溶融塩中の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンの塩化処理方法
【課題】従来の溶融塩中成分の塩化処理のように、還元剤との反応による新たな生成物を溶融塩中に残留させることなく、塩化処理を行う方法を提供すること。
【解決手段】処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、前記溶融塩に含まれるアクチニド元素又は遷移金属元素或いは希土類元素の、酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する。
【解決手段】処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、前記溶融塩に含まれるアクチニド元素又は遷移金属元素或いは希土類元素の、酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩を溶媒に用いる化学処理プロセスにおいて、電解析出又は蒸留分離等の操作による回収が困難な酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、回収が容易な塩化物又は塩化物イオンの化学種に塩化処理する方法に関する。
【０００２】
本発明の適用の一具体例としては、使用済核燃料の乾式再処理プロセスにおいて、溶融塩に含まれる回収対象のアクチニド元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、金属の形態で回収し易い塩化物又は塩化物イオンに処理する技術への適用がある。また、本発明の適用の他の具体例としては、遷移金属元素又は希土類元素の精錬プロセスにおいて、溶融塩に含まれる回収対象の遷移金属元素又は希土類元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、金属の化学形態で回収することが容易な塩化物又は塩化物イオンに処理する技術への適用がある。
【背景技術】
【０００３】
ハロゲン化物溶融塩に含まれる酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを塩化物又は塩化物イオンに処理する従来技術として、酸素を除去する還元剤を供給する方法が知られている。このような方法の一例としては、例えば、塩化リチウム（LiCl）と塩化カリウム（KCl）の共晶塩化物溶融塩中の二酸化ウラン（UO2）等を四塩化ジルコニウム(ZrCl4）で三塩化ウランへ塩化処理する研究成果が報告されている［非特許文献１］。
【０００４】
また、還元剤による塩化処理の従来技術のうち、新たな生成物が溶融塩中に残留しない還元剤として、黒鉛（C）を投入し塩素ガスを供給する方法も知られている［特許文献１］。
【０００５】
さらに、酸化物を塩化物へ直接処理する従来技術として、酸素を除去する還元剤と処理対象の酸化物と混合して反応させ、対象元素の塩化物のみを揮発蒸留等により回収する方法が知られている。このような方法の一例としては、例えば、還元剤に五塩化モリブデン（MoCl5）を用いてZrO2をZrCl4へ塩化させる研究成果が報告されている［非特許文献２］。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第3143852号「使用済核燃料の塩化物への転換方法及びその装置」
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Y. Sakamura, T. Inoue, T. Iwai, H. Moriyama, "Chlorination of UO2, PuO2 and rare earth oxides using ZrCl4 in LiCl-KCl eutectic melt"Journal of Nuclear Materials, Vol．340(2005)39-51．
【非特許文献２】T. Hijikata, M. Kurata, "Novel Chlorination of Zirconium Dioxide at Low Temperature", Electrochemistry, Vol．77, No． 8(2009)702-708・
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の、ハロゲン化物溶融塩に含まれる酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを塩化物又は塩化物イオンに処理するために、酸素を除去する還元剤を供給する方法は、供給した還元剤が酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンと反応して新たな酸化物又は酸塩化物等の微粒子を生成し、これら生成物が溶融塩中を浮遊又は溶融塩下部に堆積するため、これら生成物を溶融塩から除去する操作が必要となる。具体的には、例えば、上述の非特許文献１に報告されている例では、ZrC14とUO2との反応によりジルコニア（ZrO2）が生成し溶融塩中に残留するため、プロセスとしてZrO2をろ過分離する操作が必要となる。
【０００９】
また、上述の特許文献１に記載されている、黒鉛（C）を投入し塩素ガスを供給する方法は、溶融塩中に新たな生成物を発生させないものの、黒鉛を溶融塩中へ投入した場合、黒鉛の密度が小さいために溶融塩の表面を浮遊し易く、反応で消費される量よりも多い黒鉛を添加する必要があり、この黒鉛の余剰分が、塩化処理後の電解析出による対象元素の回収時に、電極間の短絡原因となるため、電解前に除去する必要がある。
【００１０】
さらに、上述の非特許文献２に記載されているように、酸化物を塩化物へ直接処理する場合にも、還元剤との反応により生成する酸化物及びオキシ塩化物の粒子を分離する操作が必要となる。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩を溶媒に用いる化学処理プロセスを対象に、還元剤との反応による新たな生成物を溶融塩中に残留させることなく、かつ余分な処理剤を溶融塩中に残すことなく、ハロゲン化物溶融塩に含まれる酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、回収が容易な塩化物又は塩化物イオンに塩化処理する新しい方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一つの観点によれば、上述の新しい方法は、基本的には、処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物からなる還元剤或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、前記溶融塩に含まれるアクチニド元素又は遷移金属元素或いは希土類元素の、酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、塩化物及び塩化物イオンに塩化処理するものである。
【００１３】
上述の反応により生成するタングステン酸塩化物（WO2Cl2、WOCl4等）の生成物は、沸点が３００℃以下であるため、アルゴンガス等の不活性ガスを溶融塩中へ供給することで容易に溶融塩から揮発除去でき、溶融塩中に生成物は残留しない。
【００１４】
本発明の他の観点に係る方法では、処理対象物である溶融塩中に、タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤を供給し、上述と同様に特定の元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、その塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する。
【００１５】
この方法においても、アルゴンガスなどの不活性ガスを溶融塩中へ供給することで、還元反応による生成物を容易に溶融塩から揮発除去でき、溶融塩中に生成物が残留することはない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩を溶媒に用いる化学処理プロセスを対象に、還元剤との反応による新たな生成物を溶融塩中に残留させることなく、かつ余分な処理剤を溶融塩中に残すことなく、ハロゲン化物溶融塩に含まれる酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、回収が容易な塩化物又は塩化物イオンにすることができるので、使用済核燃料の乾式再処理プロセスや、遷移金属元素又は希土類元素の精錬プロセスを単純化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の形態に係る塩化処理プロセスを示す図。
【図２】本発明の第２の形態に係る塩化処理プロセスを示す図。
【図３】本発明の第３の形態に係る塩化処理プロセスを示す図。
【図４】本発明の第１の形態に係る塩化処理プロセスでの還元剤供給方法の説明図。
【図５】本発明の第２の形態に係る塩化処理プロセスでの還元剤供給方法の説明図。
【図６ａ】本発明の第３の形態に係る塩化処理プロセスでの還元剤供給方法の説明図。
【図６ｂ】本発明の第３の形態に係る塩化処理プロセスでの還元剤供給方法の説明図。
【図６ｃ】本発明の第３の形態に係る塩化処理プロセスでの還元剤供給方法の説明図。
【図７】本発明の効果を実証するための吸光分光測定方法の説明図。
【図８】図７に示された吸光分光測定方法で測定された吸収スペクトルを示す図。
【図９】図７に示された吸光分光測定方法で測定されたタングステン塩化物（WCl6）を添加した場合の吸収スペクトルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る、溶融塩中の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンの塩化処理方法を実施するための形態として、処理対象元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを塩化処理する還元剤及び反応ガスの種類等によって、大きく分けて以下の（１）乃至（３）のいずれかのプロセスがある。なお、本願明細書中において使用する、還元剤３ａ、還元剤３ｂ、または還元剤３ｃとは、特定の物質を指すものではなく、（１）乃至（３）のプロセスによって適用する還元剤の種類が異なることを表す。特定の物質の還元剤を適用する場合は、「タングステン酸塩化物からなる還元剤３ｂ」という表現のように、修飾語によって区別する。
【００１９】
（１）タングステン金属と、塩素ガス又は塩化水素ガスを利用するプロセス
【００２０】
図１は、タングステン金属（W）からなる還元剤３ａ及び反応ガス４の供給による塩化処理プロセスを示す。反応ガス４は、塩素ガス又は塩化水素ガスを用いる。処理対象元素の酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩２中へ、タングステン金属からなる還元剤３ａ及び反応ガス４の供給によって、溶融塩２中で処理対象元素の塩化物５ａ又は塩化物イオン５ｂに塩化するものである。
【００２１】
供給した上記還元剤３ａ及び反応ガス４と、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃとの反応により生成するタングステン酸塩化物（WO2C12、WOC14等）の生成物６は、沸点が３００℃以下であるため、アルゴンガス等の不活性ガス７を溶融塩２中へ供給することで容易に溶融塩２から揮発除去され、低温状態にあるコールドトラップ等で回収することができる。
【００２２】
（２）タングステン酸塩化物又はタングステン塩化物と、塩素ガス又は塩化水素ガスを利用するプロセス
【００２３】
図２は、タングステン酸塩化物（WOC14等）又はタングステン塩化物（WCl5、WCl6等）からなる還元剤３ｂ及び反応ガス４の供給による塩化処理プロセスを示す。反応ガス４は、塩素ガス又は塩化水素ガスを用いる。処理対象元素の酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩２中へ、タングステン酸塩化物又はタングステン塩化物からなる還元剤３ｂ及び反応ガス４の供給によって、溶融塩２中で処理対象元素の塩化物５ａ又は塩化物イオン５ｂに塩化するものである。
【００２４】
供給した上記還元剤３ｂ及び反応ガス４と、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃとの反応により生成するタングステン酸塩化物（WO2C12、WOC14等）の生成物６は、沸点が３００℃以下であるため、アルゴンガス等の不活性ガス７を溶融塩２中へ供給することで容易に溶融塩２から揮発除去され、低温状態にあるコールドトラップ等で回収される。タングステン酸塩化物又はタングステン塩化物からなる還元剤３ｂの供給方法は、溶融塩２中へ直接供給する方法、又は溶融塩２と上記還元剤３ｂを予め溶融した混合物（２＋３ｂ）を調製してこれを供給する方法がある。
【００２５】
（３）タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物を利用するプロセス
図３は、タングステン酸塩化物（WOCl4等）及びタングステン塩化物（WCl5、WCl6等）からなる還元剤３ｃの供給による塩化処理プロセスを示す。処理対象元素の酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩２中へ、タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤３ｃの供給によって、溶融塩２中で処理対象元素の塩化物５ａ又は塩化物イオン５ｂに塩化するものである。
【００２６】
供給した上記還元剤３ｃと、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃとの反応により生成するタングステン酸塩化物（WO2Cl2、WOCl4等)の生成物６は、沸点が３００℃以下であるため、アルゴンガス等の不活性ガス７を溶融塩２中へ供給することで容易に溶融塩２から揮発除去され、低温状態にあるコールドトラップ等で回収される。上記還元剤３ｃの供給方法は、溶融塩２中へ直接供給する方法、又は溶融塩２と還元剤３ｃを予め溶融した混合物（２＋３ｃ）を調製してこれを供給する方法、或いは沸点以上に還元剤３ｃを加熱によりガス化して不活性ガス７との混合ガス（３ｃ＋７）を供給する方法がある。
【００２７】
次に、上述の（１）乃至（３）の各塩化処理プロセスについて、さらに具体的に説明する。
【００２８】
本発明で対象とする塩化処理プロセスでは、塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩２に含まれる処理対象元素の酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを、タングステン金属からなる還元剤３ａ及び塩素ガス又は塩化水素ガスからなる反応ガス４の供給、又はタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物からなる還元剤３ｂ及び塩素ガス又は塩化水素ガスからなる反応ガス４の供給、或いはタングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤３ｃの供給によって、溶融塩２中で処理対象元素の塩化物５ａ又は塩化物イオン５ｂに塩化するものである。
【００２９】
本発明の特徴は、塩化処理の還元剤として、タングステン金属、タングステン酸塩化物、タングステン塩化物、又はこれら化合物の混合物を用いる点にある。これらタングステン金属等からなる還元剤３ａ、３ｂ、３ｃを用いて溶融塩２に含まれる処理対象元素の酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを塩化した場合の特徴として、還元剤３ａ、３ｂ及び反応ガス４との反応、或いは還元剤３ｃとの反応により生成するタングステン酸塩化物（WO2Cl2、WOCl4等）の生成物６は、沸点が３００℃以下であるため、アルゴンガス等の不活性ガス７を溶融塩２中へ供給することで容易に溶融塩２から揮発除去でき、溶融塩２中に生成物６は残留しない。
【００３０】
本発明で対象とする塩化処理プロセスに用いる還元剤及び反応ガス４の供給方法は、還元剤の性状及び図１乃至図３に示したプロセスによって異なる。次にそれらの具体的な供給方法を、図４乃至図６を参照して説明する。
【００３１】
（１）のａ： 容器１１に収納した、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む溶融塩２中に、還元剤３ａとしてタングステン金属又はタングステンを主成分とする合金からなる棒材、板材、網、粒又は粉末を浸漬又は添加し、反応ガス４をセラミック又はガラス或いは耐食性金属で構成された供給管８により溶融塩２中へ供給する。(図４参照)
【００３２】
（２）のａ： 容器１１に収納した、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む溶融塩２中に、還元剤３ｂとしてタングステン酸塩化物若しくはタングステン塩化物又はタングステン酸塩化物若しくはタングステン塩化物を主成分とする化合物からなるペレット、粒又は粉末を添加、或いはタングステン塩化物又はタングステン酸塩化物を表面に付着又は塗布させた棒材、板材若しくは網を浸漬又は添加し、反応ガス４をセラミック又はガラス或いは耐食性金属で構成された供給管８により溶融塩２中へ供給する。（図５ａ参照）
【００３３】
（２）のｂ： 予め、還元剤３ｂであるタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物或いはタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物を主成分とする化合物を、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む溶融塩２と同組成又は類似組成の塩と溶融混合したペレット又は粒状或いは粉末の混合物（２＋３ｂ）に加工し、容器１１に収納した溶融塩２中にこれら混合物（２＋３ｂ）を添加して、反応ガス４をセラミック又はガラス或いは耐食性金属で構成された供給管８により溶融塩２中へ供給する。（図５ｂ参照）
【００３４】
ここで、タングステン塩化物を添加した場合の反応について、少し詳細に説明する。タングステン塩化物を添加した場合、処理対象物である溶融塩中に含まれるアクチニド元素又は遷移金属元素或いは希土類元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンとの還元反応の副反応生成物として、タングステン酸化物が発生し、溶融塩中に残留する。このため、生成したタングステン酸化物を反応ガスの供給により、タングステン酸塩化物又はタングステン塩化物を生成させ、これらタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物を還元剤として活用する。また、タングステン酸化物から反応ガスの供給によって溶融塩中に生成させたタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物が余剰になった場合、反応ガス又は不活性ガスを溶融塩中に供給することで溶融塩中から余剰なタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物を容易に揮発除去できる。
【００３５】
（３）のａ： 容器１１に収納した、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む溶融塩２中に、還元剤３ｃとしてタングステン酸塩化物、タングステン塩化物又はタングステン酸塩化物及びタングステン塩化物を主成分とする化合物からなるペレット、粒又は粉末を添加、或いはタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物を表面に付着又は塗布させた棒材、板材又は網を浸漬又は添加する。（図６ａ参照）
【００３６】
（３）のｂ： 予め、還元剤３ｃであるタングステン酸塩化物、タングステン塩化物又はタングステン酸塩化物及びタングステン塩化物を主成分とする化合物を、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む溶融塩３と同組成又は類似組成の塩と溶融混合したペレット又は粒状或いは粉末の混合物（２＋３ｃ）に加工し、容器１１に収納した溶融塩２中にこれら混合物（２＋３ｃ）を添加する。（図６ｂ参照）
【００３７】
（３）のｃ： 還元剤３ｃであるタングステン酸塩化物、タングステン塩化物又はタングステン酸塩化物及びタングステン塩化物を主成分とする化合物を耐食性容器９内に収納して電気炉１０等により加熱してガス化し、アルゴンガス等の不活性ガス７をキャリアガスとするガス化した還元剤３ｃを含む混合ガス（３ｃ＋７）を、セラミック又はガラス或いは耐食性金属で構成された供給管８により、容器１１に収納した、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む溶融塩２中へ供給する。（図６ｃ参照）
【実施例】
【００３８】
本発明による塩化処理を実施した事例（上記（１）のａによる方法）として、図７に示す吸光分光測定方法によって、塩化処理結果の評価を行った。この評価は、図７に示すように、処理対象のUO2Cl2を含む４００℃のLiCl-RbCl溶融塩（２）中に、還元剤としてのタングステン金属網３ａを浸漬し、反応ガスである塩素ガス４を供給管８から供給するやり方で行い、W浸漬前のUO2Cl2の吸収スペクトル、W浸漬後のUO2Cl及びUCl4の吸収スペクトル、及びW浸漬及びCl2供給後のUCl4の吸収スペクトルを観察した。
【００３９】
より具体的には、処理対象となる酸塩化物１ａであるウラン酸塩化物（二塩化ウラニルUO2Cl2）を含む塩化リチウムと塩化ルビジウムの共晶塩（LiCl-RbCl）からなる溶融塩２を分光セル付石英セル１１中に装荷し、電気炉等で溶融塩２を400 ℃に加熱溶融し、吸光分光測定によりUO2Cl2の吸収スペクトル（図８中の細線１０１）を確認した。この状態で、溶融塩２中に還元剤３ａであるタングステン金属（W）製網を浸漬して吸光分光測定により吸収スペクトルの変化を観察したところ、一塩化ウラニル（UO2Cl）と少量の四塩化ウラン（UCl4）の生成（図８中の中太線１０２）を確認した。
【００４０】
これらUO2ClとUCl4の生成過程は、下式（反応１）に示す反応によりUO2Clと二塩化タングステン（WCl2）が生成し、生成したWCl2が下式（反応２）に示すUO2Cl2との反応によりUO2ClとUCl4を生成したことによる。
【００４１】
2UO2Cl2+W→2UO2Cl+WCl2 （反応１）
7UO2Cl2+2WCl2→6UO2Cl+UCl4+2WOCl4↑ （反応２）
2UO2Cl+4W+11Cl2→2UCl4+4WOCl4↑ （反応３）
UO2Cl2+2W+5Cl2→UCl4+2WOCl4↑ （反応４）
【００４２】
引き続きこの状態で、反応ガス４である塩素（Cl2）ガスを供給して吸光分光測定により吸収スペクトルの変化を観察したところ、UCl4のみが溶融塩２中に残留すること（図８中の太線１０３）を確認した。UCl4の生成は下式（反応３）及び（反応４）によるものであり、同時に生成したタングステン酸塩化物（WOCl4）は沸点が３００℃以下で溶融塩２中から揮発除去される。仮に、タングステン塩化物が溶融塩２中に溶存した場合、波数２０×１０３〜１０×１０３cm-1の可視光領域にブロードな大きい吸収ピークを示すため、容易に目視で判断できる。なお、上述の図８においては、Ｗ浸漬前のUO2Cl2の吸収スペクトルの吸光度が波数１８×１０３から５×１０３cm-1の範囲で吸収ピークが無いため、細線１０１の吸光度はこの範囲においてゼロになっている。
【００４３】
処理対象の酸塩化物１ａであるUO2Cl2は２０×１０３cm-1以上の紫外光領域に巨大な吸収ピーク（図８中の細線１０１）を示すが、処理後の吸収スペクトル（図８中の太線１０３）にこの吸収ピークは極端に低下しており、酸塩化物１ａであるUO2Cl2はほぼ全量が塩化物５ａであるUCl4に処理することを確認した。
【００４４】
以上述べた通り、本発明は、塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩２に含まれる処理対象元素の酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを、還元剤３ａ、３ｂ、３ｃ及び反応ガス４による新たな生成物６を溶融塩２中に残留させずに、塩化物５ａ又は塩化物イオン５ｂに処理することを目的にしているが、これに関して、図７の具体例に示した通り、還元剤３ａであるタングステン金属及び反応ガス４である塩素ガスを溶融塩２中に供給することで、溶融塩２中に含まれる処理対象の酸塩化物１ａであるUO2Cl2はほぼ全量塩化物UCl4へ処理でき、還元剤３ａのタングステン金属からの生成物６であるタングステン酸塩化物を溶融塩２中から揮発除去できることを確認した。
【００４５】
また、処理対象の酸塩化物１ａであるUO2Cl2を含む溶融塩２中へタングステン塩化物（WCl6）から成る還元剤３ｃを供給した場合の状況を、図７と同様な吸光分光測定による評価手法で確認した結果、図９に示すように溶融塩２中に含まれる処理対象の酸塩化物１ａであるUO2Cl2は塩化物UCl4へ処理でき（すなわち、UO22+がU4+へ還元）、上記還元剤３ｃのタングステン塩化物からの生成物６であるタングステン酸塩化物を溶融塩２中から揮発除去できることも確認した。
【符号の説明】
【００４６】
２ … 酸塩化物、酸化物、化合物イオンを含む溶融塩
３ａ、３ｂ、３ｃ … 還元剤
４ … 反応ガス
７ … 不活性ガス
８ … 供給管
９ … 還元剤気化容器
１０ … 電気炉等加熱装置
１１ … 容器
１０１ … タングステン金属を浸漬する前に観察したUO2Cl2の吸収スペクトル
１０２ … タングステン金属を浸漬した後に観察したUO2Clの吸収スペクトル
１０３ … タングステン金属を浸漬し、塩素ガスを供給した後に観察したUCl4の吸収スペクトル
２０１ … 塩化タングステン（WCl6）を添加する前に観察したUO2Cl2の吸収スペクトル
２０２ … 塩化タングステン（WCl6）を添加してUCl4が増加したことを示す吸収スペクトル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩を溶媒に用いる化学処理プロセスにおいて、電解析出又は蒸留分離等の操作による回収が困難な酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、回収が容易な塩化物又は塩化物イオンの化学種に塩化処理する方法に関する。
【０００２】
本発明の適用の一具体例としては、使用済核燃料の乾式再処理プロセスにおいて、溶融塩に含まれる回収対象のアクチニド元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、金属の形態で回収し易い塩化物又は塩化物イオンに処理する技術への適用がある。また、本発明の適用の他の具体例としては、遷移金属元素又は希土類元素の精錬プロセスにおいて、溶融塩に含まれる回収対象の遷移金属元素又は希土類元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、金属の化学形態で回収することが容易な塩化物又は塩化物イオンに処理する技術への適用がある。
【背景技術】
【０００３】
ハロゲン化物溶融塩に含まれる酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを塩化物又は塩化物イオンに処理する従来技術として、酸素を除去する還元剤を供給する方法が知られている。このような方法の一例としては、例えば、塩化リチウム（LiCl）と塩化カリウム（KCl）の共晶塩化物溶融塩中の二酸化ウラン（UO2）等を四塩化ジルコニウム(ZrCl4）で三塩化ウランへ塩化処理する研究成果が報告されている［非特許文献１］。
【０００４】
また、還元剤による塩化処理の従来技術のうち、新たな生成物が溶融塩中に残留しない還元剤として、黒鉛（C）を投入し塩素ガスを供給する方法も知られている［特許文献１］。
【０００５】
さらに、酸化物を塩化物へ直接処理する従来技術として、酸素を除去する還元剤と処理対象の酸化物と混合して反応させ、対象元素の塩化物のみを揮発蒸留等により回収する方法が知られている。このような方法の一例としては、例えば、還元剤に五塩化モリブデン（MoCl5）を用いてZrO2をZrCl4へ塩化させる研究成果が報告されている［非特許文献２］。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第3143852号「使用済核燃料の塩化物への転換方法及びその装置」
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Y. Sakamura, T. Inoue, T. Iwai, H. Moriyama, "Chlorination of UO2, PuO2 and rare earth oxides using ZrCl4 in LiCl-KCl eutectic melt"Journal of Nuclear Materials, Vol．340(2005)39-51．
【非特許文献２】T. Hijikata, M. Kurata, "Novel Chlorination of Zirconium Dioxide at Low Temperature", Electrochemistry, Vol．77, No． 8(2009)702-708・
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の、ハロゲン化物溶融塩に含まれる酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを塩化物又は塩化物イオンに処理するために、酸素を除去する還元剤を供給する方法は、供給した還元剤が酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンと反応して新たな酸化物又は酸塩化物等の微粒子を生成し、これら生成物が溶融塩中を浮遊又は溶融塩下部に堆積するため、これら生成物を溶融塩から除去する操作が必要となる。具体的には、例えば、上述の非特許文献１に報告されている例では、ZrC14とUO2との反応によりジルコニア（ZrO2）が生成し溶融塩中に残留するため、プロセスとしてZrO2をろ過分離する操作が必要となる。
【０００９】
また、上述の特許文献１に記載されている、黒鉛（C）を投入し塩素ガスを供給する方法は、溶融塩中に新たな生成物を発生させないものの、黒鉛を溶融塩中へ投入した場合、黒鉛の密度が小さいために溶融塩の表面を浮遊し易く、反応で消費される量よりも多い黒鉛を添加する必要があり、この黒鉛の余剰分が、塩化処理後の電解析出による対象元素の回収時に、電極間の短絡原因となるため、電解前に除去する必要がある。
【００１０】
さらに、上述の非特許文献２に記載されているように、酸化物を塩化物へ直接処理する場合にも、還元剤との反応により生成する酸化物及びオキシ塩化物の粒子を分離する操作が必要となる。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩を溶媒に用いる化学処理プロセスを対象に、還元剤との反応による新たな生成物を溶融塩中に残留させることなく、かつ余分な処理剤を溶融塩中に残すことなく、ハロゲン化物溶融塩に含まれる酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、回収が容易な塩化物又は塩化物イオンに塩化処理する新しい方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一つの観点によれば、上述の新しい方法は、基本的には、処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物からなる還元剤或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、前記溶融塩に含まれるアクチニド元素又は遷移金属元素或いは希土類元素の、酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、塩化物及び塩化物イオンに塩化処理するものである。
【００１３】
上述の反応により生成するタングステン酸塩化物（WO2Cl2、WOCl4等）の生成物は、沸点が３００℃以下であるため、アルゴンガス等の不活性ガスを溶融塩中へ供給することで容易に溶融塩から揮発除去でき、溶融塩中に生成物は残留しない。
【００１４】
本発明の他の観点に係る方法では、処理対象物である溶融塩中に、タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤を供給し、上述と同様に特定の元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、その塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する。
【００１５】
この方法においても、アルゴンガスなどの不活性ガスを溶融塩中へ供給することで、還元反応による生成物を容易に溶融塩から揮発除去でき、溶融塩中に生成物が残留することはない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩を溶媒に用いる化学処理プロセスを対象に、還元剤との反応による新たな生成物を溶融塩中に残留させることなく、かつ余分な処理剤を溶融塩中に残すことなく、ハロゲン化物溶融塩に含まれる酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、回収が容易な塩化物又は塩化物イオンにすることができるので、使用済核燃料の乾式再処理プロセスや、遷移金属元素又は希土類元素の精錬プロセスを単純化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の形態に係る塩化処理プロセスを示す図。
【図２】本発明の第２の形態に係る塩化処理プロセスを示す図。
【図３】本発明の第３の形態に係る塩化処理プロセスを示す図。
【図４】本発明の第１の形態に係る塩化処理プロセスでの還元剤供給方法の説明図。
【図５】本発明の第２の形態に係る塩化処理プロセスでの還元剤供給方法の説明図。
【図６ａ】本発明の第３の形態に係る塩化処理プロセスでの還元剤供給方法の説明図。
【図６ｂ】本発明の第３の形態に係る塩化処理プロセスでの還元剤供給方法の説明図。
【図６ｃ】本発明の第３の形態に係る塩化処理プロセスでの還元剤供給方法の説明図。
【図７】本発明の効果を実証するための吸光分光測定方法の説明図。
【図８】図７に示された吸光分光測定方法で測定された吸収スペクトルを示す図。
【図９】図７に示された吸光分光測定方法で測定されたタングステン塩化物（WCl6）を添加した場合の吸収スペクトルを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る、溶融塩中の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンの塩化処理方法を実施するための形態として、処理対象元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを塩化処理する還元剤及び反応ガスの種類等によって、大きく分けて以下の（１）乃至（３）のいずれかのプロセスがある。なお、本願明細書中において使用する、還元剤３ａ、還元剤３ｂ、または還元剤３ｃとは、特定の物質を指すものではなく、（１）乃至（３）のプロセスによって適用する還元剤の種類が異なることを表す。特定の物質の還元剤を適用する場合は、「タングステン酸塩化物からなる還元剤３ｂ」という表現のように、修飾語によって区別する。
【００１９】
（１）タングステン金属と、塩素ガス又は塩化水素ガスを利用するプロセス
【００２０】
図１は、タングステン金属（W）からなる還元剤３ａ及び反応ガス４の供給による塩化処理プロセスを示す。反応ガス４は、塩素ガス又は塩化水素ガスを用いる。処理対象元素の酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩２中へ、タングステン金属からなる還元剤３ａ及び反応ガス４の供給によって、溶融塩２中で処理対象元素の塩化物５ａ又は塩化物イオン５ｂに塩化するものである。
【００２１】
供給した上記還元剤３ａ及び反応ガス４と、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃとの反応により生成するタングステン酸塩化物（WO2C12、WOC14等）の生成物６は、沸点が３００℃以下であるため、アルゴンガス等の不活性ガス７を溶融塩２中へ供給することで容易に溶融塩２から揮発除去され、低温状態にあるコールドトラップ等で回収することができる。
【００２２】
（２）タングステン酸塩化物又はタングステン塩化物と、塩素ガス又は塩化水素ガスを利用するプロセス
【００２３】
図２は、タングステン酸塩化物（WOC14等）又はタングステン塩化物（WCl5、WCl6等）からなる還元剤３ｂ及び反応ガス４の供給による塩化処理プロセスを示す。反応ガス４は、塩素ガス又は塩化水素ガスを用いる。処理対象元素の酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩２中へ、タングステン酸塩化物又はタングステン塩化物からなる還元剤３ｂ及び反応ガス４の供給によって、溶融塩２中で処理対象元素の塩化物５ａ又は塩化物イオン５ｂに塩化するものである。
【００２４】
供給した上記還元剤３ｂ及び反応ガス４と、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃとの反応により生成するタングステン酸塩化物（WO2C12、WOC14等）の生成物６は、沸点が３００℃以下であるため、アルゴンガス等の不活性ガス７を溶融塩２中へ供給することで容易に溶融塩２から揮発除去され、低温状態にあるコールドトラップ等で回収される。タングステン酸塩化物又はタングステン塩化物からなる還元剤３ｂの供給方法は、溶融塩２中へ直接供給する方法、又は溶融塩２と上記還元剤３ｂを予め溶融した混合物（２＋３ｂ）を調製してこれを供給する方法がある。
【００２５】
（３）タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物を利用するプロセス
図３は、タングステン酸塩化物（WOCl4等）及びタングステン塩化物（WCl5、WCl6等）からなる還元剤３ｃの供給による塩化処理プロセスを示す。処理対象元素の酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩２中へ、タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤３ｃの供給によって、溶融塩２中で処理対象元素の塩化物５ａ又は塩化物イオン５ｂに塩化するものである。
【００２６】
供給した上記還元剤３ｃと、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃとの反応により生成するタングステン酸塩化物（WO2Cl2、WOCl4等)の生成物６は、沸点が３００℃以下であるため、アルゴンガス等の不活性ガス７を溶融塩２中へ供給することで容易に溶融塩２から揮発除去され、低温状態にあるコールドトラップ等で回収される。上記還元剤３ｃの供給方法は、溶融塩２中へ直接供給する方法、又は溶融塩２と還元剤３ｃを予め溶融した混合物（２＋３ｃ）を調製してこれを供給する方法、或いは沸点以上に還元剤３ｃを加熱によりガス化して不活性ガス７との混合ガス（３ｃ＋７）を供給する方法がある。
【００２７】
次に、上述の（１）乃至（３）の各塩化処理プロセスについて、さらに具体的に説明する。
【００２８】
本発明で対象とする塩化処理プロセスでは、塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩２に含まれる処理対象元素の酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを、タングステン金属からなる還元剤３ａ及び塩素ガス又は塩化水素ガスからなる反応ガス４の供給、又はタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物からなる還元剤３ｂ及び塩素ガス又は塩化水素ガスからなる反応ガス４の供給、或いはタングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤３ｃの供給によって、溶融塩２中で処理対象元素の塩化物５ａ又は塩化物イオン５ｂに塩化するものである。
【００２９】
本発明の特徴は、塩化処理の還元剤として、タングステン金属、タングステン酸塩化物、タングステン塩化物、又はこれら化合物の混合物を用いる点にある。これらタングステン金属等からなる還元剤３ａ、３ｂ、３ｃを用いて溶融塩２に含まれる処理対象元素の酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを塩化した場合の特徴として、還元剤３ａ、３ｂ及び反応ガス４との反応、或いは還元剤３ｃとの反応により生成するタングステン酸塩化物（WO2Cl2、WOCl4等）の生成物６は、沸点が３００℃以下であるため、アルゴンガス等の不活性ガス７を溶融塩２中へ供給することで容易に溶融塩２から揮発除去でき、溶融塩２中に生成物６は残留しない。
【００３０】
本発明で対象とする塩化処理プロセスに用いる還元剤及び反応ガス４の供給方法は、還元剤の性状及び図１乃至図３に示したプロセスによって異なる。次にそれらの具体的な供給方法を、図４乃至図６を参照して説明する。
【００３１】
（１）のａ： 容器１１に収納した、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む溶融塩２中に、還元剤３ａとしてタングステン金属又はタングステンを主成分とする合金からなる棒材、板材、網、粒又は粉末を浸漬又は添加し、反応ガス４をセラミック又はガラス或いは耐食性金属で構成された供給管８により溶融塩２中へ供給する。(図４参照)
【００３２】
（２）のａ： 容器１１に収納した、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む溶融塩２中に、還元剤３ｂとしてタングステン酸塩化物若しくはタングステン塩化物又はタングステン酸塩化物若しくはタングステン塩化物を主成分とする化合物からなるペレット、粒又は粉末を添加、或いはタングステン塩化物又はタングステン酸塩化物を表面に付着又は塗布させた棒材、板材若しくは網を浸漬又は添加し、反応ガス４をセラミック又はガラス或いは耐食性金属で構成された供給管８により溶融塩２中へ供給する。（図５ａ参照）
【００３３】
（２）のｂ： 予め、還元剤３ｂであるタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物或いはタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物を主成分とする化合物を、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む溶融塩２と同組成又は類似組成の塩と溶融混合したペレット又は粒状或いは粉末の混合物（２＋３ｂ）に加工し、容器１１に収納した溶融塩２中にこれら混合物（２＋３ｂ）を添加して、反応ガス４をセラミック又はガラス或いは耐食性金属で構成された供給管８により溶融塩２中へ供給する。（図５ｂ参照）
【００３４】
ここで、タングステン塩化物を添加した場合の反応について、少し詳細に説明する。タングステン塩化物を添加した場合、処理対象物である溶融塩中に含まれるアクチニド元素又は遷移金属元素或いは希土類元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンとの還元反応の副反応生成物として、タングステン酸化物が発生し、溶融塩中に残留する。このため、生成したタングステン酸化物を反応ガスの供給により、タングステン酸塩化物又はタングステン塩化物を生成させ、これらタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物を還元剤として活用する。また、タングステン酸化物から反応ガスの供給によって溶融塩中に生成させたタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物が余剰になった場合、反応ガス又は不活性ガスを溶融塩中に供給することで溶融塩中から余剰なタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物を容易に揮発除去できる。
【００３５】
（３）のａ： 容器１１に収納した、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む溶融塩２中に、還元剤３ｃとしてタングステン酸塩化物、タングステン塩化物又はタングステン酸塩化物及びタングステン塩化物を主成分とする化合物からなるペレット、粒又は粉末を添加、或いはタングステン酸塩化物又はタングステン塩化物を表面に付着又は塗布させた棒材、板材又は網を浸漬又は添加する。（図６ａ参照）
【００３６】
（３）のｂ： 予め、還元剤３ｃであるタングステン酸塩化物、タングステン塩化物又はタングステン酸塩化物及びタングステン塩化物を主成分とする化合物を、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む溶融塩３と同組成又は類似組成の塩と溶融混合したペレット又は粒状或いは粉末の混合物（２＋３ｃ）に加工し、容器１１に収納した溶融塩２中にこれら混合物（２＋３ｃ）を添加する。（図６ｂ参照）
【００３７】
（３）のｃ： 還元剤３ｃであるタングステン酸塩化物、タングステン塩化物又はタングステン酸塩化物及びタングステン塩化物を主成分とする化合物を耐食性容器９内に収納して電気炉１０等により加熱してガス化し、アルゴンガス等の不活性ガス７をキャリアガスとするガス化した還元剤３ｃを含む混合ガス（３ｃ＋７）を、セラミック又はガラス或いは耐食性金属で構成された供給管８により、容器１１に収納した、酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを含む溶融塩２中へ供給する。（図６ｃ参照）
【実施例】
【００３８】
本発明による塩化処理を実施した事例（上記（１）のａによる方法）として、図７に示す吸光分光測定方法によって、塩化処理結果の評価を行った。この評価は、図７に示すように、処理対象のUO2Cl2を含む４００℃のLiCl-RbCl溶融塩（２）中に、還元剤としてのタングステン金属網３ａを浸漬し、反応ガスである塩素ガス４を供給管８から供給するやり方で行い、W浸漬前のUO2Cl2の吸収スペクトル、W浸漬後のUO2Cl及びUCl4の吸収スペクトル、及びW浸漬及びCl2供給後のUCl4の吸収スペクトルを観察した。
【００３９】
より具体的には、処理対象となる酸塩化物１ａであるウラン酸塩化物（二塩化ウラニルUO2Cl2）を含む塩化リチウムと塩化ルビジウムの共晶塩（LiCl-RbCl）からなる溶融塩２を分光セル付石英セル１１中に装荷し、電気炉等で溶融塩２を400 ℃に加熱溶融し、吸光分光測定によりUO2Cl2の吸収スペクトル（図８中の細線１０１）を確認した。この状態で、溶融塩２中に還元剤３ａであるタングステン金属（W）製網を浸漬して吸光分光測定により吸収スペクトルの変化を観察したところ、一塩化ウラニル（UO2Cl）と少量の四塩化ウラン（UCl4）の生成（図８中の中太線１０２）を確認した。
【００４０】
これらUO2ClとUCl4の生成過程は、下式（反応１）に示す反応によりUO2Clと二塩化タングステン（WCl2）が生成し、生成したWCl2が下式（反応２）に示すUO2Cl2との反応によりUO2ClとUCl4を生成したことによる。
【００４１】
2UO2Cl2+W→2UO2Cl+WCl2 （反応１）
7UO2Cl2+2WCl2→6UO2Cl+UCl4+2WOCl4↑ （反応２）
2UO2Cl+4W+11Cl2→2UCl4+4WOCl4↑ （反応３）
UO2Cl2+2W+5Cl2→UCl4+2WOCl4↑ （反応４）
【００４２】
引き続きこの状態で、反応ガス４である塩素（Cl2）ガスを供給して吸光分光測定により吸収スペクトルの変化を観察したところ、UCl4のみが溶融塩２中に残留すること（図８中の太線１０３）を確認した。UCl4の生成は下式（反応３）及び（反応４）によるものであり、同時に生成したタングステン酸塩化物（WOCl4）は沸点が３００℃以下で溶融塩２中から揮発除去される。仮に、タングステン塩化物が溶融塩２中に溶存した場合、波数２０×１０３〜１０×１０３cm-1の可視光領域にブロードな大きい吸収ピークを示すため、容易に目視で判断できる。なお、上述の図８においては、Ｗ浸漬前のUO2Cl2の吸収スペクトルの吸光度が波数１８×１０３から５×１０３cm-1の範囲で吸収ピークが無いため、細線１０１の吸光度はこの範囲においてゼロになっている。
【００４３】
処理対象の酸塩化物１ａであるUO2Cl2は２０×１０３cm-1以上の紫外光領域に巨大な吸収ピーク（図８中の細線１０１）を示すが、処理後の吸収スペクトル（図８中の太線１０３）にこの吸収ピークは極端に低下しており、酸塩化物１ａであるUO2Cl2はほぼ全量が塩化物５ａであるUCl4に処理することを確認した。
【００４４】
以上述べた通り、本発明は、塩化物及び塩化物とフッ化物の混合物等のハロゲン化物からなる溶融塩２に含まれる処理対象元素の酸塩化物１ａ及び酸化物１ｂ並びにこれら化合物イオン１ｃを、還元剤３ａ、３ｂ、３ｃ及び反応ガス４による新たな生成物６を溶融塩２中に残留させずに、塩化物５ａ又は塩化物イオン５ｂに処理することを目的にしているが、これに関して、図７の具体例に示した通り、還元剤３ａであるタングステン金属及び反応ガス４である塩素ガスを溶融塩２中に供給することで、溶融塩２中に含まれる処理対象の酸塩化物１ａであるUO2Cl2はほぼ全量塩化物UCl4へ処理でき、還元剤３ａのタングステン金属からの生成物６であるタングステン酸塩化物を溶融塩２中から揮発除去できることを確認した。
【００４５】
また、処理対象の酸塩化物１ａであるUO2Cl2を含む溶融塩２中へタングステン塩化物（WCl6）から成る還元剤３ｃを供給した場合の状況を、図７と同様な吸光分光測定による評価手法で確認した結果、図９に示すように溶融塩２中に含まれる処理対象の酸塩化物１ａであるUO2Cl2は塩化物UCl4へ処理でき（すなわち、UO22+がU4+へ還元）、上記還元剤３ｃのタングステン塩化物からの生成物６であるタングステン酸塩化物を溶融塩２中から揮発除去できることも確認した。
【符号の説明】
【００４６】
２ … 酸塩化物、酸化物、化合物イオンを含む溶融塩
３ａ、３ｂ、３ｃ … 還元剤
４ … 反応ガス
７ … 不活性ガス
８ … 供給管
９ … 還元剤気化容器
１０ … 電気炉等加熱装置
１１ … 容器
１０１ … タングステン金属を浸漬する前に観察したUO2Cl2の吸収スペクトル
１０２ … タングステン金属を浸漬した後に観察したUO2Clの吸収スペクトル
１０３ … タングステン金属を浸漬し、塩素ガスを供給した後に観察したUCl4の吸収スペクトル
２０１ … 塩化タングステン（WCl6）を添加する前に観察したUO2Cl2の吸収スペクトル
２０２ … 塩化タングステン（WCl6）を添加してUCl4が増加したことを示す吸収スペクトル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物からなる還元剤或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、前記溶融塩に含まれるアクチニド元素又は遷移金属元素或いは希土類元素の、酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項２】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物からなる還元剤或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、アルカリ塩化物及びアルカリ土類塩化物並びにこれらを主成分とする塩化物からなる前記溶融塩中に含まれるアクチニド元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、アクチニド元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項３】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物からなる還元剤或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、アルカリ塩化物又はアルカリ土類塩化物或いはこれらを主成分とする塩化物とアルカリフッ化物又はアルカリ土類フッ化物或いはこれらを主成分とするフッ化物との混合物であるハロゲン化物からなる前記溶融塩中に含まれるアクチニド元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、アクチニド元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項４】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物からなる還元剤或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、アルカリ塩化物及びアルカリ土類塩化物並びにこれらを主成分とする塩化物からなる前記溶融塩中に含まれる遷移金属元素又は希土類元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、遷移金属元素又は希土類元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項５】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物からなる還元剤或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、アルカリ塩化物又はアルカリ土類塩化物或いはこれらを主成分とする塩化物とアルカリフッ化物又はアルカリ土類フッ化物或いはこれらを主成分とするフッ化物との混合物であるハロゲン化物からなる前記溶融塩中に含まれる遷移金属元素又は希土類元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、遷移金属元素又は希土類元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項６】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤を供給し、アルカリ塩化物及びアルカリ土類塩化物並びにこれらを主成分とする塩化物からなる前記溶融塩中に含まれるアクチニド元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、アクチニド元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項７】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤を供給し、アルカリ塩化物又はアルカリ土類塩化物或いはこれらを主成分とする塩化物とアルカリフッ化物又はアルカリ土類フッ化物或いはこれらを主成分とするフッ化物との混合物であるハロゲン化物からなる前記溶融塩中に含まれるアクチニド元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、アクチニド元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する手法。
【請求項８】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤を供給し、アルカリ塩化物及びアルカリ土類塩化物並びにこれらを主成分とする塩化物からなる溶融塩中に含まれる遷移金属元素又は希土類元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、遷移金属元素又は希土類元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項９】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤を供給し、アルカリ塩化物又はアルカリ土類塩化物或いはこれらを主成分とする塩化物とアルカリフッ化物又はアルカリ土類フッ化物或いはこれらを主成分とするフッ化物との混合物であるハロゲン化物からなる溶融塩中に含まれる遷移金属元素又は希土類元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、遷移金属元素又は希土類元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項１】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物からなる還元剤或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、前記溶融塩に含まれるアクチニド元素又は遷移金属元素或いは希土類元素の、酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項２】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物からなる還元剤或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、アルカリ塩化物及びアルカリ土類塩化物並びにこれらを主成分とする塩化物からなる前記溶融塩中に含まれるアクチニド元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、アクチニド元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項３】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物からなる還元剤或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、アルカリ塩化物又はアルカリ土類塩化物或いはこれらを主成分とする塩化物とアルカリフッ化物又はアルカリ土類フッ化物或いはこれらを主成分とするフッ化物との混合物であるハロゲン化物からなる前記溶融塩中に含まれるアクチニド元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、アクチニド元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項４】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物からなる還元剤或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、アルカリ塩化物及びアルカリ土類塩化物並びにこれらを主成分とする塩化物からなる前記溶融塩中に含まれる遷移金属元素又は希土類元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、遷移金属元素又は希土類元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項５】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン金属からなる還元剤又はタングステン酸塩化物からなる還元剤或いはタングステン塩化物からなる還元剤を供給するとともに、塩素ガス又は塩化水素ガス或いはこれら混合ガスからなる反応ガスを前記溶融塩中に供給し、アルカリ塩化物又はアルカリ土類塩化物或いはこれらを主成分とする塩化物とアルカリフッ化物又はアルカリ土類フッ化物或いはこれらを主成分とするフッ化物との混合物であるハロゲン化物からなる前記溶融塩中に含まれる遷移金属元素又は希土類元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、遷移金属元素又は希土類元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項６】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤を供給し、アルカリ塩化物及びアルカリ土類塩化物並びにこれらを主成分とする塩化物からなる前記溶融塩中に含まれるアクチニド元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、アクチニド元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項７】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤を供給し、アルカリ塩化物又はアルカリ土類塩化物或いはこれらを主成分とする塩化物とアルカリフッ化物又はアルカリ土類フッ化物或いはこれらを主成分とするフッ化物との混合物であるハロゲン化物からなる前記溶融塩中に含まれるアクチニド元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、アクチニド元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する手法。
【請求項８】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤を供給し、アルカリ塩化物及びアルカリ土類塩化物並びにこれらを主成分とする塩化物からなる溶融塩中に含まれる遷移金属元素又は希土類元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、遷移金属元素又は希土類元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【請求項９】
処理対象物である溶融塩中に、タングステン酸塩化物及びタングステン塩化物からなる還元剤を供給し、アルカリ塩化物又はアルカリ土類塩化物或いはこれらを主成分とする塩化物とアルカリフッ化物又はアルカリ土類フッ化物或いはこれらを主成分とするフッ化物との混合物であるハロゲン化物からなる溶融塩中に含まれる遷移金属元素又は希土類元素の酸塩化物及び酸化物並びにこれら化合物イオンを、遷移金属元素又は希土類元素の塩化物及び塩化物イオンに塩化処理する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７３１４５（Ｐ２０１２−１７３１４５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３５５７３（Ｐ２０１１−３５５７３）
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 社団法人日本原子力学会「２０１０年 秋の大会 予稿集」２０１０年８月２７目発行
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人日本原子力研究開発機構 (727)
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 社団法人日本原子力学会「２０１０年 秋の大会 予稿集」２０１０年８月２７目発行
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人日本原子力研究開発機構 (727)
[ Back to top ]