JP2023037458A - Electrolytic reduction apparatus and electrolytic reduction method - Google Patents
Electrolytic reduction apparatus and electrolytic reduction method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023037458A JP2023037458A JP2021144230A JP2021144230A JP2023037458A JP 2023037458 A JP2023037458 A JP 2023037458A JP 2021144230 A JP2021144230 A JP 2021144230A JP 2021144230 A JP2021144230 A JP 2021144230A JP 2023037458 A JP2023037458 A JP 2023037458A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolytic reduction
- cathode
- metal oxide
- anode
- salt bath
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
本発明は、還元対象である金属酸化物と接触させた陰極および陽極を塩浴に浸し、陰極と陽極との間に電流を通電することで金属酸化物を還元する電解還元装置、および電解還元方法に関する。 The present invention provides an electrolytic reduction apparatus for reducing a metal oxide by immersing a cathode and an anode in contact with a metal oxide to be reduced in a salt bath and passing an electric current between the cathode and the anode, and an electrolytic reduction. Regarding the method.
操業温度を下げられると共に使用済酸化物燃料を還元する場合に後段の電解精製工程との間での廃棄物発生量を少なくできる技術の一例として、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、酸化物および陽極が浸される溶融塩と、溶融塩を収容する容器と、陰極およ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。
As an example of a technology that can lower the operating temperature and reduce the amount of waste generated between the subsequent electrorefining process when reducing the spent oxide fuel,
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。 Spent fuel generated from nuclear power plants contains not only uranium and transuranic elements, but also alkali metals, alkaline earth metals, rare earths, etc., which are nuclear fission products. Of these, uranium and plutonium can be reused as fuel through a reprocessing process that separates and removes transuranic elements other than plutonium and fission products.
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。 When used oxide fuels and mixed oxide fuels (MOX fuels) are to be reused as metal fuels, it is necessary to reduce oxides to metals, and an electrolytic reduction method is known as a reduction method.
従来の電解還元方法では、陰極、陽極、および塩浴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か、または塩浴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)の陽イオンを含むものとして、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を化学的に還元させている。 Conventional electrolytic reduction methods use an electrolytic cell containing a cathode, an anode, and a salt bath to retain a metal oxide on the cathode side and receive electrons from the cathode to reduce the metal oxide to a metal, or Alternatively, the salt bath contains cations of metals that can chemically reduce metal oxides (hereinafter referred to as reducing metals), and the cations receive electrons from the cathode and are reduced to form metals. By operating the electrolytic cell at a potential higher than that which can be deposited on the cathode, the metal oxide is chemically reduced by the reducing metal deposited on the cathode.
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。
In
電解還元方法において、陰極に供給した電流が目的の金属酸化物の還元に使われた割合を「還元効率」と呼び、この還元効率が高いほど電流の無駄が少なく経済的に優れた還元方法と言える。 In the electrolytic reduction method, the rate at which the current supplied to the cathode is used to reduce the target metal oxide is called "reduction efficiency". I can say
上述の特許文献1に記載の金属酸化物をバスケット状の陰極に保持して還元する方法では、バスケット状の陰極の内側に金属酸化物が保持される。電解還元を行う際は、バスケット状の陰極全体に通電されるため、金属酸化物が保持されているバスケットの内側の電極は金属酸化物との反応に寄与できるが、バスケットの外側に位置する電極部分は金属酸化物との反応に寄与することができない、との課題がある。
In the method of reducing a metal oxide by holding it in a basket-shaped cathode described in
また、塩浴に含まれる陽イオンが陰極上に還元用金属として析出し、金属酸化物を化学的に還元する反応が進行する場合は、バスケットの内側、および外側のいずれも塩浴に接しているため、バスケットの内側と外側のいずれにも陽イオンが還元用金属として析出する。このうち、バスケットの外側に析出した還元用金属は金属酸化物と接していないため、金属酸化物の還元に寄与することができない、との課題がある。 In addition, when the positive ions contained in the salt bath are deposited on the cathode as a reducing metal and chemically reduce the metal oxide, both the inside and the outside of the basket are in contact with the salt bath. Therefore, cations are deposited as reducing metals both inside and outside the basket. Among these, there is a problem that the reducing metal deposited on the outside of the basket cannot contribute to the reduction of the metal oxide because it is not in contact with the metal oxide.
このように、バスケット状の陰極を用いる場合には、バスケットの外側での電流の消費がロスとなることから、還元効率をより改善する余地があることが明らかとなった。 As described above, when a basket-shaped cathode is used, current consumption outside the basket results in a loss, so it has been clarified that there is room for further improvement in reduction efficiency.
本発明は、還元効率を従来に比べて向上させた電解還元装置および電解還元方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an electrolytic reduction apparatus and an electrolytic reduction method with improved reduction efficiency compared to conventional methods.
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、陰極と、陽極と、塩浴と、直流電源と、前記陰極を覆うように配置される金属酸化物を覆う絶縁性イオン透過材と、を有し、前記直流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ことを特徴とする。 The present invention includes a plurality of means for solving the above problems. One example is a cathode, an anode, a salt bath, a DC power supply, and a metal oxide disposed so as to cover the cathode. and an insulating ion-permeable material covering the metal oxide, wherein the metal oxide is reduced by energizing between the cathode and the anode from the DC power supply.
本発明によれば、還元効率を従来に比べて向上させることができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to improve the reduction efficiency as compared with the conventional art. Problems, configurations and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下に本発明の電解還元装置および電解還元方法の実施例を、図面を用いて説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一、または類似の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。 Embodiments of the electrolytic reduction apparatus and the electrolytic reduction method of the present invention are described below with reference to the drawings. In the drawings used in this specification, the same or corresponding components are denoted by the same or similar reference numerals, and repeated descriptions of these components may be omitted.
<実施例1>
本発明の電解還元装置および電解還元方法の実施例1について図1を用いて説明する。図1は本実施例1の電解還元装置の構成を示す図である。
<Example 1>
図1に示す電解還元装置1は、陰極2、陽極3、塩浴4、陰極2を周方向に覆う金属酸化物5、金属酸化物5を周方向に覆う絶縁性イオン透過材6、反応容器7、直流電源8、参照電極9、温度調節機構10、不活性ガス供給管11、制御装置14等を備えている。
この電解還元装置1は、直流電源8により陰極2と陽極3との間に通電させることで金属酸化物5を還元するものである。より具体的には、塩浴4に還元用金属の供給源12を添加・溶解させて還元用金属の陽イオンとし、陰極2と陽極3の間に電位差を与えることで、陰極2で還元用金属の陽イオンを還元し、還元用金属を生成する。生成した還元用金属と金属酸化物5とを接触させることで金属酸化物5を固体のまま還元するものである。また、陰極2に接触させた金属酸化物5に電子を付与することで金属酸化物5を固体のまま還元するものである。
This
本実施形態では、金属酸化物5を原子力発電所の使用済み酸化物燃料であるUO2とするが、これには限られず例えば混合酸化物燃料や鉱物などとすることができる。
In this embodiment, the
塩浴4は、例えばLiClとするが、これに限定されず、アルカリ金属のハロゲン化物、及びアルカリ土類金属のハロゲン化物、またはイオン液体からなるものとすることができる。
The
塩浴4は、還元用金属の供給源として、Li、K、Ca、Mgのいずれか1つ以上を含む無機塩またはイオン液体が添加されているものとすることができる。塩浴4に還元用金属の供給源が溶解し、陰極で0価の還元用金属に還元され、還元用金属が金属酸化物5を金属に還元することができる。
The
本実施例では、還元用金属の供給源12は、酸化リチウムとするが、これに限られず、Li、K、Ca、Mgのいずれか1つ以上を含む塩を使用することができる。
In this embodiment, the reducing
反応容器7は、塩浴4を収容する容器であり、例えばガラス製容器である。なお、反応容器7はガラス製容器に限られず、ステンレス製やセラミック製などの容器を使用することができる。
The
陰極2はTi製、陽極3は白金製とする。なお、陽極3を白金製にしているが、これには限られずNi、炭素、La、Zr、Bi、Tiのいずれか一つを含む材料から成る電極とすることができる。このうち、炭素製とする場合、陽極3からは二酸化炭素が発生するようになる。また、陽極3を構成する材料は、Pt、Ni、炭素、La、Zr、Bi、Feのいずれか1つ以上を含む材料から成る電極を使用することができる。
The
陰極2では、金属酸化物が金属に還元され、陽極3では酸素または二酸化炭素が発生する。
At the
本実施例の電解還元装置1では、籠状に加工した絶縁性イオン透過材6に金属酸化物5であるUO2を充填し、充填されたUO2の中心に陰極2を設置する。これにより、金属酸化物5は、陰極2をその周方向に覆うものとする。
In the
絶縁性イオン透過材6はセラミックス、より具体的にはLiAlO2製とする。金属酸化物5を周方向に覆う絶縁性イオン透過材6としては、Li、炭素、Al、Mg、Caのいずれか1つ以上を含む材料からなるイオン透過材を使用する。または、有機材料が使用可能な温度領域では、フッ素樹脂材料からなるイオン透過材を使用することができる。
The insulating ion
絶縁性イオン透過材6のメッシュサイズは、金属酸化物の粒径よりも小さいことが望ましい。従来技術では、ペレット状の金属酸化物を使用しているが、絶縁性イオン透過材6のメッシュサイズを細かくすることで、微小化した金属酸化物5を扱うことができる。微小化した金属酸化物5はペレット状の金属酸化物を使用する場合よりも還元速度を向上させることができ、従来技術で使用しているペレット状の金属酸化物と同等量を処理するために要する時間を従来に比べて短縮することができる。
The mesh size of the insulating ion
なお、陰極2、金属酸化物5、絶縁性イオン透過材6の配置は、陰極2を中心とした軸方向でも同様の効果を得ることができ、特に限定されない。
The arrangement of the
直流電源8は、金属酸化物5を還元する際に、陰極2および陽極3に電流を通電するための電源である。
The
参照電極9は、塩浴4の電位を測定するための電極であり、例えば白金などで構成される。
The
本実施例の電解還元装置1では、従来のようにモニタせずに大電流を印加するのではなく、Uの還元電位とLiの還元電位との間を狙う、あるいはLiの析出する電位を狙うことができる。このために、参照電極9を新たに追加することができる。
In the
また、参照電極9で測定された塩浴4の電位に基づいて直流電源8の出力を制御する制御装置14を設けることができる。
Also, a
金属酸化物5の総量に制限がある場合、例えばPuなどが含まれる場合は、印加する電流値を細かく制御することを目的として、直流電源8にポテンショスタットを用いることができる。
When the total amount of the
温度調節機構10は、塩浴4の融点以上の温度に調節するヒータなどである。
The
不活性ガス供給管11は、生成した金属の酸化防止用に不活性ガスを供給する。
The inert
次に、好適には上述した電解還元装置1により実施される、本実施例に係る金属酸化物5の電解還元方法について以下説明する。
Next, the electrolytic reduction method of the
還元用金属の供給源として酸化リチウムを1wt%以上添加・溶解した塩浴4のLiClを反応容器7に入れ、温度調節機構10によって塩浴4を650℃に加熱する。
LiCl in a
塩浴4に添加された還元用金属の供給源12の酸化リチウムは、還元用金属の陽イオンであるリチウムイオンとして塩浴4中に溶解する。陽極3と絶縁性イオン透過材6内に充填されたUO2とUO2の中心に設置された陰極2を塩浴4に浸漬させる。
The lithium oxide of the reducing
陽極3と陰極2に直流電源8を接続して3.1ボルトの電圧を印加する。電圧の印加により、酸化リチウムから溶解したリチウムイオンが、陰極2の表面で還元用金属である金属リチウムに還元される。この還元用金属である金属リチウムが陰極2の表面に接しているUO2をUに還元する。
A
還元対象である金属酸化物5としては、原子力発電所からの使用済み酸化物燃料と混合酸化物燃料製品が用いられる。すなわち、使用済み酸化物燃料と混合酸化物燃料製品に含まれる酸化ウラン、酸化プルトニウムを還元対象とする。これにより、軽水炉燃料サイクルからの酸化物燃料を金属燃料に転換することができる。
Used oxide fuels and mixed oxide fuel products from nuclear power plants are used as
次に、本実施例の効果について説明する。 Next, the effects of this embodiment will be described.
従来法では、金属酸化物の外側を覆うバスケット状陰極から還元反応が開始するため、金属酸化物の外側から内側へ還元反応が進行する。陰極表面と金属酸化物の接触面積は反応の進行とともに減少するため、還元速度も同様に減少する。この時、還元用金属は、還元後の金属層の全体で析出するため、金属酸化物との反応に寄与できない箇所で析出することによる還元速度の低下と還元効率の低下が生じていた。 In the conventional method, the reduction reaction starts from the basket-shaped cathode covering the outside of the metal oxide, so the reduction reaction progresses from the outside to the inside of the metal oxide. Since the contact area between the cathode surface and the metal oxide decreases as the reaction progresses, so does the reduction rate. At this time, since the reducing metal is deposited over the entire metal layer after reduction, it is deposited at locations where it cannot contribute to the reaction with the metal oxide, resulting in a decrease in reduction rate and reduction efficiency.
これに対し、上述した本発明の実施例1の電解還元装置1は、陰極2と、陽極3と、塩浴4と、直流電源8と、陰極2を覆うように配置される金属酸化物5を覆う絶縁性イオン透過材6と、を有し、直流電源8により陰極2と陽極3との間に通電させることで金属酸化物5を還元する。
On the other hand, the
このように、絶縁性の材料を用いることで、金属酸化物5の保持機構上での還元反応に寄与しない還元用金属の発生を抑制し、電極に給電される電流を金属酸化物5の電解還元に効率良く使用することができる。
In this way, by using an insulating material, generation of the reducing metal that does not contribute to the reduction reaction on the holding mechanism of the
また、イオン透過材を用いることで、塩浴4に含まれる陽イオンが保持機構を通過することができ、金属酸化物5の内部に設置された陰極2上に到達することができる。
Further, by using the ion permeable material, cations contained in the
更に、還元反応により酸素イオンが生じるが、酸素イオンはイオン透過材を通過できるため、陰極2から陽極3側に塩浴4中を移動することができ、陽極3で酸素ガスとして系外に排出される。還元反応は陰極2表面から同心円状に陰極2から遠ざかる方向へ進行するため、還元反応で生じる酸素イオンは、金属酸化物5層を通ってバルクの塩浴4へと到達する。
Furthermore, oxygen ions are generated by the reduction reaction, but since the oxygen ions can pass through the ion permeable material, they can move from the
その上、金属酸化物5が金属に還元されると、金属が新たな陰極2表面として作用するため、陰極2表面と金属酸化物5との接触面積は反応の進行とともに増加する。金属酸化物5の還元速度は、陰極2表面と金属酸化物5との接触面積に依存し、接触面積が増加すると還元速度は増加する。そのため、還元反応開始時から還元反応が進行するにつれ還元速度が速くなる。
Moreover, when the
すなわち、還元効率を従来に比べて向上させることができる。特に、原子力発電所の酸化物燃料や混合酸化物燃料、鉱物の金属への還元に適した電解還元装置および電解還元方法とすることができる。 That is, the reduction efficiency can be improved as compared with the conventional method. In particular, the electrolytic reduction apparatus and the electrolytic reduction method are suitable for reducing oxide fuels, mixed oxide fuels, and minerals to metals in nuclear power plants.
また、金属酸化物5は、陰極2をその周方向に覆うため、陰極2の大部分の表面と金属酸化物5とを接触させることで接触面積を大きくとることができ、還元効率をより向上させることができる。
In addition, since the
更に、絶縁性イオン透過材6は、Li、炭素、Al、Mg、Caのいずれか1つ以上を含む材料、またはフッ素樹脂材料からなることで、金属酸化物5の熱還元に寄与するイオンを供給する、あるいはその分解が生じることが強く抑制されたものとすることができ、さらに効率的な還元を実現することができる。
Furthermore, the insulating ion
また、塩浴4の電位を測定する参照電極9を更に備えたことにより、電解還元する目的に応じて細かな電流制御を実現することができるようになる。
Further, by further providing the
更に、参照電極9で測定された塩浴4の電位に基づいて直流電源8の出力を制御する制御装置14を更に備えたことで、より容易に細かな電流制御を行うことができる。
Furthermore, by further providing the
また、塩浴4は、アルカリ金属のハロゲン化物、及びアルカリ土類金属のハロゲン化物、またはイオン液体からなることにより、還元速度の更なる向上を図ることができ、より効率的な金属酸化物5の還元を実現することができる。
In addition, the
更に、塩浴4は、還元用金属の供給源として、Li、K、Ca、Mgのいずれか1つ以上を含む無機塩またはイオン液体が添加されていることで、より効率的な金属酸化物5の還元を実現することができる。
Furthermore, the
また、陰極2、陽極3は、Pt、Ni、炭素、La、Zr、Biのいずれか一つ以上を含む材料から成ることにより、安定した還元を実現することができる。
Moreover, by making the
<実施例2>
本発明の実施例2の電解還元装置および電解還元方法について図2を用いて説明する。図2は本実施例2の電解還元装置の構成を示す図である。
<Example 2>
図2に示す本実施例の電解還元装置1Aは、陽極3、陰極2、絶縁性イオン透過材6を複数備えており、一つの塩浴4に、複数備えた陽極3、陰極2、絶縁性イオン透過材6が浸漬しているものである。
The
本実施例2の電解還元装置1Aでは、陰極2と陽極3とが同じ数である必要はないが、陽極3の総面積が陰極2の総面積より大きいことが望ましい。
In the
なお、陽極3、陰極2、絶縁性イオン透過材6のすべてを複数設ける場合について説明したが、これら陽極3、陰極2、絶縁性イオン透過材6のうちいずれか一つ以上を複数備えるものとすればよい。
Although the case where all of the
各々の陰極2に通電する電位は、直流電源8Aで調整することで、還元用金属の供給源12から陰極2に還元用金属を析出させる。金属酸化物5の還元速度は、金属酸化物5の大きさに依存するため、陰極2を周方向で覆う金属酸化物5の厚さを従来法のペレット直径(10mmφ程度)よりも小さくすることで、従来法よりも還元速度を向上することができる。
The potential applied to each
1本の陰極2あたりの処理量は小さくなるが、陰極2と陽極3を複数用意することで、従来法と同等の処理量を還元することができる。
Although the processing amount per
その他の構成・動作は前述した実施例1の電解還元装置および電解還元方法と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。 Other configurations and operations are substantially the same as those of the electrolytic reduction apparatus and the electrolytic reduction method of the first embodiment described above, and the details are omitted.
本発明の実施例2の電解還元装置および電解還元方法においても、前述した実施例1の電解還元装置および電解還元方法とほぼ同様な効果が得られる。 In the electrolytic reduction apparatus and the electrolytic reduction method of the second embodiment of the present invention, substantially the same effects as those of the electrolytic reduction apparatus and the electrolytic reduction method of the first embodiment can be obtained.
また、陽極3、陰極2、絶縁性イオン透過材6のうちいずれか一つ以上を複数備え、一つの塩浴4に、複数備えた陽極3、陰極2、絶縁性イオン透過材6が浸漬していることにより、塩浴4を集積化することができ、一度に多量の金属酸化物5を還元することができるため、実施例1に比べてより効率的な還元を実現することができる。
In addition, a plurality of any one or more of the
更に、陽極3の総面積が、陰極2の総面積より大きいことで、安定した還元を実現することができる。
Furthermore, since the total area of the
<実施例3>
本発明の実施例3の電解還元装置および電解還元方法について図3を用いて説明する。図3は本実施例3の電解還元装置の構成を示す図である。
<Example 3>
図3に示す本実施例の電解還元装置1Bは、塩浴4に流れを生じさせる回転機構として、陰極2を回転させる回転駆動機構13を更に備えたものである。
The
なお、回転機構は、図3に示すような陰極2を回転させるものに限られず、攪拌子や攪拌翼を回転機構として反応容器7内に導入することができる。
The rotating mechanism is not limited to rotating the
本実施例では、陰極2を周方向に覆う金属酸化物5と金属酸化物5を周方向に覆う絶縁性イオン透過材6と陽極3を塩浴4に浸漬し、陰極2と陽極3に直流電源8によって、還元用金属が析出する電位で通電することで、金属酸化物5の還元反応を起こす。
In this embodiment, the
また、通電と共に、回転駆動機構13を稼働させる。回転駆動機構13の稼働のタイミングは、通電前または通電中であれば良いが、通電中の所定タイミング事に、あるいは通電中は常に回転させることができる。回転駆動機構13により、陰極2中での金属酸化物5の還元反応で生じた酸素イオンの拡散速度が向上する。回転駆動機構13によって拡散速度が向上した酸素イオンは、陰極2から陽極3に到達し、系外に放出されるまでの時間が従来法より短縮される。酸素イオンの拡散速度が向上することで、反応生成物である酸素イオンが陽極3において迅速に消費されることで、短時間により多くの電流の通電が可能となることから、還元速度が向上する。
In addition, along with the energization, the
その他の構成・動作は前述した実施例1の電解還元装置および電解還元方法と略同じ構成・動作であり、詳細は省略する。 Other configurations and operations are substantially the same as those of the electrolytic reduction apparatus and the electrolytic reduction method of the first embodiment described above, and the details are omitted.
本発明の実施例3の電解還元装置および電解還元方法においても、前述した実施例1の電解還元装置および電解還元方法とほぼ同様な効果が得られる。 In the electrolytic reduction apparatus and the electrolytic reduction method of Example 3 of the present invention, substantially the same effects as those of the electrolytic reduction apparatus and electrolytic reduction method of Example 1 described above can be obtained.
また、塩浴4に流れを生じさせる回転駆動機構13を更に備えたことにより、塩浴4に流れを生じさせることができ、陽イオンや酸素イオンの移動をより促進することができ、還元効率をより向上させることができる。
In addition, by further providing the
更に、回転駆動機構13は、陰極2を回転させるものであることで、陰極2に接触する金属酸化物5の配置にも変化を生じさせることができ、陽イオンや酸素イオンの移動をより促進するとともに、金属酸化物5の還元反応をより促進することができ、更なる還元効率の向上を図ることができる。
Furthermore, since the
<その他>
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
<Others>
It should be noted that the present invention is not limited to the above examples, and includes various modifications. The above embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。 It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, or to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
1,1A,1B…電解還元装置
2…陰極
3…陽極
4…塩浴
5…金属酸化物
6…絶縁性イオン透過材
7…反応容器
8,8A…直流電源
9…参照電極
10…温度調節機構
11…不活性ガス供給管
12…還元用金属の供給源
13…回転駆動機構(回転機構)
14…制御装置
DESCRIPTION OF
14... control device
Claims (13)
陽極と、
塩浴と、
直流電源と、
前記陰極を覆うように配置される金属酸化物を覆う絶縁性イオン透過材と、を有し、
前記直流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
ことを特徴とする電解還元装置。 a cathode;
an anode;
salt bath and
a DC power supply;
an insulating ion permeable material covering a metal oxide arranged to cover the cathode;
An electrolytic reduction apparatus, wherein the metal oxide is reduced by energizing between the cathode and the anode from the DC power supply.
前記金属酸化物は、前記陰極をその周方向に覆う
ことを特徴とする電解還元装置。 In the electrolytic reduction device according to claim 1,
The electrolytic reduction apparatus, wherein the metal oxide covers the cathode in its circumferential direction.
前記絶縁性イオン透過材は、Li、炭素、Al、Mg、Caのいずれか1つ以上を含む材料、またはフッ素樹脂材料からなる
ことを特徴とする電解還元装置。 In the electrolytic reduction device according to claim 1,
The electrolytic reduction device, wherein the insulating ion-permeable material is made of a material containing one or more of Li, carbon, Al, Mg, and Ca, or a fluororesin material.
前記陽極、前記陰極、前記絶縁性イオン透過材のうちいずれか一つ以上を複数備え、
一つの前記塩浴に、複数備えた前記陽極、前記陰極、前記絶縁性イオン透過材が浸漬している
ことを特徴とする電解還元装置。 In the electrolytic reduction device according to claim 1,
A plurality of any one or more of the anode, the cathode, and the insulating ion permeable material,
An electrolytic reduction apparatus, wherein a plurality of said anodes, said cathodes, and said insulating ion-permeable materials are immersed in one said salt bath.
前記陽極の総面積が、前記陰極の総面積より大きい
ことを特徴とする電解還元装置。 In the electrolytic reduction device according to claim 4,
The electrolytic reduction device, wherein the total area of the anode is larger than the total area of the cathode.
前記塩浴に流れを生じさせる回転機構を更に備えた
ことを特徴とする電解還元装置。 In the electrolytic reduction device according to claim 1,
An electrolytic reduction apparatus, further comprising a rotating mechanism that causes the salt bath to flow.
前記回転機構は、前記陰極を回転させるものである
ことを特徴とする電解還元装置。 In the electrolytic reduction device according to claim 6,
The electrolytic reduction apparatus, wherein the rotating mechanism rotates the cathode.
前記塩浴の電位を測定する参照電極を更に備えた
ことを特徴とする電解還元装置。 In the electrolytic reduction device according to claim 1,
An electrolytic reduction apparatus, further comprising a reference electrode for measuring the potential of the salt bath.
前記参照電極で測定された前記塩浴の電位に基づいて前記直流電源の出力を制御する制御装置を更に備えた
ことを特徴とする電解還元装置。 In the electrolytic reduction device according to claim 8,
An electrolytic reduction apparatus, further comprising a controller for controlling the output of the DC power supply based on the potential of the salt bath measured by the reference electrode.
前記塩浴は、アルカリ金属のハロゲン化物、及びアルカリ土類金属のハロゲン化物、またはイオン液体からなる
ことを特徴とする電解還元装置。 In the electrolytic reduction device according to claim 1,
The electrolytic reduction apparatus, wherein the salt bath comprises an alkali metal halide, an alkaline earth metal halide, or an ionic liquid.
前記塩浴は、還元用金属の供給源として、Li、K、Ca、Mgのいずれか1つ以上を含む無機塩またはイオン液体が添加されている
ことを特徴とする電解還元装置。 In the electrolytic reduction device according to claim 1,
The electrolytic reduction apparatus, wherein the salt bath is added with an inorganic salt or an ionic liquid containing at least one of Li, K, Ca, and Mg as a supply source of the reducing metal.
前記陰極、前記陽極は、Pt、Ni、炭素、La、Zr、Biのいずれか一つ以上を含む材料から成る
ことを特徴とする電解還元装置。 In the electrolytic reduction device according to claim 1,
The electrolytic reduction apparatus, wherein the cathode and the anode are made of a material containing at least one of Pt, Ni, carbon, La, Zr, and Bi.
前記絶縁性イオン透過材、前記陰極、陽極を塩浴に浸漬させ、
直流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
ことを特徴とする電解還元方法。 inserting the cathode into the metal oxide of the insulating ion-permeable material holding the metal oxide to be reduced inside;
immersing the insulating ion permeable material, the cathode, and the anode in a salt bath;
An electrolytic reduction method, wherein the metal oxide is reduced by energizing between the cathode and the anode from a DC power supply.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021144230A JP2023037458A (en) | 2021-09-03 | 2021-09-03 | Electrolytic reduction apparatus and electrolytic reduction method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021144230A JP2023037458A (en) | 2021-09-03 | 2021-09-03 | Electrolytic reduction apparatus and electrolytic reduction method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023037458A true JP2023037458A (en) | 2023-03-15 |
Family
ID=85509180
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021144230A Pending JP2023037458A (en) | 2021-09-03 | 2021-09-03 | Electrolytic reduction apparatus and electrolytic reduction method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023037458A (en) |
-
2021
- 2021-09-03 JP JP2021144230A patent/JP2023037458A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7638026B1 (en) | Uranium dioxide electrolysis | |
JPH01237497A (en) | Refining of used nuclear fuel containing uranium and plutonium | |
JP4928917B2 (en) | Spent oxide nuclear fuel reduction device and lithium regenerative electrolysis device | |
JP3549865B2 (en) | Separation and recovery method of rare element FP in spent nuclear fuel and nuclear power generation-fuel cell power generation symbiosis system using the same | |
JP6788899B2 (en) | High-efficiency dry reprocessing electrolytic cell and electrolysis method | |
JP2005519192A (en) | Electrochemical cells for metal production | |
US7011736B1 (en) | U+4 generation in HTER | |
JP2023037458A (en) | Electrolytic reduction apparatus and electrolytic reduction method | |
KR20020077352A (en) | Actinide production | |
JP4089944B2 (en) | Electrolytic reduction apparatus and method | |
Sini et al. | Destruction of soluble organics generated during the dissolution of sintered uranium carbide by mediated electrochemical oxidation process | |
Kim et al. | Electrochemical Behavior of CsI in LiCl Molten Salt | |
KR20200008307A (en) | Electroreduction device of metal oxide and electroreduction method of metal oxide using the same | |
JP6862313B2 (en) | Electrolytic recovery method for Zr-containing mixture and electrolytic recovery device for Zr-containing mixture | |
KR102182475B1 (en) | Apparatus for Electrolytic Reduction and Method for Electrolytic Reduction | |
RU2700934C1 (en) | Method of processing oxide nuclear fuel | |
KR102094481B1 (en) | Method for reducing spent nuclear fuel and apparatus for reducing spent nuclear fuel | |
JP3872873B2 (en) | Method for electrolytic reprocessing of spent salt from spent fuel | |
WO2004036595A1 (en) | Method and apparatus for reprocessing spent fuel from light-water reactor | |
JPH11142585A (en) | Method for converting oxide into metal | |
JP2022172973A (en) | Electrolytic reduction device and electrolytic reduction method | |
KR20200001417A (en) | Method for reducing spent nuclear fuel with salt-flow type and system for reducing spent nuclear fuel with salt-flow type | |
JPWO2003063178A1 (en) | Method of electrolytic reduction of spent oxide fuel and simple dry reprocessing method | |
JP3892864B2 (en) | Method for electrolytic reprocessing of spent salt from spent fuel | |
JP2005054209A (en) | Electrolyzer for oxide electrolytic process |