原子力システム　研究開発事業　成果報告会資料集

乾式再処理廃塩からのマイナーアクチニド回収に関する研究開発

１．研究開発の背景とねらい

　本事業では、乾式再処理技術で発生する廃塩から、マイナーアクチニドを回収し高速炉の燃料に用いるアクチニドリサイクル及び希土類元素等の核分裂生成物を取り除き塩の再利用を可能とした、燃料の有効利用及び廃棄物の大幅な減容による環境負荷低減に資するため、廃塩からの核分裂生成物、マイナーアクチニドの除去技術及び高純度マイナーアクチニド回収技術の成立性検討を実施している。
　我々が提案している方法は、乾式再処理技術の廃塩処理及びマイナーアクチニドの分離・回収に湿式分離の概念を応用するものである。提案する分離システム全体の概念図を図1に示す。乾式再処理でウラン及びプルトニウムの回収を行なった後に発生する廃塩を溶解させ、その溶液をピリジン樹脂が充填されたカラムに通すことにより、廃塩からSr, 希土類元素(RE)、マイナーアクチニド(MA)を分離し、LiCl-KClを精製すると共に、マイナーアクチニドを希土類元素等から分離して、回収するものである。分離に用いた溶液は回収して再利用し、ピリジン樹脂は何度でも用いることが可能であることから、廃棄物の発生量が極めて少ないと考えられ、このことは重要な特徴である。また、本法は樹脂を用いることから、比較的コンパクトなプラント設計が可能となると予想される。本法は分離媒体としてピリジン樹脂を用いる。ピリジン樹脂は図2に示すように、六員環の中に窒素が一つ入った構造を持っており、この構造が物理的また化学的に重要な特長を持たせている。物理的には耐放射線性の強さであり、その構造より放射線により結合が切られ窒素が外れることが少ない。特に塩酸溶液系での耐放射線性は強く、10MGyのCo-60のγ線照射でも放射線の影響による吸着容量の低下が5%程度であり、極めて強い耐放射線を示す。化学的には、ピリジン基はソフトドナー抽出剤としての機能と弱塩基性員イオン交換樹脂の機能を持っている。その結果、この二つの機能を有効に活用することによって、本法での目的が達成できると考えている。つまり、ソフトドナー抽出剤の機能を用いることにより、化学的性質の類似したマイナーアクチニド(MA(III))と希土類元素(RE)を分離することができ[2]、またイオン交換の機能により、乾式再処理で用いるアルカリ金属塩のLi,KとSrや希土類元素を分離することが可能となるのである。
　今回は平成１９年度に得られた、塩酸-メタノール混合溶液によるMA分離、アルカリ金属塩化物水溶液中のイオンのピリジン樹脂への吸着挙動、平成２０年度に得られた模擬廃塩からのMA回収試験結果について記述する。

２．研究開発成果

　MAを含む模擬廃塩試料を用い、塩酸-メタノール混合溶液(塩酸:メタノール=7.5:2.5)で溶解させた試料を樹脂高10cm(樹脂体積8ml)のカラムを通して分離試験を行った結果を図3に示す。図3を見るとMAはCs, REと完全に分離できることが確認できる。

次にアルカリ金属塩水溶液として10M塩化リチウム水溶液を溶離液として用いたアルカリ金属(AM: Rb, Cs)、アルカリ土類金属(AE: Sr, Ba)、REのピリジン樹脂への吸着挙動の例を図4に示す。また図5にカラム体積（及び高さ）を1/5とし、溶離条件を同じとした時のMAの吸着挙動について示す。図4,5の結果からアルカリ金属水溶液ではAM, AE, RE, MAの順に溶離することが確認された。この順番は塩酸-メタノール混合溶液系と同じ振る舞いであった。ただ、REの中の元素溶離順については塩酸-メタノール混合溶液での順序と逆に軽い元素から溶離する結果が得られた。この結果はピリジン樹脂が配位子機能とイオン交換機能を持つことに由来し、溶液組成によりこの機能の発現が違うことから生じるものであると考えられる。
　最後に模擬廃塩を用いた廃塩処理・MA回収試験の最近得られた結果を示す。廃塩処理・MA回収の概念は図6に示すように廃塩の水溶液を着点し、塩酸-メタノール溶液で展開してLiCl-KCl塩を生成し、最後に水でMAを洗い流して回収するというものである。MA含有模擬廃塩を用いて行なった結果が図7に示すものであり、この結果はMA回収が完全に行なわれていることを示している。LiCl-KCl精製については更なる検討を行なう予定である。

３．今後の展望

　本事業は、平成18年度からの3年間の事業であり、今年度は最終年度に当たる。模擬廃塩を用いた分離実証試験を実験室レベルではあるが行い、廃塩処理・回収技術の最適化を行なうと共に将来のプラント概念を提案する予定である。