JP7333057B2

JP7333057B2 - アメリシウムの抽出方法

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Publication number: JP7333057B2
Application number: JP2019151070A
Authority: JP
Inventors: 英哉鈴木; 達郎松村
Original assignee: Japan Atomic Energy Agency
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2023-08-24
Anticipated expiration: 2039-08-21
Also published as: JP2021031713A

Description

本発明は、アメリシウムの分離方法に関し、より詳しくはイミノ二酢酸アミドを用いたアメリシウムの抽出方法に関する。

原子力発電所で用いた後の核燃料（使用済燃料）の再処理に伴って発生する高レベル放射性廃液（ＨＬＬＷ）は、安定な形態にガラス固化し、数十年程度の間、冷却貯蔵を行った後、地下の深い地層中に処分(地層処分)することが検討されている。一方で、長半減期核種のアメリシウム（Am）や発熱性核種のキュリウム（Cm）等のマイナーアクチノイドを高レベル放射性廃液から分離し、核変換する「分離・変換技術」の研究開発が世界各国で進められている。分離・変換技術により、ガラス固化体の発生量の削減が可能となり、処分場面積や地層処分による環境負荷を大幅に低減することができる。

アメリシウムを核変換するためには、高レベル放射性廃液中からアメリシウムのみを分離する必要がある。しかしながら、高レベル放射性廃液中には多種多様な元素が含まれており、さらにアメリシウムと同一の安定原子価を有し、かつイオン半径が類似している希土類元素との相互分離が困難であることが知られている。また、３価のアメリシウムと３価のキュリウムは化学的性質が酷似しており、アメリシウムとキュリウムの相互分離は極めて難しい。そのため、高レベル放射性廃液中からアメリシウムを分離するためには、段階的な分離プロセスが必要となり、３種類の抽出剤を用いた分離プロセスが提案されている。

特許文献１，２にはイミノ二酢酸アミドを用いたアクチノイド、ランタノイド、又はレアアースの抽出方法が開示されている。しかしながら、アメリシウムを単独分離するためには改善が必要であった。

特開２０１７－９４２３６号公報特開２０１６－１１９３６７４号公報

本発明は、アメリシウムの効率的な分離回収方法、特に溶媒抽出法を用いた高レベル放射性廃液中からのアメリシウムの分離回収方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、アメリシウムを含む酸性水溶液を、特定のイミノ二酢酸アミド（ＩＤＡＡ）の存在下で有機溶媒に接触させることにより、アメリシウムを有機溶媒に溶解させ、さらにジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）などの窒素ドナー系の水溶性錯化剤を含む酸性水溶液を接触させる逆抽出工程を行うことにより、高レベル放射性廃液中からアメリシウムを直接、且つ高選択的に分離回収できることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は以下の通りである。
［１］アメリシウムを含む酸性水溶液を準備する準備工程、
下記一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドの存在下、前記準備工程で準備した酸性
水溶液と有機溶媒を接触させる液液接触工程、
前記液液接触工程で接触させた酸性水溶液と有機溶媒を分液する分液工程、及び
前記分液工程で分液した有機溶媒に水溶性錯化剤、好ましくはジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）などの窒素ドナー系の水溶性錯化剤を含む酸性水溶液を接触させる逆抽出工程、
を含むことを特徴とする、アメリシウムの抽出方法。

（式（Ａ）中、Ｒ及びＲ’はそれぞれ独立して炭素数１～２０の炭化水素基又は水素原子を表す。）
［２］前記準備工程で準備した酸性水溶液が、硝酸イオン（ＮＯ_３ ^－）を含む、［１］に記載のアメリシウムの抽出方法。
［３］式（Ａ）中、Ｒ及びＲ’がいずれも炭素数８のアルキル基である、［１］または［２］に記載のアメリシウムの抽出方法。
［４］液液接触工程で使用する一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドの濃度が０．１～０．３Ｍである、［１］～［３］のいずれかに記載のアメリシウムの抽出方法。
［５］前記逆抽出工程で接触させる酸性水溶液が、０．０１～０．０５ＭのＤＴＰＡを含む、［１］～［４］のいずれかに記載のアメリシウムの抽出方法。
［６］前記準備工程で準備した酸性水溶液が、アメリシウムと、キュリウム、イットリウム、ランタノイド、ストロンチウム、バリウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、ジルコニウム、セシウム、モリブデンから選択される１種類以上の非抽出対象元素とを含み、アメリシウムを前記非抽出対象元素と分離する、［１］～［５］の何れかに記載のアメリシウムの抽出方法。
［７］前記アメリシウムと非抽出対象元素を含む酸性水溶液が使用済燃料の再処理廃液である、［６］に記載のアメリシウムの抽出方法。

本発明によれば、使用済燃料の再処理廃液などのアメリシウムを含む溶液からアメリシウムを効率良く抽出分離することができる。

３価のアメリシウムイオン（Ａｍ（III））、３価の希土類元素イオンであるランタンイオン（Ｌａ（ＩＩＩ））、セリウムイオン（Ｃｅ（ＩＩＩ））、プラセオジムイオン（Ｐｒ（ＩＩＩ））、ネオジムイオン（Ｎｄ（ＩＩＩ））、サマリウムイオン（Ｓｍ（ＩＩＩ））、６価のモリブデンイオン（Ｍｏ（ＶＩ））の逆抽出率とＤＴＰＡ濃度との関係を表したグラフである。

本発明を説明するに当たり、具体例を挙げて説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り以下の内容に限定されるものではなく、適宜変更して実施することができる。

＜アメリシウムの抽出方法＞
本発明の一態様であるアメリシウムの抽出方法（以下、「本発明の抽出方法」と略す場合がある。）は、アメリシウムを含む酸性水溶液を準備する準備工程（以下、「準備工程」と略す場合がある。）、下記一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドの存在下、準備工程で準備した酸性水溶液と有機溶媒を接触させる液液接触工程（以下、「液液接触工程」と略す場合がある。）、前記液液接触工程で接触させた酸性水溶液と有機溶媒を分液する分液工程（以下、「分液工程」と略す場合がある。）、及び前記分液工程で分液した有機溶媒に逆抽出水溶液を接触させる逆抽出工程（以下、「逆抽出工程」と略す場合がある。）を含むことを特徴とする。

（式（Ａ）中、Ｒ及びＲ’はそれぞれ独立して炭素数１～２０の炭化水素基又は水素原子を表す。）

イミノ二酢酸アミドは、アルキル基の炭素数を変えることで、水に対しても有機溶媒に対しても親和性が高くできる。また、アメリシウムとの結合に非常に適した構造を有していると考えられる。そのため、水溶液と有機溶媒の液液接触によって、イミノ二酢酸アミドがアメリシウムと会合し、水溶液中のアメリシウムが有機溶媒に可溶化して、抽出される。

なお、「一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドの存在下」とは、通常有機溶媒にイミノ二酢酸アミドが存在していることを意味し、予め有機溶媒に含有させていても、或いは酸性水溶液と有機溶媒を接触させるときに別途イミノ二酢酸アミドを添加するものであってもよいものとする。

本発明の好ましい態様では、アメリシウムを含む酸性水溶液はランタノイドなどの希土類元素を含む。本発明のさらに好ましい態様では、アメリシウムを含む酸性水溶液は使用済燃料の再処理廃液である。

「希土類元素」とは、ランタノイド、スカンジウム、及びイットリウムの総称であり、「ランタノイド」とは、ランタノイドに属する金属元素を意味し、酸性水溶液や有機溶媒中の酸化数、状態等は特に限定されないものとする。
なお、ランタノイドは、具体的にはランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）である。
なお、スカンジウム、イットリウム、ランタノイドの酸化数は、通常１～６価であり、それぞれの元素に応じた安定な酸化数を有しているが、３価、４価、５価が好ましく、３価が特に好ましい。

（準備工程）
酸性水溶液は、抽出対象元素であるアメリシウム及び希土類元素以外に、その他の元素を含むものであってもよい。その他の元素としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属元素、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、ラジウム（Ｒａ）等のアルカリ土類金属元素、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）等の遷移金属元素等が挙げられる。

酸性水溶液の水素イオン濃度は、通常０．００１～１２Ｍの範囲であり、好ましくは６．０Ｍ以下、より好ましくは４．０Ｍ以下、さらに好ましくは２．０Ｍ以下であり、好ましくは０．０１Ｍ以上、より好ましくは０．１Ｍ以上、さらに好ましくは１．０Ｍ以上である。
また、アメリシウムを抽出対象元素とする場合の酸性水溶液の水素イオン濃度は、好ましくは５．０Ｍ以下、より好ましくは４．０Ｍ以下、さらに好ましくは２．０Ｍ以下であり、好ましくは０．０１Ｍ以上、より好ましくは０．１Ｍ以上、さらに好ましくは１．０Ｍ以上である。

酸性水溶液に使用する酸の具体的種類は、特に限定されないが、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸が挙げられる。なお、塩酸を使用する場合、酸性水溶液は塩化物イオン（Ｃｌ^－）を含み、硫酸を使用する場合、酸性水溶液は硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２－）を含み、硝酸を使用する場合、酸性水溶液は硝酸イオン（ＮＯ_３ ^－）を含むと表現することができる。アメリシウムを抽出する場合、この中でも硝酸を使用すること、即ち酸性水溶液は硝酸イオン（ＮＯ_３ ^－）を含むことが好ましい。

酸性水溶液の抽出対象元素であるアメリシウムの濃度は、通常０Ｍ（ｍｏｌ／ｄｍ^３）より大きく、０．１Ｍ以下の範囲であり、好ましくは０．０５Ｍ以下、より好ましくは０．０２Ｍ以下、さらに好ましくは０．０１Ｍ以下である。上記範囲内であると、アメリシウムを効率良く抽出し易くなる。

（液液接触工程）
液液接触工程は、下記一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドの存在下、準備工程で準備した酸性水溶液と有機溶媒を接触させる工程であるが、一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドの具体的種類は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。

（式（Ａ）中、Ｒ及びＲ’はそれぞれ独立して炭素数１～２０の炭化水素基又は水素原子を表す。）
Ｒ及びＲ’はそれぞれ独立して炭素数１～２０の炭化水素基を表しているが、「炭化水素基」は、直鎖状の飽和炭化水素基に限られず、炭素－炭素不飽和結合、分岐構造、環状構造のそれぞれを有していてもよいことを意味する。また、Ｒ及びＲ’の炭素数は、好ましくは２以上、より好ましくは３以上、さらに好ましくは４以上、さらに好ましくは６以
上であり、好ましくは１８以下、より好ましくは１５以下、さらに好ましくは１２以下、さらに好ましくは１０以下である。特に好ましくは、Ｒ及びＲ’は炭素数８のアルキル基である。

Ｒ及びＲ’として具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、２－エチルへキシル基、２，２－ジメチルへキシル基、フェニル基、フェニルメチル等、ピリジル基、ピコリル基が挙げられる。

一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドとしては、下記式で表されるものが挙げられる。

一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドの使用量（存在量）は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができるが、有機溶媒の容積を基準（有機溶媒に溶解している場合の濃度）とした場合、通常０．００１～２Ｍ（ｍｏｌ／ｄｍ^３）の範囲であり、好ましくは０．０１Ｍ以上、より好ましくは０．１Ｍ以上、さらに好ましくは０．２Ｍ以上であり、好ましくは１．５Ｍ以下、より好ましくは１Ｍ以下、さらに好ましくは０．３Ｍ以下である。上記範囲内であると、アメリシウムを効率良く抽出し易くなる。

液液接触工程の操作手順は、特に限定されず、液液抽出に利用される公知の操作手順を適宜選択することができる。例えば、任意の容器に酸性水溶液と有機溶媒を投入し、振とう機等を用いて酸性水溶液と有機溶媒を十分に混合した後、遠心分離によって相分離させて、分液を行うことが挙げられる。また、容器の代わりに向流抽出装置等の抽出装置や分液漏斗等の公知の抽出装置又は抽出器具を用いることもできる。

なお、酸性水溶液と有機溶媒を振とうする場合の振とう時間は、通常５秒以上、好ましくは１０秒以上、より好ましくは３０秒以上、さらに好ましくは６０秒以上である。上記範囲内であると、アメリシウムをより効率良く抽出することができる。

液液接触工程は、１回に限られず、接触と分液を複数回繰り返してもよい。液液接触工
程の回数は、通常１回～２０回の範囲であり、好ましくは２回以上、より好ましくは５回以上、さらに好ましくは１０回以上である。上記範囲内であると、アメリシウムを効率良く抽出し易くなる。

また、一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドの存在下で酸性水溶液と有機溶媒を接触させる方法は、例えば下記の（ａ）～（ｃ）の方法が挙げられる。
（ａ）一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドを含む有機溶媒溶液を、容器内等で酸性水溶液と接触させる方法。
（ｂ）一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドを含む酸性水溶液を、容器内等で有機溶媒と接触させる方法。
（ｃ）一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドと酸性水溶液と有機溶媒をそれぞれ容器等に投入し、接触させる方法。
この中でも、より効率良く抽出することができることから、（ａ）が特に好ましい。

有機溶媒は、特に限定されず、水との液液抽出に利用される公知のものを適宜選択することができる。具体的には、ｎ－ヘキサン、ｎ－ドデカン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素系溶媒、ジエチルエーテル、１，４－ジオキサン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）等のエーテル系溶媒、１，２－ジクロロエタン、クロロホルム等のハロゲン系溶媒等が挙げられる。この中でも、疎水性が高いことから炭化水素系溶媒が好ましく、ｎ－ドデカンが特に好ましい。

接触させる酸性水溶液と有機溶媒の容積比（酸性水溶液／有機溶媒）は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができるが、通常１／１００～１００／１の範囲であり、好ましくは１／５０以上、より好ましくは１／１０以上、さらに好ましくは１／５以上であり、好ましくは５０／１以下、より好ましくは１０／１以下、さらに好ましくは５／１以下である。上記範囲内であると、アメリシウムを効率良く抽出し易くなる。

液液接触工程により、アメリシウムを効率よく有機溶媒中に抽出することができる。この工程により、アメリシウムを、Ｃｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｓ、Ｂａなどと分離することができる。
ただし、酸性溶液にＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｍｏなどが含まれていた場合、アメリシウムと一緒に有機溶媒中に回収されるため、本発明においては、次の逆抽出工程を行う。

本発明の抽出方法は、液液接触工程で接触させた酸性水溶液と有機溶媒を分液する（第一の）分液工程、前記分液工程で分液した有機溶媒に酸性水溶液を接触させる逆抽出工程（以下、「逆抽出工程」と略す場合がある。）を含み、さらに、逆抽出工程で接触させた酸性水溶液と有機溶媒を分液する（第二の）分液工程、有機溶媒又は水を留去する溶媒留去工程を含んでもよい。
以下、逆抽出工程の詳細について説明する。

（逆抽出工程）
逆抽出工程は、分液工程で分液した有機溶媒に水溶性錯化剤、好ましくはＤＴＰＡなどの窒素ドナー系の水溶性錯化剤を含んだ酸性水溶液を接触させる工程であるが、逆抽出工程で接触させる酸性水溶液の水素イオン濃度等は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。
逆抽出工程で接触させる酸性水溶液の水素イオン濃度は、通常０．０００１～１２Ｍの範囲であり、好ましくは１Ｍ以下、より好ましくは０．１Ｍ以下、さらに好ましくは０．０１Ｍ以下であり、好ましくは０．０００１Ｍ以上、より好ましくは０．００１Ｍ以上、さらに好ましくは０．０１Ｍ以上である。また、マロン酸を加えることで、水素イオン濃度を一定に保ちやすくすることができる。さらに、硝酸アンモニウムや硝酸ナトリウムを
加えると、アメリシウム以外の元素を有機相に残したまま、希土類元素を逆抽出することができる。水相中に添加するＤＴＰＡなどの窒素ドナー系の水溶性錯化剤の濃度は、特に限定されず、適宜選択することができるが、通常０．００１～１Ｍの範囲であり、好ましくは０．００１Ｍ以上、より好ましくは０．０１Ｍ以上、さらに好ましくは０．０２Ｍ以上であり、好ましくは１Ｍ以下、より好ましくは０．１Ｍ以下、さらに好ましくは０．０５Ｍ以下である。
窒素ドナー系の水溶性錯化剤としては、ＤＴＰＡ以外にも、ジカルボキシメチルグルタミン酸（CMGA）、シクロヘキサンジアミン四酢酸（CyDTA）、ジヒドロキシエチルグリシ
ン（DHEG）、ジアミノヒドロキシ三酢酸（DPTA-OH）、エチレンジアミンコハク酸（EDDS
）、エチレンジアミン四酢酸（EDTA）、グリコールエーテルジアミン四酢酸（GEDTA）、
エチレンジアミンヒドロキシエチル三酢酸（HEDTA）、ヒドロキシエチルイミノニ酢酸（HIDA）、ニトリロ三酢酸（NTA）、プロピレンジアミン四酢酸（PDTA）、またはトリエチレンテトラミン六酢酸（TTHA）、テトラキス(2-ピリジルメチル)エチレンジアミン（TPEN）、及びテトラキス(2-ピリジルメチル)エチレンジアミン誘導体などを使用することもできる。

逆抽出工程で接触させる酸性水溶液に使用する酸の具体的種類は、特に限定されないが、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸が挙げられる。なお、塩酸を使用する場合、酸性水溶液は塩化物イオン（Ｃｌ^－）を含み、硫酸を使用する場合、酸性水溶液は硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２－）を含み、硝酸を使用する場合、酸性水溶液は硝酸イオン（ＮＯ_３ ^－）を含むと表現することができる。アメリシウムを逆抽出する場合、この中でも硝酸を使用すること、即ち酸性水溶液は硝酸イオン（ＮＯ_３ ^－）を含むことが好ましい。

逆抽出工程の操作手順は、特に限定されず、逆抽出に利用される公知の操作手順を適宜選択することができる。

逆抽出工程において接触させる酸性水溶液と有機溶媒の容積比（酸性水溶液／有機溶媒）は、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができるが、通常１／１００～１００／１の範囲であり、好ましくは１／５０以上、より好ましくは１／１０以上、さらに好ましくは１／５以上であり、好ましくは５０／１以下、より好ましくは１０／１以下、さらに好ましくは５／１以下である。上記範囲内であると、アメリシウムを効率良く逆抽出し易くなる。
逆抽出工程により、アメリシウムが選択的に酸性水溶液中に回収されるため、アメリシウムをＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｍｏなどから分離して回収することができる。

＜アメリシウムの分離回収方法＞
前述のように、イミノ二酢酸アミドは、例えば水素イオン濃度やアニオン濃度によって、それぞれの元素に対する親和性が変化するため、特定の元素を選択的に抽出することも可能となる。これに、ＤＴＰＡなどの窒素ドナー系の水溶性錯化剤を用いた逆抽出を組み合わせることにより、アメリシウムを非抽出対象元素から分離して回収することができる。

非抽出対象元素であるとしては、キュリウム、スカンジウム、イットリウム、及びランタノイド、ストロンチウム、バリウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、セシウム、ジルコニウム、モリブデン等が挙げられる。
アメリシウムと、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド（Ｌｕ）との分離は、特に困難であるが、イミノ二酢酸アミドを用いた液液抽出におけるこれらの元素の分配比（後述の実施例１を参照。）に差が出る、即ちこれらの元素同士について十分な分離係数（後述の実施例１を参照。）が得られることを本発明者らは明らかとしている。特に分配比と分離係数が高くなるように、抽出装置、有機溶媒、添加剤等を選択する
ことによって、これらを効率良く抽出分離することができる。そして、さらにＤＴＰＡなどの窒素ドナー系の水溶性錯化剤を用いた逆抽出を組み合わせることにより、アメリシウムを非抽出対象元素から分離して回収することができる。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

＜実施例１：アメリシウムやキュリウムとイットリウム及びランタノイド（ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム）、ストロンチウム、バリウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、ジルコニウム、モリブデンとの抽出分離
アメリシウムイオン（Ａｍ（ＩＩＩ））、３価のキュリウムイオン（Ｃｍ（ＩＩＩ））、種々の３価の希土類元素イオンであるランタンイオン（Ｌａ（ＩＩＩ））、セリウムイオン（Ｃｅ（ＩＩＩ））、プラセオジムイオン（Ｐｒ（ＩＩＩ））、ネオジムイオン（Ｎｄ（ＩＩＩ））、サマリウムイオン（Ｓｍ（ＩＩＩ））、ユウロピウムイオン（Ｅｕ（ＩＩＩ））、イットリウムイオン（Ｙ（ＩＩＩ））、種々の２価のアルカリ土類金属元素イオンである２価のストロンチウムイオン（Ｓｒ（ＩＩ））、２価のバリウムイオン（Ｂａ（ＩＩ））、種々の白金族元素イオンであるルテニウムイオン（Ｒｕ（ＩＩＩ））、ロジウムイオン（Ｒｈ（ＩＩＩ））、パラジウムイオン（Ｐｄ（ＩＩ））、６価のモリブデンイオン（Ｍｏ（ＶＩ））、４価のジルコニウムイオン（Ｚｒ（ＩＶ））、１価のセシウムイオン（Ｃｓ（ＩＶ））をそれぞれ濃度約１ｐｐｍ含んだ１．５Ｍの硝酸水溶液（０．１ＭＨＥＤＴＡ含む）と、下記式で表されるイミノ二酢酸アミド（ＩＤＡＡ（ＥＨ））を０．２Ｍ含んだｎ－ドデカン溶液をそれぞれ準備した。
なお、硝酸として多摩化学工業株式会社製の超高純度分析用試薬ＴＡＭＡＰＵＲＥ－ＡＡ－１００を、希釈水として超純水製造装置（Ｍｉｌｌｉ－ＱＭｅｒｃｋＭｉｌｌｉｐｏｒｅ社製）を用いて調製した超純水を、ｎ－ドデカンとして和光純薬株式会社製の特級試薬を用いた。

準備した硝酸水溶液（模擬ＨＬＬＷ）とｎ－ドデカン溶液を等量（容積比）容器に投入
し、振とう機（ＹＳ－８Ｄ株式会社ヤヨイ社製）を用いて、２５℃±１℃で１０分間振とうした。その後、５分間遠心分離（ＣＮ－８２０アズワン株式会社製）を行って相分離させ、水相と有機相からそれぞれ溶液をサンプリングし、溶液中の金属イオン濃度をＩＣＰ－ＭＳ（Ａｇｉｌｅｎｔ７５００ｃｘアジレント・テクノロジー社製）により計測
して、Ａｍ（ＩＩＩ）、Ｃｍ（ＩＩＩ）、Ｌａ（ＩＩＩ）、Ｃｅ（ＩＩＩ）、Ｐｒ（ＩＩＩ）、Ｎｄ（ＩＩＩ）、Ｓｍ（ＩＩＩ）、Ｅｕ（ＩＩＩ）、Ｙ（ＩＩＩ）、Ｓｒ（ＩＩ）、Ｂａ（ＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩＩ）、Ｒｈ（ＩＩＩ）、Ｐｄ（ＩＩ）、Ｍｏ（ＶＩ）、Ｚｒ（ＩＶ）、Ｃｓ（ＩＶ）の濃度をそれぞれ定量した。得られた値から各イオンの分配比（Ｄ）または抽出率を算出し、その値を表にまとめた。結果を表１に示す。

なお、分配比（Ｄ）、分離係数（ＳＦ_Am／Ｌｎ）は、下記式により算出することができる。

表１に、３価のアメリシウムイオン（Ａｍ（III））、３価のキュリウムイオン（Ｃｍ
（III））、種々の３価の希土類元素イオンであるランタンイオン（Ｌａ（ＩＩＩ））、
セリウムイオン（Ｃｅ（ＩＩＩ））、プラセオジムイオン（Ｐｒ（ＩＩＩ））、ネオジムイオン（Ｎｄ（ＩＩＩ））、サマリウムイオン（Ｓｍ（ＩＩＩ））、ユウロピウムイオン（Ｅｕ（ＩＩＩ））、イットリウムイオン（Ｙ（ＩＩＩ））、種々の２価のアルカリ土類金属元素イオンである２価のストロンチウムイオン（Ｓｒ（ＩＩ））、２価のバリウムイオン（Ｂａ（ＩＩ））、種々の白金族元素イオンであるルテニウムイオン（Ｒｕ（ＩＩＩ））、ロジウムイオン（Ｒｈ（ＩＩＩ））、パラジウムイオン（Ｐｄ（ＩＩ））、６価のモリブデンイオン（Ｍｏ（ＶＩ））、４価のジルコニウムイオン（Ｚｒ（ＩＶ））、１価のセシウムイオン（Ｃｓ（ＩＶ））の抽出率を示した。

表１の結果から、１．５Ｍ硝酸の条件において、Ａｍ（ＩＩＩ）の抽出率は７７．８
％となり、有機相に抽出されることがわかる。このとき、Ｌａ（ＩＩＩ）、Ｃｅ（ＩＩＩ）、Ｐｒ（ＩＩＩ）、Ｎｄ（ＩＩＩ）、Ｍｏ（ＶＩ）の抽出率はそれぞれ９８．２％、９７．３％、９４．９％、８７．３％、６７．２％となり、Ａｍ（ＩＩＩ）とともに有機相に抽出されることがわかる。
一方、Ｃｍ（ＩＩＩ）及び種々の金属イオンの抽出率は、何れも５０％を下回ることから、水相中に移行することがわかる。
また、いずれの濃度であっても、Ａｍ（ＩＩＩ）とＣｍ（ＩＩＩ）の分離係数（ＳＦ_{Ａｍ／Ｃｍ}）、及びＡｍ（ＩＩＩ）とＳｍ（ＩＩＩ）、Ｅｕ（ＩＩＩ）等のランタノイドイ
オンの分離係数（ＳＦ_{Ａｍ／Ｌｎ}）はそれぞれ、６．７以上、５３．２以上となり、Ａｍ（ＩＩＩ）とＣｍ（ＩＩＩ）、及びＡｍ（ＩＩＩ）と種々のランタノイドイオンとの分離が可能であることが明らかである。

＜実施例２：アメリシウムとランタノイド（ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム）、及びモリブデンとの抽出分離（逆抽出率とＤＴＰＡ濃度依存性）＞
実施例１の条件によって、有機相に抽出されたアメリシウム、及びランタノイド（ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、モリブデン）を含む有機相（イミノ二酢酸アミド濃度０．２Ｍ）と逆抽出水相を接触させて、有機相中からの金属イオン逆抽出率を調べた。

逆抽出水相中のＤＴＰＡ濃度を０．００５～０．５Ｍに変化させたときの逆抽出水相中に逆抽出される金属イオンの濃度を定量し、逆抽出率を算出して、その値とＤＴＰＡ濃度との関係をグラフにまとめた。結果を図１に示す。このとき、水相中には、１．５Ｍの硝酸アンモニウム、または硝酸ナトリウム、及び、０．３Ｍのマロン酸を加えている。

図１の結果から、Ａｍ（ＩＩＩ）、及び種々のランタノイドイオンの逆抽出率は、ＤＴＰＡ濃度の増減に伴って増減する。また、例えばＤＴＰＡ濃度０．０２Ｍ（２０ｍＭ）において、Ａｍ（ＩＩＩ）の逆抽出率は、９０％を超える一方、種々のランタノイドイオンの抽出率は２０％未満となるため、Ａｍ（ＩＩＩ）と、種々のランタノイドイオンとの分離が可能であることが明らかである。

３価のアメリシウムイオン（Ａｍ（III））、３価の希土類元素イオンであるランタン
イオン（Ｌａ（ＩＩＩ））、セリウムイオン（Ｃｅ（ＩＩＩ））、プラセオジムイオン（Ｐｒ（ＩＩＩ））、ネオジムイオン（Ｎｄ（ＩＩＩ））、サマリウムイオン（Ｓｍ（ＩＩＩ））、６価のモリブデンイオン（Ｍｏ（ＶＩ））の逆抽出率とＤＴＰＡ濃度との関係を調べた。
０．２ＭのＡＤＡＡＭをドデカンに溶解した有機相中に抽出された元素を、１．５Ｍ
硝酸アンモニウム、０．３Ｍマロン酸、２０ｍＭＤＴＰＡと接触させた逆抽出試験の
結果を表２に示す。

表２の結果から、０．０２ＭＤＴＰＡの条件において、Ａｍ（ＩＩＩ）の逆抽出率は
９４．３％となり、水相中に逆抽出されることがわかる。このとき、Ｌａ（ＩＩＩ）、Ｃｅ（ＩＩＩ）、Ｐｒ（ＩＩＩ）、Ｎｄ（ＩＩＩ）、Ｍｏ（ＶＩ）の抽出率はそれぞれ０．９６１％、１．８８％、５．３５％、１９．７％、７．５７％となり、逆抽出されずに有機相に残ることがわかる。この結果から、Ａｍ（ＩＩＩ）と、種々のランタノイドイオンとの分離が可能であることが明らかである。

本発明の方法によれば、放射性廃液中に存在するアメリシウムを効率よく抽出分離することができる。

Claims

アメリシウムを含む酸性水溶液を準備する準備工程、
下記一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドの存在下、前記準備工程で準備した酸性水溶液と有機溶媒を接触させる液液接触工程、
前記液液接触工程で接触させた酸性水溶液と有機溶媒を分液する分液工程、及び
前記分液工程で分液した有機溶媒に水溶性錯化剤を含む酸性水溶液を接触させる逆抽出工程、
を含むことを特徴とする、アメリシウムの抽出方法であって、
前記準備工程で準備した酸性水溶液が、アメリシウムと、非抽出対象元素としてキュリウム及び／又はネオジムとを含み、アメリシウムを前記非抽出対象元素と分離する、アメリシウムの抽出方法。

（式（Ａ）中、Ｒ及びＲ’はそれぞれ独立して炭素数１～２０の炭化水素基又は水素原子を表す。）
前記準備工程で準備した酸性水溶液が、硝酸イオン（ＮＯ_３ ^－）を含む、請求項１に記載のアメリシウムの抽出方法。
式（Ａ）中、Ｒ及びＲ’がいずれも炭素数８のアルキル基である、請求項１または２に記載のアメリシウムの抽出方法。
液液接触工程で使用する一般式（Ａ）で表されるイミノ二酢酸アミドの濃度が０．１～
０．３Ｍである、請求項１～３のいずれか一項に記載のアメリシウムの抽出方法。
前記逆抽出工程で接触させる酸性水溶液に含まれる水溶性錯化剤が窒素ドナー系の水溶性錯化剤である、請求項１～４のいずれか一項に記載のアメリシウムの抽出方法。
窒素ドナー系の水溶性錯化剤がジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）である、請求項５に記載のアメリシウムの抽出方法。
前記逆抽出工程で接触させる酸性水溶液が、０．０１～０．０５ＭのＤＴＰＡを含む、請求項６に記載のアメリシウムの抽出方法。
前記非抽出対象元素が、イットリウム、ネオジム以外のランタノイド、ストロンチウム、バリウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、ジルコニウム、セシウム、モリブデンから選択される１種類以上の元素をさらに含み、アメリシウムを前記非抽出対象元素と分離する、請求項１～７の何れか１項に記載のアメリシウムの抽出方法。
前記アメリシウムと非抽出対象元素を含む酸性水溶液が使用済燃料の再処理廃液である、請求項１～８の何れか１項に記載のアメリシウムの抽出方法。