JPH11142585A - 酸化物の金属転換法 - Google Patents
酸化物の金属転換法Info
- Publication number
- JPH11142585A JPH11142585A JP30392397A JP30392397A JPH11142585A JP H11142585 A JPH11142585 A JP H11142585A JP 30392397 A JP30392397 A JP 30392397A JP 30392397 A JP30392397 A JP 30392397A JP H11142585 A JPH11142585 A JP H11142585A
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- Japan
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- metal
- oxide
- anode
- molten salt
- uranium
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- Pending
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】金属リチウムを用いずにウラン又はプルトニウ
ム酸化物を金属に転換し、かつ金属転換とＬｉ2Ｏ の電
気分解を同時に行う。 【解決手段】金属リチウムによる酸化物の還元に替え
て、酸化物を陰極として陰極還元することにより酸化物
を金属に転換する。
ム酸化物を金属に転換し、かつ金属転換とＬｉ2Ｏ の電
気分解を同時に行う。 【解決手段】金属リチウムによる酸化物の還元に替え
て、酸化物を陰極として陰極還元することにより酸化物
を金属に転換する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は使用済酸化物原子燃
料を金属に転換した後ウランとプルトニウムを回収する
方法に関わり、特に使用済みの原子燃料を金属に転換す
るのに好適な方法に関わる。
料を金属に転換した後ウランとプルトニウムを回収する
方法に関わり、特に使用済みの原子燃料を金属に転換す
るのに好適な方法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】溶融塩中での電気分解により使用済酸化
物原子燃料よりウラン及びまたはプルトニウムを回収す
る原子燃料の再処理法については、特開平8−54493号公
報に記載がある。この方法では使用済酸化物原子燃料に
含まれるウランおよび超ウラン元素を溶融塩中で金属に
還元し、次にこの金属を陽極として電気分解することに
より固体陰極にウラン金属を、液体カドミウム陰極にウ
ランおよびプルトニウム等の超ウラン元素金属を析出さ
せてウランおよびプルトニウムを回収する。
物原子燃料よりウラン及びまたはプルトニウムを回収す
る原子燃料の再処理法については、特開平8−54493号公
報に記載がある。この方法では使用済酸化物原子燃料に
含まれるウランおよび超ウラン元素を溶融塩中で金属に
還元し、次にこの金属を陽極として電気分解することに
より固体陰極にウラン金属を、液体カドミウム陰極にウ
ランおよびプルトニウム等の超ウラン元素金属を析出さ
せてウランおよびプルトニウムを回収する。
【０００３】この方法では使用済酸化物原子燃料を金属
リチウムを飽和濃度以上含む塩化リチウムの溶融塩また
は塩化リチウムと塩化カリウムの溶融塩に浸漬し、リチ
ウム金属とウランおよび／または超ウラン元素の酸化物
と反応させてウランおよび／または超ウラン元素を金属
に転換する。この化学反応は
リチウムを飽和濃度以上含む塩化リチウムの溶融塩また
は塩化リチウムと塩化カリウムの溶融塩に浸漬し、リチ
ウム金属とウランおよび／または超ウラン元素の酸化物
と反応させてウランおよび／または超ウラン元素を金属
に転換する。この化学反応は
【０００４】
【化１】 ＵＯ2＋Ｌｉ＝Ｕ＋Ｌｉ2Ｏ …（１）
【０００５】
【化２】 ＰｕＯ2＋Ｌｉ＝Ｐｕ＋Ｌｉ2Ｏ …（２） と記述されている。この金属リチウムを用いた金属への
転換方法では金属リチウムが消費されるとともに、還元
反応を妨害するリチウム酸化物Ｌｉ2Ｏ が生成する。
転換方法では金属リチウムが消費されるとともに、還元
反応を妨害するリチウム酸化物Ｌｉ2Ｏ が生成する。
【０００６】そこで、定期的に溶融塩を電気分解してＬ
ｉ2Ｏ を金属リチウムに再転換する。このとき、好まし
くは陽極としてカーボンを用いる。電極反応は
ｉ2Ｏ を金属リチウムに再転換する。このとき、好まし
くは陽極としてカーボンを用いる。電極反応は
【０００７】
【化３】 Ｌｉ2Ｏ＝２Ｌｉ+＋Ｏ2- …（３）
【０００８】
【化４】 Ｌｉ+＋ｅ-＝Ｌｉ （陰極） …（４）
【０００９】
【化５】 ２Ｏ2-＋Ｃ＝ＣＯ2＋４ｅ-（陽極） …（５） と記述されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】以上の発明に依れば使
用済原子燃料からウラン及び／またはプルトニウムを回
収することができる。
用済原子燃料からウラン及び／またはプルトニウムを回
収することができる。
【００１１】しかしながら、上記発明は以下の２点につ
いて考慮がなされていない。第１は、金属リチウムを飽
和濃度以上含むため、過剰分の金属リチウムが溶融塩か
ら分離して、溶融塩の上に浮いてしまう。燃焼しやすい
金属リチウムが溶融塩の上に露出することは、発火や発
熱の回避のための対策を必要とし、装置を複雑にすると
ともに、保守作業量が大きくなる。第２の点は定期的に
溶融塩のＬｉ2Ｏ を電気分解しなければならず、装置の
稼働率が低下することである。
いて考慮がなされていない。第１は、金属リチウムを飽
和濃度以上含むため、過剰分の金属リチウムが溶融塩か
ら分離して、溶融塩の上に浮いてしまう。燃焼しやすい
金属リチウムが溶融塩の上に露出することは、発火や発
熱の回避のための対策を必要とし、装置を複雑にすると
ともに、保守作業量が大きくなる。第２の点は定期的に
溶融塩のＬｉ2Ｏ を電気分解しなければならず、装置の
稼働率が低下することである。
【００１２】本発明の目的は、金属リチウムの濃度が飽
和溶解度以下の溶融塩を用いて、かつ、ウランおよびプ
ルトニウムの金属転換とＬｉ2Ｏ の電気分解とを同時に
行う方法を与える酸化物の金属転換法を提供することに
ある。
和溶解度以下の溶融塩を用いて、かつ、ウランおよびプ
ルトニウムの金属転換とＬｉ2Ｏ の電気分解とを同時に
行う方法を与える酸化物の金属転換法を提供することに
ある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記の課題
を解決するため、金属リチウムによる酸化物の還元に替
えて、酸化物を陰極として陰極還元することにより、酸
化物を金属に転換する。このとき陽極は好ましくはカー
ボンを用いる。塩化リチウムを含む溶融塩にウラン及び
／またはプルトニウムの酸化物を浸漬し、該酸化物を陰
極、カーボンを陽極として電流を通じると、陰極では
を解決するため、金属リチウムによる酸化物の還元に替
えて、酸化物を陰極として陰極還元することにより、酸
化物を金属に転換する。このとき陽極は好ましくはカー
ボンを用いる。塩化リチウムを含む溶融塩にウラン及び
／またはプルトニウムの酸化物を浸漬し、該酸化物を陰
極、カーボンを陽極として電流を通じると、陰極では
【００１４】
【化６】 ＵＯ2＋４Ｌｉ+＋４ｅ-→Ｕ＋２Ｌｉ2Ｏ …（６）
【００１５】
【化７】 ＰｕＯ2＋４Ｌｉ+＋４ｅ-→Ｕ＋２Ｌｉ2Ｏ …（７） の反応により酸化物が金属に転換されるとともにＬｉ2
Ｏ が生成する。
Ｏ が生成する。
【００１６】一方陽極では
【００１７】
【化８】 ２Ｌｉ2Ｏ＋Ｃ→４Ｌｉ+＋ＣＯ2 …（８） の反応によりＬｉ2Ｏ が分解される。陰極と陽極の間の
電圧を次第に大きくしていくと、電流は初めは次第に大
きくなるが、ある値で飽和し上限に達する。陽極に流れ
る電流の上限はＬｉ2Ｏ が拡散によって陽極に達する速
度に支配されるので、Ｌｉ2Ｏ の濃度が高いほど陽極に
流れる電流は大きい。
電圧を次第に大きくしていくと、電流は初めは次第に大
きくなるが、ある値で飽和し上限に達する。陽極に流れ
る電流の上限はＬｉ2Ｏ が拡散によって陽極に達する速
度に支配されるので、Ｌｉ2Ｏ の濃度が高いほど陽極に
流れる電流は大きい。
【００１８】ところが、陰極と陽極に流れる電流は同一
の値であるから、陰極に流れる電流の上限もＬｉ2Ｏ の
濃度が高いほど大きくなる。陰極に流れる電流によっ
て、反応式（６),（７）の金属への転換がなされるか
ら、金属への転換速度の上限も、Ｌｉ2Ｏ の濃度が高い
ほど大きくなる。即ち、陰極，陽極間にかける印可電圧
を大きくすると金属への転換速度は次第に増加するが、
やがて上限値に達し、その上限値はＬｉ2Ｏ の濃度が高
いほど大きい。従って、速やかに金属転換を行うにはＬ
ｉ2Ｏ の濃度を高くするとよく、好ましくは飽和濃度で
ある。
の値であるから、陰極に流れる電流の上限もＬｉ2Ｏ の
濃度が高いほど大きくなる。陰極に流れる電流によっ
て、反応式（６),（７）の金属への転換がなされるか
ら、金属への転換速度の上限も、Ｌｉ2Ｏ の濃度が高い
ほど大きくなる。即ち、陰極，陽極間にかける印可電圧
を大きくすると金属への転換速度は次第に増加するが、
やがて上限値に達し、その上限値はＬｉ2Ｏ の濃度が高
いほど大きい。従って、速やかに金属転換を行うにはＬ
ｉ2Ｏ の濃度を高くするとよく、好ましくは飽和濃度で
ある。
【００１９】
【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の好適な一実
施例である、ウランとプルトニウムの酸化物が金属に転
換される装置の構成を図１を用いて説明する。この金属
転換装置は電解槽１，電解槽に張り込まれた電解用の溶
融塩２，ウランとプルトニウムの酸化物３を保持する電
気伝導性のバスケット４，カーボン陽極５，陽極回転装
置６，Ｌｉ2Ｏ を溶融塩に添加するための投入機７，電
解用電源８，電解槽加熱ヒータ９からなる。溶融塩は塩
化リチウムを含み、酸化物の電気伝導性をよくするため
電解槽加熱ヒータ９により、５００℃以上の温度に保持
されている。ウランとプルトニウムの酸化物３は電気伝
導性のバスケット４に装荷されて電解槽底部に保持され
る。電解による酸化物の金属への転換速度の上限は、Ｌ
ｉ2Ｏ の濃度が高いほど大きくなるので、投入機７によ
りＬｉ2Ｏ を溶融塩に添加する。陽極回転装置６により
カーボン陽極を回転させながら電解用電源８によりカー
ボン陽極とバスケットに電圧を印可する。バスケットを
カーボン陽極より負電位になるように電圧を印可する
と、酸化物が陰極として作用し、
施例である、ウランとプルトニウムの酸化物が金属に転
換される装置の構成を図１を用いて説明する。この金属
転換装置は電解槽１，電解槽に張り込まれた電解用の溶
融塩２，ウランとプルトニウムの酸化物３を保持する電
気伝導性のバスケット４，カーボン陽極５，陽極回転装
置６，Ｌｉ2Ｏ を溶融塩に添加するための投入機７，電
解用電源８，電解槽加熱ヒータ９からなる。溶融塩は塩
化リチウムを含み、酸化物の電気伝導性をよくするため
電解槽加熱ヒータ９により、５００℃以上の温度に保持
されている。ウランとプルトニウムの酸化物３は電気伝
導性のバスケット４に装荷されて電解槽底部に保持され
る。電解による酸化物の金属への転換速度の上限は、Ｌ
ｉ2Ｏ の濃度が高いほど大きくなるので、投入機７によ
りＬｉ2Ｏ を溶融塩に添加する。陽極回転装置６により
カーボン陽極を回転させながら電解用電源８によりカー
ボン陽極とバスケットに電圧を印可する。バスケットを
カーボン陽極より負電位になるように電圧を印可する
と、酸化物が陰極として作用し、
【００２０】
【化９】 ＵＯ2＋４Ｌｉ+＋４ｅ-→Ｕ＋２Ｌｉ2Ｏ …（９）
【００２１】
【化１０】 ＰｕＯ2＋４Ｌｉ+＋４ｅ-→Ｐｕ＋２Ｌｉ2Ｏ …（１０） の反応により酸化物が金属に転換されるとともにＬｉ2
Ｏ が生成する。陽極回転装置６によりカーボン陽極が
回転しているため、電解槽の底部中央からカーボン陽極
に向かって対流が起こり、生成したＬｉ2Ｏ が陽極に運
ばれる。陽極では
Ｏ が生成する。陽極回転装置６によりカーボン陽極が
回転しているため、電解槽の底部中央からカーボン陽極
に向かって対流が起こり、生成したＬｉ2Ｏ が陽極に運
ばれる。陽極では
【００２２】
【化１１】 ２Ｌｉ2Ｏ＋Ｃ→４Ｌｉ+＋ＣＯ2 …（１１） の反応によりＬｉ2Ｏ が分解される、Ｌｉ2Ｏ 濃度が一
定に保たれる。陰極，陽極反応全体として
定に保たれる。陰極，陽極反応全体として
【００２３】
【化１２】 ＵＯ2＋Ｃ→Ｕ＋ＣＯ2 …（１２）
【００２４】
【化１３】 ＰｕＯ2＋Ｃ→Ｐｕ＋ＣＯ2 …（１３） の還元反応が電気化学的に行われ、酸化物の金属への転
換が行われる。
換が行われる。
【００２５】
【発明の効果】本発明を従来法と比較すると、金属リチ
ウムを含まないため、燃焼しやすい金属リチウムが溶融
塩の上に露出することがなく、発火や発熱の回避のため
の対策を不要とし、装置を簡略化するとともに、保守作
業量を低減できるという効果がある。また、Ｌｉ2Ｏ の
分解は金属転換と同時に行われるので、従来法のような
定期的にＬｉ2Ｏ を電気分解する操作が省略でき、稼働
率が高くなる効果がある。
ウムを含まないため、燃焼しやすい金属リチウムが溶融
塩の上に露出することがなく、発火や発熱の回避のため
の対策を不要とし、装置を簡略化するとともに、保守作
業量を低減できるという効果がある。また、Ｌｉ2Ｏ の
分解は金属転換と同時に行われるので、従来法のような
定期的にＬｉ2Ｏ を電気分解する操作が省略でき、稼働
率が高くなる効果がある。
【図１】本発明の好適な一実施例であるウランとプルト
ニウムの酸化物が金属に転換される装置を示す構成図で
ある。
ニウムの酸化物が金属に転換される装置を示す構成図で
ある。
１…電解槽、２…溶融塩、３…酸化物、４…バスケッ
ト、５…カーボン陽極、６…陽極回転装置、７…投入
機、８…電解用電源、９…電解槽加熱用ヒータ。
ト、５…カーボン陽極、６…陽極回転装置、７…投入
機、８…電解用電源、９…電解槽加熱用ヒータ。
Claims (2)
- 【請求項１】ウラン及びまたはプルトニウムの酸化物を
溶融塩に浸漬して酸化物を金属に転換する方法におい
て、溶融塩が塩化リチウムを含みかつ該酸化物を陰極と
して電気分解することによって酸化物を金属に還元する
ことを特徴とする酸化物の金属転換法。 - 【請求項２】請求項１の酸化物を金属に還元する方法に
おいて、溶融塩中にあらかじめLi2Oを加えておくことに
より、金属転換速度を速めることを特徴とする請求項１
の酸化物の金属転換法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30392397A JPH11142585A (ja) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | 酸化物の金属転換法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30392397A JPH11142585A (ja) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | 酸化物の金属転換法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11142585A true JPH11142585A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=17926913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30392397A Pending JPH11142585A (ja) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | 酸化物の金属転換法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11142585A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002517613A (ja) * | 1998-06-05 | 2002-06-18 | ケンブリッジ ユニヴァーシティ テクニカル サービスイズ リミティッド | 溶融塩中での電気分解による金属酸化物および固溶体からの酸素の除去 |
| US7338588B2 (en) | 2000-11-15 | 2008-03-04 | Cambridge Enterprise Limited | Intermetallic compounds |
| US7879219B2 (en) | 2001-12-01 | 2011-02-01 | Metalysis Limited | Electrochemical processing of solid materials in fused salt |
| JP2013224488A (ja) * | 2012-04-23 | 2013-10-31 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | コリウムおよび使用済み核燃料の安定化処理方法 |
| US9920443B2 (en) | 2010-12-23 | 2018-03-20 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Modular cathode assemblies and methods of using the same for electrochemical reduction |
-
1997
- 1997-11-06 JP JP30392397A patent/JPH11142585A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002517613A (ja) * | 1998-06-05 | 2002-06-18 | ケンブリッジ ユニヴァーシティ テクニカル サービスイズ リミティッド | 溶融塩中での電気分解による金属酸化物および固溶体からの酸素の除去 |
| JP2012180596A (ja) * | 1998-06-05 | 2012-09-20 | Cambridge Enterprise Ltd | 溶融塩中での電気分解による金属酸化物および固溶体からの酸素の除去 |
| US7338588B2 (en) | 2000-11-15 | 2008-03-04 | Cambridge Enterprise Limited | Intermetallic compounds |
| US7879219B2 (en) | 2001-12-01 | 2011-02-01 | Metalysis Limited | Electrochemical processing of solid materials in fused salt |
| US9920443B2 (en) | 2010-12-23 | 2018-03-20 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | Modular cathode assemblies and methods of using the same for electrochemical reduction |
| JP2013224488A (ja) * | 2012-04-23 | 2013-10-31 | Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc | コリウムおよび使用済み核燃料の安定化処理方法 |
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