JPH1171694A - Reduction of metallic oxide, and device therefor - Google Patents

Reduction of metallic oxide, and device therefor

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JPH1171694A
JPH1171694A JP23364297A JP23364297A JPH1171694A JP H1171694 A JPH1171694 A JP H1171694A JP 23364297 A JP23364297 A JP 23364297A JP 23364297 A JP23364297 A JP 23364297A JP H1171694 A JPH1171694 A JP H1171694A
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reducing
molten salt
electrolysis
waste gas
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Kazuaki Ota
和明 太田
Hiroshi Takazawa
寛 高澤
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Mitsubishi Materials Corp
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  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate the post-treatment of waste gas generated in the electrolysis of a molten salt to simplify the reducing process, and to reduce the quantity of or to dispense with a reducing gas to be fed from the outside in the pre- treatment reducing process of the molten salt electrolysis. SOLUTION: In the reducing method of a metallic oxide an which excessive oxygen in the metallic oxide is partly reduced by a reducing gas and removed, and the reduced metallic oxide is further reduced through the electrolysis of the molten salt to collect the metal at a cathode, carbon monoxide gas generated through the electrolysis of the molten salt is used as a part of or whole of the reducing gas. A reducing device is provided with a rotary kiln to reduce the metallic oxide by the reducing gas, a molten salt electrolytic bath which is connected to an outlet of the rotary kiln and reduces the reduced metallic oxide through the electrolysis of the molten salt, a waste gas pipe one end of which is connected to the electrolytic bath and the other end of which is connected to a reducing gas inlet of the rotary kiln, and a solid/gas separation filter interposed in the waste gas pipe.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属酸化物を還元
して金属を回収する金属酸化物の還元方法及びその装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal oxide reduction method and apparatus for reducing a metal oxide to recover a metal.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、金属酸化物を焙焼還元した後、焙
焼還元された金属酸化物を更に溶融塩電解還元して金属
を回収することが知られている。例えば、図4に示すよ
うに、イエローケーキを原料とし精製して金属ウランを
製造する場合には、イエローケーキを硝酸に溶解し、こ
れを溶媒抽出法により精製、脱硝して三酸化ウランに転
換した後、窒素雰囲気中で焙焼して八酸化三ウランに
し、更に水素雰囲気中で二酸化ウランに還元されたもの
を溶融塩電解の原料として黒鉛消耗陽極を用いた溶融塩
電解法によりウランを陰極に析出させることが検討され
ている。このような黒鉛消耗陽極による溶融塩電解で
は、溶融塩電解の際の陽極から酸化物イオンに基づくガ
スが発生する。このガスは黒鉛を陽極に使用しているこ
とから一酸化炭素ガス及び二酸化炭素ガスから成る。こ
の廃ガス中の一酸化炭素ガスは有害であるために、通常
バーナーなどで、燃焼させる等の廃ガスの後処理を行
い、無害である二酸化炭素ガスにして大気に放出され
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, it has been known that after roasting and reducing a metal oxide, the roasted and reduced metal oxide is further subjected to molten salt electrolytic reduction to recover the metal. For example, as shown in FIG. 4, in the case of producing metal uranium by refining yellow cake as a raw material, the yellow cake is dissolved in nitric acid, which is purified by a solvent extraction method, denitrated and converted to uranium trioxide. After that, uranium was roasted in a nitrogen atmosphere to triuranium octoxide, and further reduced to uranium dioxide in a hydrogen atmosphere was used as a raw material for molten salt electrolysis to convert uranium to a cathode by a molten salt electrolysis method using a graphite consumable anode. It is being studied to precipitate them. In the molten salt electrolysis using such a graphite consumable anode, a gas based on oxide ions is generated from the anode during the molten salt electrolysis. This gas is composed of carbon monoxide gas and carbon dioxide gas because graphite is used for the anode. Since the carbon monoxide gas in the waste gas is harmful, it is usually subjected to post-treatment of the waste gas such as burning by a burner or the like, and is released to the atmosphere as harmless carbon dioxide gas.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な焙焼、還元されたものを溶融塩電解の原料として黒鉛
消耗陽極を用いて溶融塩電解還元する方法では、還元工
程における還元性ガスとして水素ガスを必要とし、更
に、溶融塩電解では廃ガスである一酸化炭素ガスの処理
を必要とし、金属酸化物から金属を製造する工程が複雑
化する問題点がある。また、溶融塩電解で発生する一酸
化炭素ガスは有害であるため金属酸化物の還元工程にお
ける安全管理をはかる必要もある。本発明の目的は、溶
融塩電解で発生する廃ガスの後処理を容易にして金属酸
化物の還元工程を簡素化し得る金属酸化物の還元方法及
びその装置を提供することにある。本発明の別の目的
は、溶融塩電解の前処理である還元工程において外部か
ら供給する還元性ガスのガス量を低減又は不要にし得る
金属酸化物の還元方法及びその装置を提供することにあ
る。
However, in the above-mentioned method in which the roasted and reduced material is electrolyzed by molten graphite using a graphite consumable anode as a raw material for molten salt electrolysis, the reducing gas used in the reduction step is Hydrogen gas is required, and furthermore, in molten salt electrolysis, treatment of waste gas, carbon monoxide gas, is required, and there is a problem that a process of producing a metal from a metal oxide is complicated. Further, since carbon monoxide gas generated by molten salt electrolysis is harmful, it is necessary to take safety management in the reduction step of metal oxide. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for reducing a metal oxide which can facilitate post-treatment of waste gas generated in molten salt electrolysis and simplify the step of reducing the metal oxide. Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for reducing a metal oxide which can reduce or eliminate the amount of a reducing gas supplied from the outside in a reduction step which is a pretreatment of molten salt electrolysis. .

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る金属酸化
物の還元方法は、図1に示すように、金属酸化物中の余
剰酸素を還元性ガスにより一部還元除去した後、還元さ
れた金属酸化物を更に溶融塩電解により還元して金属を
陰極に回収する金属酸化物の還元方法の改良である。そ
の特徴ある構成は、溶融塩電解により生じる一酸化炭素
ガスを上記還元性ガスの一部又は全部として使用すると
ころにある。溶融塩電解還元により生じる一酸化炭素ガ
スを、還元工程の還元性ガスの一部として使用すること
により還元剤としての水素ガスの使用量が低減し、還元
工程の還元性ガスの全部として使用することにより還元
剤としての水素ガスを不要にする。また、溶融塩電解還
元により生じる一酸化炭素ガスを還元工程の還元性ガス
の一部又は全部として使用することにより、一酸化炭素
ガスは酸化されて無害である二酸化炭素に転換され、溶
融塩電解還元により生じる一酸化炭素ガスの独立した処
理工程を不要にする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for reducing a metal oxide, as shown in FIG. Another object of the present invention is to improve a method of reducing a metal oxide in which the metal oxide is further reduced by molten salt electrolysis to recover the metal to a cathode. The characteristic configuration is that carbon monoxide gas generated by molten salt electrolysis is used as part or all of the reducing gas. The amount of hydrogen gas used as a reducing agent is reduced by using carbon monoxide gas generated by molten salt electrolytic reduction as a part of the reducing gas in the reduction step, and is used as all of the reducing gas in the reduction step. This eliminates the need for hydrogen gas as a reducing agent. Also, by using the carbon monoxide gas generated by the molten salt electrolytic reduction as a part or all of the reducing gas in the reduction step, the carbon monoxide gas is oxidized and converted into harmless carbon dioxide, and the molten salt electrolysis is performed. Eliminates the need for an independent treatment step for carbon monoxide gas generated by reduction.

【0005】請求項2に係る金属酸化物の還元装置は、
図2に示すように、還元性ガスにより金属酸化物を還元
するロータリキルン20と、ロータリキルン20の排出
口24aに接続され上記還元された金属酸化物を更に溶
融塩電解して還元する溶融塩電解槽30と、一端が前記
溶融塩電解槽30に接続され他端がロータリキルン20
の還元性ガス取入口27に接続された廃ガス管34と、
廃ガス管34に介装された固気分離フィルタ36とを備
えた金属酸化物の還元装置である。ロータリキルン20
と溶融塩電解槽30とを備え、この溶融塩電解槽30と
ロータリキルン20を廃ガス管34により接続し、溶融
塩電解槽30の内部の発生ガスを還元性ガスとしてロー
タリキルン20の還元性ガス取入れ口27に案内するガ
ス供給手段41を設けることにより、金属酸化物中の余
剰酸素を除去した酸化物を溶融塩電解槽30に供給し、
電解槽30で発生したガスを無処理で放出できる溶融塩
電解システムが構築され、廃ガス管34に固気分離フィ
ルタ36を介装することにより、そのシステムの信頼性
を向上させる。
[0005] According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for reducing a metal oxide.
As shown in FIG. 2, a rotary kiln 20 for reducing a metal oxide by a reducing gas, and a molten salt connected to an outlet 24a of the rotary kiln 20 for further performing molten salt electrolysis on the reduced metal oxide and reducing the molten metal An electrolytic cell 30 having one end connected to the molten salt electrolytic cell 30 and the other end
A waste gas pipe 34 connected to the reducing gas inlet 27 of
This is a metal oxide reduction device including a solid-gas separation filter 36 interposed in a waste gas pipe 34. Rotary kiln 20
And the molten salt electrolyzer 30. The molten salt electrolyzer 30 and the rotary kiln 20 are connected by a waste gas pipe 34, and the gas generated in the molten salt electrolyzer 30 is used as a reducing gas to reduce the rotary kiln 20. By providing the gas supply means 41 for guiding to the gas inlet 27, the oxide from which excess oxygen in the metal oxide has been removed is supplied to the molten salt electrolysis tank 30,
A molten salt electrolysis system capable of releasing the gas generated in the electrolytic cell 30 without treatment is constructed, and the reliability of the system is improved by interposing a solid-gas separation filter 36 in the waste gas pipe 34.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて詳しく説明する。図2に本発明の金属酸化物の
還元装置を示す。この装置は還元性ガスにより金属酸化
物を焙焼還元するロータリキルン20と、ロータリキル
ン20に接続され焙焼還元された金属酸化物を更に溶融
塩電解して還元する溶融塩電解槽30とを備える。この
還元装置により還元される金属酸化物は、硝酸に溶解さ
れたイエローケーキを溶媒抽出法により精製、脱硝して
得られた三酸化ウランである。原料である三酸化ウラン
を収容するホッパ10は供給管11及びフィーダ23介
してロータリキルン20に接続される。供給管11の途
中には供給バルブ13が設けられ、ホッパ10からロー
タリキルン20に供給される原料の供給量を調整できる
ようになっている。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 shows an apparatus for reducing a metal oxide according to the present invention. The apparatus includes a rotary kiln 20 for roasting and reducing metal oxides with a reducing gas, and a molten salt electrolysis tank 30 connected to the rotary kiln 20 for further electrolyzing and reducing the roasted and reduced metal oxides. Prepare. The metal oxide reduced by this reduction device is uranium trioxide obtained by purifying and denitrating a yellow cake dissolved in nitric acid by a solvent extraction method. A hopper 10 containing uranium trioxide as a raw material is connected to a rotary kiln 20 via a supply pipe 11 and a feeder 23. A supply valve 13 is provided in the middle of the supply pipe 11 so that the supply amount of the raw material supplied from the hopper 10 to the rotary kiln 20 can be adjusted.

【0007】ロータリキルン20は炉心管21と駆動装
置22と排出部24とヒータ26と還元性ガス取入口2
7と廃ガス排出部28を備える。炉心管21はやや傾斜
して配置され、その一端から他端にかけて炉心管内面に
螺旋状の案内羽根21aが固着される。炉心管21はそ
の両端近傍で駆動装置22により回転される。駆動装置
22は炉心管21が載って炉心管21の外周が接触する
一対の駆動ローラ22aを備え、この回転軸が図示しな
いモータにより駆動される。フィーダ23は一端が供給
管11の下端に接続され、その他端が炉心管21の一端
に挿入されて設けられる。排出部24は炉心管21の他
端に設けられ、炉心管21の内部で焙焼還元された金属
酸化物を下部に形成された排出口24aから排出可能に
構成される。
The rotary kiln 20 includes a core tube 21, a driving device 22, a discharge unit 24, a heater 26, and a reducing gas inlet 2.
7 and a waste gas discharge unit 28. The core tube 21 is arranged with a slight inclination, and a spiral guide blade 21a is fixed to the inner surface of the core tube from one end to the other end. The furnace tube 21 is rotated by a driving device 22 near both ends thereof. The driving device 22 includes a pair of driving rollers 22a on which the core tube 21 is placed and in which the outer periphery of the core tube 21 is in contact. The rotating shaft is driven by a motor (not shown). The feeder 23 has one end connected to the lower end of the supply pipe 11 and the other end inserted into one end of the core tube 21. The discharge unit 24 is provided at the other end of the furnace tube 21, and is configured to be able to discharge the metal oxide roasted and reduced in the furnace tube 21 from a discharge port 24 a formed at a lower portion.

【0008】ヒータ26は炉心管21の周囲にかつ炉心
管21と接触せずに設けられ、図示しないコントローラ
により制御され、炉心管21の内部を原料の焙焼還元に
適した温度分布を有するように加熱する。還元性ガス取
入口27は排出部24の上部に形成され、廃ガス排出部
28は炉心管21の一端に設けられる。還元性ガス取入
口27から供給された還元性ガスは炉心管21内部を通
過して原料を還元し、原料を還元したガスは廃ガス排出
部28から排出されるように構成される。なお、廃ガス
排出部28の上端は排出管29が接続され、排出管29
の途中には弁29aが設けられる。
The heater 26 is provided around the furnace tube 21 and is not in contact with the furnace tube 21. The heater 26 is controlled by a controller (not shown) so that the inside of the furnace tube 21 has a temperature distribution suitable for roasting and reducing raw materials. Heat to The reducing gas inlet 27 is formed at the upper part of the discharge part 24, and the waste gas discharge part 28 is provided at one end of the furnace tube 21. The reducing gas supplied from the reducing gas inlet 27 passes through the furnace tube 21 to reduce the raw material, and the reduced gas is discharged from the waste gas discharge unit 28. A discharge pipe 29 is connected to the upper end of the waste gas discharge section 28, and the discharge pipe 29
Is provided with a valve 29a in the middle.

【0009】排出部24の排出口24aにはノズル管2
4bの上端が接続され、ノズル管24bの下端は溶融塩
電解槽30に接続される。溶融塩電解槽30はこれを加
熱する電気炉31に収容される。電解槽11中には溶融
塩30aが貯えられる。電気炉31は蓋体32で密閉さ
れ、蓋体32の略中央部にはノズル管24bが貫通して
設けられる。また、蓋体32には電解により発生するガ
スを電気炉31内部から有効に放出させるため必要に応
じて不活性ガスを電気炉31内部に導入する導入管33
と廃ガス管34の一端が貫通して設けられる。廃ガス管
34には固気分離フィルタ36が介装され、電解により
発生するガスは廃ガス管34を介して固気分離フィルタ
36に導かれ、塩蒸気とガス体との分離が行われるよう
に構成される。この固気分離フィルタ36の上端には逆
洗用の不活性ガスを吹込む逆洗管36aが接続される。
The discharge port 24a of the discharge section 24 has a nozzle tube 2
The upper end of 4b is connected, and the lower end of the nozzle tube 24b is connected to the molten salt electrolytic cell 30. The molten salt electrolyzer 30 is housed in an electric furnace 31 for heating the electrolyzer. The molten salt 30 a is stored in the electrolytic cell 11. The electric furnace 31 is closed by a lid 32, and a nozzle tube 24 b is provided at a substantially central portion of the lid 32 so as to penetrate therethrough. In addition, an introduction pipe 33 for introducing an inert gas into the electric furnace 31 as necessary in order to effectively release gas generated by electrolysis from the inside of the electric furnace 31.
And one end of the waste gas pipe 34 is provided to penetrate. A solid-gas separation filter 36 is interposed in the waste gas pipe 34, and the gas generated by the electrolysis is guided to the solid-gas separation filter 36 through the waste gas pipe 34 so that the salt vapor and the gas are separated. It is composed of A backwash pipe 36a for blowing backwashing inert gas is connected to the upper end of the solid-gas separation filter 36.

【0010】電解槽30の溶融塩30a中にはそれぞれ
黒鉛から作られた消耗陽極37及び陰極38が設置され
る。陽極37及び陰極38には図示しない直流電源から
直流電圧が印加されるようになっている。電気炉31の
ヒータ31aには図示しないコントローラの制御出力が
接続され、コントローラは電解還元する温度条件により
電解槽30の温度をこのヒータ31aを介して制御する
ように構成される。なお、図2には陽極と陰極を縦に配
置する縦型で示したが、還元金属を液体として取扱う限
り、陰極を電解槽に横に配置して液体還元金属に接続
し、この液体還元金属を陰極とするいわゆる横型であっ
ても良い。また、装置が大型である場合にはヒータを電
解槽に直接設けて直流電源により溶融塩の温度を制御す
るいわゆる内部加熱であっても良い。
In the molten salt 30a of the electrolytic cell 30, a consumable anode 37 and a cathode 38 made of graphite are provided. A DC voltage is applied to the anode 37 and the cathode 38 from a DC power supply (not shown). A control output of a controller (not shown) is connected to a heater 31a of the electric furnace 31, and the controller is configured to control the temperature of the electrolytic cell 30 via the heater 31a according to a temperature condition for electrolytic reduction. In FIG. 2, the anode and the cathode are shown in a vertical type, but the cathode is arranged horizontally in the electrolytic cell and connected to the liquid reducing metal as long as the reducing metal is handled as a liquid. May be a so-called horizontal type in which is used as a cathode. If the apparatus is large, so-called internal heating may be used in which a heater is provided directly in the electrolytic cell and the temperature of the molten salt is controlled by a DC power supply.

【0011】廃ガス管34の他端はロータリキルン20
の還元性ガス取入口27に接続される。還元性ガス取入
口27近傍の排出部24にはガスタンク42に一端が接
続された接続管41の他端が接続される。この接続管4
1にはバルブ41aが設けられ、このバルブ41aを開
放することによりガスタンク42の内部に貯蔵されたガ
スを接続管41を介して炉心管21の内部に導入するよ
うに構成される。
The other end of the waste gas pipe 34 is connected to the rotary kiln 20.
Is connected to the reducing gas inlet 27. The other end of the connection pipe 41 having one end connected to the gas tank 42 is connected to the discharge part 24 near the reducing gas inlet 27. This connection pipe 4
1 is provided with a valve 41a, and is configured to open the valve 41a to introduce the gas stored in the gas tank 42 into the core tube 21 through the connection tube 41.

【0012】次に、このように構成された装置を用い
て、三酸化ウランを原料とした金属酸化物の還元方法を
図1及び図2を用いて説明する。 <焙焼還元工程>先ず駆動装置22により炉心管21を
処理能力に応じた速度で回転させ、同時にヒータ26に
より炉心管21内の温度をフィーダ23から排出部24
にかけて約300℃〜約800℃の温度分布になるよう
に設定する。この状態で供給バルブ13を開放してホッ
パ10からイエローケーキを精製、脱硝して得られた三
酸化ウランを所定量だけフィーダ23に供給するととも
に、接続管41に設けられたバルブ41aを開放する。
このバルブ41aの開放により接続管41を介して炉心
管21の内部にN2−H2の混合ガスが導入され、廃ガス
管34からは後述する溶融塩電解槽30から生じた廃ガ
スである一酸化炭素ガスが炉心管21の内部に導入され
る。
Next, a method for reducing a metal oxide using uranium trioxide as a raw material by using the above-configured apparatus will be described with reference to FIGS. <Roasting Reduction Step> First, the driving device 22 rotates the furnace tube 21 at a speed according to the processing capacity, and at the same time, the temperature in the furnace tube 21 is reduced by the heater 26 from the feeder 23 to the discharge unit 24.
Is set so as to have a temperature distribution of about 300 ° C. to about 800 ° C. In this state, the supply valve 13 is opened to supply a predetermined amount of uranium trioxide obtained by purifying and denitrating the yellow cake from the hopper 10 to the feeder 23, and the valve 41a provided in the connection pipe 41 is opened. .
By opening this valve 41a, a mixed gas of N 2 -H 2 is introduced into the furnace tube 21 through the connection tube 41, and the waste gas pipe 34 is a waste gas generated from the molten salt electrolysis tank 30 described later. Carbon monoxide gas is introduced into the furnace tube 21.

【0013】N2−H2の混合ガス及び一酸化炭素ガスか
ら成る還元性ガスは還元性ガス取入れ口27から炉心管
21の内部を通過し、案内羽根21aにより排出部24
に向かって移動する三酸化ウランを炉心管21内で還元
する。炉心管21内で三酸化ウランを還元させた還元性
ガスは廃ガス排出部29から排出される。炉心管21内
で還元された三酸化ウランは二酸化ウランに転換されて
排出部24に至る。排出部24に至った二酸化ウランは
排出口24aから、ノズル管24bを通って溶融塩電解
槽30に投入される。
A reducing gas composed of a mixed gas of N 2 -H 2 and a carbon monoxide gas passes through the inside of the furnace tube 21 from a reducing gas inlet 27 and is discharged by a guide blade 21 a to an outlet 24.
Is reduced in the furnace tube 21. The reducing gas obtained by reducing uranium trioxide in the furnace tube 21 is discharged from a waste gas discharge unit 29. Uranium trioxide reduced in the furnace tube 21 is converted to uranium dioxide and reaches the discharge unit 24. The uranium dioxide reaching the discharge section 24 is injected into the molten salt electrolytic tank 30 from the discharge port 24a through the nozzle tube 24b.

【0014】<溶融塩電解工程>電解槽30にはヒータ
31aにより加熱された溶融塩30aが貯留され、導入
管33からアルゴンガス等の不活性ガスが導入される。
黒鉛消耗陽極37及び陰極38の両電極間には図示しな
い直流電源より直流電圧が印加され、溶融塩30a内に
投下された二酸化ウランはこの電解槽30の内部で溶融
塩電解還元されて陰極38に回収される。
<Molten Salt Electrolysis Step> The molten salt 30 a heated by the heater 31 a is stored in the electrolytic bath 30, and an inert gas such as argon gas is introduced from the introduction pipe 33.
A DC voltage is applied between both electrodes of the graphite consumption anode 37 and the cathode 38 from a DC power supply (not shown), and the uranium dioxide dropped into the molten salt 30a is electrolytically reduced inside the electrolytic bath 30 by the molten salt and the cathode 38 Will be collected.

【0015】この二酸化ウランの電気分解に伴い、陽極
37からは一酸化炭素ガスを含む廃ガスが発生する。こ
の廃ガスは導入管33から導入された不活性ガスにより
電気炉31内部から廃ガス管34を介して排出される。
廃ガスは廃ガス管34を介して次に固気分離フィルタ3
6に導かれ、塩蒸気とガス体との分離が行われる。固気
分離フィルタ36を通過した廃ガスは更に廃ガス管34
を通過してロータリキルン20の還元性ガス取入口27
に達し、前述したようにN2−H2の混合ガスとともに炉
心管21の内部を還元性ガスとして通過する。即ち、還
元性ガス取入れ口27から炉心管21の内部を通過する
際に廃ガス中の一酸化炭素ガスはN2−H2の混合ガスと
ともに、案内羽根21aにより排出部24に向かって移
動する三酸化ウランを炉心管21内で焙焼還元する。三
酸化ウランを焙焼還元した一酸化炭素ガス自体は無害で
ある二酸化炭素ガスに転換されて廃ガス排出部28から
排出管29を介して排出される。
Along with the electrolysis of uranium dioxide, a waste gas containing carbon monoxide gas is generated from the anode 37. This waste gas is discharged from the inside of the electric furnace 31 through the waste gas pipe 34 by the inert gas introduced from the introduction pipe 33.
The waste gas is passed through a waste gas pipe 34 to the solid-gas separation filter 3.
6 to separate the salt vapor from the gas. The waste gas that has passed through the solid-gas separation filter 36 is further discharged to a waste gas pipe 34.
Through the reducing gas inlet 27 of the rotary kiln 20
And passes through the inside of the furnace tube 21 as a reducing gas together with the N 2 -H 2 mixed gas as described above. That is, carbon monoxide gas in the waste gas as it passes through the interior of the core tube 21 from the reducing gas inlet 27 together with a mixed gas of N 2 -H 2, moving towards the discharge portion 24 by the guide vanes 21a The uranium trioxide is roasted and reduced in the furnace tube 21. The carbon monoxide gas itself obtained by roasting and reducing uranium trioxide is converted into harmless carbon dioxide gas and discharged from the waste gas discharge unit 28 through the discharge pipe 29.

【0016】なお、上述した実施の形態における電解槽
30にはそれぞれ円柱状の黒鉛消耗陽極37と電解槽3
0の底部に陰極38を設置したが、図示しないが、電解
槽を非通電の有底円筒状の黒鉛製坩堝と、この坩堝の中
に挿入固定される棒状の黒鉛製陰極と、この陰極を包囲
するように設けられる円筒状の黒鉛製の陽極とにより構
成してもよい。また、上述した実施の形態では、N2
2の混合ガスとともに、溶融塩電解還元により生じる
一酸化炭素ガスを炉心管21の内部を通過させて、一酸
化炭素ガスを焙焼還元の還元性ガスの一部として使用し
たが、二酸化ウランの電気分解により一酸化炭素ガスが
発生した後は、バルブ41aを閉じて電気分解により生
じた廃ガスを焙焼還元の還元性ガスの全部として使用し
てもよい。更に、上述した実施の形態では、導入管33
から電気炉31の内部に不活性ガスを導入したが、溶融
塩電解還元により生じる廃ガスが廃ガス管34を介して
炉心管21の内部を通過する限り、導入管33から不活
性ガスを電気炉31の内部に導入しなくてもよい。
The electrolytic cell 30 in the above-described embodiment has a cylindrical graphite consumable anode 37 and an electrolytic cell 3 respectively.
Although a cathode 38 was installed at the bottom of the crucible, the electrolytic cell was not shown in the figure, but a non-conductive cylindrical graphite crucible with a bottom, a rod-shaped graphite cathode inserted and fixed in the crucible, and this cathode It may be constituted by a cylindrical graphite anode provided so as to surround it. In the above-described embodiment, N 2
The carbon monoxide gas generated by the molten salt electrolytic reduction was passed through the inside of the furnace tube 21 together with the mixed gas of H 2 , and the carbon monoxide gas was used as a part of the reducing gas for the roasting reduction. After the carbon monoxide gas is generated by the electrolysis, the waste gas generated by the electrolysis may be used as all of the reducing gas for the roasting reduction by closing the valve 41a. Furthermore, in the above-described embodiment, the introduction pipe 33
The inert gas was introduced into the electric furnace 31 from the furnace, but as long as the waste gas generated by the molten salt electrolytic reduction passed through the furnace tube 21 through the waste gas tube 34, the inert gas was It does not have to be introduced into the furnace 31.

【0017】[0017]

【実施例】本発明の実効性を確認するため、溶融塩電解
により生じるガスの成分の分析、そのガス成分に基ずく
酸化ウランの還元試験、及びガス成分と塩蒸気との固気
分離装置の分離性の確認を行った。 <ガスの成分の分析>黒鉛棒から作られた陽極及び陰極
が設置された電解槽にLiF(11重量%)−BaF2
(74重量%)−UF4(15重量%)の混合塩を貯留
し、二酸化ウランを1200℃、200Aで電解した。
そのとき得られた電解により生じた廃ガスの組成の経時
的変化を質量分析装置により分析した。その結果を図3
に示す。 <酸化ウランの還元試験>小型の電気炉を使用してボー
ト状の容器に酸化ウラン(U38又はUO3)を5g秤
量し、5%CO又は3%H2から成る還元性ガスの種類
により、表1に示す温度条件及び時間により還元反応を
行わせた。この還元反応により二酸化ウランに還元した
還元率を重量法により測定した。その結果を表1に示
す。
EXAMPLES In order to confirm the effectiveness of the present invention, analysis of gas components generated by molten salt electrolysis, a reduction test of uranium oxide based on the gas components, and a solid-gas separation device for separating gas components from salt vapor were conducted. The separability was confirmed. <Analysis of Gas Components> LiF (11% by weight) -BaF 2 was placed in an electrolytic cell provided with an anode and a cathode made of a graphite rod.
A mixed salt of (74 wt%)-UF 4 (15 wt%) was stored, and uranium dioxide was electrolyzed at 1200 ° C. and 200 A.
The change with time of the composition of the waste gas generated by the electrolysis obtained at that time was analyzed by a mass spectrometer. The result is shown in FIG.
Shown in <Reduction test of uranium oxide> Using a small electric furnace, 5 g of uranium oxide (U 3 O 8 or UO 3 ) was weighed into a boat-like container, and a reducing gas composed of 5% CO or 3% H 2 was measured. Depending on the type, the reduction reaction was performed under the temperature conditions and times shown in Table 1. The reduction rate reduced to uranium dioxide by this reduction reaction was measured by a gravimetric method. Table 1 shows the results.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】<固気分離装置の分離性の確認>ガスの成
分の調査における電解槽の廃ガスラインに焼結フィルタ
を設置し、フィルタ後の塩の成分の移行状態をフィルタ
後の配管内部の塩の付着の有無を目視により調査した。
この結果、フィルタ後の配管内部への塩の付着は認めら
れなかった。なお、焼結フィルタには塩の付着が認めら
れたが、別途ブローバックを模擬した空気洗浄によりこ
の塩の付着を容易に回収できることを確認した。 <評価>図3の結果から、電解還元時の発生する廃ガス
は還元性のある一酸化炭素ガスが大部分であることが確
認された。また一酸化炭素ガスの発生割合は電解時間と
ともに安定した発生を示し、還元性ガス源として有効に
使用できることが判る。また、表1から明らかなよう
に、電解還元時に発生する一酸化炭素ガスであっても十
分に酸化ウランを還元することができることが判る。更
に、電解槽の廃ガスラインに固気分離フィルタを設置す
れば塩の成分がフィルタ後の配管内部に移行することが
ないことが判る。これらの結果から本発明が十分に成立
することが判る。
<Confirmation of Separability of Solid-Gas Separation Apparatus> A sintered filter was installed in the waste gas line of the electrolytic cell in the investigation of gas components, and the state of migration of the salt components after the filter was measured inside the piping after the filter. The presence or absence of salt attachment was visually inspected.
As a result, no salt was found to adhere to the inside of the pipe after the filter. It should be noted that salt adhesion was observed on the sintered filter, but it was confirmed that the salt adhesion could be easily recovered by air washing simulating blowback. <Evaluation> From the results shown in FIG. 3, it was confirmed that most of the waste gas generated during the electrolytic reduction was carbon monoxide gas having a reducing property. Also, the generation rate of carbon monoxide gas shows stable generation with the electrolysis time, and it can be seen that the gas can be used effectively as a reducing gas source. Further, as is clear from Table 1, it can be seen that uranium oxide can be sufficiently reduced even with carbon monoxide gas generated during electrolytic reduction. Furthermore, it can be seen that if a solid-gas separation filter is installed in the waste gas line of the electrolytic cell, the salt components will not migrate into the piping after the filter. From these results, it can be seen that the present invention is sufficiently established.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、溶
融塩電解還元により生じる一酸化炭素ガスを焙焼還元の
還元性ガスの一部又は全部として使用することにより還
元剤としての水素ガス使用量を低減し又は不要にするこ
とができる。また、溶融塩電解還元により生じる一酸化
炭素ガスを焙焼還元の還元性ガスの一部又は全部として
使用することにより、一酸化炭素ガスは酸化されて無害
である二酸化炭素に転換される。この結果、溶融塩電解
で発生する廃ガスの後処理が容易になり、金属酸化物の
還元工程を簡素化することができる。また、ロータリキ
ルンと溶融塩電解槽とを備え、この溶融塩電解槽とロー
タリキルンを廃ガス管により接続し、溶融塩電解槽の内
部の発生ガスを還元性ガスとしてロータリキルンの還元
性ガス取入れ口に案内するガス供給手段を設けることに
より、金属酸化物中の余剰酸素を除去した酸化物を溶融
塩電解槽に供給し、電解槽で発生したガスを無処理で放
出できる溶融塩電解システムを構築することができる。
この電解システムにおける廃ガス管に固気分離フィルタ
を介装することにより、そのシステムの信頼性を向上さ
せることができる。
As described above, according to the present invention, carbon monoxide gas generated by molten salt electrolytic reduction is used as a part or all of the reducing gas for roasting reduction, thereby reducing hydrogen as a reducing agent. Gas usage can be reduced or eliminated. In addition, by using the carbon monoxide gas generated by the molten salt electrolytic reduction as part or all of the reducing gas for roasting reduction, the carbon monoxide gas is oxidized and converted into harmless carbon dioxide. As a result, the post-treatment of the waste gas generated in the molten salt electrolysis becomes easy, and the reduction step of the metal oxide can be simplified. In addition, a rotary kiln and a molten salt electrolyzer are provided, and the molten salt electrolyzer and the rotary kiln are connected by a waste gas pipe, and the reducing gas of the rotary kiln is introduced by using generated gas inside the molten salt electrolyzer as a reducing gas. By providing gas supply means for guiding to the mouth, an oxide from which excess oxygen in the metal oxide has been removed is supplied to the molten salt electrolytic cell, and a molten salt electrolytic system capable of releasing the gas generated in the electrolytic cell without treatment is provided. Can be built.
By interposing a solid-gas separation filter in the waste gas pipe in this electrolysis system, the reliability of the system can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の方法によるUO3の還元工程図。FIG. 1 is a diagram showing a UO 3 reduction process according to the method of the present invention.

【図2】本発明の還元装置の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram of a reduction device of the present invention.

【図3】電解により生じる廃ガスの組成を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the composition of waste gas generated by electrolysis.

【図4】従来の還元工程を示す図1に対応する工程図。FIG. 4 is a process diagram corresponding to FIG. 1 showing a conventional reduction process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 ロータリキルン 24a 排出口 27 還元性ガス取入口 30 溶融塩電解槽 34 廃ガス管 36 固気分離フィルタ 37 黒鉛消耗陽極 Reference Signs List 20 rotary kiln 24a outlet 27 reducing gas inlet 30 molten salt electrolyzer 34 waste gas pipe 36 solid-gas separation filter 37 graphite exhaust anode

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属酸化物中の余剰酸素を還元性ガスに
より一部還元除去した後、還元された前記金属酸化物を
更に溶融塩電解により還元して金属を陰極に回収する金
属酸化物の還元方法において、 前記溶融塩電解により生じる一酸化炭素ガスを前記還元
性ガスの一部又は全部として使用することを特徴とする
金属酸化物の還元方法。
1. A method of reducing the amount of excess oxygen in a metal oxide by a reducing gas and then reducing the reduced metal oxide by molten salt electrolysis to recover the metal to a cathode. In the reduction method, a carbon monoxide gas generated by the molten salt electrolysis is used as a part or all of the reducing gas.
【請求項2】 還元性ガスにより金属酸化物を還元する
ロータリキルン(20)と、 前記ロータリキルン(20)の排出口(24a)に接続され前記
還元された金属酸化物を更に溶融塩電解して還元する溶
融塩電解槽(30)と、 一端が前記溶融塩電解槽(30)に接続され他端が前記ロー
タリキルン(20)の還元性ガス取入口(27)に接続された廃
ガス管(34)と、 前記廃ガス管(34)に介装された固気分離フィルタ(36)と
を備えた金属酸化物の還元装置。
2. A rotary kiln (20) for reducing a metal oxide by a reducing gas, and a molten salt electrolysis of the reduced metal oxide connected to an outlet (24a) of the rotary kiln (20). A molten salt electrolyzer (30) for reducing and reducing, and a waste gas pipe having one end connected to the molten salt electrolyzer (30) and the other end connected to a reducing gas inlet (27) of the rotary kiln (20) (34) A metal oxide reduction device comprising: a waste gas pipe (34); and a solid-gas separation filter (36) interposed in the waste gas pipe (34).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011149053A1 (en) * 2010-05-28 2011-12-01 旭硝子株式会社 Apparatus and method for increasing purity of gas
WO2022108007A1 (en) * 2020-11-17 2022-05-27 주식회사 케이에스엠테크놀로지 Reduction method and system for high-melting-point metal oxide, using fluoride-based electrolytes

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