特許 7108519 マイナーアクチノイドの分離方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-20

(45)【発行日】2022-07-28

(54)【発明の名称】マイナーアクチノイドの分離方法

(51)【国際特許分類】

   G21C 19/46 20060101AFI20220721BHJP

   G21F 9/06 20060101ALI20220721BHJP

   B01D 11/04 20060101ALI20220721BHJP

【ＦＩ】

G21C19/46 624

G21F9/06 581H

B01D11/04 B

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2018205118

(22)【出願日】2018-10-31

(65)【公開番号】P2020071126

(43)【公開日】2020-05-07

【審査請求日】2021-09-28

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 大輔

(72)【発明者】

【氏名】可児 祐子

(72)【発明者】

【氏名】星野 国義

【審査官】大門 清

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－６３１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０５８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２３７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１９４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１６９８８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ １９／４６

Ｇ２１Ｆ ９／０６

Ｂ０１Ｄ １１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイナーアクチノイド及び核分裂生成物を含む溶液から、有機相を構成する抽出剤を用いて、前記マイナーアクチノイドを回収する方法であって、
主として前記マイナーアクチノイドを抽出して回収する最初の抽出工程と、
前記マイナーアクチノイドを更に抽出して回収する後段の抽出工程と、を有し、
前記抽出剤には、前記核分裂生成物よりも前記マイナーアクチノイドが分配されやすく、
前記最初の抽出工程における前記マイナーアクチノイドの分配比は、前記後段の抽出工程における前記マイナーアクチノイドの前記分配比と異なる、マイナーアクチノイドの分離方法。

【請求項2】

前記最初の抽出工程における前記マイナーアクチノイドの前記分配比は、前記後段の抽出工程における前記マイナーアクチノイドの前記分配比よりも高い、請求項１記載のマイナーアクチノイドの分離方法。

【請求項3】

前記後段の抽出工程における前記核分裂生成物の前記分配比は、前記最初の抽出工程における前記核分裂生成物の前記分配比よりも低い、請求項２記載のマイナーアクチノイドの分離方法。

【請求項4】

前記最初の抽出工程における前記マイナーアクチノイドの前記分配比は、前記後段の抽出工程における前記マイナーアクチノイドの前記分配比よりも高い、請求項３記載のマイナーアクチノイドの分離方法。

【請求項5】

前記最初の抽出工程及び前記後段の抽出工程における前記マイナーアクチノイドの前記分配比は、１以上である、請求項２記載のマイナーアクチノイドの分離方法。

【請求項6】

前記後段の抽出工程における前記核分裂生成物の前記分配比は、１以下である、請求項５記載のマイナーアクチノイドの分離方法。

【請求項7】

前記マイナーアクチノイドの前記分配比は、前記核分裂生成物の前記分配比の５倍以上である、請求項６記載のマイナーアクチノイドの分離方法。

【請求項8】

前記最初の抽出工程及び前記後段の抽出工程で用いる抽出剤は、同種の錯化剤を含み、
この錯化剤の濃度は、前記最初の抽出工程の方が前記後段の抽出工程よりも高い、請求項２記載のマイナーアクチノイドの分離方法。

【請求項9】

前記最初の抽出工程で用いる前記抽出剤の前記錯化剤の濃度は、前記溶液に含まれる前記マイナーアクチノイドの濃度の２倍以上であり、
前記後段の抽出工程で用いる前記抽出剤の前記錯化剤の濃度は、前記最初の抽出工程で得られる水相を構成する水溶液に含まれる前記マイナーアクチノイドの濃度の２倍以上である、請求項８記載のマイナーアクチノイドの分離方法。

【請求項10】

前記錯化剤は、その化学構造中にピリジン又はフェナントロリンを含む、請求項８記載のマイナーアクチノイドの分離方法。

【請求項11】

前記錯化剤は、6,6’-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-2,2’-bipyridine、4-tert-butyl-6,6’-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-2,2’-bipyridine、2,9-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-1,10-phenanthroline、又は2,9-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-5-tert-butyl-1,10-phenanthrolineである、請求項１０記載のマイナーアクチノイドの分離方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイナーアクチノイドの分離方法に関する。

【背景技術】

【0002】

原子力発電所から排出される使用済燃料は、再処理によって核燃料物質が回収された後、ガラス固化体へ加工され、地層処分される計画となっている。現行のＰＵＲＥＸ法で再処理する場合、ガラス固化体には半減期が非常に長い放射性核種であるマイナーアクチノイド（以下「ＭＡ」という。）が含まれるため、ガラス固化体については地層処分することにより数十万年の期間に及び安定に閉じ込めておく必要があると言われている。ここで、アクチノイドとは、原子番号８９から１０３までの元素のことをいい、核燃料として使用されるウラン（Ｕ）やプルトニウム（Ｐｕ）、ＭＡと称される元素群が該当する。また、ＭＡとは、アクチノイド元素のうち、超ウラン元素からＰｕを除いた元素のことをいい、ネプツニウム（Ｎｐ）、アメリシウム（Ａｍ）、キュリウム（Ｃｍ）などが該当する。

【0003】

現在、ガラス固化体の閉じ込め期間を短縮することを目的として、使用済燃料の再処理において発生する高レベル放射性廃液からＭＡを分離し、ＭＡに中性子を照射して半減期の短い放射性核種へ変換するという技術が研究されている。ここで、高レベル放射性廃液とは、使用済燃料を硝酸に溶解した溶液からＵ及びＰｕを分離した後の廃液をいう。高レベル放射性廃液には、主に核分裂生成物及びＭＡが溶解している。

【0004】

整理すると、使用済燃料の再処理によりウラン及びプルトニウムを分離し、高レベル放射性廃液からのＭＡ分離工程によりＭＡを分離することで、使用済燃料の成分をＵ及びＰｕ、ＭＡ、核分裂生成物（ＦＰ）にそれぞれ分離するということになる。

【0005】

高レベル放射性廃液からのＭＡの分離方法については、様々な方法が研究されており、例えば、高レベル放射性廃液から錯化剤を用いてＭＡを選択的に分離する方法などが研究されてきている。

【0006】

特許文献１には、高レベル放射性廃液から錯化剤を用いてＭＡを回収する方法の一例が開示されている。

【0007】

上記をまとめると、使用済燃料から核燃料物質を回収する従来の方法（以下「従来法」という。）は、以下のように説明される。

【0008】

まず、使用済燃料が硝酸に溶解される。その溶解液より、ピューレックス法に代表される湿式再処理法によりＵ及びＰｕがそれぞれ回収される。つぎに、Ｕ及びＰｕが除かれた残液（高レベル廃液）からＭＡが溶媒抽出法により回収される。

【0009】

従来法では、Ｕ、Ｐｕ、ＭＡをそれぞれ回収する特徴があるといえる。このため、核燃料物質を任意の割合で混合することによって、使用を想定する原子炉や加速器で求められる組成の燃料を作製することができる。すなわち、従来法には、任意の組成の燃料を作製可能であるというメリットがある。

【0010】

溶媒抽出法では、ＭＡを溶解した水溶液に対して、有機溶媒に錯化剤を溶解した溶液（以下「抽出剤」という。）を接触させ、ＭＡと錯化剤を錯形成させることにより、有機相側にＭＡを移行させる。ＭＡの回収に使用される錯化剤として窒素ドナー錯化剤である6,6’-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-2,2’-bipyridine（以下「ＢＴＢＰ」という。）が開発されている。錯化剤としてＢＴＢＰを用いた場合、ＭＡと錯化剤との反応は、次の化学式（１）で表される。

【0011】

MA³⁺ + 3NO₃ ^－ + 2BTBP → MA(NO₃)₃(BTBP)₂ …化学式（１）
ＢＴＢＰは、選択的に３価のＭＡと錯体を形成する性質を持つため、使用済燃料の再処理で発生する高レベル廃液のようなＭＡと他の元素が溶解した溶液から溶媒抽出でＭＡを回収する際、ＢＴＢＰを用いれば選択的にＭＡを回収することができる。ランタノイド元素（Ｌｎ）は、溶液中で３価のカチオンになることが多い。また、ＭＡのうちＡｍやＣｍは、同じ３価のカチオンで溶解する。このように溶存形態が似ているため、ＭＡとＬｎの分離は難しいとされている。このような事情があるため、ＢＴＢＰは、ＭＡとＬｎの高い分離性を持っている点で注目されている。

【0012】

非特許文献１には、ＢＴＢＰの抽出性能が記載されている。

【0013】

特許文献２には、高レベル放射性廃液に含まれるマイナーアクチノイドを抽出液に移動させ、マイナーアクチノイドを含む抽出液に含まれる核分裂生成物を洗浄液に移動させるマイナーアクチノイドの分離方法であって、抽出液は、マイナーアクチノイドと錯体を形成する錯化剤を含み、錯化剤及びマイナーアクチノイドの供給速度を調整する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【文献】特開平９－８０１９４号公報

【文献】特開２０１８－６３１９８号公報

【非特許文献】

【0015】

【文献】Panak P. J., Geist A.: Complexation and Extraction of Trivalent Actinides and Lanthanides by Triazinylpyridine N-Donor Ligands. Chem. Rev. 2013 Jan; 113: 1199-1236

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

非特許文献１に記載のＢＴＢＰの抽出性能等から、核分裂生成物（ＦＰ）及びマイナーアクチノイド（ＭＡ）の分配比を算出すると、ＭＡを抽出して回収すべく用いている抽出剤にＦＰが混入し濃縮してしまうという問題があることがわかった。

【0017】

特許文献１及び２においては、ＦＰの濃縮の問題は考慮されていない。

【0018】

本発明は、マイナーアクチノイド及び核分裂生成物を含む溶液から溶媒抽出によりマイナーアクチノイドを回収する場合に、抽出工程における核分裂生成物の濃縮を抑制するとともに、マイナーアクチノイドの回収率を高めることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0019】

本発明のマイナーアクチノイドの分離方法は、マイナーアクチノイド及び核分裂生成物を含む溶液から、有機相を構成する抽出剤を用いて、マイナーアクチノイドを回収する方法であって、主としてマイナーアクチノイドを抽出して回収する最初の抽出工程と、マイナーアクチノイドを更に抽出して回収する後段の抽出工程と、を有し、抽出剤には、核分裂生成物よりもマイナーアクチノイドが分配されやすく、最初の抽出工程におけるマイナーアクチノイドの分配比は、後段の抽出工程におけるマイナーアクチノイドの分配比と異なる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、マイナーアクチノイド及び核分裂生成物を含む溶液から溶媒抽出によりマイナーアクチノイドを回収する場合に、抽出工程における核分裂生成物の濃縮を抑制するとともに、マイナーアクチノイドの回収率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明のマイナーアクチノイドの分離方法の一例を示すフローチャートである。

【図2】本発明のマイナーアクチノイドの分離装置の一例を示す模式構成図である。

【図3】マイナーアクチノイドの分離に用いる抽出剤濃度と分配比との関係の一例を示す表である。

【図4】多段向流抽出の概要を示す模式構成図である。

【図5】本発明の効果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明は、使用済燃料の成分をウラン及びプルトニウム、マイナーアクチノイド、核分裂生成物に分別する方法、すなわち、マイナーアクチノイドを分離する方法に関する。

【0023】

はじめに、本発明の課題について図面を用いて説明する。

【0024】

図３は、非特許文献１に記載のＢＴＢＰの抽出性能、上記化学式（１）等に基づいて算出した分配比の例を示したものである。ここで、分配比とは、溶媒抽出が平衡した状態における有機相と水相との元素濃度の比をいい、抽出性能の指標として用いられる値である。

【0025】

ＭＡ濃度の高い使用済燃料からのＭＡ回収を想定する。再処理工程の高い硝酸濃度として、４Ｍを想定する。これに対応する抽出剤濃度は、５０ｍＭに設定する。ここで、抽出剤濃度とは、抽出剤に含まれる錯化剤の濃度をいう。

【0026】

本図に示すように、抽出剤濃度５０ｍＭの場合、Ａｍの分配比（Ｄ_Ａｍ）は３００、ランタノイドの代表としてユーロピウム（Ｅｕ）の分配比（Ｄ_Ｅｕ）は３である。なお、ここでは、ＦＰの代表として、ランタノイドであるＥｕの分配比を示している。このように、Ａｍは、ランタノイドよりもかなり抽出されやすい。Ｄ_Ａｍが３００の場合、１回のバッチ抽出により９９．７％のＡｍを回収できる計算となる。一方、Ｄ_Ｅｕが３の場合、１回のバッチ抽出により７５％のランタノイドが抽出されてしまう計算となる。

【0027】

本図においては、抽出剤濃度を１０ｍＭとした場合についても記載している。この場合、Ｄ_Ａｍは１０、Ｄ_Ｅｕは１である。

【0028】

図４は、溶媒抽出で一般に用いられる多段向流抽出の概要を示したものである。通常、抽出工程は、回収率を高めるために多段化する。

【0029】

本図においては、抽出段が３段の構成となっている。図中右側から抽出剤（有機相）を流し、図中左側からＭＡ・ＦＰ溶液（水相）を流す。そして、有機相と水相とが接触し、水相に含まれていたＭＡが有機相に移動し、回収ＭＡ溶液として回収される。一方、分配比が相対的に低いＦＰは、水相に残りやすく、廃液となる。

【0030】

図５は、抽出工程を多段化した場合におけるＦＰの濃縮倍率について示したものである。縦軸にＭＡの回収率、すなわちＭＡ・ＦＰ溶液に含まれるＭＡのうち回収ＭＡ溶液に回収されたＭＡの比率をとり、横軸にＦＰ濃縮倍率をとっている。ＦＰ濃縮倍率は、ＭＡ・ＦＰ溶液の初期ＦＰ濃度に対する平衡状態の有機相における最大ＦＰ濃度の割合を倍率で示したものである。なお、ここではＦＰはランタノイドとして評価している。初期のＭＡ濃度およびＦＰ濃度はともに２０ｍＭと想定して評価した。

【0031】

本図においては、抽出剤濃度が５０ｍＭの場合の評価結果を●印で示している。△印は、後述の抽出剤濃度１０ｍＭの場合の評価結果を示している。

【0032】

本図から、●印で示す５０ｍＭの場合、多段化することでＭＡの回収率は向上する一方、ＦＰの濃縮倍率も上昇することがわかる。ＦＰの濃縮倍率は、２段目で約２倍、３段目で約３．５倍となっている。抽出プロセスにおいて濃縮によりＦＰ濃度が上昇することは、ＦＰを含む沈殿の生成や、ＭＡへのＦＰの混入量の増加の観点から好ましくない。

【0033】

以下、本発明の実施形態の概要について説明する。

【0034】

図３に示すように、ＭＡ濃度が高い場合は、ＭＡの回収率を高くする観点からは、抽出剤濃度を５０ｍＭ程度と高く設定することが望ましい。

【0035】

一方、図３に示すとおり、抽出剤濃度が１０ｍＭの場合は、Ｄ_Ａｍは１０、Ｄ_Ｅｕは１であり、１回のバッチ抽出当たりのＡｍ及びＥｕの回収率はそれぞれ、９０％、１０％である。このように、溶媒抽出における分配比の値は、抽出剤濃度とともに変化する。

【0036】

抽出剤濃度が１０ｍＭの場合、Ｄ_Ｅｕは１であり、ＦＰの濃縮の問題は生じない。

【0037】

しかし、抽出剤濃度が１０ｍＭの場合、ＭＡの回収率は、抽出剤濃度が５０ｍＭの場合に比べて低くなる。ＢＴＢＰは、Ａｍと２：１で錯体を形成すると報告されている。このため、抽出剤濃度が１０ｍＭの場合、抽出時の有機相と水相の体積比を標準的な１：１の条件にする場合は、最大で５ｍＭのＭＡしか回収することができない。

【0038】

このように、抽出剤濃度を低下させると、選択的にＭＡを回収できる抽出条件が見出せる一方、適用可能なＭＡ濃度の範囲が狭まる。

【0039】

本発明者は、この観点に基づき、抽出剤濃度が異なる２つの抽出工程を用いたＭＡの回収方法を案出した。

【0040】

具体的には、ＭＡおよびＦＰを含む溶液に対して、まず、抽出剤濃度が相対的に高い第一抽出工程（最初の抽出工程）においてＭＡを荒取りし、次いで、第一抽出工程から排出されるＭＡ濃度の低下した溶液に対して抽出剤濃度が相対的に低い第二抽出工程（後段の抽出工程）でＭＡを更に回収する。第一抽出工程では、抽出されやすいＭＡが主に抽出され、有機相がＭＡで飽和するため、ＦＰは抽出されにくくなる。第二抽出工程では、抽出剤濃度が低いため、そもそもＦＰが抽出されにくい。ただし、ＭＡの回収率の観点から、ＭＡの分配比は、ＦＰの分配比の５倍以上であることが望ましい。

【0041】

図５の△印は、第一抽出工程でＭＡを荒取りし、第二抽出工程を多段化する場合を示している。ＦＰの濃縮倍率は、第二抽出工程１段で約１．１倍、第二抽出工程２段で約１．２倍となっている。このような方法により、ＭＡの回収率を向上しつつ、従来に比べてＦＰの濃縮倍率を低く抑えることができる。

【0042】

上記の例は、抽出剤濃度の異なる２つの抽出工程を用いる場合を示したものである。さらに、抽出剤濃度の異なる３つ以上の抽出工程を用いてもよい。上述のように、抽出工程ごとに抽出段を多段化してもよい。

【0043】

まとめると、望ましい実施形態は、次のようになる。

【0044】

最初の抽出工程におけるマイナーアクチノイドの分配比は、後段の抽出工程におけるマイナーアクチノイドの分配比よりも高いことが望ましい。

【0045】

後段の抽出工程における核分裂生成物の分配比は、最初の抽出工程における核分裂生成物の分配比よりも低いことが望ましい。

【0046】

最初の抽出工程におけるマイナーアクチノイドの分配比は、後段の抽出工程におけるマイナーアクチノイドの分配比よりも高いことが望ましい。

【0047】

最初の抽出工程及び後段の抽出工程におけるマイナーアクチノイドの分配比は、１以上であることが望ましい。

【0048】

後段の抽出工程における核分裂生成物の分配比は、１以下であることが望ましい。

【0049】

マイナーアクチノイドの分配比は、マイナーアクチノイドの回収率の観点から、核分裂生成物の分配比の５倍以上であることが望ましい。

【0050】

最初の抽出工程及び後段の抽出工程で用いる抽出剤が同種の錯化剤を含む場合、この錯化剤の濃度は、最初の抽出工程の方が後段の抽出工程よりも高いことが望ましい。

【0051】

最初の抽出工程及び後段の抽出工程で用いる抽出剤が同種の錯化剤を含む場合、最初の抽出工程で用いる抽出剤の錯化剤の濃度は、マイナーアクチノイド及び核分裂生成物を含む溶液のマイナーアクチノイドの濃度の２倍以上であり、後段の抽出工程で用いる抽出剤の錯化剤の濃度は、最初の抽出工程で得られる水相を構成する水溶液に含まれるマイナーアクチノイドの濃度の２倍以上であることが望ましい。

【0052】

図１は、一実施形態のマイナーアクチノイドの分離方法を示すフローチャートである。

【0053】

本図に示すように、本実施形態のマイナーアクチノイドの分離方法は、溶解工程Ｓ１０１、Ｕ・Ｐｕ回収工程Ｓ１０２、第一ＭＡ回収工程Ｓ１０３及び第二ＭＡ回収工程Ｓ１０４を含むものである。なお、第一ＭＡ回収工程Ｓ１０３は「最初の抽出工程」、第二ＭＡ回収工程Ｓ１０４は「後段の抽出工程」ともいう。後段の抽出工程は、複数の抽出工程を含むものであってもよい。

【0054】

原子力発電所から排出された使用済燃料１０は、被覆管の中に収納されているため、せん断および脱被覆がなされる。本発明では、このようにして被覆材と分けられた使用済燃料１０を回収し、溶解工程Ｓ１０１において数ｍｏｌ／Ｌの濃度の硝酸に溶解させる。

【0055】

次に、Ｕ・Ｐｕ回収工程Ｓ１０２では、この硝酸溶液からピューレックス法によりＵ及びＰｕが回収される。この結果、ＭＡおよびＦＰを溶解したＭＡ・ＦＰ溶液１１が残液として残る。

【0056】

第一ＭＡ回収工程Ｓ１０３では、このＭＡ・ＦＰ溶液１１から第一抽出剤１２および第一洗浄液１３を用いて溶媒抽出法で選択的にＭＡを荒取りする。これにより、第一ＭＡ回収工程Ｓ１０３においては、ＭＡの抽出液である第一回収ＭＡ溶液１４が回収される。

【0057】

一方、ＭＡが荒取りされたＭＡ・ＦＰ残液１５は、第二ＭＡ回収工程Ｓ１０４に送られる。第二ＭＡ回収工程Ｓ１０４では、このＭＡ・ＦＰ残液１５から第二抽出剤１６および第二洗浄液１７を用いて溶媒抽出法で選択的にＭＡを回収する。これにより、第二ＭＡ回収工程Ｓ１０４においては、ＭＡの抽出液である第二回収ＭＡ溶液１８が回収され、ＭＡが除かれた廃液１９が排出される。廃液１９にはＦＰが含まれるため、例えばガラス固化体にされて処分される。

【0058】

次に、第一ＭＡ回収工程Ｓ１０３及び第二ＭＡ回収工程Ｓ１０４に対応する２つの抽出段について説明する。

【0059】

図２は、本実施形態の多段向流抽出方式の抽出装置を示したものである。

【0060】

本図に示すように、抽出装置は、第一抽出剤１２を用いる第一抽出段５及び第一洗浄段６、並びに第二抽出剤１６を用いる第二抽出段７及び第二洗浄段８で構成されている。

【0061】

本図においては、第一抽出段５の左から第一抽出剤１２を、第一抽出段５の右からＭＡ・ＦＰ溶液１１を、第一洗浄段６の右から第一洗浄液１３を供給する。これにより、有機相と水相とが互いに逆方向に流通していく。

【0062】

ＭＡ・ＦＰ溶液１１に含まれるＭＡの大半は、第一抽出段５において有機相に移行し、第一洗浄段６で第一洗浄液１３と接触しながら通過して、第一回収ＭＡ溶液１４として第一洗浄段６から排出される。ＭＡ・ＦＰ溶液１１に含まれるＭＡ以外の不純物元素は、第一抽出段５では有機相にほとんど移行しない。ＭＡ以外の不純物元素は、水相にわずかに残存するＭＡとともにＭＡ・ＦＰ残液１５として第一抽出段５から排出される。

【0063】

そして、ＭＡ・ＦＰ残液１５は、第二抽出段７に送られ、第一抽出段５と同様に処理される。すなわち、ＭＡ・ＦＰ残液１５に含まれるＭＡは、第二抽出段７において有機相に移行し、第二洗浄段８で第二洗浄液１７と接触しながら通過して、第二回収ＭＡ溶液１８として第二洗浄段８から排出される。ＭＡ・ＦＰ残液１５に含まれるＭＡ以外の不純物元素は、第二抽出段７では有機相にほとんど移行しない。ＭＡ以外の不純物元素は、水相にわずかに残存するＭＡとともに廃液１９として第二抽出段７から排出される。

【0064】

本実施形態においては、第一抽出剤１２の濃度は、第二抽出剤１６の濃度よりも高くする。

【0065】

具体的には、第一抽出段５で用いる第一抽出剤１２の濃度は、モル基準（以下同じ。）で、マイナーアクチノイド及び核分裂生成物を含む水溶液（ＭＡ・ＦＰ溶液１１）のマイナーアクチノイド濃度の２倍以上の濃度であり、第二抽出段７で用いる第二抽出剤１６の濃度は、第一抽出段５から排出されるマイナーアクチノイド及び核分裂生成物を含む水溶液（ＭＡ・ＦＰ残液１５）のマイナーアクチノイド濃度の２倍以上の濃度とする。例えば、ＭＡ・ＦＰ溶液１１中のＭＡ濃度が２０ｍＭの場合は、第一抽出剤１２の濃度を５０ｍＭ、第二抽出剤１６の濃度を１０ｍＭとすることが望ましい。

【0066】

図５の△印は、図１の第一ＭＡ回収工程Ｓ１０３の抽出段を１段とし、第二ＭＡ回収工程Ｓ１０４の抽出段を１段若しくは２段とした場合を示している。ここで、第二ＭＡ回収工程Ｓ１０４の抽出段の２段目は、１段目から排出された水相について再度第二ＭＡ回収工程Ｓ１０４と同様の処理をするものである。

【0067】

●印の場合と比較すると、△印の場合、有機相におけるＦＰ濃縮倍率の増加を抑制しつつ、ＭＡの回収率を向上することができることがわかる。

【0068】

なお、第一抽出剤１２及び第二抽出剤１６は、有機溶媒に錯化剤を溶解させた溶液である。有機溶媒としては、オクタノール、ドデカン、シクロヘキサノン、リン酸トリブチル、及びこれらの有機溶媒を１種以上含む混合溶液が使用できる。錯化剤としては、窒素を配位子とする錯化剤を使用する。具体的には、ピリジンもしくはフェナントロリン等を構造中に含む錯化剤であり、上述のＢＴＢＰや、2,9-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-1,10-phenanthroline、4-tert-butyl-6,6’-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-2,2’-bipyridine、2,9-bis(5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo-1,2,4-triazin-3-yl)-5-tert-butyl-1,10-phenanthrolineなどが望ましい。

【0069】

第一洗浄液１３及び第二洗浄液１７は、低濃度の硝酸である。

【0070】

本発明によれば、抽出剤濃度が相対的に高い第一抽出工程においてＭＡを荒取りし、次いで第一抽出工程から排出されるＭＡ濃度の低下した溶液に対して抽出剤濃度が相対的に低い第二抽出工程でＭＡを更に回収することで、抽出プロセス中のＦＰの濃縮を抑制しつつ、かつ高い回収率で、ＭＡ及びＦＰを含む溶液からＭＡを回収することができる。

【符号の説明】

【0071】

Ｓ１０１：溶解工程、Ｓ１０２：Ｕ・Ｐｕ回収工程、Ｓ１０３：第一ＭＡ回収工程、Ｓ１０４：第二ＭＡ回収工程、５：第一抽出段、６：第一洗浄段、７：第二抽出段、８：第二洗浄段、１０：使用済燃料、１１：ＭＡ・ＦＰ溶液、１２：第一抽出剤、１３：第一洗浄液、１４：第一回収ＭＡ溶液、１５：ＭＡ・ＦＰ残液、１６：第二抽出剤、１７：第二洗浄液、１８：第二回収ＭＡ溶液、１９：廃液。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】