JP3323856B2 - 核***生成物、キュリウム及びアメリシウムを含む溶液からアメリシウムを分離する方法 - Google Patents

核***生成物、キュリウム及びアメリシウムを含む溶液からアメリシウムを分離する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、核***生成物(F
P)、キュリウム(Cm)及びアメリシウム(Am)を
含む溶液、例えば使用済核燃料から化学処理等によりウ
ラン(U)及びプルトニウム(Pu)を回収する際に発
生する高レベル放射性廃液のような多種のFP、Cm、
Am等を含む溶液から、FPやCmを含まないAm溶液
を分離する方法に関するものである。特に本発明は、高
レベル放射性廃棄物中に含まれるAmの同位体分析のた
めに、Cmを一切含まないAmを分離する技術として好
ましく適用できる。
【0002】
【従来の技術】原子炉で照射した照射済核燃料から、ピ
ューレックス法のごとき化学処理あるいはイオン交換法
等によりU及びPuを回収する際には、FP、Cm、A
m等を含む高レベル放射性廃棄物である硝酸廃液が生成
する。
【0003】かような高レベル放射性廃棄物から、長期
的な放射能毒性の高いAmを回収し、Amを含有する混
合酸化物燃料(MOX燃料)として再び原子炉にリサイ
クルすることにより、安定かつ毒性の低い核種に核変換
させる研究が、核燃料リサイクル研究の一環として行わ
れている。
【0004】Amには有意な半減期をもつ同位体が3つ
あり(質量数241、242、243)、これらの同位
体は断面積等の核データがそれぞれ異なるため、同じA
mでも原子炉に装荷した場合に、その消滅特性や炉心特
性に与える影響が異なってくる。従って、Amを原子炉
にリサイクルするためには高レベル放射性廃棄物中に含
まれるAmの同位体を分析しなければならず、そのため
放射性廃棄物からAmを分離する必要がある。しかしな
がら、AmとCmは水溶液中において化学的に極めて類
似した挙動を示すため、精度よくAmのみを分離するた
めには特別な技術的手段を必要とする。
【0005】AmをCmから分離するためにイオン交換
法が従来から用いられていた。この方法は、溶離液に硝
酸−メタノール混合溶液を用い、陰イオン交換樹脂に対
するAmとCmのわずかな吸着特性の違いを利用して分
離するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記したイオン交換法
においては、AmとCmの樹脂への吸着特性の違いはわ
ずかであることから、分離係数を高めるためには液の流
速を遅くしなければならず、分離処理に長時間を要する
ことになる。また、液の流速を高めようとすると処理温
度を高温に保持しなければならず、この場合、樹脂中に
気泡が発生しないように注意する必要もある。さらにま
た、この方法はクロマトグラフィー分離であるため、通
常得られている分離係数(2〜3)程度であると、微量
のCmの混入があり、Amを完全に分離するには処理を
繰り返し行わなければならない。そのためかようなイオ
ン交換法によるAmの分離作業は遠隔操作で実施しにく
いという問題があった。
【0007】そこで本発明は、従来のイオン交換法に比
べて短い時間で効率よく実施でき、しかも遠隔操作も可
能な、FP、Cm、Amを含む高レベル放射性廃棄物か
ら、Cmを一切含まず、大部分のFPが除去されたAm
を分離できる方法を提供することを目的としてなされた
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、F
P、Cm及びAmを含む硝酸溶液を0℃以下の温度に維
持しながらビスマス酸ナトリウム粉末を添加して硝酸溶
液中のAmをAm(VI)に酸化する工程、前記硝酸溶液
を0℃以下の温度に維持しながらリン酸イオン溶液及び
ビスマス(III)(Bi(III))溶液を添加してリン酸ビ
スマスを沈殿させると共に、Cm及び大部分のFPを共
沈させた後、生成した沈殿をろ過してAmを含むろ液を
分離する工程、及び前記ろ液に硝酸鉄(III)溶液を加
え、水酸化ナトリウム溶液にて液のpHを7以上とし
て、生成した水酸化第二鉄沈殿を溶解した後、溶解液を
陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換樹脂で処理して不純
物を除去することにより、Cm及び大部分のFPを除去
したAm溶液を得る工程からなることを特徴とする、F
P、Cm及びAmを含む溶液からAmを分離する方法で
ある。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明における最初の処理対象物
であるFP、Cm及びAmを含む硝酸溶液の硝酸濃度は
0.1M程度とすることが好ましい。硝酸濃度が高濃度
となると、Am(VI)への酸化速度が遅くなるため、A
mの酸化工程に時間がかかる。
【0010】硝酸溶液中のAmはCmや多くのFPと同
様に通常 III価であるが、AmのみをVI価に酸化して、
Cmや多くのFPとともに共沈しないようにすることに
よって、これらからAmを分離することが可能となる。
しかしながら、Amは酸化電位が3.1Vと高く酸化し
にくいため、酸化剤としてはオゾンやビスマス酸ナトリ
ウム等の少種類のものに限られてしまう。その中でビス
マス酸ナトリウムは粉末であるため取り扱いが容易であ
り、酸に難溶であるため、後工程における除去が容易に
なる等の利点を有する。
【0011】硝酸溶液にビスマス酸ナトリウム粉末を添
加してAmを酸化する際の硝酸溶液の温度は0℃以下と
する。これより液温が高くなると、VI価に酸化されたA
mが再び III価に還元される現象がみられるため、Am
の最終的な収率を高めるには液温を0℃以下としてAm
の還元を抑制する必要がある。
【0012】硝酸溶液中のAmをVI価に酸化した後、こ
の溶液にリン酸イオン溶液とBi(III)溶液を添加する
ことにより、Biをリン酸ビスマスとして沈殿させ、同
時にCmと大部分のFPを共沈させる。このときのリン
酸イオン溶液としてはリン酸水素二ナトリウム(Na2
HPO4 )溶液を、Bi(III)溶液としてはビスマス酸
ナトリウム粉末を硝酸に溶解した溶液を、それぞれ好ま
しく使用することができる。
【0013】共沈するFPとしては、核***収率が高
く、比放射能が高いセシウム(Cs)−137、ストロ
ンチウム(Sr)−90、ユウロピウム(Eu)−15
4、Eu−155等の大部分のFPが挙げられる。
【0014】生成した沈殿はろ過して除去するが、ろ過
するに際しては沈殿を水で洗浄することにより、沈殿物
に付着しているAmを十分に洗浄してろ液側に移行させ
る。得られたAmを含むろ液に硝酸鉄(III)溶液を加
え、次いで水酸化ナトリウム溶液にて液のpHを7以上
として水酸化第二鉄沈殿を生成させてリン酸とNaの大
部分をろ過除去し、Amを含む沈殿を溶解した後、この
溶解液にさらに陰イオン交換樹脂処理及び陽イオン交換
樹脂処理を施す。陰イオン交換樹脂としては強塩基性陰
イオン交換樹脂が使用でき、主としてろ液中のBi、F
e等の不純物を除去することができる。一方、陽イオン
交換樹脂としては強酸性陽イオン交換樹脂が使用でき、
主として残存するNa、リン酸を除去することができ
る。
【0015】かくして得られた処理液は、Cmを一切含
まず、大部分のFPが除去されたAm溶液となり、Am
の同位体分離に好ましく用いることができる。
【0016】
【実施例】照射済み燃料溶解液よりイオン交換法でUお
よびPuを回収したFP、Cm及びAmを含む残液を硝
酸濃度0.1Mに調節する。この硝酸溶液1mL(ミリ
リットル)中にはAmとCmがAm:Cm=100:1
(原子比)の比率で含有する。液温を0℃以下に保った
状態でこの硝酸溶液1mL当たり2mgのビスマス酸ナ
トリウム粉末を加え、約50分間攪拌して溶液中のAm
(III)をAm(VI)に酸化する。
【0017】Amを酸化した後の溶液に、5mg/mL
のBi(III)溶液(ビスマス酸ナトリウム粉末を硝酸に
溶解した溶液)を添加し、次いで63mg/mLのリン
酸溶液(リン酸水素二ナトリウム溶液)を添加して、リ
ン酸ビスマス沈殿を生成させ、同時にCm及び大部分の
FPを共沈させる。この沈殿を水40mLで洗浄し、ろ
液を容量が1mL以下となるように加熱濃縮する。
【0018】得られた濃縮溶液に硝酸鉄(III)溶液を加
えて、1mol/L(リットル)−NaOH溶液により
pHを7以上として水酸化第二鉄沈殿を生成させ、Am
を共沈させる。この段階で大部分のNa及び一部のリン
酸は除去される。
【0019】ろ別した沈殿を12mol/L塩酸で溶解
した溶解液を強塩基性陰イオン交換樹脂(商品名“ムロ
マック1×8”100〜200メッシュ、室町化学工業
(株)製)カラムに通した後、溶離液として10mol
/L塩酸を10カラム容量流すことにより、Feを吸着
除去するとともに、Amを流出液として回収する。
【0020】次いで、この流出液を蒸発乾固し、2mo
l/L塩酸で溶解して得られた溶解液を強酸性陽イオン
交換樹脂(商品名“ムロマック50W×8”100〜2
00メッシュ、室町化学工業(株)製)カラムに通した
後、溶離液として2mol/L塩酸を10カラム容量流
すことにより、Amを樹脂に吸着させたまま残存するN
a及びリン酸を溶離して除去し、最後に8M硝酸を5カ
ラム容量流すことにより、不純物及びCmを含まないA
m溶液を流出液として得る。得られたAm溶液の同位体
比を測定した結果を下表に示す。質量数244のCm同
位体比はゼロとなっていることがわかる。なお、FPの
うち例えばEuは95%以上が除去されることが判明し
ている。
【0021】質 量 数 同位体比(%) 241 98.548 242 0.617 243 0.834244 0.0
【0022】
【発明の効果】上述したところからわかるように本発明
によれば、FP、Cm及びAmを含む溶液から、Cmを
一切含まず、大部分のFPが除去されたAmを、比較的
短時間でかつ効率よく分離することができる。そのため
本発明は特に、高レベル放射性廃棄物中に含まれるAm
の同位体分析のために、Amを分離する技術として好適
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−278395(JP,A) 特開 平7−280992(JP,A) 特開2000−211925(JP,A) 特開 平9−113689(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21F 9/06 G21C 19/46 B01J 39/04 B01J 41/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 核***生成物、キュリウム及びアメリシ
    ウムを含む硝酸溶液を0℃以下の温度に維持しながらビ
    スマス酸ナトリウム粉末を添加して硝酸溶液中のアメリ
    シウムをアメリシウム(VI)に酸化する工程、前記硝酸
    溶液を0℃以下の温度に維持しながらリン酸イオン溶液
    及びビスマス(III)溶液を添加してリン酸ビスマスを沈
    殿させると共に、キュリウム及び大部分の核***生成物
    を共沈させた後、生成した沈殿をろ過してアメリシウム
    を含むろ液を分離する工程、及び前記ろ液に硝酸鉄(II
    I)溶液を加え、水酸化ナトリウム溶液にて液のpHを7
    以上として、生成した水酸化第二鉄沈殿を溶解した後、
    溶解液を陰イオン交換樹脂及び陽イオン交換樹脂で処理
    して不純物を除去することにより、キュリウム及び大部
    分の核***生成物を除去したアメリシウム溶液を得る工
    程からなることを特徴とする、核***生成物、キュリウ
    ム及びアメリシウムを含む溶液からアメリシウムを分離
    する方法。
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