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)

冨安 博*; 野村 光生; 山崎 斉; 林原 健一

JNC TY6400 2004-004, 18 Pages, 2004/07

JNC-TY6400-2004-004.pdf:0.65MB

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。

光溶液化学反応過程の基礎研究(平成4年度東工大-動燃共同研究報告書)

和田 幸男; 冨安 博*

PNC TY8607 97-001, 60 Pages, 1997/05

PNC-TY8607-97-001.pdf:1.09MB

本報告は、平成4年度に東京工業大学原子炉工学研究所の富安研究室と動燃事業団先端技術開発室とで光化学研究関連について行った共同研究の成果報告書である。今年度の研究は、Np(V)とU(V)の不均化反応における光励起効果および硝酸と亜硝酸のアクチノイド元素との反応における光照射効果を調べた。その結果、Np(V)がNp(4)とNp(6)へ不均化反応する光励起効果は明確には確認できなかったが、Np(6)への光照射効果は確認された。U(5)の不均化反応はこの原子価の存在寿命が短いため確認することができなかった。しかし、U(4)からU(6)への光照射効果は顕著であった。また、硝酸溶液中での硝酸および亜硝酸によるアクチノイド元素の光励起反応効果は明確に判別できなかった。しかし、光照射効果は明確に確認された。

光(レーザ)の量子化学的効果と応用に関する基礎研究(平成6年度東工大-動燃共同研究報告書)

五位渕 孝幸*; 和田 幸男; 冨安 博*; 杉山 亘*

PNC TY8607 95-002, 197 Pages, 1995/05

PNC-TY8607-95-002.pdf:22.92MB

(1)光(レーザ)溶液化学基礎実験と解析評価1.硝酸溶液中のNpの光酸化還元反応及び反応メカニズム解析・硝酸溶液中のネプツニウム(V)(Np(V))の光化学的反応挙動を、様々な実験条件下において研究した。光源は、水銀ランプと半導体レーザを用い、それらの光が石英セル中の2mlのNp硝酸溶液に照射された。その試験溶液中のNp原子価の光照射時間に対応する光化学的変化は、分光光度法により測定された。これらの光化学試験の変数は、光照射強度(0.02と1.5W/cm/SUP2)、照射光の波長範囲(紫外(250-400))、可視(400-600))と980nm)、硝酸濃度(1,3M)及び添加試薬の種類(ヒドロキシルアミン+ヒドラジンと尿素)であった。これらの試験結果から、原子価調整のための定量的なNp(V)の光酸化反応制御が、UV照射強度と添加還元剤の適切な条件を選択することにより、可能であると判断された。2.Pu、Npの光化学的原子価調整とその応用性研究・ピューレックス再処理プロセスに関係して、PuとNpの混合硝酸溶液からNpを分離するため、光化学的な方法が検討された。試験溶液中のPuとNpは光照射前にヒドロキシルアミンとヒドラジンにより、Pu(III)とNp(V)に調整され、各々の濃度は1x10-4と1x10-3であった。実験は水銀ランプ光の照射強度と硝酸濃度を変化させ実施された。これらの結果から、光化学的原子価調整法は、従来のNOx法によるPu(III)の再酸化工程技術の代替技術として、またPuとNpの分離のための調整法として可能性があることが解った。さらに定量的な量子効率の解析から、再処理工程への応用性について検討した。(2)光励起種の特異性の研究 ランタノイドのポリエーテル錯体の光励起と消光過程 大環状ポリエーテルには、Merck社製(cryp221、cryp222)、Kodak社製(DBC6)および東京化成製(BC5)の試薬を用いた。錯体の合成については、まず、無水のアセトニトリルに1mmolのランタノイド(III)硝酸塩6水和物を溶解した後、モレキュラーシーブを充填したソックスレー抽出器を用いて48時間環流し、次に、無水のアセトニトリルに等molの配位子を溶解した溶液を加えた。この溶液を減容し、ジエチルエーテルなどの非極性溶媒を大過剰加えて錯体を析出させた。この錯体の合成を、可視紫外吸収および赤外吸収スペクトルにより確認した。さらに、窒素ガスレーザーフラッシュフォトリシスにより、アセトニトリル中におけるユウロピウムポリエーテル錯体の発光寿命を決定した。

Photochemical Oxidation of Neptunium(V) to Neptunium (VI) in Nitric Acid Solution Containing Reductants

和田 幸男; 森本 恭一; 五位渕 孝幸*; 冨安 博*

Journal of Nuclear Science and Technology, 32(10), p.1018 - 1026, 1995/00

https://doi.org/10.1080/18811248.1995.9731810

硝酸溶液中のネプツニウム(Np)原子価の光化学的挙動が、プルトニウム(Pu)およびウラン(U)などの他の元素から分離、または共抽出するために研究された。光源として水銀ランプが用いられ、その光が石英製の試料セル中の約2mlのNp硝酸溶液に照射された。これらの光化学試験の変数は、光照射強度、照射光の波長範囲、硝酸濃度および添加試薬の種類であった。これらの試験から、Npの光化学的挙動が解析され、水銀ランプと少量の添加試薬を使用することにより、硝酸溶液中において、Npの原子価を完全にNp(V)またはNp(VI)に、光化学的に調整できることが判明した。これらの原子価は、Npの分離又は共抽出に必要な条件である。このような、Npの光酸化、還元挙動を、詳細な実験データをもとに解析した結果を報告する。