JPH0854493A

JPH0854493A - 使用済み燃料の再処理方法

Info

Publication number: JPH0854493A
Application number: JP19303294A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Shoji; 裕一東海林; Koji Mizuguchi; 浩司水口; Tsuguyuki Kobayashi; 嗣幸小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-08-17
Filing date: 1994-08-17
Publication date: 1996-02-27
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JP3120002B2

Abstract

(57)【要約】【目的】反応温度が低く、水溶液を用いず、溶融塩の移
動がなく、除染性能を高め、工程を簡素化する。【構成】使用済み酸化物燃料１を金属リチウムを含むＬ
ｉＣｌまたはＬｉＣｌ−ＫＣｌ溶融塩中に投入して 500
〜 800℃でウランと超ウラン元素を金属に還元４する。
溶融塩中で還元できない希土類核分裂生成物を相分離６
する。溶融塩中に生成した酸化リチウムは電解再生５に
より還元して金属リチウムにし、溶融塩を再使用する。
還元された金属リチウムは還元４の工程に戻され、再使
用する。相分離されたウランと超ウラン元素をＬｉＣｌ
−ＫＣｌ溶融塩中で 450〜 550℃の範囲で電解７して精
製する。電解７の工程においてウランと超ウラン元素に
付着した溶融塩とカドミウムを蒸留して除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子力発電所から発生す
る使用済み酸化物燃料中の二酸化ウラン（ＵＯ₂）から
不要な核分裂生成物を分離し、かつ、使用済み酸化物燃
料中に含まれる長寿命半減期の放射性物質の大半を占め
る超ウラン元素（ＴＲＵ）を分離・精製回収して、燃料
として再利用できるようにした使用済み燃料の再処理方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、原子力発電所から発生する使用済
み燃料を再処理して、原子燃料成分などの有用な成分を
分離精製し回収する技術としては、例えば現在広く商業
用の再処理法として利用されているピューレックス法が
知られている。この方法においては使用済み燃料は硝酸
溶液で溶解され、共除染，Ｕ−Ｐｕ分配，Ｐｕ精製，Ｕ
精製などの各工程を経て製品としてＵ，Ｐｕを回収する
プロセスである。

【０００３】しかしながら、このプロセスによると、そ
れぞれの工程でＵ−Ｐｕの分配および精製，核分裂生成
物（ＦＰ）の分離に数多くの抽出段数を必要とするだけ
でなく、抽出に用いる硝酸水溶液およびＴＢＰは放射線
による分解などによる分解生成物が発生するため、廃棄
物処理工程が複雑で発生量が多くなる。

【０００４】ピューレックス法以外にも高温化学法も研
究されている。例えば、米国アルゴンヌ国立研究所で開
発されている塩輸送法では酸化物燃料をカルシウム（Ｃ
ａ）によって還元し、超ウラン元素（ＴＲＵ）を一旦Ｃ
ｕ−Ｍｇに移行させた後、ＭｇＣｌ₂溶融塩との分配平
衡を利用してＭｇＣｌ₂に抽出し、これをさらにＺｎ−
Ｍｇ合金と接触させ、ＴＲＵをＺｎ−Ｍｇ合金へ移行さ
せ、蒸留によってＴＲＵを分離するものである。

【０００５】また、ウラン酸化物およびＴＲＵ酸化物を
還元する方法としては上記方法の他にリチウム（Ｌｉ）
を還元剤として用いてプルトニウム酸化物を金属プルト
ニウムに還元する方法が知られている（ＵＳ Patent 51
18343 参照）。

【０００６】この方法は純粋なＰｕＯ₂をＬｉを用いて
還元してＰｕ金属を得るものであり、ウランや多種類の
他の元素の酸化物を含んでない。また、反応温度が 750
℃であり、Ｐｕを融点以上としているため、液体で回収
している。さらに、Ｌｉ₂Ｏの再生方法は1200℃で蒸留
し、再塩素化してＬｉＣｌを得ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法によれば、Ｃｕ−ＭｇからＭｇＣｌ₂を介してＺｎ
−Ｍｇに移すという操作を少なくとも10回以上行うた
め、プロセスの処理に時間がかかり、しかも 800℃程度
の高温融体を移送するための高温配管が必要になるな
ど、操作条件が厳しいという課題がある。すなわち、塩
輸送法では反応温度が高く、Ｃａ，Ｍｇ，ＺｎなどＶに
よる材料腐食を受け易く、また希土類ＦＰの除染が難し
い課題がある。

【０００８】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、反応温度が低く、腐食作用の小さい金属リ
チウムを使用して水溶液を用いず、使用済み燃料中のＴ
ＲＵ酸化物を高温化学法により金属に還元し、溶融塩の
移動を行うことなく、希土類核分裂生成物成分と分離す
ることによって除染性能を高め、工程を非常に簡素化し
た使用済み燃料の再処理方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ウランおよび
超ウラン元素の酸化物を含む使用済み酸化物燃料を解
体，せん断したのち、機械的に脱被覆または脱被覆する
ことなく、前記酸化物燃料を溶融塩中でウランと超ウラ
ン元素の金属に還元したのち、この還元されたウランと
超ウラン元素の金属と前記溶融塩とを相分離し、この相
分離されたウランと超ウラン元素の金属からウランを固
体陰極に、超ウラン元素をカドミウム陰極に電解法によ
って分離し、前記固体体陰極にウランとともに付着して
いる溶融塩と前記カドミウム陰極に析出しているウラン
と超ウラン元素を蒸留し付着している溶融塩とカドミウ
ムを除去することを特徴とする。

【００１０】

【作用】使用済み酸化物燃料を解体し被覆管と分離させ
た後、使用済み酸化物燃料を金属リチウム（Ｌｉ）を飽
和溶解度以上含むＬｉＣｌまたはＬｉＣｌ−ＫＣｌ溶融
塩に投入し、反応温度 500〜 800℃で加熱すると、使用
済み酸化物燃料中の酸化ウランおよび超ウラン元素酸化
物をそれぞれ金属に還元する。金属リチウムで還元でき
ない希土類元素酸化物は酸化物または酸塩化物としたま
まの状態で、金属ウランおよび金属超ウラン元素を溶融
塩と分離する。

【００１１】つぎに、これらの金属を金属製フィルター
バスケットに収納し、ＬｉＣｌ−ＫＣｌの溶融塩中で 4
50〜 550℃の温度範囲で電解精製する。これによりウラ
ンを金属製の固体陰極に析出させ、溶融塩中の超ウラン
元素をウラン濃度と同等またはそれ以上の濃度に高め
る。その後、残りのウランおよび超ウラン元素を溶融カ
ドミウム陰極に析出回収する。これにより、使用済み酸
化物燃料中のウラン，超ウラン元素を他の核分裂性物質
と分離する。

【００１２】つぎに、固体陰極に析出回収したウラン，
溶融カドミウム陰極に析出したウラン，超ウラン元素を
700〜1300℃で減圧蒸留し、付着している溶融塩、カド
ミウムを揮発除去した後、ウラン，超ウラン元素を1200
〜1400℃で溶融し、射出成型したのち、冷却して燃料ス
ラグを得る。

【００１３】

【実施例】

（第１の実施例）図１から図６を参照しながら本発明に
係る使用済み燃料の再処理方法の第１の実施例を説明す
る。図１は本実施例を説明するための工程図であり、図
１によりまず全体の流れを概略的に説明する。すなわ
ち、本実施例での使用済み燃料としてはウラン，超ウラ
ン元素（ＴＲＵ）の他に核分裂生成物（ＦＰ）であるア
ルカリ金属，アルカリ土類金属，希土類元素などが含ま
れ、燃料被覆管内に充填されている使用済み酸化物燃料
１を出発材料とする。

【００１４】この使用済み酸化物燃料１を解体・せん断
（２）した後、機械的に脱被覆（３）する。つぎに、前
記酸化物燃料を溶融塩中で金属に還元（４）した後、こ
の還元された金属と前記溶融塩とを相分離（６）する。

【００１５】この相分離（６）された金属からウラン，
ＴＲＵを電解（７）により陰極処理（８）して固体陰極
にＵ（13）を、カドミウム陰極にＵ，ＴＲＵ（14）を析
出させて分離し回収する。

【００１６】ここで、還元（４）において使用済み溶融
塩は電解再生（５）し、Ｌｉを還元（４）工程へフィー
ドバックして再使用する。固体陰極に析出したＵ（13）
と、カドミウム陰極に析出したＵ，ＴＲＵ（14）は使用
する燃料の形態に合わせて金属燃料15，酸化物燃料16ま
たは窒化物燃料17に加工して再使用する。

【００１７】すなわち、金属燃料15では射出成型９工程
を、酸化物燃料16では酸化10および燃料加工11工程を、
窒化物燃料17では窒化12および燃料加工11工程が施され
る。またＵ，ＴＲＵ14ではＣｍの分離20およびＣｍフリ
ー金属21を経て前述した射出成型，酸化，窒化工程へと
接続する。

【００１８】なお、使用済み酸化物燃料１に代る図１の
右上に示した高レベル廃液18を出発材料として脱硝・酸
化19し還元４工程へ戻す以降の工程については後述する
第３の実施例で説明するので、ここではその説明は省略
する。

【００１９】図２は還元４工程での酸化物還元工程装置
を、図３は電解７工程と陰極処理８工程での電解精製工
程装置を示している。図21においては容器22内に溶融塩
23と還元剤24が充填されており、この溶融塩23内に還元
金属25が収納されたバスケット26が浸漬している。

【００２０】このバスケット26には回転軸27が取着さ
れ、還元剤24の表面はアルゴンガス28で覆われている。
使用済み酸化物燃料１は容器22の上方から還元剤24の層
を通り抜けて溶融塩23中に投入される。

【００２１】ここで、容器22は例えば低炭素鋼，ステン
レス鋼，タングステンなどの金属製るつぼ、またはマグ
ネシア（ＭｇＯ），カルシア（ＣａＯ）などのセラミッ
クス製るつぼである。溶融塩23はＬｉＣｌまたはＬｉＣ
ｌとＫＣｌとの溶融塩であり、還元剤24はＬｉであり、
使用済み酸化物燃料１は粉砕されたものである。

【００２２】図３において、符号29は電解槽で、この電
解槽29内には溶融カドミウム30、および溶融塩23が充填
されており、溶融塩23中にバスケット26，固体陰極31お
よびカドミウム陰極32が浸漬され、溶融塩23の表面はア
ルゴンガス28により覆われている。カドミウム陰極32は
コンタクトリード33が接続している。

【００２３】図２および図３におけるバスケット26の構
造を図４（ａ）（ｂ）により説明する。なお、図４
（ａ）はバスケット26の側面図で、（ｂ）は（ａ）の平
面図である。このバスケット26は全体が網目状胴体34の
金網で構成され、胴体34の底部に金属スクリーンフィル
タ35が取着され、胴体34の内部に邪魔板36およびインペ
ラ37が挿入され、インペラ36は回転軸に取着されてい
る。

【００２４】このバスケット26の機能としては金網（メ
ッシュ）によるふるいで、固体の粒子をバスケット26内
に回収する作用を有している。金属スクリーンフィルタ
35は200メッシュ以下の目開きを有している。邪魔板36
は上下方向の撹拌を促進するもので、インペラ37は内部
に上下方向の流動を発生させるものである。

【００２５】図では、溶融塩は上方から下方へ流れる
が、その際、微細な還元金属粒子は流動に従い、上部か
らバスケット26内に入り、下方に移動するが、金属スク
リーンフィルタ35の目開きが金属の粒径より細かいため
に粒子はバスケット26内にとどまり、溶融塩のみ通過す
る。溶融塩の流れはインペラ37の形状を変えることによ
り、下方から吸引し、上方へ逃がすこともできる。

【００２６】ここで、反応系の温度を 500〜 800ん℃程
度に保持し、溶融塩23ゐ溶解させた状態で、還元剤24を
投入し十分溶融塩に溶解させる。反応系を均一に撹拌し
ながら、粉砕された酸化物燃料16を投入する。その際、
掻き反応（１），（２）により酸化物燃料中のＵＯ₂，
ＰｕＯ₂が還元剤24により還元されて金属の形態とな
る。

【００２７】つぎに図５を用いてその作用を説明する。
縦軸は酸化物の生成自由エネルギーを示しており、絶対
値が大きいものほど、安定である。すなわち、ＣａＯが
最も安定である。Ｌｉ₂Ｏよりも上側にあるものは金属
Ｌｉにより還元されることをこの図は示している。よっ
て、次式の（イ），（ロ）で示すようにＵＯ₂，ＰｕＯ
₂などはＬｉにより還元される。

【００２８】しかしながら、Ｎｄ₂Ｏ₃，Ｃｅ₂Ｏ₃の
ような希土類元素は還元されず、酸化物のまま存在する
と考えられる。よって、Ｌｉに還元剤を用いたならば、
Ｕ，ＴＲＵは金属となり、希土類元素は酸化物のままの
状態にしておくことが可能である。

【００２９】還元されたこれらの金属は溶融塩中で表面
張力の影響で微粒子状になる。これらの粒子をメッシュ
フィルタ付きのスクリーンバスケット26で溶融塩23と分
離し、回収する。還元工程では反応式（イ），（ロ）に
示すように還元剤であるＬｉが酸化物から酸素原子を奪
い、自らがＬｉ₂Ｏとなり溶融塩中に溶解する。

【００３０】ＵＯ₂＋Ｌｉ＝Ｕ＋Ｌｉ₂Ｏ・・・・・（イ）ＰｕＯ₂＋Ｌｉ＝Ｐｕ＋Ｌｉ₂Ｏ・・・・・（ロ）

【００３１】この反応式は平衡反応であるので、Ｌｉ₂
Ｏの濃度を飽和溶解度以下に押さえる必要がある。飽和
溶解度以上であると、（イ），（ロ）の平衡反応は左に
移り、金属Ｕ，Ｐｕの還元割合が減少する。このため、
予め飽和溶解度を求めておき、溶融塩と投入する酸化物
の量を調整し、Ｌｉ₂Ｏの濃度を飽和溶解度以下に押さ
える操作を盛り込む。

【００３２】また、Ｌｉ₂Ｏは炭素電極を陽極，スチー
ルを陰極とした構成により、溶融塩中、 500〜 800℃で
還元して、Ｌｉを回収し、このＬｉを還元に再使用する
ものとする。

【００３３】反応の原理は以下に示すようである。Ｌｉ₂Ｏ＝２Ｌｉ⁺＋Ｏ^2-・・・・・（ハ）２Ｌｉ⁺＋２^e-＝２Ｌｉ・・・・・（ニ）陽極反応Ｏ^2-＋Ｃ−２^e-＝ＣＯ₂ ・・・・・（ホ）陰極反応

【００３４】この結果、Ｌｉ₂ＯはＬｉに還元されリサ
イクルされると同時に溶融塩からＬｉ₂Ｏがなくなるの
で、溶融塩を再使用することも可能となり、廃棄物の発
生量が著しく低減される。

【００３５】これらの操作が還元工程で行われる訳であ
るが、回収後、図３に示した溶融塩23を収納する電解槽
29に投入し、バスケット26を陽極，金属棒（例えば、鉄
の棒，ウランの棒など）を陰極として電解を行う。電解
の際の所定の電位に制御することにより、バスケット26
中の金属からＵのみを陰極に析出回収する。

【００３６】この後、電解槽29から取り出し、高温にし
て溶融塩23とＵ金属を溶融して比重差により分離回収ま
たは、溶融塩23を揮発除去し、Ｕと溶融塩23との分離を
行い、Ｕを射出成型工程へ送る。

【００３７】残ったＵとＴＲＵ金属はさらに例えば、金
属Ｃｄなどを用いた液体金属Ｃｄ陰極で電位を制御する
ことにより、他のＦＰ元素から液体金属Ｃｄ中に分離回
収する。これらは、Ｃｄを蒸留工程で分離することによ
り、金属状態で回収した後、Ｕと同様に射出成型工程へ
送る。

【００３８】また、図３中で回収された金属粒子の径が
小さく、バスケット26で溶融塩との分離回収が難しい場
合には、これらを一旦、耐熱性るつぼ、例えばＢｅＯ
（ベリリア）やイットリアなどをコーティングしたグラ
ファイト製るつぼに移し、1200℃程度に加熱し、Ｕと溶
融塩を溶融し、比重差で分離し、再び冷却し、２相にな
った固体を分離することも可能である。

【００３９】Ｌｉ還元と電解精製法を一体的に組み合わ
せた装置の構成を図６および図７により説明する。使用
済みの酸化物燃料は脱被覆後に粉末状態で還元槽38へ投
入し、バスケット26中に還元された金属粒子を回収す
る。生成したＬｉ₂Ｏは溶融塩の流動によって塩再生槽
46へ運ばれ、ここで金属Ｌｉに還元される。

【００４０】溶融塩中のＬｉ₂Ｏ濃度が飽和濃度以下に
なるように還元槽38に付随して塩再生槽46を設け、常に
Ｌｉ₂Ｏを再生する。この反応槽は処理速度を向上させ
るために半連続化しており、複数のバスケット26を有す
る。回収した還元金属25はバスケット26内に収納された
ままの状態で電解槽29に運ばれ、電解精製を行う。

【００４１】図の構成はバスケット26を溶融金属（例え
ばＣｄが考えられる。）中に浸漬しＵ，ＴＲＵを溶解さ
せ、これに適当な酸化材（例えばＣｄＣｌ₂）を加え
て、溶融塩中濃度を調整した後、電解を行うものであ
る。還元金属の粒径は微細なので、表面積が大きくとれ
溶解速度は非常に速い。

【００４２】隔壁42は左右の溶融塩23が混じらないよう
に設けたものであるが、還元金属に付着しているＬｉ₂
Ｏの量が非常に少ない場合には取り外してもよい。ま
た、図３で説明したように、隔壁42のない状態でバスケ
ット26を溶融塩23に直接浸漬し、バスケット26を陽極と
して陽極溶解を行いながら固体陰極31にＵを回収するこ
とができるのはもちろんである。

【００４３】さらに、ＴＲＵ金属をレーザー法により各
元素毎、さらには同位体毎に分離回収することにより利
用価値を高めるだけでなく、特に放射能濃度の高い元素
（同位体）の分離に有効である。特に、回収したＴＲＵ
中にはＰｕの他にＡｍ，Ｃｍ，Ｎｐなどが含まれるが、
燃料として燃えにくいＣｍを選択的に分離することが可
能である。

【００４４】これには原子レーザー法を用いる。レーザ
ー濃縮工程では、真空チャンバー内でるつぼに収納した
試料を電子銃で加熱，溶解させ、揮発したＵ原子を特定
波長のレーザーで励起（イオン化）し、電極上に還元し
て金属状態で析出、回収することにより、同位体元素か
ら目的の物質を回収する。

【００４５】（第２の実施例）本第２の実施例は第１の
実施例において、図１に示す解体・せん断２の工程を経
たのち、脱被覆３の工程を行わず、被覆管が付着したま
まの状態で使用済みの酸化物燃料を出発材料としてバス
ケットに収納し、還元４の工程でＬｉ還元を行うことに
ある。

【００４６】すなわち、酸化物のＬｉとの反応を促進す
るために、反応面積を広くするのでせん断長さを２ｃｍ
以下に切断する。投入された酸化物は溶融塩に溶解して
いるＬｉの拡散速度が大きいために比較的速やかに反応
し、ペレットの形状のまま、Ｕ，ＴＲＵ，貴金属などは
被覆管内部で金属となる。

【００４７】つぎに、被覆管を入れたバスケットを溶融
塩の電解槽に投入するが、通常、被覆管には溶融塩が付
着しているので、Ｌｉ₂Ｏなども混入している。そのま
ま電解工程の送ると、酸素イオンが含まれているので、
工程の効率を低下させることが予想される。

【００４８】このため、一旦バスケットを溶融塩から引
上げ、回転数が 200ｒｐｍ以上の高速回転により表面に
付着している溶融塩を遠心力で分離する。この場合、バ
スケットのメッシュの目開きは溶融塩が分離しやすいよ
うに 200メッシュ以下のものを用いることが望ましい。

【００４９】分離後、バスケットを陽極，金属棒（例え
ば、鉄の棒，ウランの棒など）を陰極として前記第１の
実施例と同様にして電解を行い、Ｕ，ＴＲＵを陰極に析
出回収する。還元されずに残っていた、希土類元素など
は被覆管内部にとどまるので、バスケット毎回収し、廃
棄物とする。

【００５０】Ｌｉ還元−電解装置の構成を図８を用いて
説明する。せん断され被覆管に入ったままの使用済み酸
化物燃料１のせん断ピン２ａはスクリーンバスケット26
に入れ、還元槽38で金属リチウム41により還元される。
生成したＬｉ₂Ｏは同時に塩再生槽46で金属リチウム41
に再生されるのは先程の実施例と同様である。

【００５１】還元後、バスケット26を電解槽29に移し、
バスケット26を陽極にして電解を行う。Ｕは固体陰極3
1、ＴＲＵはカドミウム陰極32に回収する。なお、この
装置も処理速度を向上させるために、複数のバスケット
26，固体陰極31，カドミウム陰極32を有する。

【００５２】（第３の実施例）使用済み酸化物燃料を還
元して再処理する工程を上記実施例では行っているが、
出発材料を酸化物とすることにより、他の工程から発生
した物質よりＵ，ＴＲＵなどを回収することも可能であ
る。

【００５３】すなわち、図１において、例えばピューレ
ックス法再処理では、Ｕ，Ｐｕを回収した後の廃液中に
Ｎｐ，Ａｍ，ＣｍといったＴＲＵが含まれているが、高
レベル廃液18が発生する。

【００５４】これは硝酸廃液として生成するものである
ので、マイクロ波などを使用し、酸素存在下で高温にし
硝酸を取り除く、脱硝・酸化19の工程で酸化物とするこ
とができる。このため、これを出発材料とし、上記第１
の実施例と同様にＬｉで還元することによりＴＲＵと他
の元素を分離することができる。

【００５５】（第４の実施例）本実施例では硝酸溶液を
用いる湿式法と組み合わせて使用することにある。本実
施例のフローシートを図９に示す。使用済み酸化物燃料
１を解体・せん断２した後、全量を硝酸溶解49する。こ
こではＵは６価の状態でＰｕは４価で存在しており、例
えばＵを電解還元で４価に所定量価数調整50し、シュウ
酸を添加しシュウ酸塩沈殿51を生じさせると、３価，４
価のイオンのみ選択的に沈殿させることができる。

【００５６】このため、Ｕの量は価数調整50により制御
でき、Ｕ，Ｐｕの沈殿量を制御することが可能である。
遠心分離などの固液分離52により沈殿物53とろ液55に分
離する。不要な量のＵは６価のままにしておき、アンモ
ニア添加により沈殿物53として別プロセスで回収する。

【００５７】Ｕ，ＴＲＵ，希土類元素などは沈殿物53と
して回収されるが、シュウ酸塩の沈殿物であるから、酸
素存在下で加熱しシュウ酸塩を分解することで酸化物に
容易に転換できる。

【００５８】この酸化物を出発材料として用いることに
より、使用済み酸化物燃料からＵ，ＴＲＵを他の実施例
で述べた方法によりＵＯ₂回収できる。なお、符号56は
Ｕ化合物、54，57は脱水・酸化、58はＵＯ₂回収58の工
程を示している。

【００５９】（第５の実施例）第１の実施例の工程で回
収したＵ，ＴＲＵの形態は金属であるので、本実施例で
は例えば酸化物燃料または窒化物燃料にする工程を示し
ている。図１において、陰極に回収したＵおよびＴＲＵ
は付着している溶融塩、Ｃｄを減圧蒸留により除去した
後、酸化性ガスと酸化10させ酸化物の粉末を得る。

【００６０】溶融金属が反応性の乏しい場合には、水素
ガスにより水素化物を作り、脆くなる性質を利用して粉
体化したのち水素を温度を上げて放出させた後、酸化す
ると均質なものが得られる。得られた酸化物粉末は燃料
加工11工程でペレットなどに加工する。

【００６１】なお、窒化物燃料にする場合では、図１に
おいて、陰極に回収したＵおよびＴＲＵの付着している
溶融塩、Ｃｄを減圧蒸留により除去する際に窒素ガスを
導入することにより、窒化Ｕ，窒化Ｐｕなどが得られ
る。

【００６２】また、もちろん金属のＵ，ＴＲＵを回収し
た後の窒化12の工程でもよい。さらに、電解７の工程で
Ｕ，ＴＲＵをＣｄ陰極に回収する際に窒素ガスをＣｄ陰
極に吹き込むことにより直接窒化Ｕ，窒化Ｐｕを得るこ
とも可能である。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、使用済み燃料を水溶液
を用いない高温冶金法によりＵＯ₂，ＰｕＯ₂などのＴ
ＲＵ酸化物（固体）をＵ，ＴＲＵに還元し、金属の形態
で他の成分と分離し、さらに目的に応じて、射出成型工
程で金属燃料が得られる。

【００６４】また、Ｕ，ＴＲＵ金属を出発材料としてそ
れらを酸化することでＵＯ₂，ＴＲＵ酸化物（固体）が
得られる。さらに、窒化物である窒化Ｕ，窒化Ｐｕなど
も窒素ガスと金属Ｕ，Ｐｕを反応させるか、または直接
電解工程で窒素ガスと金属Ｕ，Ｐｕで生成できるなど非
常に簡素化したプロセスを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る使用済み燃料の再処理方法の第１
の実施例を示す工程図。

【図２】図１における酸化物還元工程を説明するための
概略断面図。

【図３】図１における電解精製工程を説明するための概
略断面図。

【図４】（ａ）は図２および図３におけるスクリーンバ
スケットを一部断面で示す側面図、（ｂ）は（ａ）の平
面図。

【図５】図１における酸化物還元工程における酸化物生
成物の標準自由エネルギーと温度の関係を示す特性図。

【図６】図１における酸化物還元工程と電解精製工程と
を一体化した装置を概略的に示す縦断面図。

【図７】図６における上面図。

【図８】本発明に係る使用済み燃料の再処理方法の第２
の実施例における酸化物還元工程と電解精製工程とを一
体化した装置を概略的に示す縦断面図。

【図９】本発明に係る使用済み燃料の再処理方法の第４
の実施例の要部を示す工程図。

【符号の説明】

１…使用済み酸化物燃料、２…解体・せん断、３…脱被
覆、４…還元、５…電解再生、６…相分離、７…電解、
８…陰極処理、９…射出成型、10…酸化、11…燃料加
工、12…窒化、13…ウラン（ｕ）、14…ウランと超ウラ
ン元素（Ｕ・ＴＲＵ）、15…金属燃料、16…酸化物燃
料、17…窒化物燃料、18…高レベル廃液、19…脱硝・酸
化、20…Ｃｍの分離、21…Ｃｍフリー金属、22…容器、
23…溶融塩、24…還元剤、25…還元金属、26…バスケッ
ト、27…回転軸、28…アルゴンガス、29…電解槽、30…
溶融カドミウム、31…固体陰極、32…カドミウム陰極、
33…コンタクトリード、34…胴体、35…金属スクリーン
フィルタ、36…邪魔板、37…インペラ、38…還元槽、39
…陽極、40…陰極、41…金属リチウム、42…隔壁、43…
溶融金属、44…せき、45…電源、46…塩再生槽、47…ジ
ルコニアセンサ、48…絶縁板、49…硝酸溶解、50…価数
調整、51…シュウ酸塩沈殿、52…固液分離、53…沈殿
物、54，57…脱水酸化、55…ろ液、56…Ｕ化合物の沈
殿、58…ＵＯ₂回収。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウランおよび超ウラン元素の酸化物を含
む使用済み酸化物燃料を解体，せん断したのち、機械的
に脱被覆または脱被覆することなく、前記酸化物燃料を
溶融塩中でウランと超ウラン元素の金属に還元したの
ち、この還元されたウランと超ウラン元素の金属と前記
溶融塩とを相分離し、この相分離されたウランと超ウラ
ン元素の金属からウランを固体陰極に、超ウラン元素を
カドミウム陰極に電解法によって分離し、前記固体体陰
極にウランとともに付着している溶融塩と前記カドミウ
ム陰極に析出しているウランと超ウラン元素を蒸留し付
着している溶融塩とカドミウムを除去することを特徴と
する使用済み燃料の再処理方法。
【請求項２】前記溶融塩はリチウムを飽和溶解度以上
含むＬｉＣｌまたはＬｉＣｌ−ＫＣｌからなることを特
徴とする請求項１記載の使用済み燃料の再処理方法。
【請求項３】前記溶融塩中での還元温度は 500〜 800
℃からなることを特徴とする請求項１記載の使用済み燃
料の再処理方法。
【請求項４】前記リチウムとウランおよび超ウラン元
素の酸化物を反応させる際に生成するＬｉ₂Ｏを前記溶
融塩中濃度が飽和溶解度以下となるように前記酸化物燃
料と前記溶融塩の量との比を予め調整することを特徴と
する請求項１記載の使用済み燃料の再処理方法。
【請求項５】前記リチウム（Ｌｉ）とウランおよび超
ウラン元素の酸化物を反応させた際に生成したＬｉ₂Ｏ
をリチウム還元したＬｉＣｌ溶融塩中で反応容器を電解
槽として炭素電極を陽極、スチールを陰極とした構成に
より 500〜 700℃で電気分解し、リチウムを再生機能と
して有するものをユニットとし、このユニットを複数個
同一の容器中に収納し処理量を増大させることを特徴と
する請求項１記載の使用済み酸化物燃料の再処理方法。
【請求項６】前記使用済み酸化物燃料をリチウム（Ｌ
ｉ）によって 500〜800℃で還元する際、予め目開き 20
0メッシュ以下の金属製フィルターバスケット内にせん
断して、被覆管が付着したままの状態で使用済み燃料を
収納し、前記バスケット内でリチウムと反応させた後、
前記バスケットを溶融塩から引き上げて 200回転以上の
回転数で回転させて、金属に還元されたウラン，超ウラ
ン元素の表面に付着している溶融塩を遠心力で分離した
のち、前記バスケットを電解精製工程において陽極とす
ることを特徴とする請求項１記載の使用済み酸化物燃料
の再処理方法。
【請求項７】前記固体陰極に析出したウラン，前記溶
融カドミウム陰極に析出したウラン，超ウラン元素を 7
00〜1300℃で減圧蒸留し、付着している溶融塩，カドミ
ウムを揮発除去した後、酸化性ガスと反応させ、酸化物
に転換し酸化物燃料を得ることを特徴とする請求項１記
載の使用済み燃料の再処理方法。
【請求項８】前記固体陰極に析出したウランを 700〜
1300℃で減圧蒸留する際に窒素ガスを導入し、ウランを
窒化ウランの粉末として回収するとともに、ＬｉＣｌ−
ＫＣｌの溶融塩中で 450〜 550℃の温度範囲で電解精製
し、ウランおよび超ウラン元素を溶融カドミウム陰極に
析出回収する際に、窒素ガスを溶融カドミウム中に吹き
込むことにより、ウランおよび超ウラン元素の窒化物を
生成させることを特徴とする請求項１記載の使用済み燃
料の再処理方法。
【請求項９】前記溶融カドミウム陰極に析出したウラ
ン，超ウラン元素を700〜1300℃で減圧蒸留し、付着し
ている溶融塩，カドミウムを揮発除去した後、超ウラン
元素を減圧状態で蒸発させ、その蒸気中にレーザー光を
照射して、キュリウム，アメリシウムをウラン，プルト
ニウム，ネプツニウムにより分離・回収することを特徴
とする請求項１記載の使用済み燃料の再処理方法。
【請求項１０】前記使用済み酸化物燃料を解体後、燃
料要素を被覆管ごと２cm以下の間隔で切断したものを、
被覆管ごと前記バスケットに収納し、Ｌｉと反応させ被
覆管の内部ある酸化物を金属に還元することを特徴とす
る請求項１記載の使用済み酸化物燃料の再処理方法。
【請求項１１】前記バスケットを電解精製の際の陽極
として使用することの代りに、前記バスケットを溶融カ
ドミウムとＬｉＣｌ−ＫＣｌの溶融塩を入れ溶融塩をセ
ラミクス隔壁での仕切った電解槽の溶融カドミウム部分
を浸せきし、ウランと超ウラン元素をカドミウムで溶解
させながら電解を行うことを特徴とする請求項１記載の
使用済み酸化物燃料の再処理方法。
【請求項１２】前記バスケットは目開きが 200メッシ
ュ以下の金網で形成され、かつ内部にポンプ作用を付与
するインペラを有することを特徴とする請求項１記載の
使用済み酸化物燃料の再処理方法。
【請求項１３】前記使用済み酸化物燃料の代りにピュ
ーレックス法再処理施設から発生する高レベル廃液を脱
硝し酸化させた酸化物粉末を用いることを特徴とする請
求項１記載の使用済み燃料の再処理方法。
【請求項１４】前記使用済み酸化物燃料を硝酸で溶解
後、溶解しているウランイオンの一部の価数をシュウ酸
で処理して３価，４価としたのち、シュウ酸を添加し、
Ｕ，ＴＲＵのシュウ酸塩沈殿を生じさせ、これを固液分
離したのち、固形分を脱水・酸化処理し酸化物としたも
のを出発材料として用いることを特徴とする請求項１記
載の使用済み燃料の再処理方法。