JP5453092B2 - 溶質の析出法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、１つ以上の溶質の析出のための方法及び装置に関する。

析出法は、とりわけ、まず第一に水溶性相における窒化ウラニウム又は窒化プルトニウムの形態で存在するウラニウム又はプルトニウムを回収するために使用することができ、第１の液相を、これもまた水溶液である第２のシュウ酸の液相に混合することにより行われ、結果的に回収されるウラニウム又はプルトニウムのシュウ酸塩を与える。また、析出法は、ネオジムシュウ酸塩の析出のような同様の応用、又は同じ問題が生じる異なる応用において使用することができる。

これら方法の１つの問題は析出物の付着特性に由来し、析出物の大部分が、混合が行われる容器の壁部に付着して残ることである。これら方法のもう一つの問題は、得られる析出物の粒径を調節するのが難しいことである。

関連する従来技術は豊富である。使用される析出装置は３つの主なタイプからなる。第１のものはガラス容器を備え、このガラス容器中において内容物は下部棒材を回転することによって撹拌され、析出物をガラスの壁部から距離を置いて保持し、よって壁部への付着を防止すること、及び析出物の接着性を小さくするため析出物の粒子成長を可能にするのに十分な保持時間を確保することという２つの機能を有する渦を生じさせる。析出物は、容器からオーバーフローによって連続的に排出される。もう一つのタイプの析出装置は、回転する椀状容器を備え、この椀状容器中において、渦を形成することによって析出物の閉込め（confinement）もまた行われる。析出物は求心力によって流路を上昇することによって排出される。

別のタイプの析出装置はカラムである。撹拌は超音波によって行われ、２つの相を混合する。析出物は、気泡上昇器（bubble elevator）を介して容器の基部において排出される。

析出法は、析出する溶質を含有する水相と析出試薬を含有する水相とを直接混合することによって、これら異なる析出装置において実施される。同じ析出装置で使用することができる別のグループの方法においては、溶質は溶媒中に存在し、析出試薬を含有する水相は溶剤の分配をも行うが、析出装置の壁部上の析出物の付着に関連する同じ問題が見受けられる。不幸なことに、より大きな粒子を得るように延長しようとされる容器中の析出物の保持時間は、制御するのが困難である。これら方法のいくつかは連続的な析出物の排出とは両立せず、析出物は、十分な体積が析出装置の底部に得られた後に排出されている。最後に、すべてが試薬の大きな流量を取り扱うことを可能にするわけではない。

シュウ酸プロトニウムを析出させて回収する完全な方法が、特許文献１に記載されている。また、特許文献２は、同じタイプの方法を記載していることに注意されるべきであり、さらに、プロトニウム含有有機相もまた、析出の前にアメリシウムからプロトニウムを分離するために水溶液を使用して洗浄される。以下に示すように、本発明は、追加的な有機相の使用を備えているが、それは、析出装置の特定の流動条件の下での析出物の閉込めの目的で、プロトニウムと試薬とを備える２つの水溶液層が存在する異なる環境の下で使用される。

特許文献３は、析出物を含有する液相を水溶液の流れと逆方向に還流することによって、析出装置の下流のカラム中の析出物を洗浄するための水溶液の使用を記載している。

特許文献４は、ガスが泡立っているチューブが、沈降した重い相と軽い相との間の境界に浮遊している析出物のレベルを測定する装置を記載している。

特許文献５は、析出装置中における撹拌ロータの使用について記載している。

仏国特許出願公開第１，３７８，９３３号明細書 欧州特許出願公開第０，２５１，３９９号明細書 米国特許第３，１４７，２９２号明細書 欧州特許出願公開第０，４３４，５５７号明細書 英国特許出願公開第９６０，６５２号明細書

本発明の第１の観点は溶質の析出方法であり、この方法は、容器中において、溶質を含有する液層と前記溶質を析出させる試薬を含有する第２の液層とを混合するステップと、混合物を撹拌するステップと、析出物を排出するステップとを備え、第３の、化学的に不活性で、第１の液相及び第２の液相と非温和性の液相中の乳濁液中の混合物の閉込めのステップを備えることを特徴とする。

第２の本質的な観点は溶質の析出装置であり、この装置は、容器と、溶質を含有する第１の液相及び前記溶質を析出させる試薬を含有する第２の液相の入口と、第１の液相及び第２の液相の出口と、容器の内容積の撹拌手段とを備えるとともに第３の液相の入口を備え、容器の内容積の境界を定めている表面の疎水性のコーティングを特徴とする。

したがって、本発明の主な目的は、
−析出装置中の析出物の、特に装置の壁部に対する付着による堆積を防止すること
−析出物の好適な粒子サイズ分布を得ること
−析出装置中の流動特性及び析出装置を通じる流速特性を制御すること
−析出物を連続的に排出すること、及びより具体的には装置の通常の操作法を得ること
である。

これは、単純な析出装置構造で得られなければならない。

第１の目的は、析出装置の壁部の疎水性コーティングと特定の流動の質とによって達成される。

第２の目的は、特定の流動の質と漸次的な析出物の形成とによって達成される。

第３の目的は、析出容器のサイズ及び形状の好適な選択、特に液体の循環を設定することができる細長い容器の選択によって、及び後述に与えられる例においては有機相として示されるとともに、水相の流れに対して循環する、追加的な相の使用によって達成される。

第４の目的は、析出物が堆積する容器の底部の排液回路の使用によって達成される。

本発明は、図面を参照して以下に記述される。

本発明の１つの実施形態の図であり、本発明の請求項１に係る図である。 本発明の別の１つの実施形態の図である。 図１の拡大図である。

析出装置１はカラム形状の容器であり、この容器の中心部にはロータ２が回転している。析出装置は中心部において垂直に方向付けられたガラス製チューブ及びロータが回転する２つの端部３において上端部固定部材４及び下端部固定部材５よって区画を定められている。チューブ３は、第１の水相入口６及び第２の水相入口７を備え、これら両相は（窒化プルトニウム溶液のように）析出するべき溶質を含んでおり、第１の水相入口６及び第２の水相入口７は、チューブ３の上端部固定部材４からあまり離れていない部分に異なる高さで形成されている。上端部固定部材４は、（溶液中のシュウ酸塩のような）析出を生じさせる試薬を含む水相の入口８と、上述と同様な有機相のオーバーフロー口９とを含んでいる。下端部固定部材５は、（水素化されたテトラプロピレンとすることができる）有機相の入口１０と、後述と同様の排液用水相入口１１及び出口１２とを備えている。入口及び出口６、７、８、１０は、チューブ３とロータ２との間の環状空間１３において連通し、この環状空間において、試薬の水相が溶質の水相と混合されたときに析出が生じ、水相はチューブ３に沿って下降する。

有機相は水相の流れと逆方向に流れ、入口１０からオーバーフロー口９に向かって上昇する。水相に対する有機相の流速、環状空間１３の幅、及びロータ２の回転速度はクェット流れを確立するように調整され、逆方向に回転しているテイラーシリンダー（図３に示す）の軸方向及び半径方向の動きが環状空間１３中に位置合わせされ、有機相に含まれる乳濁液の滴中に水相を閉込める。これら滴は、滴を徐々に環状空間１３中に低下させる一方、連続的にロータ２及びチューブ３から離れたり接近したりする渦流の状態で、特定のシリンダー中に残留する傾向がある。析出物は、ロータ２及び環状空間１３を限定するチューブ３の壁部に接触するか互いに付着する可能性を殆ど有さずに、これら滴中に形成され、残留する。析出物の粒子の成長は、これら滴の中で行われ、そこでは合体は流動の安定性と有機相中の溶質の移動がないことによって回避される。また、複数の水相の混合及び析出物の形成は、流動の安定性によって進行し、これは滴が分離した状態を維持するのを助ける。最後に、乱流は乳濁液を維持する。第１の水相入口６は水相を受け容れ、入口６における溶質の含有量は第２の入口７より低く、よって析出物を有する水性流れに混入し、粒子の成長による好ましい析出は、より濃縮された水相が第２の入口７を介して到来した場合に混入によって得られる。最終的に、多量ではないが、より均一でより大きな粒子が得られる。

容器の底部は、排液用水相の出口１２が開口している容器の底部における傾斜した上面１５を有する固体部分１４によって占有されている。水相は、傾斜した上面１５へと析出装置の中に低下する。析出物は、回収回路１６中に開口している出口１２へと滑入する。第１のポンプ１７は、水相を吸い上げ、沈降タンク１９へのパイプ１８の中を循環させ、沈降タンクの底部には析出物が集積する。第２のポンプ２０は、超浮水性のシュウ酸母液を出口パイプ２１へ引き込む。第３のポンプ２２は水相の残りを、パイプ１６を介して排液用水相の入口１１へと導く循環パイプ２３中に引き込む。ロータ２の表面とケーシング３の内表面とは、疎水性の物質でコーティングされており、析出物を含有する水相の接触を妨げ、よって析出物の付着を妨げる。好適なコーティングは、金属表面のためのポリテトラフロロエチレン（この１つのブランド名はテフロン（登録商標）である）又はガラス壁に対するシラン化処理からなるコーティングである。この処理は、ガラスのストリッピング及び水酸化ナトリウム溶液（３〜１０モルNaOH）による活性化の後に、アルキルグループの疎水性分子の層を疎水性シランによる接触によって結合させることからなる。この場合に使用される疎水性のシランはODTMQS（オクタデシルトリメトキシシラン）である。また、段状の水相の入口６、７を介する水流の予備混合は、予備混合
における微細流の形成による析出物の付着の危険を減少させ、粒子の周りに析出物の残りが、よりたやすく形成される。

最終的に、混合することなく水相がそれと乳濁液を形成する、混和性を有しない有機相の使用は、水相の滴中における析出物の閉じ込めに好都合である。上述の理由のために、テーラーシリンダ中に構成された流動を得ることが試みられている。

入口１０を介して循環することができる上方の有機相の使用は、水相の降下をゆっくりさせることができ、析出物の凝集をより大きく、またより均一な粒子とするのに好都合である。

本方法の代替的な実施形態は、析出する溶質を水相中にではなく溶媒中に導入し、析出分配を行うことによって得ることができる。溶媒は、特許文献２における条件を適用することによって、プルトニウムを含有する３０容積％の水素化されたテトラプロピレン中のトリブチルフォスフェイトとすることができる。方法の残りの部分に変更はない。

最終的に、パイプ１８、２３からなる回路における水相の循環は、析出装置に供給される水相の流速よりも高い流速で、析出装置の下部部分を排液し、このことは、析出物の時間通りの排出及び水相の循環に好都合である。

本発明の代替的な実施形態が、図２を参照して以下に説明される。

析出装置２８はロータを有さず、この場合には単一のケーシング２９と、試薬を備える水性溶液の入口３０と、析出させられる溶質を備える水相の第１の入口３１と、溶質を含有する水相の第２の入口３２と水相の出口３３と、有機相の入口３４と有機相の出口３５とを備えている。入出口３５、３０、３１、３２、３４、３３は、ケーシングの上部から底部へこの順に互いに設けられている。ケーシング２９は、その中間部において垂直なカラム状の円筒状であり、薬液を含有する水相の入口３０の上の上部において拡径して、析出物が有機相中に沈降するのを可能とし、底部において拡径して、析出物を含有する水相が有機相入口３４の下に沈殿するのを可能とする。しかし、前記沈殿タンクの下端は漏斗３６の形状とされており、そこに析出物は凝集する。水相出口３３は、前述の実施形態の水相出口と同様に循環回路中に開口しており、戻り口３８において終端している。

この実施形態の本質的な要素は、有機相入口３４に対向して開口している水平な下部部分４０と、この下部部分４０と折り曲げ部を形成するとともにケーシング２９に平行に上昇する上部部分４１とを備え、圧縮ガスを使用して液−液抽出カラムにパルスを与えるように通常使用されるタイプのパルス生成装置に、上部口部を介して開口するパルス生成部材３９によって、撹拌が引き起こされることである。さらに、水平なプラットフォーム４２はケーシング２９中に延在し、流体がジグザグ状の軌道を達成することを要求する。また、プラットフォーム４２及びケーシング２９は、この実施形態において疎水性コーティングでコーティングされている。白濁液を生じさせる撹拌はこの場合、部材３９内の液体にパルスを与えることによって開始される。

白濁液の形成、漸進的な結晶成長を伴う析出物の形成、及び有機相の滴中の水相の閉込めのための方法は、前述の実施形態と同様である。同じことが、高出力の排出回路による析出物の進行性評価に適用される。

また、この場合には水相よりも疎な有機相を選択することによって逆行する循環が生じ、パルス生成部材３９は、２つの水相が接する進行性の配置で白濁液が形成されるのを助ける。

析出物の粒子サイズに影響する流動の速度は、上方への有機相の流量に依存し、有機相の流量は使用者が自由に選択することができる。

本方法の１つの代替的な実施形態においては、第１の液相は容器中にいくつかの別々の流れで導入され、これら別々の流れは別々の溶質濃度を有し、容器の別々のポイントにおいて導入され、低い溶質濃度を有する別々の流れは第１の方向に優先的に導入される。

本発明の装置の１つの代替的な実施形態においては、第１の液相と第２の液相との入口は、容器の第１の側に配置され、第１の液相及び第２の液相の出口と、第３の液相の入口とは、第１の側とは反対の容器の第２の側に配置される。

また別の実施形態においては、第３の液相の撹拌装置及び循環装置は、析出物に対する望ましい粒子サイズを得るように調整することができる。

３、２９・・・容器
８、３０・・・試薬
６、７、３１、３２・・・液相の入口
１２、３３・・・液相の出口
２、３９・・・撹拌手段
１０、３４・・・第３の液相の入口
１、２８・・・析出装置
１６・・・循環回路
１９・・・析出物捕捉手段
１３・・・環状空間
２・・・ロータ

Claims (5)

1. 溶質を含有する第１の液相と、前記溶質を析出させる試薬を含有する第２の液相とを、容器中で混合して前記第１の液相と前記第２の液相との混合物を形成するステップと、
   前記混合物を撹拌するステップと、
   析出物を排出するステップと、
   を備える、少なくとも１つの前記溶質の析出方法であって、
   前記第１の液相及び前記第２の液相と混和しない、化学的に不活性な第３の液相のエマルジョン中に前記混合物を閉じ込めるステップを備え、
   前記第１の液相及び前記第２の液相は第１の方向に循環し、前記第３の液相は前記容器中において前記第１の方向とは逆の第２の方向に循環し、
   前記析出物は、前記容器を介する回路流路の中で循環される前記第１及び第２の液相の混合物ループ中における循環によって、前記容器から連続的に排出されることを特徴とする、少なくとも１つの溶質の析出方法。
2. 前記第１の液相が２つの流れで容器中に導入され、
   前記別々の流れは別々の溶質濃度を有するとともに、前記容器の異なるポイントにおいて導入され、
   低い溶質濃度を有する一方の前記流れは、高い溶質濃度を有する他方の前記流れの導入ポイントの上流において導入されることを特徴とする請求項１に記載の少なくとも１つの溶質の析出方法。
3. 前記容器は、前記複数の相が循環する内壁を有し、該内壁が疎水性コーティングを施されていることを特徴とする請求項１に記載の少なくとも１つの溶質の析出方法。
4. 前記混合物は、前記容器中に存在するとともに、疎水性コーティングを施された撹拌機で撹拌されることを特徴とする請求項３に記載の少なくとも１つの溶質の析出方法。
5. 前記析出物の粒径に影響させるように前記第３の液相の流速の調整をするステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の少なくとも１つの溶質の析出装置。

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