KR890003432B1 - 산화-환원 크로마토 그래피에 의한 우라늄 동위원소 분리방법 - Google Patents

산화-환원 크로마토 그래피에 의한 우라늄 동위원소 분리방법 Download PDF

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Abstract

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Description

산화-환원 크로마토 그래피에 의한 우라늄 동위원소 분리방법
본 발명의 방법에 따르는 재순환 시스템의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
Ⅰ : 음이온 교환제로 충전시킨 컬럼 A : 보조환원기
B : 보조 산화기 1 : 환원제 용액 저장조
2 : 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 함유하는 혼합 용액 저장조
3 : 우라늄 용액 저장조 4 : 분리된 우라늄 동위 원소 저장조
본 발명은 산화-환원 크로마토 그래피로 우라늄 동위 원소를 분리하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 우라늄 동위 원소의 분리 및 우라늄 동위 원소를 분리하는 동안에 산화 환원 반응에 의해서 탈활성화된 산회제 및 환원제의 재생이 단일 컬럼 내에서 동시에 일어난다는 커다란 장점을 갖는 산화-환원 크로마토 그래피에 의한 우라늄 동위 원소 분리 방법에 관한 것이다.
우라늄 동위 원소들은, 음이온 교환기 컬럼의 전면에서는 우라늄 흡착 부위를 산화하고, 배면에서는 우라늄 흡착 부위를 환원하는 동안에 음이온 교환기의 컬럼에 형성된 우라늄 흡착부위를 전개시키는 것으로 구성되는, 산화-환원 크로마토 그래피에 의해 분리시킬 수 있는 것으로 공지되어 있다.(미합중국 특허 제 4, 112, 045호를 참고하기 바람).
미합중국 특허 제 4, 112, 045호의 방법에 따르면, 우라늄(Ⅳ)를 우라늄(Ⅵ)로 산화시킬 수 있는 산화제를 함유하는 용액을 음이온 교환제로 충전시킨 전개 컬럼(developing column)에 공급한다. 다음에, 우라늄(Ⅳ)를 함유하는 우라늄 동위 원소 용액을 이 컬럼에 공급하면 산화제 흡착 부위의 일부가 우라늄(Ⅵ) 흡착 부위로 전환된다. 다음에, 우라늄(Ⅵ)를 우라늄(Ⅳ)로 환원시킬 수 있는 환원제를 함유하는 용액을 이 컬럼에 공급하면 우라늄(Ⅵ)흡착 부위가 전개되는 반면 이 우라늄(Ⅵ) 흡착 부위의 배면에는 환원제 부위가 형성됨으로써, 음이온 교환제 상에 흡착된 우라늄(Ⅵ)는 우라늄(Ⅳ)의 형태로 용출된다. 우라늄(Ⅵ) 흡착 부위가 전개되는 동안에, 산화제 부위와 우라늄(Ⅵ)부위 사이에는 경계가 형성되며, 이 경계 부근에서 회수한 우라늄 용액에서는235U의 농도가 높다, 우라늄(Ⅵ) 부위와 환원제 부위 사이에도 역시 경계가 형성되며, 이 경계 부근에서 회수한 우라늄 용액에서는238U의 농도가 높다.
상술한 산화-환원 크로마토 그래피에서, 탈활성화된 산화제와 탈활성화된 환원제는 전개 컬럼으로부터 이들의 혼합물로서 용출된다. 이에 관해서, 이 전개 컬럼으로부터 용출된 유출물에 함유된 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 재생하여, 이들을 재사용하는 방법(미합중국 특허 제 4, 202, 860호 참고 바람)이 재시되었다. 이 방법에 따라서, 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 함유하는 용출물을 산화시키면 탈활성화된 산화제가 재생된다. 이 재생된 산화제는 음이온 교환제를 이용하여 용출물로부터 분리한다. 다음에, 이 결과로 생성된, 탈활성화된 환원제를 함유하는 용출물을 환원시키면 탈활성화된 환원제가 재생된다. 이와같이 하여 얻은 활성화 된 산화제 및 활성화 된 환원제는 우라늄 동위 원소 분리에 계속 재사용할 수 있다. 이 방법에서, 탈활성화된 산화제 및 탈성화된 환원제의 재생은, 각각 산호 및 수소를 사용하여 산화-환원반응에 의해서, 또는 전해 산화-환원 반응에 의해서 전개 컬럼의 외부에서 실시한다.
미합중국 특허 제 4, 202, 860호 에서 논의한 상술한 방법의 장점은, 재생된 산화제 및 재생된 환원제를 우라늄 동위 원소 분리에 계속 사용할 수 있다는 점이다. 그러나 이 방법은 각종의 단점들을 갖는다. 특히, 이 방법에서, 단일 컬럼 내에서의 우라늄 동위 원소 분리(이하 "단일 컬럼 분리법"으로 지칭함)는 다음과 같이 실시한다. 우라늄 흡착 부위가 이온 교환기로 충전시킨 컬럼의 바닥에 이르면, 분리된 우라늄 동위 원소들이 분별 수거되며, 컬럼에서 이 우라늄 흡착 부위가 전개되는 동안에 용출, 수거된 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 함유하는 용액을 컬럼의 외부에서 산화시키면 탈활성화된 산화제가 재생된다. 분리된 우라늄 동위원소의 분별 수거가 완결된 후에, 이 산화 처리한 용액을 컬럼에 공급한다. 컬럼에서, 음이온 교환제에는 재생된 산화제만 흡착되며, 탈활성화된 환원제는 용출된다. 이 용출된 탈활성화된 환원제를 컬럼의 외부에서 산화시키면 탈활성화된 환원제가 재생된다. 재생된 산화제가 음이온 교환제 상에 완전히 흡착된 후에, 우라늄 동위 원소들의 분류물들은 컬럼에 반송되어 우라늄 흡착 부위를 형성한다.
이어서, 우라늄 흡착 부위를 계속 전개 시키기 위해서, 재생된 환원제를 함유하는 용액을 컬럼에 공급한다. 상술한 바에 따라서, 미합중국 특허 제 4, 202 860호의 방법에서는, 컬럼의 바닥으로부터 유출된 분리된 우라늄 동위 원소들을 함유하는 용출물은 컬럼에 즉시 반송할 수 없지만, 재생된 산화제가 음이온 교환제 상에 완전히 흡착될 때까지, 컬럼에 반송하기 전에 분별 수거하여, 분리 저장 시켜야 한다. 이 용출물의 분별 수거 및 분리 저장은 귀찮을 뿐 아니라 분리된 우라늄 동위 원소들의 부분적 혼합을 일으키기 때문에 단위 시간당 분리 효율이 불량하게 된다.
이 단일 컬럼 분리법에 동반하는 상술한 단점들을 제거하기 위해서, 미합중국 특허 제 4, 202, 860호 에서는, 2 또는 그 이상의 전개 컬럼을 이용한 우라늄 동위 원소 분리법(이하 "다중 컬럼 분리법"으로 지칭함)이 재시되었다. 이 방법에서는, 우라늄 흡착 부위의 전개가 단일 전개 컬럼, 또는 2 또는 그 이상의 전개 컬럼 중에서 성취되는 한편, 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 함유하는 용출물은 이 컬럼의 외부에서 산화 처리되어 탈활성화된 산화제를 재생한다. 이와같이 처리한 용출물은, 전개가 일어나지 않은 최소한 1개의 잔여 전개 컬럼에 공급함으로써 산화제 부위를 형성하는 한편 탈활성화된 환원제를 용출한다. 이 탈활성화된 환원제를 이 컬럼의 외부에서 환원 처리하면 탈활성화된 환원제가 재생된다. 단일 전개 컬럼에서 우라늄 동위 원소를 분리시킨 우라늄 동위 원소 부위를 산화제 부위가 형성된 전개 컬럼에 이동시키면 우라늄 흡착 부위가 형성된다. 다음에, 재생된 환원제는 우라늄 흡착 부위가 형성된 컬럼에 공급한다. 따라서, 단일 컬럼에서 전개된 우라늄 흡착 부위는, 우라늄 용출물을 분별 수거하여, 분리 저장할 필요없이 산화제 부위가 이미 형성된 다른 전개 컬럼에 즉시 이동된다. 그러나 상술한 다중 컬럼 전개법의 단점은, 음이온 교환기를 충전시킨 2 또는 그 이상의 전개 컬럼의 설치비용이 단일 컬럼에 비해서 고가이며, 다중 컬럼 분리법에 사용될 전환 밸브와 같은 밸브의 수가 단일 컬럼 분리법에 사용될 밸브의 수보다 크기 때문에, 밸브로부터의 액체의 유출로 인해서 빈번히 조작을 중단해야 되는 밸브의 장해를 일으킬 위험이 있다는 점이다.
더우기, 상술한 단일 컬럼법 및 다중 컬럼법에서, 모든 탈활성화된 산화제 및 모든 탈활성화된 환원제는 각각 산소 및 수소에 의해서, 또는 전해 산화-환원 반응에 의해서 컬럼의 외부에서 재생된다. 따라서, 이 방법들은, 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 재생하는 데에 다량의 산소 및 수소, 또는 다량의 전력을 필요로 한다.
따라서, 상술한 두가지 방법, 즉 단일 컬럼 분리법 및 다중 컬럼 분리법은 상업적 견지에서 유익하지 못하다.
상술한 바와같은 현 시점에서, 본 발명의 발명자들은 광범위하고 집중적인 연구를 통해서 산화-한원 크로마토 그래피에 의해서 효율적이며 보다 저렴하게 우라늄 동위 원소를 분리하였다. 이 결과로, 음이온 교환제의 컬럼을 통해서 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 함유하는 용액을 통화시킴으로써, 이 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 이 컬럼 내에서 재생시킬 수 있으며, 우라늄 흡착 부위를 갖는 음이온 교환제의 컬럼에, 이 컬럼의 바닥으로부터 용출된, 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 함유하는 유출물을 반송하여 통과시킴으로써, 우라늄 동위 원소의 분리 및 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제의 재생을 단일 컬럼 중에서 동시에 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 우라늄 동위 원소들의 분리 및 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제의 재생을 단일 컬럼 내에서 동시에 실시할 수 있는 산화-환원 크로마토 그래피에 의한 우라늄 동위 원소 분리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 전술한, 그리고, 그 외의 목적, 특징 및 장점은, 본 발명의 별례로서 제시한 기기의 흐름 설명도와 관련하여 하기에 상세히 설명할 것으로 당 분야에 술련된 자들에게는 명백하게 될 것이다.
본 발명에 따르면, 음이온 교환제의 컬럼을 통해서 용매중의 우라늄 동위 원소들의 혼합 용액을 통화시킴으로써, 이 컬럼 중에 우라늄 흡착 부위와 인접한 환원제 부위 사이의 경계(A) 및 우라늄 흡착 부위와 인접한 환원제 부위 사이의 경계(A) 및 우라늄 흡착 부위와 인접한 산화제 부위 사이의 경계(B)를 형성하며, 이 경계(A)에서는 환원을 일으키고, 경계(B)에서는 산화를 일으키면서 컬럼을 통해서 우라늄 흡착 부위를 전기시킴으로써 상기 경계(A) 및 (B)에 각각238U 및238U를 농축시키며, 상기 각각의 동위 원소들이 농축된 분류물을 분리 수거하는 방법에 있어서, 우라늄 흡착 부위를 갖는 음이온 교환기의 컬럼에 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 함유하는 용출물을 반송하여, 통과시켜서 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 재생 시켜서 산화제 부위를 형성하고, 이 컬럼에 우라늄 환원용의 재생된 환원제를 반송하여 통과 시킴으로써, 음이온 교환제의 단일 컬럼 중에서238U 및238U을 분리 및 탈활성화된 산화제와 탈활성화된 환원제의 재생을 동시에 일으키는 것을 특징으로 하는 우라늄 동위 원소235U 및235U을 연속적으로 분리하는 방법을 제공하는 것이다.
편리를 도모하기 위해서, 산화제, 환원제 및 우라늄은 각각 "0", "R" 및 "U"로 지칭히며, 보다 낮은 산화수 및 보다 높은 산화수는 각각 접미사 "Ⅰ" 및 "Ⅱ"로 지칭한다. 예를들어서, OI는 산화수가 감소된 탈활성화된 산화제를 지칭하며. RI는 보다 낮은 산화수를 갖는 활성 상태에 있는 환원제를 지칭하며, UI 및 UII는 각각 우라늄(Ⅳ) 및 (Ⅵ)를 지칭한다.
본 발명에서, 우라늄 원자들은 음이온 형태로 존재하여야 한다. 리간드와 배위되지 않은 우라늄 이온들은 보통 양이온의 형태로 존재한다. 우라늄 양이온은 음이온으로 하전된 리간드와 착화합울울 형성함(후술하겠다)으로써 우라늄 음이온으로 전환시킬 수 있다. 본 발명에 사용된 용어 "우라늄(Ⅳ)" 및 "UI"는 모두가 착이온들을 포함한 모든 오라늄 4가 이온을 지칭하며, "우라늄(Ⅵ)" 및 "UII"는 착이온들을 포함한 모든 우라늄 6가 이온을 지칭한다.
본 발명의 방법에 따르면, U(Ⅵ) 이온들 보다 더욱 선택적으로 음이온 교환제에 흡착되어 U(Ⅵ)의235U는 음이온 교환제 상에 잔여하며,238U의 농도는 우라늄 흡착 부위와 환원제 부위 사이의 경계에 근접할 수록 증가하며,238U의 농도는 우라늄 흡착 부위와 산화제 부위 사이의 경계에 근접할 수록 증가한다.
본 발명에서는, 사용될 음이온 교환제에 대한 OII의 흡착성이 UII, UI 및 RII 보다 높으며, 음이온 교환제에 대한 RI, RII 및 OI의 흡착성은 가능한한 낮은 것이 바람직하다.
음이온 교환제에 대한 UI, UII, OI, OII, RI 및 RII의 흡착성은, 음이온 하전된 리간드(후술하겠다)의 종류 및 농도, 그리고 이 용액의 수소 이온 농도 등을 변화시킴으로써 조정할 수 있다.
본 발명에서는, 컬럼의 바닥으로부터 용출 되었으며, 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 함유하는 용출물을 우라늄 흡착 부위를 갖는 음이온 교환제의 컬럼에 반송하여, 통과시키면 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제가 재생되어 산화제 부위가 형성되며, 다음에, 컬럼의 바닥으로부터 용출된 재생된 환원제는 우라늄 환원용 컬럼에 반송하여 통과시킨다. 이에 관련하여, 음이온 교환제는 단일의 우라늄 흡착 부위와 이 우라늄 흡착 부위에 인접한 단일의 산화제 부위를 갖는다. 별법으로, 이 음이온 교환제는 2 또는 그 이상의 우라늄 흡착 부위 및 각각의 우라늄 흡착 부위에 인접한 산화제 부위를 가질 수도 있다.
음이온 교환제의 컬럼에 단일의 우라늄 흡착 부위 및 이 우라늄 흡착 부위에 인접한 산화제 부위를 형성하는 경우에, 이 방법은 다음의 단계들로 구성된다 : (a-1) 우라늄(Ⅳ) 화합물을 우라늄(Ⅵ) 화합물로 산화시킬 수 있는 산화제가 음이온 교환제 상에 흡착된 산화제 부위를 갖는 음이온 교환제 컬럼에, 우라늄(Ⅳ) 화합물을 함유하거나 우라늄(Ⅳ) 화합물과 우랴늄(Ⅵ) 화합물을 함유하는 우라늄 동위 원소 용액을 공급하여, 우라늄(Ⅳ) 화합물을 우라늄(Ⅵ) 화합물로 산화시켜서, 이 산화제 부위의 배면에 우라늄 흡착 부위를 형성하는 한편, 이 산화제 부위에 존재하는 산화제를 탈활성화된 산화제로 동시에 환원시킴으로써 산화제 부위와 우라늄 흡착 부위 사이의 전면 경계를 형성하여 이 전면 경계에서 우라늄(Ⅳ) 화합물을 우라늄(Ⅵ) 화합물로 산화시키면서 이 전면 경계를 이동시키고, ; (a-2) 우라늄(Ⅳ) 화합물을 우라늄(Ⅳ) 화합물로 환원시킬 수 있는 환원제를 함유하는 용액을 컬럼에 공급하여 우라늄 흡착 부위에 존재하는 우라늄(Ⅵ) 화합물을 우라늄(Ⅳ) 화합물로 환원시키는 한편, 우라늄 흡착 부위의 배면에 환원제 부위를 형성하여 이 환원제를 탈활성화된 환원제로 산화시킴으로써 우라늄 흡착 부위와 환원제 부위 사이에 배면 경계를 형성하여 이 배면 경계에서 우리늄(Ⅵ) 화합물을 우라늄(Ⅳ) 화합물로 환원 시키면서 이 배면 경계를 이동시킴으로써, 상기한 전면 및 배면 경계에238U 및235U를 각각 농축시키며 ; 상기 탈활성화된 환원제 및 상기 탈활성화된 산화제를 컬럼의 바닥으로부터 이들의 혼합 용액의 형태로 용출시키고 ; 탈활성화된 산화제 부분과 탈활성화된 환원제 부분을 산화-환원 반응에 의해서 활성화 된 산화제 및 활성화 된 환원제로 각각 전환시켜서 이들 사이에 화학적 평형을 허여함으로써 상기 용출된 혼합 용액을 화학적 평형 상태로 유지시킨다.
판편, 2 또는 그 이상의 우라늄 흡착 부위 및 이 우라늄 흡착 부위 각각에 인접한 산화제 부위를 형성하는 경우에, 이 방법은 다음의 단계들로 구성된다.
(b-1) 우라늄(Ⅳ) 화합물을 우라늄(Ⅵ) 화합물로 산화시킬 수 있는 산화제가 하기 음이온 교환제에 흡착되는 산화제 부위를 갖는 음이온 교환제 컬럼에, 우라늄(Ⅳ) 화합물을 함유하거나 또는 우라늄(Ⅳ) 화합물 및 우라늄(Ⅵ) 화합물을 함유하는 우라늄 동위 원소 용액을 공급하여 우라늄(Ⅳ) 화합물을 우라늄(Ⅵ) 화합물로 산화시켜서 이 산화제 부위의 배면에 우라늄 흡착 부위를 형성하는 한편, 이 산화제 부위에 존재하는 산화제를 탈활성화된 산화제로 환원시킴으로써 산화제 부위와 우라늄 흡착 부위 사이에 전면 경계를 형성하여 이 배면 경계에서 우라늄(Ⅳ) 화합물을 우라늄(Ⅵ) 화합물로 산화시키면서 전면 경계를 이동시키고 ;
(b-2) 우라늄(Ⅳ) 화합물을 우라늄(Ⅳ) 화합물로 환원할 수 있는 환원제를 함유하는 용액을 컬럼에 공급하여 이 우라늄 흡착 부위에 존재하는 우라늄(Ⅵ) 화합물을 우라늄(Ⅳ) 화합물로 환원시키는 한편, 우라늄 흡착 부위의 배면에 환원제 부위를 형성하여 이 환원제를 탈활성화된 환원제로 산화시킴으로써, 우라늄 흡착 부위와 환원제 부위 사이에 배면 경계를 형성하여 이 배면 경계에서 우라늄(Ⅵ) 화합물을 우라늄(Ⅳ) 화합물로 환원시키면서 배면 경계를 이동시키고 ;
(b-3) 우라늄(Ⅳ) 화합물을 우라늄(Ⅵ) 화합물로 산화시킬 수 있는 산화제를 함유하는 용액 또는 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 함유하는 용액을 컬럼에 공급하여 환원제 부위의 배면에 또 다른 산화제 부위를 형성하고 ;
(b-4) 우라늄(Ⅳ) 화합물을 함유하거나 우라늄(Ⅳ) 화합물 및 우라늄(Ⅵ) 화합물을 함유하는 우라늄 동위 원소 용액을 컬럼에 공급하여 우라늄(Ⅳ) 화합물을 우라늄(Ⅵ) 화합물로 산화시켜서 또 다른 산화제 부위의 배면에 또 다른 우라늄 흡착 부위를 형성하고, 이 다른 산화제 부위와 이 다른 우라늄 흡착 부위 사이에 도 다른 전면 경계를 형성하며 ;
(b-5) 우라늄(Ⅵ) 화합물을 우라늄(Ⅳ) 화합물호 환원시킬 수 있는 환원제를 함유하는 용액을 컬럼에 공급하여 상기 다른 우라늄 흡착 부위의 배면에 또 다른 환원제 부위를 형성하고, 이 다른 우라늄 흡착 부위와 다른 환원제 부위 사이에 또 다른 배면 경계를 형성하고 ; 상기한 단계 (b-3) 내지 (b-5)를 순서대로 최소한 1회 실시하여 ; 컬럼에 2 또는 그 이상의 우라늄 흡착 부위들을 형성하여 각각의 전면 경계 및 각각의 배면 경계에238U 및238U를 각각 농축시키며 ; 단계(b-2)에서 생성된 탈활성화된 환원제 및 단계(b-1)에서 생성된 탈활성화된 환원제 부분을 산화-환원 반응에 의해서 재생된 산화제 및 재생된 환원제로 각각 전환시킴으로써 이들 사이에 화학적 평형을 허여함으로써 상기 용출된 혼합 용액을 화학적 평형 상태로 유지시킨다.
상술한 단계(a) 또는 (b)에서 얻었으며, 화학적 평형 상태로 존재하는 탈활성화된 산화 및 환원제와 활성화 된 산화 및 환원제를 함유하는 용출된 혼합 용액을 컬럼에 공급하여, 배면에 재생 부위를 형성하는데, 이 부위에서는, 용출된 혼합 용액의 활성화된 산화제가 음이온 교환제 상에 흡착되어 화학적 평형 상태를 깨게되면, 탈활성화된산화제 부분과 탈활성화된 환원제 부분 사이의 산화-환원 반응이 활성화 된 산화 및 환원제의 생성 반응과 함께, 이들 사이의 화학적 평형이 허여될 때까지, 진행됨으로써 탈활성화된 산화 및 환원제가 재생되는 한편, 이 재생 부위의 배면에는 활성화 된 산화제 부위가 형성되어, 이 활성화 된 산화제가 음이온 교환제에 흡착됨으로써 활성화된 환원제가 컬럼을 통과하게 된다.
본 발명에 바람직하게 사용된 산화제의 예를들면 T1(Ⅲ, Pb(Ⅳ), Sb(Ⅴ), V(Ⅳ), Cr(Ⅵ), Mn(Ⅶ), Fe(Ⅲ), Co(Ⅲ) 및 Cu(Ⅱ)가 있다. 이들 중에서 Cr(Ⅵ), Mn(Ⅶ), Fe(Ⅲ) 및 Cu(Ⅱ)가 보다 더 바람직하다.
본 발명에 바람직하게 사용된 환원제의 예를들면, In(Ⅵ), Sn(Ⅱ), Sb(Ⅲ), Ti(Ⅲ), V(Ⅲ), V(Ⅱ), Nb(Ⅳ) 및 Cu(I)이 있다. 이들 중에서, Sn(Ⅱ), Ti(Ⅲ) 및 V(Ⅲ)가 보다 더 바람직하다.
본 발명의 공정에서는, 용매중의 우라늄 동위 원소들의 혼합 용액을 컬럼에 공급한다. 이에 관해서, 우라늄 동위 원소들의 분리는 산성 용액 중에서 실시하는 것이 바람직하다. 이 산성 용액의 수소 이온 농도는 약10-3M∼약 11M, 바람직하게는 약10-3M∼약 10M이다. 적절한 산의 대표적인 예를들면, 염산, 브롬산, 황산 및 불소산 동과 같은 무기산류가 있다. 이 산성 용액은 전자 교환 촉매를 역시 함유할 수 있다(미합중국 특허 제 4, 049, 769호를 참고 바람).
용매의 예를들면, 매탄올, 에탄올, 디옥산, 아세톤 및 에틸렌 글리콜과 같은 유기 용매, 물, 그리고 물과 이들 유기 용매의 혼합물 등과 같은 것이다. 이 용액 중의 우라늄 이온 농도는 약10-3M∼약 4M, 바람직하게는 약10-3M∼약 2M이다. 음으로 하전된 리간드의 농도는 약10-3M∼약 12M, 바람직하게는 약10-1M∼약 10M이다. 이 리간드의 예를들면, F-, C1-, Br-, NO3-, CN-, SO4 2-등과 같은 무기 이온 ; 유기 이온, 예컨대 초산, 모노클로로 아세트산, 디클로로 아세트산 등과 같은 모노 카르복시산 이온, 옥살산, 말론산, 말레산, 프탈산, 등과 같은 디카르복시산 이온, 글리콜산, β-히드록시프로피온산, 시트르산, 락트산, 히드록시숙신산, 타르타르산, 술포 실리실산 등과 같은 히드록시산의 이온, 글라이신, 알라닌, β-알라닌, 아스파르토산, 글루탐산 등과 같은 아미노산 이온, 그리고 니트릴로트리아세트산. 에틸렌디아민 테트라아세트산, 1, 2-시클로섹산 디아민 테트라아세트산 등과 같은 아미노폴리카르복시산 이온이 있다. 상술한 리간드들은, 용매에 용해되는 산 또는 염의 형태로 우라늄 동위 원소들의 혼합 용액에 가할 수 있다.
본 발명에 따르는 우라늄 동위 원소의 분리 방법에 적용되는 온도는 약 10°∼ 약 250℃, 바람직하게는 약 30°∼ 약 200℃이다.
본 발명의 방법을 실시하는 데에 있어서, 압력은 중요하지 않으며. 대기압∼약 120Kg/㎠으로 변화시킬 수 있다. 일반적으로, 분리는 분리 용액에 사용된 용매의 비등점 미만의 온도에서, 대기압 이상에서 실시한다. 별법으로, 온도가 사용된 용매의 비등점 보다 높을 경우에, 분리는 용매가 비등하는 것을 충분히 방지할 수 있는 압력 이상의 압력 하에서 실시한다, 우라늄 흡착 부위와 인접한 환원제 부위 사이의 경계의 선속도 및 이 우라늄 흡착 부위와 인접한 산화제 부위 사이의 경계의 선속도는 약 5cm/일∼약 1000m/일, 바람직하게는 약 1m/일∼ 약 500m/일이다.
본 발명에서는, 우라늄(Ⅳ)는 흡착되지만 우라늄(Ⅳ)는 흡착되지 않는 음이온 교환제들을 사용할 수 있다. 이 음이온 교환제들의 예를들면, 스티렌, 메틸스티렌, 에틸스티렌 등과 주성분으로서 디비닐 벤젠과의 부가 공중합 반응에 의해서 제조한 고분자 가교 중합체의 클로로메틸화 및 아민화 생성물 ; 주성분으로서 클로로메틸 스티렌,메틸에틸케톤, 에폭시부타디엔 또는 아크릴아미드와 같은 활성기를 갖는 단량체와 디비닐 벤젠 도는 트리알릴 이소시안우레이트와 같은 가교 단량체와의 부가 공중합 반응에 의해서 제조된 가교 중합체의 아민화 생성물 ; 주성분으로서 N-비닐 숙신이미드, N-비닐 프탈이미드, 비닐 카르바졸, 비닐이미다졸, 비닐피리딘, 비닐테트라졸, 비닐퀴놀린, 디비닐피리딘 등과 같은 교환기를 형성할 수 있는 질소를 갖는 단량체의 중합 반응에 의해서, 또는 교환기를 형성할 수 있는 질소를 갖는 이와 같은 단량체와 가교 단량체와의 공중합 반웅에 의해서 제조된 가교 중합체, 또는 필요에 따라서 교환기를 형성할 수 있는 질소를 갖는 이와같은 단량체와의 반응 생성물 ; 폴리에틸렌이민 또는 헥사메틸렌 디아민과 같은 아민과 다기능성 화합물의 축합 반응에 의해서 제조된 가교 중축합체 ; 그리고 트리부틸 포스페이트 또는 트리옥틸아민과 같은 이온 교환가능한 유체를 실리카 또는 제올라이트의 고체 표면에 지지시킨 것이 있다.
본 발명에 사용될 이온 교환제는, 스티렌-디비닐벤젠 공중합체를 클로로메틸화 시키고, 이어서 아민화 시킴으로써 제조된 그들 내부에 4차 암모늄기를 갖는 강 염기성 음이온 교환제, 또는 그들 내부에 1차 또는 3차 아미노기를 갖는 약 염기성 음이온 교환제가 바람직하다.
상술한 음이온 교환제의 제조를 위한 아민화 반응에 사용될 아민의 예를 들면, 트리에탄올아민, 트리에틸아민, 트리메틸아민, 트리알릴아민, 디에탄올아민, 디알릴아민, 메틸아민, 에탄올아민 등과 같은 지방족 아민류 ; 아닐린, o-아미노페놀, N, N-디메틸아닐린, N-메틸아닐린, m-톨루이딘, p-톨루이딘, p-아미노페놀, 디페닐아민 등과 같은 방향족 아민류 ; 피리딘, Υ-피콜린, 피페리딘, 피라진, 피레라진, 인돌린, 인돌, 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 퀴론린, 2, 6-루티딘, 1, 2, 3, 4-테트라히드로퀴놀린, N-메틸피롤리딘, 벤조트리아졸 등과 같은 헤테로싸이클 아민류가 있다.
본 발명의 이해를 돕기 위해서, 도면에 제시한 흐름 설명도와 함께 바람직한 예를들겠다. 그러나, 이 예로서 본 발명의 방법을 제한하지는 않는다. 명백히, 이 방법은 여러가지 방법으로 변화시킬 수 있다. 이와 같은 변형은 본 발명의 목적을 이탈하는 것이 아니며, 당 분야에 숙련된 자들에게는 명백한 것으로 이와 같은 모든 변형 방밥들은 본 발명의 범위에 속한다.
도면은 본 발명의 방법에 따르는 기본 재순환 시스템의 개략도이다. 이 도면에서, I는 음이온 교환제로 충전시킨 컬럼이고 ; a, b 및 c 는 전환밸브이며 ; p는 펌프이고 ; 1은 환원제 용액 저장조이며 ; 2는 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 함유하는 혼합 용액 저장조이고 ; 3은 우라늄 용액 저장조이며 ; 4는 분리된 우라늄 동위 원소 저장조이고 ; A는 보조 환원기이며 ; B는 보조 산화기이다.
보조 환원기 A는 재생된 환원제를 함유하는 용출물에 존재하는 소량의 탈활성화된 환원제를 재생시키는 데 임의로 사용된다. 보조 환원기의 예를 들면, 담체 상에 지지시킨 환원 촉매로 충전시킨 재킷 오토 클레이브형 컬럼(jacketed autoclave type column), 이 커럼에 연결시킨 액체-기체 분리기로 구성된 것이 있다. 재생된 환원제를 함유하는 용출물에 존재하는 소량의 탈활성화된 환원제를 환원시키기 위해서는, 이 용출물을 수소 기체와 함께 컬럼의 바닥으로부터 컬럼에 공급하여 이 용출물을 수소 기체와 접촉시킨다.
한편, 보조 산화기 B는 탈활성화된 산화제와 탈활성화된 환원제를 함유하는 용출물에 존재하는 소량의 환원제를 산화 시키는 데에 임의로 사용된다. 이 보조 산화기의 예를들면, 유리 라시히 링(Rashing Rings)으로 충전시킨 재킷 오토클레이브 커럼을 이 컬럼에 연결시킨 액체-기체 분리기로 구성된 것이있다. 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 함유하는 용출물에 존재하는 소량의 환원제를 산화시키기 위해서는, 이 용출물을 산소 기체와 함께 컬럼의 바닥으로부터 컬럼으로 공급하여 이 용출물을 산소 기체와 접촉시킨다.
본 발명의 방법에서는, 우라늄 동위 원소를 안정하게, 연속적으로 분리하기 위해서 상술한 보조 산화기 및 보조 환원기를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 우라늄 동위 원소의 분리를 일으키기 전에 하기의 예비시험을 실시하는 것이 바람직하다. 이 예비 시험에서는, OI 및 RII를 함유하는 혼합 용액을 2-a-c 경로를 통해서 음이온 교환제로 충전시킨 컬럼I에 우선적으로 공급한다. 이 컬럼I에서는, OI 및 RII사이에 전술한 산화-환원 반응이 일어나서 OII 및 RI를 재생한다. 이 재생된 OII는 음이온 교환제 상에 흡착되는 한편, 재생된 RI은 컬럼의 바닥으로부터 용출된다, 이에 관해서, 컬럼의 바닥으로부터 용출된 유출물을 분별, 수거하여, 이 분류물들을 분리하여 분석하여 각 분류물에서의 RI, RII, OI 및 OII의 농도 및 각 분류물의 산화- 환원 전위를 측정하였다. 다음에, 컬럼I에 공급한 혼합 용액의 부피와 각 분류물의 RI농도사이의 관계를 조사하였다. 상기 관계로부터, 이 컬럼I의 바닥으로부터 용출된 유출물의 RI농도가 저장조1에서의 RI용액의 농도보다 낮아질 때까지 이 컬럼I에 공급된 혼합요액의 부피를 측정하였다. 이와 같이 하여 측정된 혼합 용액의 부피를 이하 "Vf"로 지칭한다.
다음에, 이 컬럼에 공급된 혼합 용액의 부피와 각 분류물 중에서 RII 및 OI의 농도 사이의 관계를 조사하였다. 이 관계로부터, 이 컬럼I의 바닥으로부터 용출된 유출물의 RII 및 OI의 농도가 저장조2에서의 혼합 용액의 농도와 동일해질 때까지 컬럼에 공급된 혼합 용액의 부피를 측정하였다. 이와 같이 하여 측정된 혼합 용액의 부피를 이하 "Vr"로 지칭한다.
다음에, 용출물 중의 RI의 농도가 저장조1에서의 RI의 용액의 농도보다 낮아지는 때와 이 용출물 중의 RII 및 OI의 농도가 저자아조2에서의 혼합 용액과 동일해지는 때 사이의 기간 동안에 수거된 분류물들을 혼합하였다. 생성 혼합물의 산화-환원 전위, 즉 평균 산화-환원 전위를 측정 하였다. 이와 동시에, 각 분류물의 산화·환원 전위와 컬럼에 공급된 혼합 용액의 부피 사이의 관게를 측정하였다. 이 관계로부터, 컬럼의 바닥으로부터 용출된 유출물의 산화-환원 전위가 평균 산화-환원 전위와 동일해질 때까지 컬럼에 공급된 혼합 용액의 부피를 측정하였다. 이와 같이 하여 측정된 혼합 용액의 부피를 이하 "Va"로 지칭한다.
이어서, UI를 함유하는 우라늄 용액 또는 UI 및 UI를 함유하는 우라늄 용액을 3-c-I의 경로를 통해서 컬럼에 공급하여 UII 흡착부위를 형성하였다. UII 흡착 부위의 선단이 컬럼의 바닥에 도달할 때까지 이 컬럼I에 공급된 우라늄 용액의 부피를 측정하였다. 이와 같이 측정된 우라늄 용액의 부피를 이하 "Vu"로 지칭한다.
단일 우라늄 흡착 부위를 컬럼을 통해서 재순환 시켜서 이 컬럼 중에서 RII 및 OI를 재생시키는 한편 우라늄 동위 원소를 분리하는 대표적인 방법을 후술하겠다.
우선, OI와 RII를 함유하는 혼합 용액의 부피(Vr-Vu) 또는 그 이상의 부피를 2-a-c-I의 경로를 통해서 컬럼I에 공급하여 OI 및 RII를 재생시키고, 이 컬럼I에 OII 부위를 형성한다. 이 컬럼I에 공급된 혼합 용액의 부피를 이하 "V1"로 지칭한다.
다음에, UI를 함유하는 우라늄 용액 또는 UI 및 UII를 함유하는 용액의 부피(Vf-V1) 또는 그 미만의 부피를 3-c-I의 경로를 통해서 컬럼I에 공급하여 UI을 UII로 산화시켜서 이 OII의 배면에 UII 부위를 형성하는 한편, OII 부위에 존재하는 OII를 OI로 동시에 환원시킨다. 이 컬럼에 공급된 우라늄 용액의 부피를 이하 "V2" 지칭한다.
이어서, RI를 함유하는 용액을 [Vf-(V1+V2)] 부피로 1-a-c-I의 경로를 통해서 컬럼에 공급하여 UII흡착 부위를 전개하고, 이 UII흡착 부위의 배면에 RI를 형성한다. 다음에, 재생된 RI를 함유하는 컬럼의 바닥으로부터의 용출물을 I-P-a-b-A-1-a-c-I의 경로를 통해서 컬럼 I에 공급하여 UII 흡착 부위의 전개를 계속시킨다. UII 흡착 부위가 전개되는 동안에,238U은 OII 부위와 UII 흡착 부위 사이의 경계에 농축되며, 한편235U는 UII 흡착 부외와 RI 부위 사이의 경계에 농축된다.
I-P-a-b-A-1-a-c-I의 경로를 통해서 컬럼I에 공급된 용출물의 부피가 (Va-Vf)에 도달하면, 이 용출물의 유출 경로를 I-P-a-b-B-2-a-c-I으로 전환시킨다. 이 때 RII 및 OI가 재생되는 재생 부위가 RI 부위의 배면에 형성되며, 한편 이 재생 부위의 배면에는 OII 부위가 형성된다.
UII 흡착 부위의 선단이 이 컬럼의 바닥에 도달하면, 용출물의 경로를 I-P-a-c-I로 전환 시켜서 생성된 UI 용출물을 컬럼I에 공급하고, 이 OII 흡착 부의의 배면에 UII 흡착 부위를 형성한다.
UI 용출물 전량이 컬럼I의 정점에 반송되면, 재생된 RI를 함유하는 생성된 용출물을 I-P-a-b-A-1-a-c-I의 경로를 통해서 컬럼에 반송시켜서 UII의 흡착부위를 전개하고, 이 UII부위의 배면에 RI 부위를 형성시킨다. 컬럼에 공금된 용출물의 부피가 [Va-(V1+V2)]에 도달하면, 이 용출물의 유출 경로를 I-P-a-b-B-2-a-c-I로 전환시켜서 RI 부위의 배면에 재생 부위를 형성시키는 한편 이 재생부위의 배면에서는 OII 부위를 동시에 형성시킨다.
UII 흡착 부위의 선단이 컬럼의 바닥에 도달하면, 용출물의 유출 경로를 I-P-a-c-I로 전환시켜서 생성된 UI 용출물을 컬럼I에 공급하여 OII 부위의 배면에 UII 흡착 부위를 형성한다. 이렇게 하여, UII 흡착 부위가 컬럼I를 통해서 재순환되는 한편,238U 및235U의 예정된 분리가 성취될 때까지 컬럼 중에서 RII 및 OI가 재생된다.
다음에, 우라늄 동위 원소를 분리하는 한편, 다수의 우라늄 흡착 부위를 컬럼을 통해서 재순환 시키고 이 컬럼 중에서 RII 및 OI를 재생하는 대표적인 방법을 후술하겠다. 이 방법에 따르면, 우라늄 동위 원소의 분리는 대단히 높은 생산성을 가지고 효과적이며 유효하게 성취된다. 이 컬럼에 형성된 우라늄 흡착 부위의 수를 이하 "n"으로 지칭한다.
우선적으로, OI 및 RII를 함유하는 혼합 용액을 (Vr-Vu)의 부피 또는 그 이상의 부피로 2-a-c-I의 경로로 컬럼I에 공급하여 OI 및 RII를 재생하여 이 컬럼I중에서 OII 부위를 형성한다. 이 컬럼I에 공급된 혼합 용액의 부피를 이하 "V1"으로 지칭한다.
다음에, UI를 함유하는 우라늄 용액 또는 UI 및 UII를 함유하는 용액을 3-c-I의 경로로 컬럼I에 공급하여 UI를 UII로 산회시키고, OII 부위의 배면에 UII 흡착 부위를 형성하는 한편 OII 부위에 존재하는 OII를 OI으로 동시에 환원시킨다. 컬럼에 공급한 우라늄 용액의 부피를 이하 "V2"로 지칭한다.
이어서, RI를 함유하는 용액을 [(Vf/n)-(V1'+V2')]의 부피로 1-a-c-I의 경로를 통해서 컬럼I에 공급하여 UII 흡착 부위를 전개하여, 이 UII 흡착 부위의 배면에 RI 부위를 형성한다. 더우기, RI를 함유하는 용액을 [(Va-Vf)/n]부위로 1-a-c-I의 경로로 컬럼에 추가로 공급하여 UII 흡착 부위의 전개를 계속시켰다.
다음에 OI 및 RII를 함유하는 혼합 용액을 (Vr-Vu)의 부피 또는 그 이상의 부피로 2-a-c-I의 결로를 통해서 컬럼I에 공급하여 OI 및 RII를 재싱시키고, 컬럼I에 다른 OII 부위를 형성시킨다. 컬럼I에 공급된 혼합 용액의 부피를 이하 "V1"로 지칭한다.
다음에, UI를 함유하는 우라늄 용액 또는 UI 및 UII를 함유하는 용액을 [(Vf/n)-V1"]의 부피 또는 그 미만의 부피로 3-c-I의 경로를 통해서 컬럼I에 공급하여 UI 를 UII로 산화 시키고, 다른 OII 부위의 배면에 다른 UII 흡착 부위를 형성하는 한편, 이 다른 OII 부위에 존재하는 OII를 OI로 동시에 환원시킨다, 컬럼에 공급된 우라늄 용액으 부피를 이하 "V2"로 지칭한다. 이어서, RI를 함유하는 용액을 [(Vf/n)-(V1"+V2")]의 부피로 1-a-c-I의 경로를 통해서 컬럼I에 공급하여 다른 UII 흡착 부위를 전개시키고 이 다른 UII 흡착 부위의 배면에 다른 RI 부위를 형성시킨다. 상술한 공정들을 반복하여 컬럼I에 예정된 수의 우라늄 흡착 부위를 형성한다.
다음에, 재생된 RI를 함유하는 생성 용출물을 I-P-a-b-A-1-a-c-I의 경로를 통해서 컬럼I에 공급하여 후미의 UII 흡착 부위를 전기시킨다, 컬럼I에 공급한 RI를 함유하는 용출물의 부피가 [(Va-Vf)/n]에 도달하면, 용출물의 유출 경로를 I-P-a-b-B-2-a-c-I로 전환시킨다. 이때, RII 및 OI가 재생되는 재생 부위가 후미의 RI 부위의 배면에 형성되는 한편, 이 재생 부위의 배면에는 OII 부위가 형성된다. UII 흡착 부위의 선단이 컬럼의 바닥에 도달하면, 용출물의 유출 경로를 1-P-a-c-I로 전환시켜서 생성UI 용출물을 컬럼I에 공급하여 OII 흡착 부위의 배면에 UII 흡착 부위를 형성한다. UI 용출물 전량을 컬럼I의 정점에 반송하면, 재생된 RI를 함유하는 생성 용출물을 I-P-a-b-A-1-a-c-I의 경로로 컬럼I에 반송하여 UII 흡착 부위를 전개시키고, 이 UII 흡착 부위의 배면에 RI 부위를 형성시킨다.
컬럼I에 공급된 용출물의 부피가 (Va/n)-(V1'+V2')에 도달하면, 이 용출물의 유출 경로를 I-P-a-b-B-2-a-c-I로 전환시켜서 RI 부위의 배면에 재생 부위를 형성시키는 한편, 이 재생 부위의 배면에 OII 부위를 동시에 형성시킨다. UII 흡착 부위의 선단이 컬럼의 바닥에 도달하면, 용출물의 유출 경로를 1-P-a-c-I로 전환하여 생성UI 용출물을 컬럼I에 공급하여 OII 부위의 배면에 UII 흡착 부위를 형성시킨다. 이렇게 하여, 다수의 UII 흡착 부위를 컬럼I를 통해서 재순환 시키는 한편,238U 및235U이 예정된 분리가 성취될때까지 컬럼 중에서 RII 및 OI가 재생된다.
전술한 바와같이, 본 발명에 따르면 우라늄 동위 원소238U 및235U의 연속적인 분리 및 우라늄 동위 원소를 분리하는 동안에 탈활성화된 환원제 및 산화제의 재생은 단일 컬럼에서 동시에 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 사용될 기기의 설치 비용이 낮을 뿐만 아니라, 전환 밸브와 같은 밸브로부터의 액체의 유출로 인해서 분리 조작을 종종 중지할 필요가 있는 밸브의 조작상의 문제점의 발생율이 통상의 다중 컬럼 분리법에 비해서 적으며, 사용될 산소 및 수소의 양 또는 전력량이, 탈활성화된 산화제 전량과 탈활성화된 환원제 전량이 산소 및 수소 각각에 의해서, 또는 전해 산화-환원 반응에 의해서 컬럼이 외부에서 재생되는 통상의 방법에 비해서 대단히 감소된다는 장점을 갖는다.
본 발명을 하기 실시예로 보다 상세히 설명하되, 이 실시예들로 본 발명을 제한하지는 않는다.
[실시예 1]
첨부한 도면에 제시한 기기를 이용하여238U를 다량 얻었다. 사용된 컬럼I는 직경20mm이고, 길이 1,000mm이며 파이렉스 글래스 재킷(pyrex glass jacket)을 설치한 것을 사용하였다. 이 컬럼I는 음이온 교환 수지를 높이 900mm로 충전시켰다. 사용된 음이온 교환 수지는 교환력 4.3meq./g의 강 염기성 음이온 수지로서, 비가교 중합 가능한 단량체로서 스티렌과 가교 단량체로서 디비닐벤젠을 부가 중합시켜서 합성한 가교 중합체의 클로로메틸화 생성물을 트리메틸아민으로 아민화 시킴으로써 제조된 것이다. 4방향 전환 밸브 a, b 및 c는 전기적으로 조작 가능하며, 컬럼I에 연결 되었으며, 보조 산화기A 및 보조 환원기B는 도면에 나타낸 것과 같다.
보조 환원기A는 직경 20mm이고 길이 500mm인 내압 재킷컬럼, 4단계로 충전시킨 백금 촉매 및 부피 300ml이고 컬럼에 연결된 기체-액체 분리기로 구성되어 있다. 사용된 백금 촉매는 담체로서 직경 3mm로 구형탄소 입자 상에 백금을 2중량%로 지지시켜서 제조하였다. 보조산화기B는 직경 20mm이고 길이500mm인 내압 재킷컬럼, 4단계로 충전시킨 클래스 라시히링 및 부피 300ml이고 컬럼에 연결시킨 기체-액체 분리기로 구성되어 있다.
Ti(III) 0.5M 및 HCl 3.5M을 함유하는 용액 1000ml를 저장조 1에 넣었다. Fe(II) 1.0M, Ti(IV) 0.5M 및 HCl 3.1M을 함유하는 혼합용액500ml를 저장조2에 넣고, U(IV) 0.25M 및 HCl 3.5M을 함유하는 용액 500ml를 저장조에 넣었다. 우선, 예비 시험을 실시하여 전술한 바와 동일한 방법으로 Vf, Vr, Va 및 Vu를 측정하였다. 결과로서, Vf는 205ml, Vr은 520ml, Va는 330ml이고 Vu는 420ml 였다.
다음에, Fe(II) 1.0M, Ti(IV) 0.5M 및 HCl 3.1M을 함유하는 혼합 용액120ml를 2-a-c-I의 경로로 전개 컬럼I에 공급하여 Fe(II) 및 Ti(IV)를 Fe(III) 및 Ti(III)으로 각각 전환시키고, 컬럼I중에 Fe(III) 흡착 부위를 형성시켰다. 이어서, U(IV) 0.25M 및 HCl 3.5M을 함유하는 용액 70ml를 3-c-I의 경로를 통해서 컬럼I에 공급하여 산화제 부위의 배면에 우라늄 흡착 부위를 형성하였다. 이와 같이 하여, 우라늄 흡착 부위와 산화제 부위 사이에 전면 경계가 형성 되었다.
다음에, Ti(III) 0.5M 및 HCl 3.5M을 함유하는 용액 15ml를 1-a-c-I의 경로를 통해서 컬럼에 공급하여 흡착된 U(VI)와 접촉시켜서 이것을 U(VI)의 형태로 용출시킴으로써 우라늄 흡착 부위에 환원제 부위를 형성시켜서 우라늄 흡착 부위를 이동시켰다. 이와 같이 하여, 우라늄 흡착 부위와 환원제 부위 사이에 배면경계가 형성되었다. 더 나아가서, Ti(III)을 함유하는 생성 용출물 125ml를 I-P-a-b-A-1-a-c-I의 경로로 컬럼I에 공급하는 한편, 보조 산화기B를 이용하여 용출물에 함유된 Ti(IV)를 환원시켰다.
다음에, 유출 경로를 I-P-a-b-B-2-a-c-I의 경로로 전환시켜서 Fe(II) 및 Ti(IV)를 함유하는 생성 용출물을 컬럼I에 공급하는 한편, 보조산화기B를 이용하여 용출물에 함유된 Ti(III)을 산화시켰다.
우라늄 흡착 부위의 선단이 컬럼I의 바닥에 도달하였을때에 유출 경로를 I-P-a-c-I로 전환시켜서, 우리늄 흡착 부위를 컬럼I위 정점으로 반송시켰다. 우라늄 흡착 부위의 후미가 컬럼I의 정점에 도달하였을때에, 유출 경로를 I-P-a-b-A-1-a-c-I로 전환시켜서 우라늄 흡착 부위를 전개시켰다. 컬럼에 공급된 Ti(III)을 함유하는 용출물의 양이 140ml가 되었을 때에, 용출물의 유출 경로를 I-P-a-b-B-2-a-c-I로 전환시켰다. 우라늄 흡착 부위의 선단이 컬럼I의 바닥에 도달하였을 때에, 용출물의 유출 경로를 I-P-a-c-I로 전환시켜서 우라늄 흡착 부위를 컬럼I의 정점으로 반송시켰다.
상숲한 조작을 반복하여 컬럼I를 통해서 우라늄 흡착 부위를 10회 재순환시키는 한편, 컬럼I 중에서 탈활성화된 산화제[Fe(II)]및 탈활성화된 환원제 [Ti(IV)]를 재생시켰다.
다음에, 생성 우라늄 용출물을 I-P-a-b-4의 경로를 통해서 분별 수거하여 동위 원소 비율 측정용 표본을 얻었다. 부수적으로, 시스템 전체를 통한 용액의 유출 속도는 22cc/분이고, 이 시스템의 온도를 120℃로 유지시켰다.
본 실시예에 사용된 자연적으로 발생된 우라늄이 동위 원소 비율(235/U238U)은 0.00725 이었다. 우라늄 흡착 부위와 환원제 사이의 배면 경계 부근의 분류물 중에서 유라늄의 동위 원소 비율(235/U238U)은 전자 포격형 질량 스펙트로메터로 측정 하였으며, 그 값은 0.00761 이었다.
[실시예 2]
실시에 1과 동일한 기기를 이용하여, V(III) 0.6M 및 HCl 3.5M을 함유하는 용액 1000ml를 저장조1에 넣었다. Fe(II) 1.2M, V(IV) 0.6M 및 HCl 3.5을 함유하는 저장조2에 넣고, U(IV) 0.1M 및 HCl 3.5M을 함유하는 용액 500ml를 저장조3에 넣었다. 우선 실시예 1과 동일한 방법으로 예비 시험을 실시하여 Vf, Vr, Va 및 Vu를 측정하였다. 그 결과로, Vf는 220ml, Vr은 450ml, Va는 330ml 및 Vu는 400ml 이었다. 다음에, Fe(II) 1.2M, V(IV), 0.6M 및 HCl 3.5M을 함유하는 혼합 용액 80ml를 2-a-c-I의 경로를 통해서 전개 컬럼I에 공급하여 Fe(II) 및 V(IV)를 Fe(III) 및 V(III)으로 각각 전환시키고, 컬럼I에 Fe(III) 흡착 부위를 형성시켰다.
이어서, U(IV) 0.1M 및 HCl 3.5M을 함유하는 용액 120ml를 3-c-I의 경로를 통해서 컬럼I에 공급하여 산화제 부위의 배면에 우라늄 흡착 부위를 형성시켰다. 다음에, V(III) 0.6M 및 HCl 3.5M을 함유하는 용액 20ml를 1-a-c-I의 경로를 통해서 컬럼에 공급하여 흡착된 U(VI)와 접촉시켜서 이것을 U(IV)의 형태로 용출시킴으로써 우라늄 흡착 부위에 환원제 부위를 형성시켜서 우라늄 흡착 부위를 이동시켰다. 이와 같이 하여, 우라늄 흡착 부위와 환원제 부위 사이에 배면경계가 형성되었다. 더 나아가서, V(III)을 함유하는 생성 용출물 110ml를 I-P-a-b-A-1-a-c-I의 경로를 통해서 컬럼I에 공급하는 한편, 보조 산화기A를 이용하여 용출물에 함유된 V(IV)를 환원시켰다.
다음에, 유출 경로를 I-P-a-b-B-2-a-c-I로 전환시켜서 Fe(II) 및 V(IV)를 함유하는 생성 용출물을 컬럼I에 공급하는 한편, 보조산화기B를 이용하여 용출물에 함유된 V(III)을 산화시켰다. 우라늄 흡착 부위의 선단이 컬럼I의 바닥에 도달하였을때에, 유출 경로를 I-P-a-c-I로 전환시켜서 우리늄 흡착 부위를 컬럼I위 정점으로 반송시켰다. 우라늄 흡착 부위의 후미가 컬럼I의 정점에 반송되었을때에, 유출 경로를 I-P-a-b-A-1-a-c-I로 전환시켜서 우라늄 흡착 부위를 전개시켰다.
컬럼에 공급된 V(III)을 함유하는 용출물의 양이 130ml가 되었을 때에, 유출 경로를 I-P-a-b-B-2-a-c-I로 전환시켰다. 우라늄 흡착 부위의 선단이 컬럼I의 바닥에 도달하였을 때에, 용출물의 유출 경로를 I-P-a-c-I로 전환시켜서 우라늄 흡착 부위를 컬럼I의 정점으로 반송시켰다.
상술한 조작을 반복하여 컬럼I를 통해서 우라늄 흡착 부위를 20회 재순환시키는 한편, 컬럼I 중에서 탈활성화된 산화제[Fe(II)]및 탈활성화된 환원제 [V(IV)]를 재생시켰다.
다음에, 생성 우라늄 용출물을 I-P-a-b-4의 경로를 통해서 분별 수거하여 동위 원소 비율 측정용 표본을 얻었다. 부수적으로, 시스템 전체를 통한 용액의 유출 속도는 35cc/분이고, 이 시스템의 온도를 140℃로 유지시켰다.
본 실시예에 사용된 자연적으로 발생된 우라늄 동위 원소 비율(235/U238U)은 0.00725 이었다. 우라늄 흡착 부위와 환원제 사이의 배면 경계 부근의 분류물 중에서 우라늄의 동위 원소 비율(235/U238U)은 전자 포격형 질량 스펙트로메터로 측정 하였으며, 그 값은 0.00802 이었다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일한 기기를 이용하여, V(III) 0.8M 및 HCl 4.0M을 함유하는 용액 1000ml을 저장조1에 넣었다.Fe(II) 1.5M V(IV) 0.8M 및 HCl 4.0M을 함유하는 혼합용액 500ml를 저장조1에넣고, U(IV) 0.12M 및 HCl 4.0M을 함유하는 용액 500ml를 저장조3에 넣었다. 우선 실시예 1과 동일한 예비 시험을 실시하여 Vf, Vr, Va 및 Vu를 측정하였다. 그 값들은, Vf는 260ml, Vr은 420ml, Va는 320ml 및 Vu는 400ml 이었다. 다음에, Fe(II) 1.2M, V(IV), 0.8M 및 HCl 4.0M을 함유하는 혼합 용액 40ml를 2-a-c-I의 경로를 통해서 전개 컬럼I에 공급하여 Fe(II) 및 V(IV)를 Fe(III) 및 V(III)으로 각각 전환시키고, 컬럼I 중에 Fe(III) 부위(산화제 부위)를 형성시켰다.
이어서, U(IV) 0.12M 및 HCl 4.0M을 함유하는 용액 80ml를 3-c-I의 경로를 통해서 컬럼I에 공급하여 산화제 부위의 배면에 우라늄 흡착 부위를 형성시켰다. 이와 같이 하여, 우라늄 흡착 부위와 환원제 부위 사이에 전면경계가 형성되었다. 다음에, V(III) 0.8M 및 HCl 4.0M을 함유하는 용액40ml를 1-a-c-I의 경로를 통해서 컬럼I에 공급하여 흡착된 U(VI)와 접촉시켜서 이것을 U(VI)의 형태로 용출시킴으로써 우라늄 흡착 부위에 환원제 부위를 형성시켜서 우라늄 흡착 부위를 이동시켰다. 이와 같이 하여, 우라늄 흡착 부위와 환원제 부위 사이에 배면 경계가 형성되었다.
이어서, Fe(II) 1.5M, V(IV) 0.8M 및 HCl4.0M을 함유하는 혼합 용액 40ml를 2-a-c-I 경로를 통해서 커럼에 공급하여 Fe(II) 및 V(IV)를 Fe(III) 및 V(III)으로 각각 전환시키고, 컬럼I에 다른 Fe(III)부위(산화제 부위)를 형성시켰다. 다음에, 유출경로를 3-a-c-I로 전환시켜서 다른 Fe(III)부위의 배면에 다른 우라늄 흡차 부위를 형성시켯다. 공급된 우라늄 용액의 양이 80ml가 되었을 때에, 유출 경로를 1-a-c-I로 전환시켜서 다른 우라늄 흡착 부위를 전개시켰다. 컬럼에 공급된 환원제의 양이 10ml이 되었을 때에, 유출 경로를 I-P-a-b-A-1-a-c-I로 전환시켜서 V(III)을 함유하는 생성 용출물 30ml을 컬럼I에 공급하였다. 다음에, 유출경로를 I-P-a-b-B-2-a-c-I로 전환시켜서 Fe(III)부위를 형성시켰다.
우리늄 흡착 부위의 선단이 컬럼I의 바닥에 도달하였을 때에, 용출물의 유출 경로를 I-P-a-c-I로 전환시켜서 우라늄 흡착 부위를 컬럼I의 정점에 반송시켰다. 우라늄 흡착 부위의 후미가 컬럼I의 정점에 반송 되었을 때에, 유출 경로를 I-P-a-b-A-1-a-c-I로 전환시켜서 우라늄 흡착 부위를 전개시켰다. 컬럼에 공급된 V(III)을 함유하는 용출물의 양이 40ml가 되었을 때에, 용출물의 유출 경로를 I-P-a-b-B-2-a-c-I로 전환시켰다. 우리늄 흡착 부위의 선단이 컬럼I의 바닥에 도달하였을 때에, 용출물의 유출 경로를 I-P-a-c-I로 전환시켜서 우라늄 흡착 부위를 컬럼I의 정점으로 반송시켰다. 우라늄 흡착 부위의 후미가 컬럼I의 정점에 반송되었을 때에, 유출경로를 I-P-a-b-A-1-a-c-I로 전환시켜서 우라늄 흡착 부위를 전개시켰다. 컬럼에 공급된 V(III)을 함유하는 용출물의 양이 40ml가 되었을때에, 용출물의 유출 경로를 I-P-a-b-B-2-a-c-I로 전환시켰다.
상술한 조작을 반복하여 컬럼I를 통해서 우라늄 흡착 부위를 10회 재순환시키는 한편, 컬럼I 중에서 탈활성화된 산화제[Fe(II)]및 탈활성화된 환원제 [V(IV)]를 재생시켰다. 다음에, 생성 우라늄 용출물을 I-P-a-b-4의 경로를 통해서 분별 수거하여 동위 원소 비율 측정용 표본을 얻었다. 부수적으로, 시스템 전반을 통한 용액의 유출 속도는 25cc/분이고, 이 시스템의 온도는 140℃로 유지시켰다.
본 실시예에 사용된 자연적으로 발생된 동위 원소 비율(235/U238U)은 0.00725 이었다. 우라늄 흡착 부위와 환원제 사이의 배명 경계 부근의 분류물에서 우라늄의 동위 환원제 사이의 배면 경계 부근의 분류물에서 우라늄의 동위 원소 비율(235/U238U)은 전자 포격형 질량 스펙트로메터로 측정 하였으며, 그 값은 0.00793 및 0.00791이었다.

Claims (9)

  1. 음이온 교환제의 컬럼을 통해서 용매중의 우라늄 동위 원소 혼합물의 용액을 통과시킴으로써, 컬럼 중에 우라늄 흡착 부위와 인접한 환원제 부위 사이의 경계(A)를, 그리고 우라늄 흡착 부위와 인접한 산화제 부위 사이의 경계(B)를 형성하고, 컬럼을 통해서 우라늄 흡착 부위를 전진시키는 한편, 경계(A)에서는 환원을 일으키고, 경계(B)에서는 산화를 일으킴으로써 이들 경계(A) 및 (B)에 각각235U 및238U을 농축시키고, 이 각각의 동위 원소가 농축된 분류물들을 분별 수거함으로써 우라늄 동위 원소235U 및238U을 연속적으로 분리하는 방법에 있어서, 우라늄 흡착 부위를 갖는 음이온 교환제의 컬럼을 통해서 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 통과시켜서 이 탈활성화된 산화제 및 탈활성화된 환원제를 재생시켜서 산화제 부위를 형성시키고, 컬럼을 통해서 우라늄 환원용의 재생된 환원제를 반송하여 통과시킴으로써235U 및238U의 분리 및 탈활성회된 산화제와 탈활성화된 환원제의 재생을 음이온 교환제의 단일 컬럼 중에서 동시에 일으킴을 특징으로 하는 분리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 음이온 교환제가 단일 우라늄 흡착 부위 및 이 우라늄 흡착 부위에 인접한 단일 산화제 부위를 갖는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 음이온 교환제가 2 또는 그 이상의 우라늄 흡착 부위 및 이 우라늄 흡착 부위 각각에 인접한 단일 산화제 부위를 갖는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 산화제가 T1(III), Pb(IV), Sb(V), V(IV), Cr(VI), Mn(VII), Fe(III), Co(III) 및 Cu(II)로 구성된 군 중에서 선택된 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 환원제가 In(I), Sn(II), Db(III), Ti(III), V(III), V(II), Nb(IV) 및 Cu로 구성된 군 중에서 선택된 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 우라늄 동위 원소의 혼합물의 용액이 10-1M∼11M의 수소 이온 농도를 갖는 산성 용액인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 수소 이온 농도가 10-1M∼10M인 방법.
  8. 제6항에 있어서, 우라늄 동위 원소 분리를 10℃∼250℃의 온도에서 실시하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 산화제가 Cr(VI), Mn(VII), Fe(III) 및 Cu(II)로 구성된 군 중에서 선택된 것이고 환원제가 Sn(II), Ti(III) 및 V(III)으로 구성된 군 중에서 선택된 것인 방법.
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