、沈殿熟成温度を上昇させると溶液中のシュウ酸イオ
ンが増加し、(4)式の平衡が右にずれ、シュウ酸プル
トニウムが得られる。このため、沈殿熟成温度を60〜
90℃にすると超ウラン元素の回収率を99.9%とす
ることができる。
H 2 C 2 O 4 → HC 2 O 4 + H + (5) HC 2 O 4 → C 2 O 4 2 − + H + The solubility of oxalic acid (anhydrous) in pure water is 0. It is relatively insoluble at 97 mol / liter and 3.41 mol / liter at 60 ° C (see RIKEN), but the solubility tends to increase with increasing temperature. Therefore, when the precipitation aging temperature is increased, the oxalate ion in the solution is increased, the equilibrium of formula (4) is shifted to the right, and plutonium oxalate is obtained. Therefore, the precipitation aging temperature is 60 to
When the temperature is 90 ° C., the recovery rate of transuranium element can be set to 99.9%.

【0042】図3に、実際の高レベル廃液を想定し、セ
シウム、ストロンチウム、ルテニウム、セリウム、プル
トニウムの5元素により調製した高レベル模擬廃液を用
いて硝酸濃度の影響を調べた結果を示す。
FIG. 3 shows the results of examining the effect of nitric acid concentration using a high-level simulated waste liquid prepared from five elements, cesium, strontium, ruthenium, cerium, and plutonium, assuming an actual high-level waste liquid.

【0043】硝酸濃度1mol /リットルの実験では沈殿
熟成温度を上昇させなくても99.9%の高い回収率が
得られるが、硝酸濃度2mol /リットルの実験では沈殿
熟成温度を上昇させることにより99.9%の回収率が
得られ、硝酸濃度の増加とともに超ウラン元素の回収率
が減少する傾向がある。これは、溶液の酸濃度が増加す
ると(5)式に示す様なシュウ酸の解離平衡が左にず
れ、シュウ酸イオンの生成が阻害されるため、シュウ酸
プルトニウムの生成が起こりにくくなることが原因であ
る。
In the experiment with a nitric acid concentration of 1 mol / liter, a high recovery rate of 99.9% can be obtained without increasing the precipitation aging temperature, but in the experiment with a nitric acid concentration of 2 mol / liter, the precipitation aging temperature was increased by 99%. A recovery rate of .9% is obtained, and the recovery rate of transuranium element tends to decrease as the nitric acid concentration increases. This is because when the acid concentration of the solution increases, the dissociation equilibrium of oxalic acid as shown in formula (5) shifts to the left and the production of oxalate ion is inhibited, so that the production of plutonium oxalate is less likely to occur. Responsible.

【0044】硝酸濃度を減少させると、シュウ酸プルト
ニウムが容易に生成するが、酸濃度を減少させるとIV価
プルトニウムが加水分解しポリマーを形成する恐れがあ
る。プルトニウムポリマーの生成条件はNO3 - とプル
トニウムの比、NO3 - /プルトニウムが、0.8〜
4.0の範囲で安定に生成する(The chemistry of Plu
tonium Sol-Gel Process, Radiochimica Acta 25, p139
-148 (1978) )。このため、プルトニウム濃度に関わら
ず安全性を考えて硝酸濃度は1mol /リットル以上であ
ることが望ましい。
When the nitric acid concentration is reduced, plutonium oxalate is easily produced, but when the acid concentration is reduced, IV-valent plutonium may be hydrolyzed to form a polymer. Generating condition of plutonium polymers NO 3 - the ratio of plutonium, NO 3 - / plutonium, 0.8
Stable formation in the range of 4.0 (The chemistry of Plu
tonium Sol-Gel Process, Radiochimica Acta 25, p139
-148 (1978)). Therefore, it is desirable that the nitric acid concentration is 1 mol / liter or more in consideration of safety regardless of the plutonium concentration.

【0045】また、高レベル廃液にはこの廃液の燃焼
度、冷却期間、履歴などにより共存元素の組成が変化す
る。ジルコニウム、テルル、モリブデンなどは加水分解
しやすい性質があり、脱硝して硝酸濃度を下げpHを
0.5にすると(硝酸濃度約0.3mol /リットルに相
当)、ジルコニウム、テルルの99%以上、モリブデン
の90%以上が沈殿する(JAERI−M 89−16
8)。これらの元素は、超ウラン元素中に混入する恐れ
があるため、硝酸濃度はできるだけ高い方が望ましい。
The composition of the coexisting elements of the high-level liquid waste changes depending on the burnup, cooling period, history, etc. of the liquid waste. Zirconium, tellurium, molybdenum, etc. have the property of being easily hydrolyzed, and when denitration is performed to reduce the nitric acid concentration to pH 0.5 (corresponding to a nitric acid concentration of about 0.3 mol / liter), 99% or more of zirconium and tellurium, 90% or more of molybdenum precipitates (JAERI-M 89-16
8). Since these elements may be mixed into the transuranium element, it is desirable that the nitric acid concentration be as high as possible.

【0046】従って、高レベル廃液から超ウラン元素を
回収するには脱硝して硝酸濃度を下げないことが望まし
い。しかし、超ウラン元素を回収する効率を考えると可
能な限り下げることが望ましい。
Therefore, in order to recover the transuranium element from the high-level waste liquid, it is desirable not to denitrate and reduce the nitric acid concentration. However, considering the efficiency of recovering the transuranium element, it is desirable to lower it as much as possible.

【0047】以上のことから、硝酸濃度は1〜2mol /
リットルにしてシュウ酸を添加し、沈殿熟成温度を60
〜90℃することにより、高レベル廃液から99.9%
以上の超ウラン元素を回収でき、さらに共存元素の混入
を防ぐことができる。
From the above, the nitric acid concentration is 1-2 mol /
Make liter, add oxalic acid, and set precipitation aging temperature to 60
99.9% from high level waste liquid by heating up to ~ 90 ° C
It is possible to recover the above transuranium elements and further prevent the inclusion of coexisting elements.

【0048】表1に硝酸濃度2.0mol /リットルの高
レベル模擬廃液20mlにシュウ酸を添加してプルトニウ
ムを回収した回収率の従来例ならびに本発明の実験結果
を示す。
Table 1 shows a conventional example of the recovery rate of recovering plutonium by adding oxalic acid to 20 ml of a high-level simulated waste liquid having a nitric acid concentration of 2.0 mol / liter and the experimental results of the present invention.

【0049】[0049]

【表1】 以上のことにより、高レベル廃液に直接シュウ酸を添加
して沈殿熟成温度を80℃にすることにより脱硝するこ
となしに超ウラン元素を99.9%程度回収できる。
[Table 1] From the above, by adding oxalic acid directly to the high-level waste liquid and adjusting the precipitation aging temperature to 80 ° C., about 99.9% of transuranic element can be recovered without denitration.

【0050】表2にBarnewell再処理工場より
発生する高レベル廃液発生量を示す。高レベル廃液流
量、一日当たりの稼働時間より高レベル廃液発生量は1
8m3と算出できる。
Table 2 shows the amount of high-level waste liquid generated from the Barnewell reprocessing plant. High-level waste liquid flow rate, the amount of high-level waste liquid generated is 1 than the operating time per day
It can be calculated as 8 m 3 .

【0051】[0051]

【表2】 高レベル模擬廃液から超ウラン元素を回収するプロセス
における、従来例ならびに本発明の実施例でのギ酸添加
量ならびにシュウ酸の添加量の比較を表3に示す。
[Table 2] Table 3 shows a comparison of the addition amount of formic acid and the addition amount of oxalic acid in the conventional example and the example of the present invention in the process of recovering transuranium element from the high-level simulated waste liquid.

【0052】[0052]

【表3】 * 模擬廃液組成および濃度は本発明と異なる。[Table 3] * Simulated waste liquid composition and concentration are different from the present invention.

【0053】** 比重1.22g/cm3 より重量を推
定 また、一日当たりの高レベル廃液発生量から各プロセス
の設備およびその容量を算出したものを表4に示す。従
来例としては、高レベル廃液をギ酸により脱硝した後シ
ュウ酸を添加して超ウラン元素を回収する工程を示す。
また、本発明の実施例としては、高レベル廃液に直接シ
ュウ酸を添加して沈殿熟成温度を80℃にすることによ
り脱硝することなしに超ウラン元素を回収する方法を示
す。従来例では、Ispraの報告を参考に、高レベル
廃液に添加するギ酸量ならびにシュウ酸量を算出した。
** Estimated weight from specific gravity of 1.22 g / cm 3 Also, Table 4 shows equipment and capacity of each process calculated from the amount of high-level waste liquid generated per day. As a conventional example, a process of denitrifying a high-level waste liquid with formic acid and then adding oxalic acid to recover the transuranium element is shown.
Further, as an example of the present invention, a method of recovering transuranic elements without denitration by adding oxalic acid directly to a high-level waste liquid and setting the precipitation aging temperature to 80 ° C. is shown. In the conventional example, the amount of formic acid and the amount of oxalic acid added to the high-level waste liquid were calculated with reference to the report of Ispra.

【0054】[0054]

【表4】 表3から明らかなように、本発明の実施例と従来例を比
較するとほぼ同等の模擬超ウラン元素回収率を達成して
いる。しかし、高レベル廃液1リットル当たりに添加す
る試薬の量を比較すると、本発明の実施例は従来例に比
べて減少している。また、一日当たりの高レベル廃液発
生量から各プロセスの設備およびその容量を算出する
と、プロセス数としては従来例が8工程あるのに対し本
発明の実施例では5工程まで減少させることができる。
[Table 4] As is clear from Table 3, when the examples of the present invention and the conventional examples are compared, almost the same simulated transuranium element recovery rates are achieved. However, when comparing the amount of the reagent added per liter of high-level waste liquid, the number of examples of the present invention is reduced as compared with the conventional example. Further, when the equipment and capacity of each process are calculated from the high-level waste liquid generation amount per day, the number of processes can be reduced to 5 steps in the embodiment of the present invention, whereas the conventional example has 8 steps.

【0055】また、設備容量を比較すると、従来例では
118m3 (ろ過器を除く)なのに対し、本発明の実施
例では86m3 (ろ過器を除く)となる。このことか
ら、単純に設備容量の比較から設備費を算出すると、本
発明の実施例は従来例に比べて約30%コストダウンが
見込めることになる。
Further, comparing the installed capacities, it is 118 m 3 (excluding the filter) in the conventional example, whereas it is 86 m 3 (excluding the filter) in the embodiment of the present invention. Therefore, if the facility cost is simply calculated by comparing the facility capacities, the cost of the embodiment of the present invention can be expected to be reduced by about 30% as compared with the conventional example.

【0056】図4にKCl−LiCl溶融塩を用いて定
電位電解し、超ウラン元素を回収する方法について従来
例(a)ならびに本発明(b)のブロック図を示す。従
来例(a)では、塩化物転換工程より生成した超ウラン
元素の塩化物13を溶融塩14中に溶解した後、カドミ
ウム15を添加し浴調製16を行う。この後、カドミウ
ム15陽極中に0価の金属リチウム17を添加し、浴中
の元素を還元18を行う。この後、電解19を行い、析
出物20として超ウラン元素21を回収する。超ウラン
元素21以外の元素は浴22に存在する。
FIG. 4 shows a block diagram of a conventional example (a) and the present invention (b) regarding a method for recovering transuranium elements by carrying out potentiostatic electrolysis using a KCl-LiCl molten salt. In the conventional example (a), after the chloride 13 of transuranic element generated in the chloride conversion step is dissolved in the molten salt 14, cadmium 15 is added to prepare the bath 16. After that, zero-valent metal lithium 17 is added to the cadmium 15 anode to reduce 18 the elements in the bath. After that, electrolysis 19 is performed to recover the transuranium element 21 as a precipitate 20. Elements other than transuranium element 21 are present in bath 22.

【0057】本発明(b)では、溶融塩14に塩化物1
3を添加して浴調製16を行う。次に、カーボン陽極と
鉄陰極を用いて電解19を行い、析出物20中に超ウラ
ン元素21を回収する。超ウラン元素21以外の元素は
浴22中に存在する。
In the present invention (b), chloride 1 is added to molten salt 14.
Bath preparation 16 is carried out by adding 3. Next, electrolysis 19 is performed using a carbon anode and an iron cathode, and the transuranium element 21 is recovered in the precipitate 20. Elements other than transuranium element 21 are present in bath 22.

【0058】次に、電解19を行う電解精製法の作用原
理を以下に詳細に説明する。超ウラン元素は溶融塩中で
プルトニウム(III )、アメリシウム(III )、ネプツ
ニウム(III )などの状態で存在し、陰極上で(6)式
の反応によりプルトニウム、アメリシウム、ネプツニウ
ム金属を生成する。
Next, the working principle of the electrolytic refining method for performing the electrolysis 19 will be described in detail below. The transuranium element exists in the molten salt in the form of plutonium (III), americium (III), neptunium (III), etc., and produces plutonium, americium, and neptunium metal by the reaction of the formula (6) on the cathode.

【0059】 Pu3++3e- → Pu Am3++3e- → Am (6) Np3++3e- → Np また、超ウラン元素と化学的性質の似ている希土類元素
は、溶融塩中でランタン(III )、セリウム(III )、
ネオジム(III )などの状態で存在し、陰極上で(7)
式の反応によりランタン、セリウム、ネオジム金属を生
成する。
Pu 3+ + 3e → Pu Am 3+ + 3e → Am (6) Np 3+ + 3e → Np Further, a rare earth element having a chemical property similar to that of transuranium is lanthanum ( III), cerium (III),
Exists in a state such as neodymium (III) and on the cathode (7)
The reaction of the formula produces lanthanum, cerium and neodymium metals.

【0060】 La3++3e- → La Ce3++3e- → Ce (7) Nd3++3e- → Nd また同様にアルカリ金属元素、アルカリ土類元素は、溶
融塩中でセシウム(I)、ストロンチウム(II)などの
状態で存在し、陰極上で(8)式の反応によりセシウ
ム、ストロンチウム金属を生成する。
La 3+ + 3e → La Ce 3+ + 3e → Ce (7) Nd 3+ + 3e → Nd Similarly, the alkali metal element and the alkaline earth element are cesium (I) and strontium in the molten salt. It exists in a state such as (II), and produces cesium and strontium metal by the reaction of the formula (8) on the cathode.

【0061】 Cs+ +e- → Cs (8) Sr2++2e- → Sr これらの反応の選択性は酸化還元電位によって決定され
る。酸化還元電位は、元素ならびに元素間でも価数によ
って変化する。超ウラン元素のなかでネプツニウムを例
にとると、ネプツニウム(III )/ネプツニウム(0)
の酸化還元電位は銀・塩化銀参照電極を基準にして−
1.311Vである。シュウ酸塩沈殿中に移行すると考
えられている希土類元素はネオジムを例にとるとネオジ
ム(III )/ネオジム(0)の酸化還元電位は銀・塩化
銀参照電極を基準して−2.097Vである。
Cs + + e → Cs (8) Sr 2+ + 2e → Sr The selectivity of these reactions is determined by the redox potential. The redox potential varies depending on the valence of an element and between elements. Taking neptunium as an example of transuranium elements, neptunium (III) / neptunium (0)
The redox potential of is based on the silver / silver chloride reference electrode
It is 1.311V. Taking the example of neodymium as the rare earth element believed to migrate during oxalate precipitation, the redox potential of neodymium (III) / neodymium (0) is -2.097 V with reference to a silver / silver chloride reference electrode. is there.

【0062】ネプツニウムはネオジムに比べて電位が貴
なため、電解電位を銀・塩化銀参照電極を基準にして−
1.311Vにするとネプツニウムのみが選択的に析出
し、ネオジムは塩中に残存する。また、セシウムならび
に溶融塩中に移行すると考えられるストロンチウムの塩
化物生成自由エネルギーは希土類元素よりも安定なた
め、酸化還元電位は希土類元素より卑になる可能性があ
る。このため、超ウラン元素との分離は希土類元素より
容易であり、ストロンチウムは塩中に残存する。この様
な原理を利用し、定電位電解をすることにより超ウラン
元素と他元素とくに電位差が小さく分離が難しい希土類
元素とを分離することができる。
Since neptunium has a higher potential than neodymium, the electrolytic potential is based on the silver / silver chloride reference electrode.
At 1.311 V, only neptunium is selectively deposited and neodymium remains in the salt. In addition, since the free energy for chloride formation of strontium, which is considered to be transferred to cesium and molten salt, is more stable than that of rare earth elements, the redox potential may be baser than that of rare earth elements. Therefore, it is easier to separate from the transuranium element than the rare earth element, and strontium remains in the salt. By utilizing such a principle and performing potentiostatic electrolysis, transuranic elements can be separated from other elements, especially rare earth elements having a small potential difference and difficult to separate.

【0063】図5にKCl−LiCl溶融塩を用いて定
電位電解し、超ウラン元素を回収する方法について従来
例(a)ならびに本発明(b)の構成図および陰極陽極
での反応式を示す。
FIG. 5 shows a conventional example (a) and the present invention (b) as a method of recovering transuranium elements by carrying out potentiostatic electrolysis using a molten KCl-LiCl salt and a reaction formula at the cathode and anode. .

【0064】従来例(a)では溶融塩14の下部にカド
ミウム陽極23を配置し、溶融塩中に鉄製の陰極24を
配置している。運転温度は500℃であるためカドミウ
ム(融点320.9℃、沸点765℃)は液体で存在し
ている。回収する超ウラン元素25はカドミウム陽極2
3中に0価で存在している。電解を始めると、カドミウ
ム陽極23中に存在する超ウラン元素25は溶出して溶
融塩14中に3価イオン26として存在し、陰極24で
析出する。
In the conventional example (a), the cadmium anode 23 is arranged below the molten salt 14, and the iron cathode 24 is arranged in the molten salt. Since the operating temperature is 500 ° C, cadmium (melting point 320.9 ° C, boiling point 765 ° C) exists as a liquid. The transuranium element 25 to be recovered is a cadmium anode 2
It exists in 3 in 0 valence. When electrolysis is started, the transuranium element 25 existing in the cadmium anode 23 is eluted and exists as trivalent ions 26 in the molten salt 14, and is deposited at the cathode 24.

【0065】本発明(b)では、カーボン陽極27を用
いているため従来下部に配置していた陽極は溶融塩14
中に固体の状態で存在している。また、陰極24は従来
例同様、溶融塩14中に鉄製の陰極24を配置してい
る。溶融塩14で3価イオン26として存在している超
ウラン元素25は陰極24に析出するが、その際陰極2
4では塩素イオン28から電子が奪われて塩素29の発
生がおこる。
In the present invention (b), since the carbon anode 27 is used, the anode conventionally arranged in the lower portion is the molten salt 14
It exists in a solid state inside. Further, as the cathode 24, the iron cathode 24 is arranged in the molten salt 14 as in the conventional example. The transuranium element 25 existing as trivalent ions 26 in the molten salt 14 is deposited on the cathode 24.
In 4, the chlorine ions 28 are deprived of electrons to generate chlorine 29.

【0066】本発明(b)では、溶融塩に塩化物転換工
程より生成した超ウラン元素の塩化物を溶融塩中に溶解
した後、カーボン陽極と鉄陰極を用いて電解する。その
ため、還元工程を必要とせずまた、還元工程に必要なリ
チウムを必要とせず、陽極に多量に存在するカドミウム
を必要とせず溶融塩中から超ウラン元素を回収すること
ができる。
In the present invention (b), the chloride of the transuranium element produced in the chloride conversion step is dissolved in the molten salt in the molten salt, and then electrolysis is performed using a carbon anode and an iron cathode. Therefore, it is possible to recover the transuranium element from the molten salt without the need for the reduction step, the lithium necessary for the reduction step, and the need for cadmium which is present in a large amount in the anode.

【0067】表5に実験に使用した溶融塩量、模擬超ウ
ラン元素(ネオジム)量、希土類元素(セリウム)量、
陽極陰極量、還元剤として用いたリチウム量を示す。実
験はコールドで行ったため、模擬超ウラン元素としてネ
オジムをまた、希土類元素としてセリウムを選択した。
ネオジムの添加量は溶融塩に対して1wt%、セリウム
の添加量は溶融塩に対して4wt%添加した。リチウム
量はネオジムとセリウムを全量還元できる量を添加し
た。
In Table 5, the amount of molten salt used in the experiment, the amount of simulated transuranium element (neodymium), the amount of rare earth element (cerium),
The amount of anode and cathode and the amount of lithium used as a reducing agent are shown. Since the experiment was performed cold, neodymium was selected as the simulated transuranium element and cerium was selected as the rare earth element.
The addition amount of neodymium was 1 wt% to the molten salt, and the addition amount of cerium was 4 wt% to the molten salt. The amount of lithium added was such that neodymium and cerium could all be reduced.

【0068】[0068]

【表5】 従来例では、同じ量の超ウラン元素を処理する際に陽極
として用いたカドミウムが500g(58cm2 )、ま
た還元工程で必要なリチウムが1.51g(3cm2
必要になる。これらトータルの容量は61cm2 とな
り、電解浴の中の30%を占める。このため、電解槽容
量は、従来例に比べて本発明は30%程度減少してい
る。このことから、単純に設備容量の比較から電解槽建
設費を算出すると、本発明の実施例は従来例に比べて3
0%のコストダウンが見込めることになる。
[Table 5] In the conventional example, 500 g (58 cm 2 ) of cadmium used as an anode when treating the same amount of transuranium element, and 1.51 g (3 cm 2 ) of lithium necessary for the reduction process.
You will need it. The total capacity of these is 61 cm 2 , which occupies 30% of the electrolytic bath. Therefore, the electrolytic cell capacity of the present invention is reduced by about 30% as compared with the conventional example. From this, if the electrolytic cell construction cost is simply calculated from the comparison of the installed capacities, the embodiment of the present invention is 3 times as compared with the conventional example.
A cost reduction of 0% can be expected.

【0069】次に、以下に本発明の他の実施例を図面を
参照して説明する。図6にKCl−LiCl溶融塩を用
いて定電位電解し、超ウラン元素を回収する方法につい
て従来例(a)ならびに本発明(b)の陰極形状を示
す。従来例(a)では鉄陰極の形状は円柱型30であ
り、結晶成長しにくくまた結晶成長しても容易に陰極か
ら落下する可能性のあるため超ウラン元素を回収するこ
とは難しい。しかし、本発明(b)によれば、陰極の形
状は従来の円柱型30の陰極の下部に絶縁物31ででき
たうけを設けることにより、結晶成長しにくくまた結晶
成長して容易に陰極から落下する可能性のある超ウラン
元素を簡単に回収することができる。
Another embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 shows the cathode shapes of the conventional example (a) and the present invention (b) for a method of recovering transuranium elements by carrying out potentiostatic electrolysis using a KCl-LiCl molten salt. In the conventional example (a), the iron cathode has a cylindrical shape 30, and it is difficult to recover the transuranium element because the crystal growth is difficult and the crystal growth may easily drop from the cathode. According to the present invention (b), however, the shape of the cathode is such that it is difficult for the crystal to grow and the crystal grows easily from the cathode by providing a sink made of the insulator 31 below the cathode of the conventional cylindrical type 30. Transuranic elements that may fall can be easily recovered.

【0070】表6に従来例および本発明の陰極を用いて
実験した結果を示す。カドミウムを陽極にする従来の電
解槽構造で実験したところ電流効率は4.2%から1
7.5%に上昇した。また、本発明のカーボンを陽極に
した電解槽において模擬超ウラン元素の回収実験をした
ところ、電流効率は41.9%に上昇し、回収率は10
倍程度上昇した。
Table 6 shows the results of experiments using the conventional example and the cathode of the present invention. The current efficiency was 4.2% to 1 when tested with the conventional electrolytic cell structure using cadmium as the anode.
It rose to 7.5%. Also, when a simulated transuranium element recovery experiment was conducted in the electrolytic cell using carbon of the present invention as an anode, the current efficiency increased to 41.9% and the recovery rate was 10.
It rose about twice.

【0071】[0071]

【表6】 次に。以下に、本発明のさらに他の実施例を図面を参照
して説明する。図7にKCl−LiCl溶融塩を用いて
定電位電解し、超ウラン元素を回収する方法について従
来例(a)ならびに本発明(b)の陰極形状を示す。従
来例(a)では鉄陰極の形状は円柱型30であり、結晶
成長しにくくまた結晶成長しても容易に陰極から落下す
る可能性のあるため超ウラン元素を回収することは難し
い。しかし、本発明(b)によれば、陰極の形状は平板
型鉄陰極32の下部に絶縁物31でできたうけを設ける
ことにより、結晶成長しにくくまた結晶成長して容易に
陰極から落下する可能性のある超ウラン元素を簡単に回
収することができる。
[Table 6] next. Another embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 7 shows the cathode shapes of the conventional example (a) and the present invention (b) for a method of performing constant potential electrolysis using a KCl-LiCl molten salt to recover the transuranium element. In the conventional example (a), the iron cathode has a cylindrical shape 30, and it is difficult to recover the transuranium element because the crystal growth is difficult and the crystal growth may easily drop from the cathode. However, according to the present invention (b), the shape of the cathode is such that by providing a sink made of the insulating material 31 below the flat iron cathode 32, it is difficult for the crystal to grow and the crystal grows and easily falls from the cathode. Possible transuranic elements can be easily recovered.

【0072】図8に本発明の陰極を用いて電解する電解
槽において、従来例(a)および本発明(b)の陰極お
よび陽極の配置図を示す。従来例(a)では円柱型陽極
33と平板型陰極32の下部に絶縁物31でできたうけ
を設けた平板型陰極(下部絶縁)34を用いて電解を行
う。電解液には一定の液抵抗があるので、電解液を流れ
る電流はできるだけ距離の短い経路をとうる傾向があ
る。従来例(a)では円柱型陽極33の下部のみが反応
に関与するため、単位時間当たりの電解能力には限界が
あった。
FIG. 8 shows a layout of the cathode and anode of the conventional example (a) and the present invention (b) in the electrolytic cell for electrolysis using the cathode of the present invention. In the conventional example (a), electrolysis is performed using a columnar anode 33 and a flat plate cathode 32, and a flat plate cathode (lower insulation) 34 in which a sink made of an insulator 31 is provided below. Since the electrolytic solution has a certain resistance, the current flowing through the electrolytic solution tends to take a path as short as possible. In the conventional example (a), only the lower part of the cylindrical anode 33 is involved in the reaction, so that the electrolytic capacity per unit time is limited.

【0073】しかし、本発明(b)では平板型陽極35
を用いるため陰極との距離を一定にでき、反応に関与す
る電極面積を大きくとれる。このため、単位時間当たり
の電解能力を増加することができる。
However, in the present invention (b), the flat plate type anode 35 is used.
Therefore, the distance from the cathode can be kept constant, and the electrode area involved in the reaction can be increased. Therefore, the electrolysis capacity per unit time can be increased.

【0074】表7に従来例および本発明の陽極を用いて
電解する電解槽における電解時間を示す。電解槽製作に
かかるコストを同じにするため、同じ大きさ(容量)の
陽極を用いて電解した。超ウラン元素1kg処理するため
には電解槽容量として100リットル必要(直径0.2
5m、高さ0.25m)である。一辺が0.05m高さ
0.2mの立法体の陽極を用いるとすると従来例では電
解につかわれる陽極面積は0.002m2 である。これ
に対し、本発明では電解につかわれる陽極面積は0.0
1m2 となる。本発明と従来例を比較すると単位面積当
たりの電流が一定とすれば電流は5倍となり、超ウラン
元素1kgを回収するために必要な電解時間は1/5倍と
なるため電解時間を大幅に短縮することができる。
Table 7 shows the electrolysis time in the electrolytic cell for electrolysis using the anode of the conventional example and the anode of the present invention. In order to make the cost of producing the electrolytic cell the same, electrolysis was performed using the same size (capacity) of the anode. To treat 1 kg of transuranium element, 100 liters of electrolytic cell capacity is required (diameter 0.2
5 m, height 0.25 m). If a cubic anode with a side of 0.05 m and a height of 0.2 m is used, the area of the anode used for electrolysis is 0.002 m 2 in the conventional example. On the other hand, in the present invention, the anode area used for electrolysis is 0.0
It will be 1 m 2 . Comparing the present invention with the conventional example, if the current per unit area is constant, the current will be 5 times, and the electrolysis time required to recover 1 kg of transuranium element will be 1/5 time, so the electrolysis time will be greatly increased. It can be shortened.

【0075】また、前記立法体の陽極の代わりに円柱
状、直方体の陽極で電解を行うことも可能である。
It is also possible to perform electrolysis with a columnar or rectangular parallelepiped anode instead of the cubic anode.

【0076】[0076]

【表7】 [Table 7]

【0077】[0077]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、本発明は次の効果を有する。 (1)高レベル廃液からプルトニウム、アメリシウム、
キュリウムのような超ウラン元素を回収して処分するた
め、ガラス固化した後の管理期間を数百年〜千年のオー
ダーに短縮できる。 (2)有機溶媒を使用する溶媒抽出法を主工程とする従
来のプルトニウム、アメリシウム、キュリウムのような
超ウラン元素回収方法で発生する、DIDPAやTBP
などの有機液体廃棄物を発生しないため、メインプロセ
スならびに付随する廃棄物処理プロセスを削減すること
ができる。 (3)高レベル廃液にギ酸を添加して脱硝後、シュウ酸
を添加する従来のプルトニウム、アメリシウム、キュリ
ウムのような超ウラン元素回収方法に比べて、脱硝工程
を必要としないため、ギ酸を添加する必要がなくプロセ
スがコンパクトになる。 (4)カドミウムを陽極とする従来の溶融塩電解法に比
べて、カーボンを陽極とするためカドミウムの廃棄物が
発生せず廃棄物量を大幅に減少することができる。 (5)リチウムを使った還元工程が必要な従来の溶融塩
電解法に比べて、還元工程が必要でないため、リチウム
などを添加する必要がなく廃棄物を大幅に減少すること
ができる。 (6)回収するのが難しい超ウラン元素をるつぼ型の金
属電極を用いることにより容易に回収でき電解効率を上
昇させることができる。
As described above, according to the constitution of the present invention, the present invention has the following effects. (1) Plutonium, americium,
Since transuranic elements such as curium are collected and disposed of, the management period after vitrification can be shortened to the order of hundreds to thousands of years. (2) DIDPA or TBP generated by a conventional transuranic element recovery method such as plutonium, americium, and curium, which has a solvent extraction method using an organic solvent as a main step.
Since it does not generate organic liquid waste such as, it is possible to reduce the main process and the associated waste treatment process. (3) Formic acid is added because it does not require a denitration step as compared with the conventional transuranium element recovery methods such as plutonium, americium, and curium, in which formic acid is added to the high-level waste liquid and then denitration is performed, and then oxalic acid is added. The process is compact and unnecessary. (4) Compared with the conventional molten salt electrolysis method using cadmium as an anode, since carbon is used as an anode, cadmium waste is not generated and the amount of waste can be greatly reduced. (5) Compared to the conventional molten salt electrolysis method that requires a reduction step using lithium, a reduction step is not required, so that it is not necessary to add lithium or the like, and waste can be greatly reduced. (6) The transuranic element, which is difficult to recover, can be easily recovered by using the crucible type metal electrode, and the electrolysis efficiency can be increased.

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

【図1】本発明に係わる超ウラン元素回収方法の実施例
における高レベル廃液の群分離方法を説明するためのブ
ロック図。
FIG. 1 is a block diagram for explaining a group separation method for high-level waste liquid in an embodiment of a transuranium element recovery method according to the present invention.

【図2】超ウラン元素回収率に及ぼす沈殿熟成温度の影
響を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing the effect of precipitation aging temperature on the transuranic element recovery rate.

【図3】超ウラン元素回収率に及ぼす硝酸濃度の影響を
示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing the influence of nitric acid concentration on the transuranic element recovery rate.

【図4】溶融塩中で定電位電解し超ウラン元素を回収す
る方法について従来例(a)および本発明(b)のブロ
ック図。
FIG. 4 is a block diagram of a conventional example (a) and the present invention (b) regarding a method of recovering transuranium elements by performing potentiostatic electrolysis in a molten salt.

【図5】溶融塩中で定電位電解し超ウラン元素を回収す
る方法について従来例(a)および本発明(b)の構成
図および陽極陰極での反応式を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a constitutional view of a conventional example (a) and the present invention (b) and a reaction formula at an anode / cathode of a method for recovering transuranium element by performing potentiostatic electrolysis in a molten salt.

【図6】溶融塩中で定電位電解し超ウラン元素を回収す
る方法について従来例(a)および本発明(b)の陰極
形状を、図5に溶融塩中で定電位電解し超ウラン元素を
回収する方法について従来例(a)および本発明(b)
の陰極形状を示す断面図(a1),(b1)および平面
図(a2),(b2)。
FIG. 6 shows a method for recovering transuranium element by potentiostatic electrolysis in molten salt, and FIG. 5 shows the cathode shapes of the conventional example (a) and the present invention (b) by potentiostatic electrolysis in molten salt. Regarding the method of recovering the conventional method (a) and the present invention (b)
Sectional views (a1), (b1) and plan views (a2), (b2) showing the cathode shape of FIG.

【図7】本発明の陰極を用いて電解する電解槽において
従来例(a)および本発明(b)の陽極および陰極の配
置を示す断面図(a1),(b1)および平面図(a
2),(b2)。
FIG. 7 is a sectional view (a1), (b1) and a plan view (a) showing arrangements of an anode and a cathode of a conventional example (a) and the present invention (b) in an electrolytic cell for electrolysis using the cathode of the present invention.
2), (b2).

【図8】本発明の陰極を用いて電解する電解槽におい
て、従来例(a)および本発明(b)の陰極および陽極
の配置を示す断面図(a),(b)。
FIG. 8 is a cross-sectional view (a), (b) showing the arrangement of the cathode and the anode of the conventional example (a) and the present invention (b) in the electrolytic cell for electrolysis using the cathode of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高レベル廃液 2 シュウ酸 3 シュウ酸塩沈殿法 4 ろ液 5 アルカリ金属元素 6 白金族元素 7 沈殿物 8 希土類元素 9 超ウラン元素 10 アルカリ土類金属元素 11 塩化物転換 12 電解精製法 13 塩化物 14 溶融塩 15 カドミウム 16 浴調製 17 リチウム 18 還元 19 電解 20 析出物 21 超ウラン元素 22 浴 23 カドミウム陽極 24 陰極 25 超ウラン元素(0価) 26 超ウラン元素(3価) 27 カーボン陽極 28 塩素イオン 29 塩素 30 円柱型陰極 31 絶縁物 32 平板型陰極 33 円柱型陽極 34 平板型陰極(下部絶縁) 35 平板型陽極 1 High-level waste liquid 2 Oxalic acid 3 Oxalate precipitation method 4 Filtrate 5 Alkali metal element 6 Platinum group element 7 Precipitate 8 Rare earth element 9 Transuranium element 10 Alkaline earth metal element 11 Chloride conversion 12 Electrolytic refining 13 Chloride chloride Material 14 Molten salt 15 Cadmium 16 Preparation of bath 17 Lithium 18 Reduction 19 Electrolysis 20 Precipitate 21 Transuranium element 22 Bath 23 Cadmium anode 24 Cathode 25 Transuranium element (0 valent) 26 Transuranium element (trivalent) 27 Carbon anode 28 Chlorine Ion 29 Chlorine 30 Cylindrical cathode 31 Insulator 32 Flat cathode 33 Cylindrical anode 34 Flat cathode (lower insulation) 35 Flat anode

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アルカリ金属、アルカリ土類金属、超ウラ
ン元素、希土類元素および白金属元素が硝酸とともに溶
解している核燃料再処理施設の高レベル放射性廃液から
超ウラン元素を回収する方法であって、 前記高レベル放射性廃液中のアルカリ土類金属元素、超
ウラン元素および希土類元素を回収するのに要する濃度
の2倍以上の濃度のシュウ酸を固体の状態で前記高レベ
ル放射性廃液に添加し、 シュウ酸を添加した高レベル放射性廃液を略60℃から
略100℃近傍の温度範囲にある温度で熟成し、 超ウラン元素、希土類元素およびアルカリ金属土類元素
をシュウ酸塩として沈殿させてアルカリ金属元素および
白金属元素から分離し、 沈澱した前記シュウ酸塩を塩素を含む雰囲気の下で塩化
物に転換し、 前記塩化物を溶融塩の中に溶解して、塩素発生電位まで
は安定に存在する材料で形成された不溶性の陽極と、不
溶性の陰極とを用いて電解精製を行い、 超ウラン元素を前記陰極に析出させて分離回収すること
を特徴とする超ウラン元素回収方法。
1. A method for recovering transuranic elements from a high level radioactive waste liquid of a nuclear fuel reprocessing facility in which alkali metals, alkaline earth metals, transuranium elements, rare earth elements and white metal elements are dissolved together with nitric acid. , Adding oxalic acid in a solid state to the high-level radioactive waste liquid at a concentration twice or more the concentration required to recover the alkaline earth metal element, transuranium element and rare earth element in the high-level radioactive waste liquid, The high-level radioactive liquid waste added with oxalic acid is aged at a temperature in the temperature range of about 60 ° C to about 100 ° C to precipitate the transuranium element, the rare earth element and the alkali metal earth element as an oxalate salt, and then the alkali metal Separated from elements and white metal elements, the precipitated oxalate is converted to chloride under an atmosphere containing chlorine, and the chloride is dissolved in molten salt. Then, electrolytic refining is performed using an insoluble anode formed of a material that stably exists up to the chlorine generation potential and an insoluble cathode, and transuranic elements are deposited on the cathode and separated and recovered. A method for recovering transuranium elements.
【請求項2】高レベル放射性廃液に純水を添加して高レ
ベル放射性廃液に含まれる硝酸の濃度を1.0〜2.0
mol /リットルにした後、前記シュウ酸を添加すること
を特徴とする請求項1に記載の超ウラン元素回収方法。
2. The concentration of nitric acid contained in the high-level radioactive liquid waste is 1.0 to 2.0 by adding pure water to the high-level radioactive liquid waste.
The method for recovering transuranic element according to claim 1, wherein the oxalic acid is added after the mol / liter.
【請求項3】前記塩素を含む雰囲気は、塩化水素、四塩
化炭素、塩素ガス、塩化イオウ、ホスゲン、五塩化リ
ン、塩化アンモニウム、あるいはチオニルクロライドの
いずれか、またはこれらを組み合わせから形成されてい
ることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の超
ウラン元素回収方法。
3. The atmosphere containing chlorine is formed of hydrogen chloride, carbon tetrachloride, chlorine gas, sulfur chloride, phosgene, phosphorus pentachloride, ammonium chloride, or thionyl chloride, or a combination thereof. The transuranic element recovery method according to claim 1 or 2, characterized in that.
【請求項4】前記電解精製における前記溶融塩は、塩化
カリウムと塩化リチウムの混合塩、塩化リチウムと塩化
ナトリウムの混合塩、塩化カルシウムと塩化カリウムの
混合塩、あるいは塩化リチウムと塩化カリウムと塩化バ
リウムと塩化カルシウムとの混合塩のいずれかであるこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載
の超ウラン元素回収方法。
4. The molten salt in the electrolytic refining is a mixed salt of potassium chloride and lithium chloride, a mixed salt of lithium chloride and sodium chloride, a mixed salt of calcium chloride and potassium chloride, or lithium chloride, potassium chloride and barium chloride. 4. The transuranic element recovery method according to claim 1, wherein the transuranic element recovery method is any one of mixed salts of calcium chloride and calcium chloride.
【請求項5】前記電解精製における前記陽極は、カーボ
ン、タンタル、金、白金、モリブデン、タングステン、
チタンナイトライド、あるいはチタンカーバイドのいず
れかで形成されていることを特徴とする請求項1乃至請
求項4のいずれかに記載の超ウラン元素回収方法。
5. The anode in the electrolytic refining is carbon, tantalum, gold, platinum, molybdenum, tungsten,
The transuranic element recovery method according to any one of claims 1 to 4, wherein the transuranic element recovery method is formed of either titanium nitride or titanium carbide.
【請求項6】前記電解精製における前記陰極は、鉄、タ
ンタル、金、白金、モリブデン、タングステン、あるい
はカーボンのいずれかで形成されていることを特徴とす
る請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の超ウラン元
素回収方法。
6. The cathode in the electrolytic refining is formed of any one of iron, tantalum, gold, platinum, molybdenum, tungsten, or carbon. The method for recovering transuranium element described in.
【請求項7】前記電解精製における前記陰極は、この下
部に超ウラン元素の析出物を受けるための絶縁体で形成
された受け部を有することを特徴とする請求項1乃至請
求項6のいずれかに記載の超ウラン元素回収方法。
7. The cathode in the electrolytic refining has a receiving portion formed below it with an insulator for receiving a precipitate of transuranium element. The method for recovering transuranium element according to Crab.
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Cited By (4)

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