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公開番号2025056657
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-08
出願番号2023166263
出願日2023-09-27
発明の名称電解還元装置及び電解還元方法
出願人日立GEニュークリア・エナジー株式会社
代理人弁理士法人開知
主分類C25C 7/06 20060101AFI20250401BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】従来に比べて副反応を抑制することで副生成物への対処を低減して還元効率の向上を図ることが可能な電解還元装置及び電解還元方法を提供する。
【解決手段】還元対象である金属酸化物5を収容した陰極3と、陽極2と、溶融塩4と、直流電源6と、溶融塩4中に浸漬させる測定用電極10と、を備え、直流電源6により溶融塩4を介して陰極3と陽極2との間を通電することで金属酸化物5を還元するための装置であって、測定用電極10に特定電位を印加した際の電流値から溶融塩4中の生成物濃度を求め、求めた生成物濃度を基に陰極3と陽極2との間への印加電位を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
還元対象である金属酸化物を収容した陰極と、
陽極と、
溶融塩と、
電源と、
前記溶融塩中に浸漬させる測定用電極と、を備え、
前記電源により前記溶融塩を介して前記陰極と前記陽極との間を通電することで前記金属酸化物を還元する電解還元装置であって、
前記測定用電極に特定電位を印加した際の電流値から前記溶融塩中の生成物濃度を求め、求めた前記生成物濃度を基に前記陰極と前記陽極との間への印加電位を制御する
電解還元装置。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電解還元装置において、
予め、前記特定電位から前記生成物濃度に依存する電流密度を求め、求めた前記生成物濃度と前記電流密度との関係を示す検量線を作成し、
前記検量線に基づき前記生成物濃度を求め、
前記印加電位を副反応の発生を抑制する電位に変更する
電解還元装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電解還元装置において、
前記溶融塩は、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、またはイオン液体のいずれかからなる
電解還元装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電解還元装置において、
前記陰極と前記陽極とのうちいずれか一方の材料は、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｂｉのいずれか一つ以上を含む材料から成る
電解還元装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電解還元装置において、
前記電源としてポテンシオスタットを用いる
電解還元装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電解還元装置において、
前記測定用電極を複数備える
電解還元装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電解還元装置において、
前記陰極、前記陽極、前記測定用電極をそれぞれ複数備える
電解還元装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電解還元装置において、
前記測定用電極に前記特定電位を印加するタイミングでは、電解還元を一時停止する
電解還元装置。
【請求項９】
還元対象の金属酸化物を保持する陰極及び陽極を溶融塩に浸漬させ、
電源により前記陰極と前記陽極との間に通電させることで前記金属酸化物を還元する電解還元方法であって、
前記溶融塩中に測定用電極を浸漬させ、前記測定用電極と前記陽極との間に特定電位を挿入し、
印加した際の電流値から前記溶融塩中の生成物濃度を求め、
求めた前記生成物濃度を基に前記陰極と前記陽極との間への印加電位を制御する
電解還元方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元対象である金属酸化物と接触させた陰極と陽極を溶融塩に浸し、陰極と陽極との間に電流を通電して金属酸化物を還元する電解還元装置及び電解還元方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、還元対象である酸化物を保持する陰極と、陽極と、酸化物及び陽極が浸される溶融塩と、溶融塩を収容する容器と、陰極及び陽極に電流を通電して酸化物を還元する直流電源とを備える電解還元装置において、溶融塩を塩化リチウム－塩化カリウム共晶塩とする、ことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００３－１６６０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
原子力発電所から発生する使用済み燃料中には、ウラン、超ウラン元素の他に、核分裂生成物であるアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類等が含まれており、ウランやプルトニウムは、プルトニウム以外の超ウラン元素や核分裂生成物を分離除去する再処理工程を経て燃料として再利用することができる。
【０００５】
使用済み酸化物燃料や混合酸化物燃料（ＭＯＸ燃料）を金属燃料として再利用する場合には、酸化物を金属に還元する必要があり、還元方法としては電解還元方法が知られている。
【０００６】
従来の電解還元方法では、陰極と陽極と溶融塩とを含む電解槽を用いて、陰極側に金属酸化物を保持し、陰極から電子を受け取ることで金属酸化物が金属に還元される、及び溶融塩が金属酸化物を化学的に還元することのできる金属（以降、還元用金属と記す）の陽イオンを含み、当該陽イオンが陰極から電子を受け取り還元されることで金属として陰極上に析出することができる電位より高い電位で電解槽を稼働させることにより、陰極上に析出した還元用金属によって金属酸化物が化学的に還元される。特許文献１では、還元対象である金属酸化物を保持する陰極としてバスケット型の陰極が用いられる。
【０００７】
原子力発電所から発生する使用済み燃料中には、ウランや超ウラン元素の他に、核分裂生成物であるアルカリ金属やアルカリ土類金属、希土類等が含まれている。このうち、ウランやプルトニウムは、プルトニウム以外の超ウラン元素や核分裂生成物を分離除去する再処理工程を経て燃料として再利用することができる。
【０００８】
使用済み酸化物燃料や混合酸化物燃料（ＭＯＸ燃料）を金属燃料として再利用する場合には、酸化物を金属に還元する必要があり、還元方法としては電解還元方法が知られている。
【０００９】
特許文献１では、還元対象である金属酸化物を保持する陰極としてバスケット型の陰極が用いられる。従来の方法では、電解還元によりＬｉ
２
Ｏなどが副生成物として生成する。副生成物であるＬｉ
２
Ｏは副反応の発生を促進し、副生成物の発生量が増加する。副生成物が増加することで、副生成物を取り除くための追加設備・操作が必要になる、という課題がある。
【００１０】
本発明は、従来に比べて副反応を抑制することで副生成物への対処を低減して還元効率の向上を図ることが可能な電解還元装置及び電解還元方法を提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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