新規な金属抽出剤

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こごろうさわい
4 years ago
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1 新規な金属イオン抽出剤 (MIDA) 貴金属の簡便な回収法に利用日本原子力研究開発機構基礎工学研究センター佐々木祐二

2 原子力機構では使用済み燃料中の有用金属の回収を目的として様々な分離技術の開発を行っています発電前発電後 (An, 含む ) せん断溶解分離 U, Pu 精製 U 精製再処理工場へウラン燃料 Pu 精製核変換高レベル廃液燃料再処理 (PUREX) 中間貯蔵 U, Pu 燃料工場新たな分離技術が必要地層処分核燃料サイクル概念図軽水炉高速炉原子力図面集利用

3 我々が原子力で開発した成果について産業界での利用を検討する新規抽出剤の開発新化合物を開発目的に適うかどうか試験開発した新規抽出剤我々の回収目的の金属 H H H H H H アクチノイド (U, p, Pu, Am, m) ランタノイド (, e, Pr, d, Sm, 等 ) s, Sr 白金族元素 (Ru, Rh, ) Mo, Tc H H H 8 H H 7 H H 8 H 7 白金族元素回収について本法が確立できれば鉱物や都市鉱山試料からの回収にも応用できる抽出剤添加特徴 : あらゆる有機溶媒 ( 油 ) に溶解可能強く金属と反応する焼却処分可能溶解した酸をそのまま水相として利用試料を酸溶解溶媒抽出相分離有機相回収

4 抽出剤の合成法 ( 簡単に合成できる方が応用面で利用しやすい ) 目的物利用精製法 H H H H H + H( ) + H H 反応で出てくる水は縮合剤 ( 例えば D) で除去蒸留精製法 H H H H l H + Sl H l + H( ) H H + l 反応で出てくる塩素はトリエタノールアミンで除去再結晶カラム分離合成物は初期試薬とともに共存する蒸留再結晶法カラム分離法で目的物を単離精製

5 溶媒抽出法 : イオン交換法や吸着法に並ぶ代表的な金属分離法利点 : 大容量の処理が可能反応速度が速い等溶媒抽出法とは分離実験手順 TDA 抽出剤 (TDA) を添加します TDA 水相 ( 金属を含む ) 油相 ( 抽出剤を含む ) TDA TDA TDA 有機溶媒撹拌混合静置 p + Pu 4+ U + Am + p + m + 混合相分離 U Pu 4+ + m + s + Sr + Fe + 水溶液 p + p + Am + 混ざりあわないつの溶液 ( 例えば水と油 ) を使って油相に金属と反応する物質 ( 抽出剤 ) を加えて油相に目的の金属のみ回収する水中の金属と油中の抽出剤は両相の界面で接触し金属錯体を生成それが油相に安定であれば有機相に移行し回収される Fe + Sr + s + 水相 ( 金属濃度測定 ) 有機相 ( 金属測定 ) 分配比の計算 D = 油相中の金属濃度 / 水相中の金属濃度 D がなら 5% 抽出以上ならかなり回収できる目安

6 Li a Be Mg 実験条件 : 水相 ; M H 有機相 rgan ; Phase:.M. TDA/n- mol/l TDA/n-dodecane ドデカン.E.: 実験を行っていない元素 Aqueous Phase: H 青色 :D > 5 黄色 :5 D > 赤色.E.: : o Experiment D >. 無色 :D 検出限界以下分配比対数値 - 元素原子価 - - 硝酸濃度対数値 B Al.E. Si.E. P.E..E. S.E. K a Sc Ti V r Mn Fe o i u Zn a e As Se Rb Sr Y Zr b Mo Tc (VII) Ru Rh Ag d In Sn Sb Te s Ba Ln Hf Ta W (VII) s VIII Ir Hg Tl Pb Bi Po.E. e Pr d Pm.E. Sm d Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac.E. Th Pa.E. U p Pu Am m Bk.E. f H H TDA

7 Li a Be Mg 実験条件水相硝酸有機相. M DDA(8)/ n-ドデカン E: 実験を行っていない元素青 D >, 黄色 D >, 赤 D >. 無色 D <. 分配比対数値元素 B E E E Al Si P E S E a e As Se In Sn Sb Te Tl Pb Bi Po E Tm Yb 原子価硝酸濃度対数値 K a Sc Ti V Mn r (VII) Fe o i u Tc (VII) Ru Rh Ag d (VII) s Ir Rb Sr Y Zr b Mo s Ba Ln Hf Ta W Pr d Pm Sm E Ac E e Th Pa E U p d Pu Am m Tb Bk E Dy f E Ho Zn Hg Er H DDA H (8) 8 7 H H H Lu 8H7 8H7 8H7 Fig. lationship between D(M) and nitric acid concentration by DDA(8) extraction

8 Li Be 実験条件水相硝酸有機相. M MIDA/ n-ドデカン E: 実験を行っていない元素青 D >, 黄色 D >, 赤 D >. 無色 D <. a Mg K a Sc Rb Sr Y Zr b s Ba Ln Hf Ta e E Pr E d Pm E Pa U E p Ac E Th E Ti V r 元素 B E E E E Al Si E P E S E 原子価硝酸濃度対数値 o i u Zn a e As Se Ru Rh Ag d In Sn Sb Te s Ir Tl Pb Bi Po E d E Tb E Tm E Yb E Lu E W (VII) Pu Mn Fe (VII) Mo Tc (VII) Sm E 分配比対数値 Am m E Bk E Hg Dy E Ho E Er E f E 8H7 8H7 H H H MIDA 8H7 8H7

9 Li a Be Mg 実験条件水相硝酸有機相. M TAamide(8)/ n-ドデカン E: 実験を行っていない元素青 D >, 黄色 D >, 赤 D >. 無色 D <. 分配比対数値元素原子価 - E E Al 硝酸濃度対数値 Si P E a Sc Ti Rb Sr Y Zr s Ba Ln Hf e Pr K d V r b Mo Ta Pm E W Sm Mn Fe (VII) Tc Ru (VII) o Rh i Th E Pa E U p Pu a e As Se Ag d In Sn Te Tl Pb Tm Yb s Ir Hg d Tb Dy Ho Er Bk E S E Zn (VII) Am m u 8H7 Ac E E B E f E Sb Lu 8H7 TA amide 8H7 8H7 Po E Bi H H H 8H7 8H7

10 H TDA,DDA 抽出性能 H H H H H TDA, DDA による元素抽出分配比は酸濃度増加とともに上昇する D(M) d, d. D(M) d, d,,. 右図からは希土類元素金の抽出に優れる有機相から金属の回収は薄い硝酸を使用し逆抽出できるその他の元素として : TDA; a, Sc, Sr, In, Zr, Hf, Bi DDA; a, Sc, Ta, Hg, Bi H concentration/ M TDA による金属抽出 (.M TDA/ ドデカン ) H concentration/ M DDA による金属抽出 (.M DDA/ ドデカン ) 等の抽出が可能

11 MIDA, TA アミド抽出性能 8 H 7 H H H 8 H H 7 H 8 H 7 H 8 H 7 MIDA, TAamide による元素抽出分配比は酸濃度増加とともに減少の傾向 D(M) d d,. H concentration/ M D(M) - - -, d. H concentration/ M d 右図からは, の抽出に優れる有機相から金属の回収は濃い硝酸を使用し逆抽出できるその他の元素として : MIDA; r, Mo, W, Hg TAamide; r, Ta, Bi 等の抽出が可能 MIDA による金属抽出 (.M MIDA/ ドデカン ) TAamide による金属抽出 (.M TAamide/ ドデカン )

12 まとめ. 簡単に合成でき有用金属の回収可能な有機化合物を開発した. 合成反応はアミンとカルボン酸の縮合反応を用い一つの反応で合成可能である精製についてはカラム分離法や蒸留法を用いる. これら化合物は殆どの有機溶媒に溶解可能で様々な条件での溶媒抽出に利用できる 4.TDA, DDA はランタノイドを回収でき試料を溶解した酸 ( 硝酸 ) から直接回収可能である酸濃度が高い方が効率は高い逆抽出には薄い酸が利用できる 5.MIDA, TA アミドは, 等を回収できるこちらは比較的薄い酸溶液からの効率が高い逆抽出には濃い酸が利用できる 6. その他の元素抽出として TDA により a, Sc, Sr, In, Zr, Hf, Bi DDA により a, Sc, Ta, Hg, Bi MIDA により r, Mo, W, Hg, TA アミドにより r, Ta, Bi の分配比が高い

2_R_新技術説明会（佐々木）

2_R_新技術説明会（佐々木） % U: 6.58%, Np, Am:.5%, Pu:.% 5.8% Cs 6.5% Sr %.9%Mo 8.74% Tc.9% TODA C 8 H 7 C 8 H 7 N CH C CH N CH O C C 8 H 7 O N MIDOA C 8 H 7 DOODA NTA + HN(C 8 H 7 ) + H O DCC + SOCl + HN(C 8 H 7 ) + Cl TODA (TODA)