JPH11248695A - イオン交換分離用カラム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業員のイオン交換分離の作業を容易にし、
作業効率の向上を図ること。 【解決手段】 試料溶液２５の全量を試料溶液受け容器
２の容器本体９に注ぎ込んだ後、コック１１を開放する
と、試料溶液２５は分離カラム１の本体部３に落下す
る。そして、試料溶液２５中のウランイオンがイオン交
換樹脂２４に吸着され、分離液２８が分離液捕集管４の
取出し口４ｆから取り出される。分離液捕集管４の上側
平行部４ｄはイオン交換樹脂２４の上面部２４ａよりも
上方に位置しているので、本体部３内の液面位置は上面
部２４ａよりも下回ることがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラム法を用いて
イオン交換分離を行うためのイオン交換分離用カラム装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】核燃料ウランに対する品質管理項目の一
つとして、ウラン中の希土類元素の定量分析がある。こ
の希土類元素の定量分析は、通常、発光分光分析法によ
り行われるが、そのためにはウランを含有する試料溶液
からウランを分離する必要がある。そして、このウラン
の分離を行う１つの方法として、カラム法によるイオン
交換分離がある。イオン交換分離とは、イオン交換反応
を利用して行われる物質の分離法であり、カラム法と
は、イオン交換樹脂をカラムに充填しておき、試料溶液
にこのカラム内を通過させることによってこの試料溶液
の処理を行う方法である。

【０００３】図２は、市販の分離カラムを用いて従来か
ら行われている、カラム法によるイオン交換分離につい
ての説明図である。この図において、カラム２１は１０
〜２０ｍｍ程度の直径を有しており、その下部にはコッ
ク２２が取り付けられている。作業員は、まず、カラム
２１内におけるコック２２のやや上方にフィルタ２３を
設けておき、フィルタ２３のすぐ上にイオン交換樹脂２
４を充填する。

【０００４】次いで、作業員は、ウランを含有する試料
溶液２５が入ったビーカー２６を傾け、この試料溶液２
５の液面２７がイオン交換樹脂２４の上面部２４ａより
上になるまで試料溶液２５をカラム２１内に注ぎ込む
（この場合、試料溶液２５の全量を一度に注ごうとする
と、液がカラム２１から溢れてしまうので少量づつ注ぎ
込むようにしなければならない。）。すると、イオン交
換反応が行われ、試料溶液２５内のウランイオンがイオ
ン交換樹脂２４に吸着される。そして、コック２２を開
放することにより、ウランが除去された分離液２８を取
り出すことができる。通常、１回のイオン交換分離の作
業において処理される試料溶液の数は１０以上であり、
作業員は所定位置に配置されている１０本以上のカラム
２１に対して上記のような作業を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のイオ
ン交換分離の作業において、作業員は、常時、試料溶液
２５の液面２７の位置を監視し、この位置がイオン交換
樹脂２４の上面部２４ａより上方にある状態を維持しな
ければならない。もし、液面２７がイオン交換樹脂２４
の上面部２４ａよりも下方に位置すると、イオン交換樹
脂２４内に空気が入り、分離能力の低下によって分離液
２８内にウランが混じってしまう虞れがあり、再度イオ
ン交換樹脂２４を充填し直さなければならないからであ
る。

【０００６】そのため、作業員は、液面２７が上面部２
４ａ付近まで下降すると、直ちにカラム２１内に試料溶
液２５を補充しなければならず、また、所定量の分離液
２８を取り出してイオン交換分離の作業を終了した場
合、あるいは、イオン交換分離の作業を中断する場合な
どはコック２２を閉めることを忘れないように注意を払
わなければならなかった。

【０００７】しかし、１０本以上のカラム２１に対し、
上記のような液面２７の監視、試料溶液２５の補充、及
びコック２２の操作等を行わせることは、作業員に少な
からぬ負担を強いることになる。また、作業員は上記の
ようなイオン交換分離の作業を行っている間は、並行し
て他の作業を行うことができないため、作業効率を低下
させる要因ともなっている。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、作業員のイオン交換分離の作業を容易にし、もっ
て作業効率の向上を図ることが可能なイオン交換分離用
カラム装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項１記載の発明は、試料溶液の全量
を収容可能な容量を有する試料溶液受け容器と、イオン
交換樹脂が内部に充填されており、前記試料溶液受け容
器から落下する試料溶液中の所定物質をこのイオン交換
樹脂とのイオン交換によって除去することにより、前記
試料溶液から分離液を取り出す分離カラムと、を備え、
前記分離カラムで分離された分離液を取り出すための分
離液捕集管は、少なくとも前記イオン交換樹脂の上面部
よりも上方位置まで延びる立上がり管部を有する、こと
を特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記分離液捕集管は、前記イオン交換樹脂
の上面部よりも上方に位置する部分に空気取入口を有す
る、ことを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記分離カラムは、前記イオン交換
樹脂の上面部よりも上方に位置する側面部分から立ち上
がる空気抜き管を有しており、この空気抜き管の空気抜
き口は、前記試料溶液受け容器の最高液面位置よりも上
方に位置している、ことを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれかに記載の発明において、前記試料溶液受け容器
は、その底部側に、下方に延びるほど開口面積が小さく
なるすり合わせ接続部を有しており、前記分離カラム
は、その上部側に、上方に延びるほど開口面積が大きく
なるすり合わせ接続部を有しており、前記分離カラム側
のすり合わせ接続部がその内側に前記試料溶液受け容器
側のすり合わせ接続部を抱持した状態で、両すり合わせ
接続部が互いに接続されている、ことを特徴とする。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
いずれかに記載の発明において、前記試料溶液受け容器
は、その底部側に、試料溶液が前記分離カラムに落下す
るのを許容又は拘束するコックを有する、ことを特徴と
する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づき説明する。図１は、本実施形態のイオン交換分離用
カラム装置の構成図である。このイオン交換分離用カラ
ム装置は、分離カラム１と、この分離カラム１の上方に
配設される試料溶液受け容器２とから概略構成されてい
る。

【００１５】分離カラム１は筒状の本体部３を有してお
り、この本体部３の底部付近にはフィルタ２３が内挿さ
れている。そして、このフィルタ２３の上方にイオン交
換樹脂２４が充填されている。

【００１６】分離カラム１は、また、本体部３の底部側
から延びるように形成された分離液捕集管４を有してい
る。この分離液捕集管４は、本体部３の底部側から下方
に延びる立下がり部４ａと、この立下がり部４ａから水
平方向に延びる下側平行部４ｂと、この下側平行部４ｂ
から垂直方向に立ち上がって延びる立上がり部４ｃと、
この立上がり部４ｃから水平方向に延びる上側平行部４
ｄと、この上側平行部４ｄから下方に延びる末端部４ｅ
とから構成されている。そして、上側平行部４ｄは、そ
の上下方向の位置が、イオン交換樹脂２４の上面部２４
ａよりも少なくとも上方となるように形成されている。
末端部４ｅには分離液２８を取り出すための取出し口４
ｆが設けられており、上側平行部４ｄには空気を取り入
れるための空気取入れ口４ｇが設けられている。また、
立下がり部４ａの途中には、分離液２８の取出し口４ｆ
からの取り出し又は取り出し停止を行うためのテフロン
製のコック５が取り付けられている。なお、図示されて
いるように、分離液捕集管４は複数の屈曲部が形成され
た細長い管であり、ある程度以上の力が加わると本体部
３の底部において立下がり部４ａが延びている部分が破
損される虞れがあるので、立上がり部４ｃと本体部３と
の間に支持棒６を取り付けて、本体部３の分離液捕集管
４に対する支持強度を増大させている。

【００１７】分離カラム１の本体部３の上部には、上方
へ開いた開口部を有するすり合わせ接続部７が形成され
ている。このすり合わせ接続部７の開口部は、上方に延
びるほど開口面積が大きくなっている。そして、すり合
わせ接続部７のやや下方であってイオン交換樹脂２４の
上面部２４ａの上方に位置する本体部３の側面部には、
空気抜き口８ａを有する空気抜き管８が上方へ延びるよ
うに形成されている。この空気抜き口８ａの上下方向の
位置は、試料溶液受け容器２の上面部分とほぼ同じ高さ
となっており、試料溶液受け容器２内に試料溶液２５を
満たした場合の最高液面位置よりも上方に位置するよう
になっている。

【００１８】分離カラム１の上方に配設される試料溶液
受け容器２は容器本体９を有している。この容器本体９
の容量は、試料溶液２５の全量（例えば約３００ｍｌ）
を一度に注ぎ込めるような値に設定されている。容器本
体９の底部側には下方に延びる小管１０が設けられてお
り、この小管１０に、試料溶液２５の下方への落下を許
容又は拘束するためのテフロン製のコック１１が取り付
けられている。小管１０の下部には、下方へ開いた開口
部を有するすり合わせ接続部１２が形成されており、こ
のすり合わせ接続部１２の開口部は、下方に延びるほど
開口面積が小さくなっている。

【００１９】そして、すり合わせ接続部１２は、分離カ
ラム１側のすり合わせ接続部７の上方から下方へ向けて
内側へ挿入された状態となっている。この場合、すり合
わせ接続部１２は下方に延びるほど開口面積が小さくな
っており、一方、すり合わせ接続部７は上方に延びるほ
ど開口面積が大きくなっているので、すり合わせ接続部
１２が一定以上下方へずれ落ちることがない。つまり、
すり合わせ接続部１２の外周面とすり合わせ接続部７の
内周面とが互いにすり合わされた状態となっており、分
離カラム１側のすり合わせ接続部７がその内側に試料溶
液受け容器２側のすり合わせ接続部１２側を包持した状
態となっている。

【００２０】次に、上記のように構成されるイオン交換
分離用カラム装置を用いて行うイオン交換分離作業につ
き説明する。作業員は、上記のイオン交換分離用カラム
装置を作業台上に所定台数（例えば１０台）分だけ立設
し、それらの各本体部３内にフィルタ２３を内挿すると
共にイオン交換樹脂２４を充填する。そして、所定濃度
の塩酸溶液を予めイオン交換樹脂２４中に流し込んでお
くようにする。これにより、イオン交換樹脂２４は試料
溶液２５中のウランイオンを吸着し得る状態となる。

【００２１】次いで、作業員は、１０台のイオン交換分
離用カラム装置の各試料溶液受け容器２内に順次ビーカ
ー等の容器に入れてある試料溶液２５を流し込んでい
く。この場合、作業員は、試料溶液２５を従来のように
少量づつ流し込んでいく必要はなく、一度に全量を流し
込むことができる。作業員は、全ての装置の各試料溶液
受け容器２内に試料溶液２５の全量を流し込んだ後、各
コック１１を開き、試料溶液２５を下方へ落下させるよ
うにする。

【００２２】コック１１の開放により、試料溶液受け容
器２側から分離カラム１側へ落下した試料溶液２５は、
本体部３内に充填されたイオン交換樹脂２４との接触に
よってイオン交換反応が行われ、試料溶液２５中のウラ
ンイオンがイオン交換樹脂２４に吸着される。

【００２３】試料溶液２５が試料溶液受け容器２の容器
本体９から分離カラム１の本体部３へ落下する際に、こ
の落下した試料溶液２５中に空気が混入してしまう場合
が考えられるが、この空気は気泡となって空気抜き管８
の内部を上昇し空気抜き口８ａから外部に排出される。
そして、空気抜き口８ａの上下方向の位置は容器本体９
内の最高液面位置よりも上方に位置しているので、この
空気抜き口８ａから試料溶液２５が溢れ出てしまうこと
が防止されている。

【００２４】作業員が、コック１１及びコック５を開放
すると、本体部３内に試料溶液２５が流れ込み、これが
イオン交換樹脂２４を通過することによりイオン交換反
応が行なわれる。これにより、試料溶液２５からウラン
イオンが除去されその後に残った分離液２８は、フィル
タ２３を通過した後、分離液捕集管４の立下がり部４
ａ、下側平行部４ｂ、立上がり部４ｃ、上側平行部４
ｄ、及び末端部４ｅを順次通って取出し口４ｆから落下
し、図示を省略してある収納容器に取り出される。

【００２５】ここで、取出し口４ｆから分離液２８が次
第に取り出されるに従って、本体部３内では試料溶液２
５の液面位置が下降し、次第にイオン交換樹脂２４の上
面部２４ａに接近していく。しかし、分離液捕集管４の
上側平行部４ｄは上面部２４ａよりも上方に位置してい
るので、試料溶液２５の液面位置が上面部２４ａよりも
下方に下がることはなく、したがって、イオン交換樹脂
２４内に空気が入り込んでしまう虞れはない。

【００２６】また、分離液捕集管４の上側平行部４ｄに
は空気取入れ口４ｇが設けられているので、本体部３内
において、試料溶液２５の液面位置が上側平行部４ｄの
高さ付近まで下降してきても、取出し口４ｆから分離液
２８が排出される速度が極端に低下することが防止さ
れ、円滑に分離液２８の捕集を行えるようになってい
る。つまり、もし上側平行部４ｄに空気取入れ口４ｇが
設けられていないとすると、試料溶液２５の液面位置が
上側平行部４ｄの高さ付近に下降してきた場合、取出し
口４ｆから上方へ押し上げる空気圧のために分離液捕集
管４内部の分離液２８には本体部３側に向かう張力が働
くことになり、取出し口４ｆからの分離液２８の排出速
度が大きく低下することになる。ところが、上側平行部
４ｄに空気取入れ口４ｇが設けられていると、この付近
に存在する分離液２８に対して下方へ押し下げる空気圧
が作用し、分離液捕集管４の管内の張力の影響を排除し
て取出し口４ｆから分離液２８を円滑に排出することが
できる。

【００２７】本体部３内の試料溶液２５の液面位置が上
側平行部４ｄの高さと完全に一致するまで下降すると、
取出し口４ｆからの分離液２８の排出は停止し、作業員
のイオン交換分離作業は終了する。なお、作業員は、コ
ック１１を開放した後、イオン交換分離作業が終了する
時間を特に気にする必要はなく、それまでは他の作業に
専念することも可能である。

【００２８】上記したイオン交換分離用カラム装置を用
いたイオン交換分離作業では、作業員は、試料溶液２５
を従来のように少量づつではなく一度に全量を試料溶液
受け容器２に注ぎ込むことができ、また、本体部３内の
液面位置がイオン交換樹脂２４の上面部２４ａを下回る
ことがないかどうかをいちいち監視する必要はない。し
たがって、従来、市販のカラムを用いて行っていたイオ
ン交換分離作業に比べて、作業員の労力は大きく軽減さ
れている。そして、作業員は、１０台のイオン交換分離
用カラム装置の全ての試料溶液受け容器２に試料溶液２
５を注ぎ込み、各コック１１を開放した後は、他の作業
を並行して行うことも可能であるため作業効率のアップ
を図ることもできる。

【００２９】また、本体部３の側面部には空気抜き管８
が設けられているので、試料溶液受け容器２から本体部
３に落下する試料溶液２５中に空気が混入したとして
も、この空気は空気抜き管８により取り除かれ、イオン
交換樹脂２４の分離速度に悪影響を及ぼすことが排除さ
れている。さらに、分離液捕集管４の立上がり部４ｃに
空気取入れ口４ｇが設けられているので、本体部３内の
液面位置がイオン交換樹脂２４の上面部２４ａ付近まで
下降した場合も分離液捕集管４の管内に働く張力による
分離液２８の排出速度の低下を防止し、適切な分離速度
を維持することができる。

【００３０】そして、上記のイオン交換分離用カラム装
置は、分離カラム１と試料溶液受け容器２とが単にすり
合わせ接続によって組み付けられているので、これらの
組み付け及び組み付け解除を極めて容易に行うことがで
きる。従って、上述した例のように複数台のイオン交換
分離用カラム装置を用いる場合や、これを洗浄した後再
度使用する場合等にも、特に分離カラム１と試料溶液受
け容器２との組合せを特定のもの同士に限る必要はな
く、自由に組み付けを行うことができる。

【００３１】なお、上記実施形態における試料溶液２５
はウランを含有しているものであるが、本発明の適用対
象となる試料溶液は特にウランを含有しているものに限
定されるわけではなく、他の試料溶液をも広く包含する
ものである。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、イオン
交換樹脂が内部に充填された分離カラムの上方に、試料
溶液の全量を収容可能な容量を有する試料溶液受け容器
を配設し、この分離カラムに、少なくともイオン交換樹
脂の上面部よりも上方位置まで延びる立上がり管部が形
成された分離液捕集管を設けた構成としたので、作業員
のイオン交換分離の作業を容易にし、もって作業効率の
向上を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るイオン交換分離用カラ
ム装置の構成図。

【図２】市販の分離カラムを用いて従来から行われてい
るイオン交換分離の作業についての説明図。

【符号の説明】

１ 分離カラム ２ 試料溶液受け容器 ３ 本体部 ４ 分離液捕集管 ４ａ 立下がり部 ４ｂ 下側平行部 ４ｃ 立上がり部 ４ｄ 上側平行部 ４ｅ 末端部 ４ｆ 取出し口 ４ｇ 空気取入れ口 ５ コック ６ 支持棒 ７ すり合わせ接続部 ８ 空気抜き管 ８ａ 空気抜き口 ９ 容器本体 １０ 小管 １１ コック １２ すり合わせ接続部 ２１ カラム ２２ コック ２３ フィルタ ２４ イオン交換樹脂 ２４ａ 上面部 ２５ 試料溶液 ２６ ビーカー ２７ 液面 ２８ 分離液

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料溶液の全量を収容可能な容量を有する
   試料溶液受け容器と、 イオン交換樹脂が内部に充填されており、前記試料溶液
   受け容器から落下する試料溶液中の所定物質をこのイオ
   ン交換樹脂とのイオン交換によって除去することによ
   り、前記試料溶液から分離液を取り出す分離カラムと、 を備え、前記分離カラムで分離された分離液を取り出す
   ための分離液捕集管は、少なくとも前記イオン交換樹脂
   の上面部よりも上方位置まで延びる立上がり管部を有す
   る、 ことを特徴とするイオン交換分離用カラム装置。
2. 【請求項２】前記分離液捕集管は、前記イオン交換樹脂
   の上面部よりも上方に位置する部分に空気取入口を有す
   る、 ことを特徴とする請求項１記載のイオン交換分離用カラ
   ム装置。
3. 【請求項３】前記分離カラムは、前記イオン交換樹脂の
   上面部よりも上方に位置する側面部分から立ち上がる空
   気抜き管を有しており、この空気抜き管の空気抜き口
   は、前記試料溶液受け容器の最高液面位置よりも上方に
   位置している、 ことを特徴とする請求項１又は２記載のイオン交換分離
   用カラム装置。
4. 【請求項４】前記試料溶液受け容器は、その底部側に、
   下方に延びるほど開口面積が小さくなるすり合わせ接続
   部を有しており、 前記分離カラムは、その上部側に、上方に延びるほど開
   口面積が大きくなるすり合わせ接続部を有しており、 前記分離カラム側のすり合わせ接続部がその内側に前記
   試料溶液受け容器側のすり合わせ接続部を抱持した状態
   で、両すり合わせ接続部が互いに接続されている、 ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のイ
   オン交換分離用カラム装置。
5. 【請求項５】前記試料溶液受け容器は、その底部側に、
   試料溶液が前記分離カラムに落下するのを許容又は拘束
   するコックを有する、 ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のイ
   オン交換分離用カラム装置。