超臨界流体におけるウラン錯体の安定性と乾式回収技術の効率化(先行基礎工学研究に関する共同研究報告書)

Stability of Uranium Complexes in Supercritical Fluids and their Effective Recovery(The joint research report about precedence basic engineering research)

冨安 博*; 野村 光生; 山崎 斉; 林原 健一

Tomiyasu, Hiroshi*; Nomura, Mitsuo; Yamazaki, Hitoshi; Hayashibara, Kenichi

本研究は、ウランを含むNaFおよびCaF2廃棄物(以後NaFおおびCaF2廃棄物と呼ぶ)から二次廃棄物を作ることなくウランを回収する技術を開発することを目的として始められた。ウランの回収は完全で、最終的に回収したNaFおよびCaF2を再利用するものとする。この目的を達成するため、先ず、超臨界CO2を用いる方法を試みた。抽出剤としては、TBPが一般的であるが、二次廃棄物を作らないことの前提があるため、TBPに代わる抽出剤の使用を検討した。TBPには必ずりん廃棄物の問題が生じるからである。様々な抽出剤の中でも、超臨界CO2への溶解度、ウランに対する選択性等を考慮してアセチルアセトンを使用することにした。実験の結果、アセチルアセトンがTBPよりも強い配位能力を有することが分かった。超臨界二酸化炭素とアセチルアセトンによる混合流体を用い、硝酸ウラニル中からウランの回収が可能であることを確認した。実際に、アセチルアセトンを含む超臨界CO2を用い、NaF廃棄物からウランを回収する実験を試みた。その結果、ウランの一部は溶媒中に回収されたが、大部分は廃棄物中に留まった。これは、ウランがフッ化物と強く結合し、しかもNaFの内部に侵透しているため、表面の洗浄では完全なウラン回収は不可能であることを意味する。そこで、ウランを完全に回収することを目指し、以下に示す新たな実験を試みた。最初に、廃棄物を熱湯水に溶解する。この水溶液にNaOHを加え、ウランを加水分解種の沈殿として分離した。この操作によりウランを99.9%以上回収することができる。ウラン分離後、溶液に少量のエタノールを加える。この操作によりNaFを粉末として回収した。結論として、NaFおよびCaF2廃棄物では、ウランはフッ化物と強力に結合しているため、超臨界二酸化炭素を用いた乾式回収は極めて困難である。しかし、廃棄物を一旦熱湯に溶解する湿式処理により、ウランをほぼ完全に回収し、NaFも純粋な粉末として高収率で回収することができた。この際、回収したウランは加水分解種として水分を含んでいるが、これを水あるいはエタノールに分散させ、溶液を超臨界状態にすると、ウランは、それぞれ、U3O8あるいはUO2として安定化させることができる。

This study has been performed to establish a method to recover uranium from uranium containing NaF and CaF2 wastes without forming any secondary wastes. For this purpose the use of supercritical carbon dioxide was primarily considered. Although TBP has been generally used with supercritical carbon dioxide to extract uranium, the use of TBP was ruled out in the present study because of the formation of secondary wastes due to phosphorous oxides. Among a variety of ligands, we have choused acetylacetone as a ligand for the extraction of uranyl ion. Acetylacetone is a strong chelate ligand, which dose not gives any solid residual after vaporization. As a matter of fact, our experimental result indicates that acetylacetone is a stronger ligand for uranyl ion compared with TBP., because uranyl TBP complex is replaced by acetylacetonate resulting in the formation of acetylaetonate complex. Experiments were carried out to recover uranium from the NaF waste by use of supercritical carbon dioxide containing acetylacetone, and it was found that uranium was only partly extracted to carbon dioxide phase. This might be attributed to the strong uranium fluoride complexes and also to the distribution of uranium to the inside of NaF pellets. In order to recover uranium from the NaF waste, another method was also carried out as follows: dissolve NaF waste by hot water, then add NaOH to the solution as to form the precipitation of uranium hydrolyzed species, where uranium can be recovered at high yield using centrifugation, and finally the addition of ethanol yields the NaF powder. In conclusion, the recovery of uranium from fluoride wastes seems to be difficult by the method using supercritical carbon dioxide; however, we have established a new method to recover both uranium and NaF in high yield.