Mechanistic elucidation of platinum group metal separation by aluminum hexacyanoferrate in nitric acid systems

中瀬 正彦*; 中沢 亮太*; 三島 理愛

Next Chemical Engineering (Internet), 2, p.100051_1 - 100051_14, 2026/06

https://doi.org/10.1016/j.nxcen.2026.100051

The separation of Platinum Group Metals (PGMs) is critical across various fields, including industrial metal recovery and nuclear waste management. This study rigorously examines the separation mechanisms of PGMs using Aluminum Hexacyanoferrate (AlHCF) by employing some analytical techniques. The mechanism involves not only simple adsorption but also the dissolution of AlHCF, leading to PGM ion precipitation and elution of components, as well as adsorption onto the AlHCF surface. We conducted X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), X-ray absorption fine structure (XAFS), and pair distribution function (PDF) to thoroughly investigate the structural and chemical changes in AlHCF and FeHCF before and after PGM adsorption. Our findings reveal that Pd ions replace Fe in AlHCF, preserving the ferrocyanide framework and the adsorption of Ru and Rh. In contrast, Ru and Rh adsorption results in broadened XRD pattern without initial AlHCF structure, suggesting the formation of amorphous precipitates through complexation with dissolved ions. By detailing these mechanisms, this study highlights the efficacy of AlHCF as a PGM separation agent and offers valuable insights for the improvement of useful metal recovery processes.

Sorption properties of aluminum hexacyanoferrate for platinum group elements

三島 理愛; 稲葉 優介*; 立岡 壮太郎*; 針貝 美樹*; 渡邊 真太*; 尾上 順*; 中瀬 正彦*; 松村 達郎; 竹下 健二*

Chemistry Letters, 49(1), p.83 - 86, 2020/01

https://doi.org/10.1246/cl.190741

使用済燃料の再処理で生じる高レベル放射性廃液を最終処分するにあたり質の良いガラス固化体に成型するためには、白金族元素(PGM)を分離することが重要である。新たな収着材としてフェロシアン化アルミニウム(AlHCF)を合成し、濃硝酸中におけるPGM収着挙動を調べた。その結果、硝酸によりAlHCFが顕著な溶出をすることがわかった。同様にPGMであるRhの単成分溶液においてもAlHCFが溶出しRh収着が確認されなかった。しかしPd単成分溶液においてはPd収着が確認でき、AlHCFは大きく溶出せず構造が安定化した。そこでPdとRhが共在する二成分系溶液での収着試験を行ったところPd収着によりAlHCFの構造が保たれRhは収着された。また、Pd収着量とAlとFeの溶出量について、AlとFeの溶出比はAlHCF中の元素比と一致しなかったがその理由としてFeの再収着が考えられ新しい構造の形成が示唆された。AlHCFによるPGMの収着メカニズムは、単純なイオン交換だけでなく酸化還元反応と収着速度論も重要な法則である。この収着と溶出の挙動を理解することがAlHCFのPGM収着性能向上に役立つ。

HTTR原子炉格納容器の全体漏えい率試験

近藤 雅明; 関田 健司; 江森 恒一; 坂場 成昭; 君島 悟; 黒羽 操; 野地 喜吉; 青野 哲也; 早川 雅人

JAEA-Testing 2006-002, 55 Pages, 2006/07

JAEA-Testing-2006-002.pdf:6.36MB

原子力機構では、高温工学試験研究炉(HTTR)の原子炉格納容器(CV)バウンダリの気密性の確認を目的として、JEAC4203-2004「原子炉格納容器の漏えい率試験規程」に準拠し、CV全体漏えい率試験(A種試験)を実施している。A種試験は、一般に、原子炉冷却材圧力バウンダリをCV内雰囲気に開放して実施する。しかしヘリウムガスを原子炉冷却材とするHTTRでは、圧力バウンダリを開放できないため、これを閉鎖したままA種試験を実施するという方法を確立し、採用している。また、HTTRでは、CV漏えい率試験データ収録処理装置を開発したが、近年、より高精度,高信頼度の計測処理能力をもたせ、試験状態の監視機能の強化を図るなどの改良を加えて、本試験をより確実に実施できるようにした。この他、平成16年にJEAC4203が改定されたことを受けて、試験時に適用するCVバウンダリ構成の見直しを行い、さらには、CV内温度測定用検出器の校正方法を改善するなど、試験方法の改善に努めている。本報では、HTTRのCV全体漏えい率試験について、漏えい率の評価方法,試験の実施体系及び実施手順等を中心に記述するとともに、これまでの試験経験を踏まえて、今後、さらに効率的に試験を実施していくうえで有効と考えられる課題についてまとめている。

高レベル放射性廃液ガラス固化体の高品質・減容化のための白金族元素高収着能を有するシアノ基架橋型配位高分子材料の開発,10; フェロシアン化アルミニウムの白金族元素に対する収着性能評価

三島 理愛; 立岡 壮太郎*; 稲葉 優介*; 針貝 美樹*; 松村 達郎; 渡邊 真太*; 尾上 順*; 中瀬 正彦*; 竹下 健二*

no journal, , 

日本では高レベル放射性廃液(HLLW)をガラス固化し地下深部に最終処分する方針であるが、ガラス固化処理中に発生する、HLLW中の白金族元素の析出とMoのイエローフェーズ形成が問題になっており、さらにそれら解決のための洗浄運転による発生ガラス固化体量と必要な最終処分場面積の増大も問題となる。本研究では吸着材としてフェロシアン化アルミニウム(AlHCF)に着目し、AlHCFの各種金属イオンに対する吸着挙動を解明し溶出と吸着の関係を理解することを目的に、AlHCFの合成と処理条件による吸着性能への影響と、金属イオンの吸着とAlHCFの溶出との関係を調査した。合成したAlHCFは模擬HLLWにおいて白金族元素とMoに対し吸着性能を示すことが分かった。各元素に対する吸着機構を調べるためPd単成分溶液での吸着試験を行った結果、Pd吸着過程で溶出したFeとAlの元素比は1:4となり、本来のAlHCF内のFeとAlの元素比3:4と異なることから、Pdの吸着だけでなく再吸着と安定化のメカニズムの存在が示唆された。

Adsorption study on PGM elements by AlHCF from nitric acid solution

三島 理愛; 立岡 壮太郎*; 稲葉 優介*; 針貝 美樹*; 松村 達郎; 渡邊 真太*; 尾上 順*; 中瀬 正彦*; 竹下 健二*

no journal, , 

日本では高レベル放射性廃液(HLLW)をガラス固化し地下深部に最終処分する方針であるが、ガラス固化処理中に発生する、HLLW中の白金族元素の析出とMoのイエローフェーズ形成が問題になっており、さらにそれら解決のための洗浄運転による発生ガラス固化体量と必要な最終処分場面積の増大も問題となる。本研究では吸着材としてフェロシアン化アルミニウム(AlHCF)に着目し、AlHCFの各種金属イオンに対する吸着挙動を解明し溶出と吸着の関係を理解することを目的に、AlHCFの合成と処理条件による吸着性能への影響と、金属イオンの吸着とAlHCFの溶出との関係を調査した。合成したAlHCFは模擬HLLWにおいて白金族元素とMoに対し吸着性能を示すことが分かった。各元素に対する吸着機構を調べるためPd単成分溶液での吸着試験を行った結果、Pd吸着過程で溶出したFeとAlの元素比は1:4となり、本来のAlHCF内のFeとAlの元素比3:4と異なることから、Pdの吸着だけでなく再吸着と安定化のメカニズムの存在が示唆された。

不活性母材ZrNを含む窒化物固溶体GdZrNとPdの高温反応試験,2; 生成物組成の反応温度依存性

三島 理愛; 佐藤 匠; 林 博和

no journal, , 

窒化ジルコニウム(ZrN)を不活性母材としたMA核変換用窒化物燃料の燃焼で生成する核分裂生成物(FP)元素を含む化合物の研究は、この燃料の再処理方法を検討する上で重要である。われわれはこれまでに、アクチノイド模擬物質Gdを含む窒化物固溶体GdZrNとPdの高温反応試験(1323K)において立方晶系のGdZrPd (x=0.4)が生成することを報告した。一方でDyZrNとMo-Ru-Rh-Pd合金の高温反応試験(1623K)ではZrを含まないDyPdが生成したという報告がある。本研究では生成物組成の反応温度依存性についての知見を得るため、GdZrNとPdの高温反応試験を1418-1623Kにおいて行った。GdZrNとPdをモル比4:3.1で混合成型しAr気流中で加熱した試料のXRD及びSEM-EDS測定結果から、(1)本温度範囲においても立方晶系のGdZrPdが生成し、(2)反応温度の上昇に伴いGdZrPdのGd比は増加して1623Kでx=0.6となることがわかった。