JP4590585B2 - Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルジグリコールアミド（ＴＭＤＧＡ）化合物により有機溶媒中のＡｍ（ＩＩＩ），Ｐｕ（ＩＶ）を硝酸溶液に逆抽出する方法 - Google Patents
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Description
原子力分野では、使用済み燃料又は高レベル放射性廃液から、３，４価のアクチノイドイオンを抽出した後に効率的に逆抽出することはプロセス開発上重要であり、本発明の方法はこれら金属を逆抽出する方法に関わる。
３，４価のアクチノイドイオンを逆抽出することは、これまでには薄い硝酸溶液などを用いる方法、クエン酸、アミノポリカルボン酸などの水溶性錯形成剤を用いる方法、さらに原子価を変える方法などを用いている。
プロセス開発において、Ｎｐ（ＩＶ），Ｐｕ（ＩＩＩ）Ｐｕ（ＩＶ），Ａｍ（ＩＩＩ），およびＣｍ（ｍ）のような３，４価のアクチノイドイオンを抽出した後に水相に逆抽出することは使用済み燃料再処理などのプロセス開発において重要な課題である。従来法の主要な課題は次のとおりである。
（１）酸性度を薄くしすぎた場合、特にＰｕ（ＩＶ）は水酸化物を形成し沈殿を生ずる。
（２）クエン酸、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）のような錯形成剤では、使用で
きるｐＨ条件が高く（ｐＨ＞３）、Ｐｕ（ＩＶ）の水酸化物沈殿する可能性がある。硝酸溶液でも使用可能なシュウ酸はＰｕ（ＩＶ）と沈殿を生成し、またＤＴＰＡ（ジエチレントリアミン五酢酸）に関しては硝酸溶液への溶解度が低い（最大５０ｍＭ程度）。これらの錯形成剤は下の参考文献１−３で参照できる（非特許文献１，２及び３）。
（２）クエン酸、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）のような錯形成剤では、使用で
きるｐＨ条件が高く（ｐＨ＞３）、Ｐｕ（ＩＶ）の水酸化物沈殿する可能性がある。硝酸溶液でも使用可能なシュウ酸はＰｕ（ＩＶ）と沈殿を生成し、またＤＴＰＡ（ジエチレントリアミン五酢酸）に関しては硝酸溶液への溶解度が低い（最大５０ｍＭ程度）。これらの錯形成剤は下の参考文献１−３で参照できる（非特許文献１，２及び３）。
（３）原子価を変える方法をとる場合、強い還元剤を用いることになる上に溶液内反応が複雑になる。また原子価を変える方法はＴＯＤＧＡ抽出剤のようにＡｎ（ＩＩＩ），（ＩＶ）ともに強く錯形成する化合物にはそのままでは使用する事ができない。
R. Malmbeck, O. Courson, G. Pagliosa, K. Romer, B. Satmark, J.P. Glatz, P. Baron: Partitioning of minor actinides from HLLW using the DIAMEX process. Part 2-"Hot" continuous counter-current experiment. Radiochim. Acta 88, 865-871(2000). Y. Zilberman, YS. Fedorov, E.N. Mishin, L.V. Sytnik, O.V. Shmidt, D.N. Kukharev, N.D. Goletsky, R.G. Glekov, Y.V. Palenik, S.Y. Sukhareva, Superpurex as a TBP-compatible process for recovery and partitioning of long-lived radionuclides from NPP spent fuel, JAERI-Conf 2002-004, P189-195. P. Baron, M. Lecomte, B. Boullis, N. Simon, D. Warin, Separation of the long lived radionuclides: Current status and future R and D program in France, Global 2003, November 11/16, New Orleans, USA (2003).
R. Malmbeck, O. Courson, G. Pagliosa, K. Romer, B. Satmark, J.P. Glatz, P. Baron: Partitioning of minor actinides from HLLW using the DIAMEX process. Part 2-"Hot" continuous counter-current experiment. Radiochim. Acta 88, 865-871(2000). Y. Zilberman, YS. Fedorov, E.N. Mishin, L.V. Sytnik, O.V. Shmidt, D.N. Kukharev, N.D. Goletsky, R.G. Glekov, Y.V. Palenik, S.Y. Sukhareva, Superpurex as a TBP-compatible process for recovery and partitioning of long-lived radionuclides from NPP spent fuel, JAERI-Conf 2002-004, P189-195. P. Baron, M. Lecomte, B. Boullis, N. Simon, D. Warin, Separation of the long lived radionuclides: Current status and future R and D program in France, Global 2003, November 11/16, New Orleans, USA (2003).
（１）本発明の目的の錯形成剤は、０．２Ｍ硝酸濃度条件でもＡｎ（ＩＩＩ），（ＩＶ）の分配比を十分に下げることのできる化合物である。また、３Ｍ程度の硝酸溶液からでもＰｕ（ＩＶ）の分配比を下げる事ができ、逆抽出の際に水酸化物形成を完全に抑制できる。（２）本発明の目的の錯形成剤は０．２Ｍ硝酸溶液に十分溶解可能であり、この時に１Ｍ ＴＭＤＧＡの溶液を調製する事が可能である。また濃硝酸でも十分な溶解度を示し、一方有機相には殆ど溶解しない。（３）本発明の目的の錯形成剤は２次廃棄物発生量を低減できる、炭素、水素、酸素、窒素からなる化合物である。（４）本発明の目的の錯形成剤は中性の化合物であり、錯形成時にＰｕ（ＩＶ）と沈殿を生成しない。
本発明においては、以上の課題を解決すべき錯形成剤を見出した。即ち、本発明は、ＤＧＡ（ジグリコールアミド）化合物の一つである、ＴＭＤＧＡ（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，３−オキサペンタンジアミド）を開発した。即ち、本発明は、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラメチルジグリコールアミド（ＴＭＤＧＡ）化合物により有機溶媒中のＡｍ（ＩＩＩ），Ｐｕ（ＩＶ）を硝酸溶液に逆抽出する方法である。
従来の抽出剤使用に起因する欠点に対して、本発明の抽出剤の利点をまとめると、
（１）０．２Ｍ硝酸の条件でＡｍ（ＩＩＩ），Ｐｕ（ＩＶ）の低い分配比を
示し、３Ｍ硝酸でもＰｕ（ＩＶ）の低い分配比を示す。
（１）０．２Ｍ硝酸の条件でＡｍ（ＩＩＩ），Ｐｕ（ＩＶ）の低い分配比を
示し、３Ｍ硝酸でもＰｕ（ＩＶ）の低い分配比を示す。
分配比とは、基本的に「有機相中の金属イオン濃度」／「水相中の金属イオン濃度」を示すが、本発明においては、有機相にある金属イオンをＴＭＤＧＡによって水相に戻すことを意味するので、分配比が低い方がＴＭＤＧＡの働きが強いことを示している。
（２）Ｐｕ（ＩＶ）と沈殿形成しない。
（３）炭素、水素、酸素、窒素からなり構造内にリンを含まない化合物である。
（４）還元剤を加える必要がない。
（３）炭素、水素、酸素、窒素からなり構造内にリンを含まない化合物である。
（４）還元剤を加える必要がない。
（５）水への溶解度が高く、最大１Ｍ ＴＭＤＧＡ/３Ｍ硝酸の溶液として使用可能である。
本発明においては、使用済み燃料（ＳＦ）溶解液あるいは高レベル放射性廃液（ＨＬＬＷ）のような硝酸水溶液から金属イオンを溶媒抽出する際に、抽出した後のＡｎ（ＩＩＩ），（ＩＶ）を水相に逆抽出する事ができ、プロセスに応用できる。また、高い錯形成能力を生かして、現在使用されるＥＤＴＡ等に代わる放射能除染剤としても使用可能である。
又、本発明においては、ＳＦ溶解液あるいはＨＬＬＷから効率的に３，４価アクチノイドイオンを有機相より逆抽出でき、水酸化物沈殿などの問題を解決でき、円滑なプロセス運転を可能とするという本発明に特有な顕著な効果を生ずるものである。
実施例１
ＴＭＤＧＡを用いて、Ｐｕ（ＩＶ）及びＡｍ（ＩＩＩ）の抽出分配比を測定した。水相に各アクチノイドイオンとＴＭＤＧＡを含む０．２Ｍ硝酸溶液を、有機相に０．２Ｍ ＴＯＤＧＡ／ｎ−ドデカン溶媒を用いて、得られた分配比をＴＭＤＧＡ濃度に対してプロットした。その結果を図１に示す。図１に示されるように、ＴＭＤＧＡ濃度が増加するとともにＰｕ（ＩＶ），Ａｍ（ＩＩＩ）分配比は減少し、ＴＭＤＧＡ濃度０．１Ｍで、Ｐｕ（ＩＶ）及びＡｍ（ＩＩＩ）それぞれの分配比は０．０１以下であった。なお、ＴＭＤＧＡが存在しない条件で０．２Ｍ ＴＯＤＧＡ／ｎ−ドデカン−０．２Ｍ硝酸条件での分配比はＰｕ（ＩＶ）が３で、Ａｍ（ＩＩＩ）が１．４６であった。したがって、ＴＭＤＧＡは、その濃度が低くてもＰｕ（ＩＶ）及びＡｍ（ＩＩＩ）の抽出が良好に行われることを示している。
実施例２
ＴＭＤＧＡを用いて、Ｐｕ（ＩＶ），Ａｍ（ＩＩＩ）の抽出分配比を測定した。水相にアクチノイドイオンと０．１Ｍ ＴＭＤＧＡを含む硝酸溶液、有機相に０．２Ｍ ＴＯＤＧＡ／ｎ−ドデカン溶媒を用いて、得られた分配比を硝酸濃度に対してプロットした。その結果を図２に示す。図２に示されるように、０．１Ｍ ＴＭＤＧＡを含む０．６４Ｍ硝酸溶液を用いて、Ｐｕ（ＩＶ），Ａｍ（ＩＩＩ）分配比はそれぞれ０．００２，０．０１７であり、これ以下の酸濃度条件で一括逆抽出が可能である。なお、Ｐｕ（ＩＶ）に対して、３Ｍ ＨＮＯ3の条件でも分配比は０．１以下であり、この条件を用いれば、単独にＰｕ（ＩＶ）のみを逆抽出する事が出来る。
ＴＭＤＧＡを用いて、Ｐｕ（ＩＶ）及びＡｍ（ＩＩＩ）の抽出分配比を測定した。水相に各アクチノイドイオンとＴＭＤＧＡを含む０．２Ｍ硝酸溶液を、有機相に０．２Ｍ ＴＯＤＧＡ／ｎ−ドデカン溶媒を用いて、得られた分配比をＴＭＤＧＡ濃度に対してプロットした。その結果を図１に示す。図１に示されるように、ＴＭＤＧＡ濃度が増加するとともにＰｕ（ＩＶ），Ａｍ（ＩＩＩ）分配比は減少し、ＴＭＤＧＡ濃度０．１Ｍで、Ｐｕ（ＩＶ）及びＡｍ（ＩＩＩ）それぞれの分配比は０．０１以下であった。なお、ＴＭＤＧＡが存在しない条件で０．２Ｍ ＴＯＤＧＡ／ｎ−ドデカン−０．２Ｍ硝酸条件での分配比はＰｕ（ＩＶ）が３で、Ａｍ（ＩＩＩ）が１．４６であった。したがって、ＴＭＤＧＡは、その濃度が低くてもＰｕ（ＩＶ）及びＡｍ（ＩＩＩ）の抽出が良好に行われることを示している。
実施例２
ＴＭＤＧＡを用いて、Ｐｕ（ＩＶ），Ａｍ（ＩＩＩ）の抽出分配比を測定した。水相にアクチノイドイオンと０．１Ｍ ＴＭＤＧＡを含む硝酸溶液、有機相に０．２Ｍ ＴＯＤＧＡ／ｎ−ドデカン溶媒を用いて、得られた分配比を硝酸濃度に対してプロットした。その結果を図２に示す。図２に示されるように、０．１Ｍ ＴＭＤＧＡを含む０．６４Ｍ硝酸溶液を用いて、Ｐｕ（ＩＶ），Ａｍ（ＩＩＩ）分配比はそれぞれ０．００２，０．０１７であり、これ以下の酸濃度条件で一括逆抽出が可能である。なお、Ｐｕ（ＩＶ）に対して、３Ｍ ＨＮＯ3の条件でも分配比は０．１以下であり、この条件を用いれば、単独にＰｕ（ＩＶ）のみを逆抽出する事が出来る。
即ち、３価のアクチノイドイオン（Ａｍ（ＩＩＩ））と４価のアクチノイドイオン（Ｐｕ（ＩＶ））とが共存する系においては、図２中のプロットでＰｕの分配比が低く、Ａｍの分配比が高い条件下においては、選択的にＰｕのみ水相に分離回収することができることを意味している。
Claims (1)
- ＴＯＤＧＡ（Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラオクチル−１，３−オキサペンタンジアミド）を抽出剤として用いてｎ−ドデカン溶媒に抽出した後のＡｍ（ＩＩＩ），Ｐｕ（ＩＶ）の３，４価のアクチノイドイオンを、ＴＭＤＧＡ（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−ジグリコールアミド）により、硝酸溶液中に逆抽出する方法。
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