JPH0882696A - 超臨界流体を媒体として用いる金属元素の抽出分離法 - Google Patents
超臨界流体を媒体として用いる金属元素の抽出分離法Info
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Abstract
酸溶液中からの、あるいは使用済み燃料の湿式再処理工
程で生じる高レベル廃液中からの金属元素の抽出分離、
回収方法。 【構成】 常温、常圧下で気体である無機物抽出媒体と
有機性抽出剤との混合物を加温、加圧することにより超
臨界状態の流体とし、この流体を金属元素を溶解した硝
酸酸性溶液に導入し、硝酸酸性溶液中から金属元素を流
体中に抽出分離し、ついで抽出操作後の超臨界流体を常
温、常圧に戻して硝酸水溶液中に注入することにより、
抽出媒体として用いた無機物を気化させて除去すると同
時に、金属元素を硝酸水溶液中に回収する。
Description
核燃料を溶解した硝酸溶液中からの、あるいは使用済み
燃料の湿式再処理工程で生じる高レベル廃液中からの金
属元素の抽出分離、回収方法に関するものである。
中からの、あるいは使用済み燃料の湿式再処理工程で生
じる高レベル放射性硝酸溶液中からの金属元素の抽出分
離法として、液/液分配抽出法が広く用いられている。
液/液分配抽出法は、水溶液とお互いに溶解し合わず液
/液界面を有する二相系を形成する有機溶媒を抽出媒体
とし、これに金属イオンと疎水性の高い金属錯体を形成
する有機錯体形成試薬を溶存させ、これら二相を混合す
ることによって水溶液から金属イオンを抽出媒体へ抽
出、分離する方法である。
ケロシンやドデカンなどが使用され、有機抽出剤として
燐含有中性有機試薬であるリン酸トリ−n−ブチルやカ
ルバモイルメチルホスフィンオキサイドなどが使用され
る。有機溶媒に抽出された金属元素は、逆抽出条件下で
別組成の水溶液中に逆抽出され、回収される。金属を取
り除いた後の有機溶媒は、精製工程を経た後再利用され
るか、低レベル放射性有機廃液として処理される。
いる有機溶媒は、人体に有害であるものも多く、可燃性
であり、また、強い放射線によって分解、劣化する。こ
のため、使用済み核燃料の硝酸溶液等を対象とする分
離、回収プロセスには厳しい安全対策が必要であると同
時に、有機溶媒の劣化等に伴い低レベル放射性有機廃液
が大量に生じる。また有機溶媒を再利用する場合にも精
製工程を経る必要がある。本発明はこのような問題点を
持つ有機溶媒を全く使用しない新しい抽出法に関するも
のである。
核燃料からの金属元素の分離、回収に用いられてきた液
/液分配抽出法から生ずる低レベル放射性有機廃液の量
を低減すること、作業上の安全性を高めることを目的と
している。そのため本発明は従来用いられてきた有機溶
媒の代わりに二酸化炭素、窒素などの無機物の気体の超
臨界流体を用い、リン酸トリ−n−ブチル等の中性有機
試薬を抽出剤として硝酸酸性溶液中からの金属元素の抽
出、分離を可能とするものである。
を溶解した硝酸溶液中からの、あるいは使用済み燃料の
湿式再処理工程で生じる高レベル放射性硝酸溶液中から
の金属元素の抽出分離法として広く用いられている液/
液分配抽出法では、大量の有機溶媒を抽出媒体として用
いるため大量の低レベル放射性有機廃液が生じるととも
に、有機溶媒の毒性や可燃性から操作上の安全性に留意
する必要があったが、本発明では二酸化炭素等の常温、
常圧下で気体である無機物の超臨界流体を抽出媒体と
し、中性有機試薬を抽出剤として用いる金属元素の新し
い抽出法を発明した。
して用いることのできない気体状の無機物を超臨界状態
に保ち、物質の溶解性を向上させることにより抽出媒体
として使用可能としたことである。このことにより、低
レベル放射性有機廃液の減量化、作業上の安全性の向上
が達成できた。またこの抽出媒体は超臨界状態より気体
に変換することにより容易に金属元素、抽出剤から分離
でき、回収、再利用することができる。この抽出法にお
いては、二酸化炭素、一酸化炭素、アンモニア、六フッ
化硫黄、窒素などの無機物の気体の超臨界流体を抽出剤
として用い、又リン酸トリ−n−ブチル、トリフェニル
フォスフィンオキサイド(TOPO)、カルバモイルメ
チルフォスフィンオキサイド(CMPO)等の中性有機
試薬を抽出剤として用いた本発明の実施例においては、
有機溶媒を抽出媒体として用いる従来の抽出法より希土
類元素の高い抽出率を得ることができた。
量である臨界温度と臨界圧力以上の温度、圧力下にある
物質の状態を言い、この状態下にある物質を超臨界流体
と称する。超臨界流体の種々の物理量はその化合物の気
体と液体状態での物理量の間の値を取る。例えば超臨界
流体の密度は気体状態の密度より大きく、すなわち物質
を溶解する能力が気体のときよりも高い。従って常温、
常圧下では気体であり、抽出媒体として利用することが
できない化合物でも、超臨界状態に保つことにより金属
錯体を溶解する能力を高めることができ、媒体として利
用できる。
体状態中でのそれより早く、その結果超臨界流体を媒体
とする抽出速度は早いことが期待できる。例えば二酸化
炭素は臨界温度が 31.3 ℃、臨界圧力が 72.9 atm と臨
界条件が容易に達成でき、また無毒で安価であるという
利点を持つため、抽出媒体として用いるのに最も適して
いる。この二酸化炭素は常温、常圧下では気体であるた
め、金属元素を抽出した後の超臨界二酸化炭素を常温、
常圧に戻すことにより気化させ、この媒体を容易に抽出
物から完全に分離することができ、媒体に含まれていた
金属元素を酸溶液中に回収できる。また気化して回収し
た媒体は精製することなく再利用することができる。
超臨界抽出の装置を図1に示した。液化二酸化炭素ボン
ベ1及び抽出剤収納容器2からそれぞれ二酸化炭素と抽
出剤を必要量シリンジポンプ3へ注入する。シリンジポ
ンプ内で所定の温度に調整した後、二酸化炭素と抽出剤
の混合物を臨界温度、臨界圧力以上の温度、圧力で抽出
部へ注送する。抽出部は予備加熱用コイル4、抽出容器
5、リストリクター6及び捕集容器7から構成され、こ
れらすべては臨界温度以上の温度に保たれた恒温層8中
に設置されている。予備加熱用コイルは抽出部に導入し
た二酸化炭素と抽出剤の混合物の温度を超臨界温度以上
に保つために用いられる。抽出容器に採取した試料水溶
液中に超臨界流体を連続的に導入する。リストリクター
は圧力を常圧に戻すための機能を持つ。捕集容器中には
金属を回収するための酸水溶液を満たす。また未反応の
抽出剤もここに捕集される。気体状態になった二酸化炭
素のみ系外に導出され捕集される。
二酸化炭素を、中性有機抽出剤としてリン酸−n−トリ
ブチルを、対象金属として希土類元素を用いたときの超
臨界流体抽出の結果である。
ン、すなわちランタン(III)、セリウム(III)、サマリウ
ム(III)、ユウロピウム(III)、ガドリニウム(III)、ジ
スプロシウム(III)、イッテルビウム(III)、ルテチウム
(III)を含む6M硝酸+3M硝酸リチウム水溶液8mlを
抽出容器に採取する。モル比0.07のリン酸トリ−n
−ブチル(24g)を含む二酸化炭素1.2モル(53
g)を350気圧、60℃の条件下の超臨界流体とし、
約4g/min の速度で抽出容器中の試料溶液に注入し、抽
出操作を行った。約20分の抽出で以下に示す抽出率を
得た。
媒体として硝酸水溶液からの希土類元素を効率よく抽出
分離、回収することができた。さらに超臨界二酸化炭素
を抽出媒体として用いることによって、従来用いられて
きた有機溶媒を用いる液/液分配抽出法よりも優れた抽
出が達成できた。二酸化炭素を抽出物から逆抽出法など
によらず、容易かつ安全に分離することができた。媒体
に起因する放射性廃棄物の発生量を圧倒的に低減できる
ことがわかった。
温、常圧下で気体である無機物の超臨界流体を抽出媒体
として用いることにより、作業上の安全性の向上、放射
性廃棄物の減量化を計るものであり、そして従来の有機
溶媒に比べコストも低減できる。
る。
シリンジポンプ、 4…予備加熱用コイル、 5
…抽出容器、6…リストリクター、 7…捕集容
器、 8…恒温層、9…ガス精製器、
10…ポンプ用温度コントローラー、10…シリンジ
ポンプコントロール部。
Claims (1)
- 【請求項1】 常温、常圧下で気体である無機物抽出媒
体と有機性抽出剤との混合物を加温、加圧することによ
り超臨界状態の流体とし、この流体を金属元素を溶解し
た硝酸酸性溶液に導入し、硝酸酸性溶液中から金属元素
を流体中に抽出分離し、ついで抽出操作後の超臨界流体
を常温、常圧に戻して硝酸水溶液中に注入することによ
り、抽出媒体として用いた無機物を気化させて除去する
と同時に、金属元素を硝酸水溶液中に回収する方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21719494A JP2813551B2 (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 超臨界流体を媒体として用いる金属元素の抽出分離法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP21719494A JP2813551B2 (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 超臨界流体を媒体として用いる金属元素の抽出分離法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0882696A true JPH0882696A (ja) | 1996-03-26 |
JP2813551B2 JP2813551B2 (ja) | 1998-10-22 |
Family
ID=16700337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21719494A Expired - Fee Related JP2813551B2 (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 超臨界流体を媒体として用いる金属元素の抽出分離法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2813551B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11174194A (ja) * | 1997-12-12 | 1999-07-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 原子燃料の再処理方法 |
JP2017146127A (ja) * | 2016-02-15 | 2017-08-24 | 株式会社島津製作所 | 成分抽出装置 |
CN115180709A (zh) * | 2022-07-06 | 2022-10-14 | 深圳市华尔信环保科技有限公司 | 一种采油废水处理及超临界多元热流体发生系统 |
-
1994
- 1994-09-12 JP JP21719494A patent/JP2813551B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2017146127A (ja) * | 2016-02-15 | 2017-08-24 | 株式会社島津製作所 | 成分抽出装置 |
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CN115180709B (zh) * | 2022-07-06 | 2023-08-22 | 深圳市华尔信环保科技有限公司 | 一种采油废水处理及超临界多元热流体发生系统 |
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---|---|
JP2813551B2 (ja) | 1998-10-22 |
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