JPS6020471B2 - プルトニウムを電気化学的に６価の状態に調整する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プルトニウムを硝酸溶液中で電気化学的に６
価の状態に調整する方法に関する。

プルトニウムの原子価調整の必要性は、例えばプルトニ
ウムをウランと共にアイソトープ混晶として一緒に沈澱
させ、次いでこれを熱分解によりウラン／プルトニウム
混合酸化物に変える場合に生じる。この種の混合酸化物
は優れた硝酸熔解性を有する。西ドイツ特許出願公告第
２８１１９５９号公報および特開昭５４一１３５６９叫
号公報には、この関係が詳述されている。ここに記載さ
れた原子価調整法は多数の装置を必要とすることから、
原子価調整を簡単な手段で達成するという課題が生じた
。この場合出発点は上記の特許出願明細書にすでに記載
されている、電気分解法で酸化するという原理に求める
。この課題は本願発明の方法によれば硝酸６価ウラン、
硝酸４価プルトニウム及び硝酸の混合溶液を常時循環さ
せながら約３ボルトで電解処理することにより解決する
ことができた。

この方法の場合、電位は６価プルトニウム（Ｐｕ（の）
又はＰｕ６と表示する。以下これに準ず）が生じる以上
の範囲内で著しく変えることができ、電流密度条件に応
じて調節される。この方法は酸素折出の上方でも実施し
得ることから、プルトニウム−酸素一緒合形成の速度決
定処置は、発生期酸素の提供力が高められることにより
促進されることになる。プルトニル形成に際しての酸素
付加は電気触媒効果によって制御される。この理由から
電位の他に電流密度、陽極材料及びセル中の流体力学的
関係が重要となる。隔膜を有するか又は有さない電解セ
ル型を適当に選択することによって、陰極での処置を後
退させ、レドツクス平衡が６価ウラニル及びプルトニル
イオンの側で存在するようにする。このことは溶液中に
存在するＰｕ（の）及びＰｕ（Ｎ）を３価の状態にまで
還元することのできる４価ウランが陰極に顕著には生じ
ないことを意味する。本発明を更に詳述するため、例え
ば第１図〜第３図に示した３つの実施例を説明する。

第１図は隔膜４５を含む電解セル１を用いて電解法を実
施する装置を略示するものである。

電解セルはこの場合平面図で示されている。陰極４は一
枚の板状を示し、これに対して陽極５は、その端面が隔
膜４５に対向する多数の板からくし歯状に構成されてお
り、例えば電解触媒としての白金線又は寸法安定な材料
、例えばＴｉ／Ｐｔ○から成る。陰極４は例えば同様に
白金又は黒鉛ないしはガラス・炭素から成る。陰極と陽
極の形状を異なって構成することにより、即ち陽極の表
面積を陰極に比して著しく大きくし、その結果電流密度
は陰極よりも確実に小さくなる。電解セル１の一方の側
面から導管を介して陽極室内に硝酸６価ウラン、硝酸４
価プルトニウム及び硝酸の混合液を導入するが、この液
はポンプ２１及び三方弁２２により、電解処理中常時循
環して給送される。陰極室には硝酸（ＨＮＱ）が２〜３
モル存在するが、これはまたポンプ３１を介して同様に
常時循環して給送される。この場合最初の供給は導管３
を介して行なう。代表的な処理値は電解電圧３ボルト、
陽極で２０〜１００肌Ａ／の及び陰極で１００〜５００
仇Ａ′塊の電流密度である。約７０℃の作業温度で６価
プルトニウムの形成に際しての電流効率は７０％までで
ある。なお、導管３を介して連続的に添加される硝酸（
ＨＮＱ）の量は、電極での陽子の変換量に相当する。ポ
ンプ２１を介する電解液の循環は所望の酸化数６価に達
するまで行ない、その後に三方弁２２を切換えて硝酸６
価ウラン、硝酸６価プルトニウム及び硝酸から成る溶液
を排出し、次の処理工程に送る。第２図には隔膜を有さ
ない電解セルを使用する方法が示されている。

導管２から硝酸６価ウラン、硝酸４価プルトニウム及び
硝酸から成る溶液を三方弁２３を介して電解セル１に供
給し、同時に導管２４を介して硝酸（ＨＮ０３）を陰極
側に供給する。この場合にも循環はポンプ２１を用いて
実施する。更に三方弁２２を介して酸化溶液を取出す。
電極４及び５は第１図と同様に構成されていてもよいが
、両軍極を同機に流動床電極として袋入することもでき
る。それというのも、このものは極めて大きな比表面積
を有しているからである。この場合電極４と５の分離は
絶縁材料床で行なうことができる。電解セル１内の作業
温度は約８５ｑ０である。陰極室内の一層大きなジュー
ル熱を除去するために冷却装置６を使用する。６価プル
トニウムを生ぜしめるための電流効率は約８０％である
。

第３図は回転陽極５を電解セル１内で使用する方法を示
すものである。

回転数１０〜１００／分の回転陽極は垂直軸から成り、
これには間隔を置いて電極板５１が配設されている。こ
れらの電極板間には流れ案内板又は乱流装置５２が設け
られており、これらはセル壁と電気的に結合されており
同様に電流源の正極とも結合されている。この場合にも
また温度調整のために冷却装置６を設ける。陽極電流密
度はこの処理の場合２００のＡ′めであり、同様に電解
電圧は約３ボルト、作業温度７０００及び６価プルトニ
ウム（Ｐｕ（町））形成電流効率は約８５％である。こ
れらの３実施例は本発明方法が可変であることを示して
いる。

しかしこれらのすべての方法において電解液を常時循環
して導くことまた十分に混合することは本質的な要件で
ある。この際得られた、同じ６価の重金属を有するウラ
ン−プルトニウム溶液の最終生成物はそれ自体は公知の
方法で混合酸化物に申し分なく加工することができる。
この混合酸化物は素晴らしい硝酸可燃性を示し、この事
実は後の良好な再加工、及び抽出した重金属の再使用に
とっての前提でもある。

【図面の簡単な説明】

図面はそれぞれ本発明の実施例を説明するためのもので
、第１図は隔膜を有する電磁セルを用いて電解法を実施
する装置の略示図、第２図は隔膜を有さない電解セルを
使用する装置の略示図、第３図は回転陽極を電解セルに
使用する装置の略示図である。 １・・・・・・電解セル、４・・・…陰極、５・・・・
・・陽極、６・・・・・・冷却装置、４５・・・・・・
隔膜、５１・・・・・・電極板。 ＦＩＧＩＦＩＧ２ ＦＩＧ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 硝酸６価ウラン、硝酸４価プルトニウム及び硝酸の
   混合水溶液を常時循環させながら約３ボルトで電解処理
   することを特徴とする前記水溶液中の４価プルトニウム
   を６価プルトニウムに変換する方法。 ２ 硝酸６価ウラン、硝酸４価プルトニウム及び硝酸の
   混合水溶液は陽極室に於て、又、隔膜により陽極室から
   分離された陰極室には２〜３モルの硝酸を何れも常時循
   環して流し、約７０℃の温度で、電流密度を、陽極で２
   ０〜１００ｍＡ／ｃｍ＾２にまた陰極で１００〜５００
   ｍＡ／ｃｍ＾２に調整することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ３ 前記隔膜がセラミツク又はイオン交換材から成り、
   陽極が白金綿又は他の寸法安定な材料、例えばチタン、
   酸化白金から成りまた陰極が黒鉛又は状炭素から成るも
   のを使用することを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の方法。 ４ 陰極側が冷却される隔膜のない電解セルを使用し、
   ８５℃の作業温度において電流密度が陰極範囲で１００
   ｍＡ／ｃｍ＾２また陽極範囲で５０ｍＡ／ｃｍ＾２であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 陽極１０〜１００回転数／分の回転数で回転し、陽
   極電流密度が７０℃の作業温度で約２００ｍＡ／ｃｍ＾
   ２であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   方法。