機能性ポリマーの相転移現象に基づく無廃棄物型レアメタルリサイクル技術

塚原 剛彦*; 佐賀 要*; 鈴木 英哉*; 松村 達郎

クリーンテクノロジー, 29(12), p.4 - 7, 2019/12

レアメタルは不可欠な資源として重要であり、安定した供給が課題となっている。そのため、リサイクル技術の開発が進められている。しかし、既存の方法はコストや廃棄物、火災爆発の危険性などの問題があり、飛躍的な展開は望めないことから、これまでの分離概念にとらわれない開発が求められている。温度応答性ポリマーポリ-N-イソプロピルアクリルアミド(PolyNIPAAm)と疎水性抽出剤を応用し、温度変化のみで水溶液中で金属錯体を内包したポリマーゲルの生成と再溶解を可逆的に制御が可能であることを見出し、これをレアメタルの分離回収へ適用することを検討した。この相転移現象を利用した水系抽出法は、有機溶媒や固体吸着材を一切用いず、煩雑な固液分離も行うことなく、適切な抽出剤を投入して38C程度に暖めるだけで、廃液中から金属イオンを直接回収することが可能である。本稿で紹介した希土類イオンのみならず、白金族元素やアクチノイド元素(ウラン, アメリシウム, キュリウム等)の分離回収にも成功している。抽出から逆抽出までの全工程が水系で完結し、繰り返し利用も可能であるため、環境負荷低減に資する新しい分離法として期待される。

種々の炉心概念に関するMA消滅特性の整理

大木 繁夫; 岩井 武彦*; 神 智之*

JNC TN9400 2000-080, 532 Pages, 2000/03

JNC-TN9400-2000-080.pdf:14.98MB

実用化戦略調査研究で検討対象となっている冷却材及び燃料形態の異なる高速炉について、実用化高速炉の資源有効利用性及び環境負荷低減性を評価するための基礎データを得るために、マイナーアクチニド核種(Minor Actinide nuclides,MA)の消滅特性解析を行った。対象炉心は、1)ナトリウム冷却酸化物燃料炉心、2)鉛冷却窒化物燃料炉心(BREST-300)、3)炭酸ガス冷却酸化物燃料炉心(ETGBR)、4)鉛冷却酸化物燃料炉心、5)ナトリウム冷却窒化物燃料炉心(Heボンド、Naボンド)、6)ナトリウム冷却金属燃料炉心である。冷却材及び燃料形態とMA消滅特性の関係について次の結果が得られた。・MA変換率には燃料形態に関して「酸化物金属窒化物」の大小関係が見られる。窒化物燃料及び金属燃料は酸化物燃料に比べ中性子束レベルが高くなることがMA変換率向上の主要因である。・冷却材種別に関してはMA変換率に「鉛ナトリウム炭酸ガス」の関係が見られたが、これらの炉心間では炉出力等の炉心基本特性、炉心設計思想が統一されていないことから、違いが冷却材に起因するのか炉心設計に起因するのか明らかでない。・上述の燃料形態及び冷却材の違いによるMA消滅特性の変化度合いは比較的小さい。

MA分離変換技術の有効性向上のための柔軟な廃棄物管理法の実用化開発,4; 模擬HLW顆粒体の再溶解性

松村 達郎; 石井 翔*; 鈴木 晶大*; 水迫 文樹*

no journal, , 

MA分離変換技術の有効性向上のため、技術確立までの期間、HLLWを安定かつ再生可能な顆粒体で貯蔵する柔軟な廃棄物管理法に関する実用化開発を進めている。HLW顆粒体は、貯蔵後に再溶解しMA分離変換技術によって処理される。顆粒体の再溶解時の各元素の挙動は、再溶解液へのMA分離技術の適用性の評価及びシステム全体のMA回収率に対して重要となる。本報告では、模擬高レベル廃液を300Cにて仮焼した模擬HLW仮焼体を硝酸溶解し、その元素毎の溶解性を評価した。その結果、Ndはほとんどが溶解し、Ceについても残渣への移行割合は1%未満であった。このことから、MAの残渣への残留率は小さい可能性がある。今後、アルカリ廃液や使用済燃料溶解時の不溶解残渣が混在した組成を模擬した溶液を使用するとともに、仮焼体作成時の温度条件、酸溶解条件をパラメータとし、必要に応じて実MAを用いた試験によって再溶解性に関する知見を得るとともに再溶解液へのMA分離技術の適用性評価を行う。

MA分離変換技術の有効性向上のための柔軟な廃棄物管理法の実用化開発,19; 顆粒体再溶解時のAm, Cm, Npの再廃液化挙動

松村 達郎; 石井 翔*; 鈴木 晶大*

no journal, , 

将来確立する分離変換技術への適用を目指し、高レベル廃液を乾燥・か焼・顆粒化し貯蔵する柔軟な廃棄物管理法の実用化開発を進めている。高レベル廃液の顆粒体は一時貯蔵され、分離変換技術の確立後に再溶解してMA分離プロセスに供給される。再溶解時に生じる不溶解残渣に移行するMAの割合によっては、不溶解残渣を溶解してMAを回収する必要が生じることから、再溶解時のMAの移行挙動は重要な情報である。そこで、MAトレーサーを添加した模擬HLWか焼体粉末の再溶解試験を実施し、再溶解時の移行挙動について評価を行った。その結果、MAはほぼ希土類元素と同様な挙動を示し、不溶解残渣に残留する割合は十分に低いことを確認した。

MA分離変換技術の有効性向上のための柔軟な廃棄物管理法の実用化開発,27; 優れた全体システムのための顆粒体か焼温度の選定

鈴木 晶大*; 遠藤 洋一*; 深澤 哲生*; 室屋 裕佐*; 松村 達郎; 稲垣 八穂広*; 有馬 立身*

no journal, , 

現行再処理廃液をか焼・顆粒化して将来MA分離変換技術が確立するまで貯蔵する柔軟な廃棄物管理法の実用化開発を進めている。顆粒体製造時のか焼温度は、主なMAの酸化安定化がなされる300Cから、廃液乾固物のほとんどが酸化物化する900Cの範囲での設定を検討しているが、顆粒体の酸化物/硝酸塩比は、製造, 保管, 分離工程前の再廃液化といったシステム全体にわたって影響を及ぼす。そこで、廃棄物顆粒体の製造条件に応じて物理・化学特性の異なる6種の顆粒体を適用したシステム案の優劣を、安全性, 経済性, 環境負荷低減効果の観点から比較評価した。その結果、600Cでか焼した顆粒体を用いた柔軟な廃棄物管理システムが優れていることがわかった。