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

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JPH0882696A JP21719494A JP21719494A JPH0882696A JP H0882696 A JPH0882696 A JP H0882696A JP 21719494 A JP21719494 A JP 21719494A JP 21719494 A JP21719494 A JP 21719494A JP H0882696 A JPH0882696 A JP H0882696A
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修一 磯
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子力発電炉の使用済み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。 【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

【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炉の使用済み
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。
【0002】
【従来の技術】従来使用済み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。
【0003】この液/液分配抽出法では有機溶媒として
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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】液/液分配抽出法で用
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。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来使用済み
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。
【0006】即ち、前述のとおり、従来使用済み核燃料
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。
【0007】そこで、本発明の特徴は、通常抽出媒体と
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。
【0008】超臨界状態とは個々の化合物に固有の物理
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。
【0009】また超臨界流体中での物質の拡散速度は液
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。
【0010】二酸化炭素を抽出媒体として用いたときの
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。
【0011】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【0012】本実施例は、抽出媒体となる無機物として
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。
【0013】各々3×10-4Mの濃度の希土類元素イオ
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。
【0014】 金属元素 ランタン セリウム サマリウム ユウロピウム 抽出率 84% 84% 94% 95% 金属元素 カドリニウム ジスプロシウム イッテルビウム ルテチウム 抽出率 94% 98% 89% 94%
【0015】
【発明の効果】本発明においては、超臨界二酸化炭素を
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。
【0016】また、本発明は、有機溶媒の代わりに常
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超臨界抽出装置の構造を示した図であ
る。
【符号の説明】
1…二酸化炭素ボンベ、 2…抽出剤収納容器、3…
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。
フロントページの続き (72)発明者 目黒 義弘 茨城県那珂郡東海村白方字白根2番地の4 日本原子力研究所東海研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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

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