KR100832233B1 - 리튬금속을 이용한 금속분말 또는 금속 덴드라이트의금속잉곳 제조방법 - Google Patents

리튬금속을 이용한 금속분말 또는 금속 덴드라이트의금속잉곳 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명을 리튬금속을 이용한 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속잉곳 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 도가니에 담긴 금속분말 또는 금속 덴드라이트 위에 리튬금속을 장입하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 도가니를 가열하여 리튬금속을 용융시키는 단계(단계 2); 상기 단계 2의 도가니를 가열하여 순차적으로 금속분말 또는 금속 덴드라이트를 용융시키고 리튬금속을 휘발시키는 단계(단계 3); 상기 단계 3에서 얻은 용융체를 냉각하여 고체 금속잉곳을 제조하고 제조된 금속잉곳으로부터 불순물을 제거하는 단계(단계 4)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬금속을 이용한 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속잉곳 제조방법을 제공함으로써, 종전의 우라늄 잉곳 제조법에서 야기되었던 공정의 복잡성, 잉곳 제조 과정의 실제적 어려움, 부산물에 의한 환경부담 등의 단점을 극복하고, 금속분말 또는 금속 덴드라이트로부터 효율적으로 금속잉곳을 제조할 수 있다.
금속, 분말, 덴드라이트, 용융, 잉곳, 리튬, 우라늄, 사용후핵연료

Description

리튬금속을 이용한 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속잉곳 제조방법 {Preparation method of metal ingot from metal powders or metal dendrites by using Li metal}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 우라늄 금속잉곳을 나타내고,
도 2는 리튬금속을 사용하지 않고 용융하였을 때 우라늄 표면에 산화막이 형성되어 제조된 금속 분말을 나타낸다.
본 발명을 리튬금속을 이용한 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속잉곳 제조방법에 관한 것이다. 특히, 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 재산화를 방지하고 용융과정에서 금속분말 또는 금속 덴드라이트가 용이하게 서로 뭉치게 하는 한편, 사용된 리튬을 금속잉곳으로부터 쉽게 휘발 분리할 수 있게 됨으로써, 종전의 우라늄 잉곳 제조법에서 야기되었던 공정의 복잡성, 잉곳 제조 과정의 실제적 어려움, 부산물에 의한 환경부담 등의 단점을 극복하고, 금속분말 또는 금속 덴드라이 트를 효율적으로 금속잉곳으로 제조할 수 있는 리튬금속을 이용한 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속잉곳 제조방법에 대한 것이다.
고방사성 물질인 사용후핵연료는 원자력 발전 과정에서 필연적으로 발생하는부산물이며, 이를 효과적으로 처리하려는 연구가 지속적으로 추진되어오고있다. 이러한 사용후핵연료 관리 이용기술의 일환으로, 현재, 산화물 형태 사용후핵연료를 용융염 상에서 금속형태로 환원시킨 다음, 금속잉곳 형태로 만들거나 다시 사출주조(Injection Casting)하여 로드(Rod) 형태로 만들려는 노력들이 진행 중이다. 사용후핵연료 금속잉곳 또는 금속 로드는 중간 저장되거나, 원자력 발전의 금속핵연료 주기에 이용될 수 있다. 특히, 산화물 형태 사용후핵연료의 약 95 질량%는 우라늄 이산화물(UO2)이므로, 금속 환원, 잉곳 제조, 사출주조 등의 공정의 운전조건은 우라늄의 물성에 대부분 좌우된다. 따라서, 사용후핵연료를 취급하는 분야에서는 우라늄 산화물을 우라늄 금속으로 전환하는 것이 중요 관심사이며, 우라늄 금속으로의 전환과 관련된 기술이 개발되어 왔다.
미국 등록특허 제5,164,050호에 나타난 바와 같이, 삼산화우라늄을 수소로 환원시켜 이산화우라늄으로 만든 뒤, 탄소분말과 혼합하고 600 ℃ 이상의 온도로 유지되는 유동식 반응기에서 염소 등의 가스와 반응시켜 사염화우라늄(UCl4)을 제조한 후, 전기분해를 통해 음극에서 우라늄 금속을 석출시키는 방법이 개발된 바 있 고, 미국 등록특허 5,421,855호에 나타난 바와 같이, 역시 600 ℃ 이상의 온도로 유지되는 반응기에서 이산화우라늄과 탄소의 혼합물을 넣고 염소가스를 주입하여 반응시킴으로써 사염화우라늄을 제조한 후 제3의 금속을 사용하여 금속우라늄을 회수하는 방법이 개발된 바 있다. 또한, 대한민국 등록특허 제514,094호에는 염화리튬용융염 매질 내에서 우라늄 산화분말을 리튬금속과 반응시켜 우라늄 금속분말로 전환한 후 여과 회수하는 장치에 대해 개시한 바 있다.
그러나, 현재까지 알려진 어떠한 방법으로도 고체 우라늄 이산화물로부터 우라늄 금속잉곳을 직접 만들지는 못한다. 따라서, 우라늄 이산화물을 우라늄 테트라플루오라이드(UF4)로 전환시킨 다음, 용융된 우라늄 테트라플루오라이드를 Mg, Ca 등의 용융금속과 액상 반응시켜 환원시키며, 생성된 우라늄(밀도: 약 19 g/cm3)을 밀도차에 의하여 반응기 하부 몰드에 집합시킨 다음 잉곳 형태로 제조하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 그러나 이 방법은 다량의 폐기물을 발생시키는 단점이 있다.
미국 등록특허 제6,409,791호에는 냉각 유도 도가니들을 이용하여 금속 또는 합금의 제선 및 연속적 드로잉을 수행하려는 시도가 개시되어 있다. 이 방법은 금속의 산화물 또는 염의 환원이 환원 매질 내에서 유발되고 형성된 금속이 용매 매질 내에서 침강하는 제1냉각 도가니에서의 금속생성 단계와 침강된 금속이 집합되고 용융되며, 금속생성물의 연속적인 드로잉이 가능한 제2냉각 도가니에서의 반응 단계로 구성되어 있다. 그런데 냉각 유도 도가니를 이용한 이 경우는 공정이 복잡하고, 용매 매질로부터 금속을 분리하기가 용이하지 않으며, 특히 녹는점이 2,827 ℃인 우라늄 이산화물은 제1냉각 도가니에서 고체 상태이기 때문에 환원 매질과의 반응이 용이하지 않으며, 일부 우라늄 이산화물은 미환원된 상태로 제2냉각 도가니로 도입될 수 있다.
미국 등록특허 제5,211,742호에서는 염화칼슘(CaCl2)계의 공용융염에서 금속칼슘으로 우라늄 이산화물을 우라늄 금속으로 환원시키고, 우라늄 금속의 녹는점 이상으로 가열하고, 밀도차에 의하여 용융염 매질과 생성된 금속 우라늄을 분리한 다음, 냉각하여 우라늄 덩어리를 만드는 방법이 제시되고 있다. 이 방법도 염 매질과 우라늄 금속의 분리가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 용융과정에서 우라늄 산화물의 환원에 사용된 염 매질이 대량으로 휘발하는 문제가 있다.
한편, LiCl-Li2O 용융염계를 전해질로서 구비한 전기화학적 금속 환원장치를 이용하여 금속 산화물로부터 금속을 제조하는 방법 및 장치(대한민국 등록특허 제593,790호 및 미국 등록특허 제7,090,760호)에서는 전해환원 반응이 종료된 후 환원 전극부의 마그네시아 용기 내에는 금속분말과 용융염 매질에 기인하는 LiCl-Li2O 잔류염이 존재하게 된다. 이 방법에서는 생성된 금속분말이 마그네시아 용기 내에 집합된 상태로 회수되므로 잔류염을 제거하는 과정을 제외하면, 두 개의 냉각 유도 도가니 사용(미국 등록특허 제6,409,791호)과 밀도차에 의한 분리(미국 등록특허 제5,211,742호) 등과 같이 염 매질과 금속성분을 분리하기 위한 별도의 조작이 필요없는 장점은 있으나, 금속분말을 잉곳 형태로 제조하기 위한 추가 공정이 필요하다.
금속분말 및 금속 덴드라이트를 용융시키기 과정은 산소에 의한 재산화를 방지하기 위하여 진공 또는 알곤 가스 등의 비활성 기체 분위기에서 수행되는 것이 일반적이다. 그러나, 미세 금속분말 및 금속 덴드라이트는 산화물에서 금속으로 환원되는 과정에서 표면이 이미 산화막으로 덮여 있거나, 시스템에 존재하는 미소량의 산소에 의해서도 쉽게 산화되어 버린다. 따라서, 진공 또는 비활성 기체 분위기의 유지에 극도의 주의를 기울이더라도, 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 용융을 통하여 금속잉곳을 제조하기는 용이하지 않다. 특히, LiCl-Li2O 용융염계를 전해질로서 구비한 전기화학적 금속 환원장치의 환원 전극부의 마그네시아 용기에서 회수한 금속분말에는 약 30 질량%의 잔류 LiCl-Li2O 염이, 그리고 LiCl-KCl 용융염계에서 이루어지는 전해정련 공정에서 회수되는 금속 덴드라이트에는 약 20 질량%의 잔류 LiCl-KCl 염이 존재하고, 이들 염이 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 용융과정에서 휘발되므로 용융 시스템 내의 산소 농도를 제어하기가 극히 어렵다.
이에, 본 발명자들은 사용후핵연료 재사용 방법을 연구하던 중, 상온에서 리튬금속을 금속분말 또는 금속 덴드라이트를 용융시키기 위한 도가니에 장입하고 용 융하여 잉곳을 효율적으로 제조함으로써, 종래 공정 기술의 복잡성, 잉곳제조 공정의 실제적 어려움, 부산물에 대한 환경부담 등의 상기와 같은 경제적, 기술적, 환경적 측면에서의 문제점을 극복하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 상기의 경제적, 기술적, 환경적 측면의 문제점을 개선하여 효율적으로 금속잉곳을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 도가니에 담긴 금속분말 또는 금속 덴드라이트 위에 리튬금속을 장입하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 도가니를 가열하여 리튬금속을 용융시키는 단계(단계 2); 상기 단계 2의 도가니를 가열하여 순차적으로 금속분말 또는 금속 덴드라이트를 용융시키고 리튬금속을 휘발시키는 단계(단계 3); 상기 단계 3에서 얻은 용융체를 냉각하여 고체 금속잉곳을 제조하고 제조된 금속잉곳으로부터 불순물을 제거하는 단계(단계 4)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬금속을 이용한 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속잉곳 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 금속 분말 또는 금속 덴드라이트(dendrite)로부터 금속잉곳의 제 조방법을 포함한다.
구체적으로, 본 발명은 도가니에 담긴 금속분말 또는 금속 덴드라이트 위에 리튬금속을 장입하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 도가니를 가열하여 리튬금속을 용융시키는 단계(단계 2); 상기 단계 2의 도가니를 가열하여 순차적으로 금속분말 또는 금속 덴드라이트를 용융시키고 리튬금속을 휘발시키는 단계(단계 3); 상기 단계 3에서 얻은 용융체를 냉각하여 고체 금속잉곳을 제조하고 제조된 금속잉곳으로부터 불순물을 제거하는 단계(단계 4)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬금속을 이용한 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속잉곳 제조방법을 포함한다.
본 발명은 상온에서 리튬금속을 금속분말 또는 금속 덴드라이트를 용융시키기 위한 도가니에 장입하고 금속분말 또는 금속 덴드라이트를 용융한 후 냉각하여 금속잉곳을 제조하는 것이다. 리튬금속의 녹는점은 180.5 ℃이다. 따라서 장입된 리튬금속은 금속분말(예를 들어, 우라늄 분말) 등이 산소와 격렬하게 반응하기 시작하는 약 200 ℃보다 저온에서 액체 상태가 되고, 그 낮은 밀도(0.5g/cm3)로 인하여 도가니 내의 금속분말 또는 금속 덴드라이트(예를 들어, 밀도가 19 g/cm3인 우라늄이 95% 이상을 차지하는) 상층부에 부유하면서 기체 상의 산소가 금속 분말 또는 금속 덴드라이트와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 리튬금속의 끓는점은 1336 ℃이므로, 우라늄(녹는점: 1132 ℃) 등 금속의 용융과정이 끝난 후 리튬을 금 속 용융체로부터 휘발, 분리하는 것이 용이하다.
이하, 본 발명을 단계별로 상세하게 설명한다.
상기 단계 1은 도가니에 담긴 금속분말 또는 금속 덴드라이트 위에 리튬금속을 장입하는 단계로, 금속잉곳을 제조하기 위한 출발물질은 전해환원, 전해정련 등의 공정에서 제조된 금속분말 또는 금속 덴드라이트를 사용할 수 있다. 상기 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속은 리튬의 끓는점인 1336 ℃보다 낮은 녹는점을 가지면 어느 금속이나 금속잉곳으로 제조할 수 있다. 바람직하게는 우라늄, 플루토늄, 악티늄 등의 악틴족 금속을 사용할 수 있다. 상기 금속분말 및 금속 덴드라이트에 LiCl-Li2O, LiCl-KCl 염과 같은 잔류염이 존재하더라도 본 발명에 의하여 금속잉곳으로 제조할 수 있다. 다만 이들 잔류염, 예를 들면 Li2O와 같이 산소이온이 존재하는 경우 1000 ℃ 이상의 고온에서 금속(예를 들면, 우라늄)을 산화시킬 수 있기 때문에 금속분말 또는 금속 덴드라이트를 도가니에 장입하기 전에 과량의 산소 이온은 세척에 의하여 제거할 수 있다.
상기 도가니로는 고온에서 리튬금속과 액상 금속분말 또는 금속 덴드라이트에 안정한 도가니를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 마그네시아(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 베릴리아(BeO), 토리아(ThO2) 또는 이들로 코팅된 카본 재질의 도가니를 사용할 수 있다.
상기 리튬금속의 도가니로의 장입 및 용융 과정은 리튬의 산화를 막기 위하여 비활성 기체 분위기에서 취급하는 것이 바람직하다. 본 발명은 상기 도가니에 담긴 금속분말 또는 금속 덴드라이트 상부에 리튬금속 알갱이를 장입한 후 용융시켜 상층부에 부유하게 함으로써, 기체 상의 산소가 금속분말 또는 금속 덴드라이트와 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
장입되는 리튬금속의 양은 도가니의 기하학적인 구조 등에 좌우되나, 리튬의 휘발과 회수에 따른 부담을 고려하여 잔류염을 포함한 금속분말 또는 금속 덴드라이트 장입 양의 0.01 내지 10 질량%인 것이 바람직하고, 0.01 내지 4 질량%인 것이 보다 바람직하다. 상기 0.01 질량% 미만인 경우, 용융온도 이상에서 충분히 금속분말 또는 금속 덴드라이트 상부를 덮지 못하여 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 표면이 노출되는 문제가 있고, 10 질량%를 초과하는 경우, 과량의 리튬을 휘발시키고 회수하는 부담이 커진다.
상기 단계 2는 단계 1의 도가니를 가열하여 리튬금속을 용융시키는 단계로, 상기 용융 온도는 리튬금속의 녹는점(180.5 ℃) 이상, 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 녹는점 이하인 것이 바람직하고, 승온속도는 리튬과 잔류염의 휘발을 최소화하도록 될 수 있는 한 빠른 것이 바람직하나, 사용되는 가열로의 성능과 안정성을 고려하여 조절될 수 있다. 이 과정에서 리튬금속은 우라늄 금속분말 등이 산소와 격렬하게 반응하기 시작하는, 약 200 ℃보다 저온에서 액체 상태가 되고, 그 낮 은 밀도로 인하여 도가니 상층부에 부유하면서 금속분말 또는 금속 덴드라이트가 기체 상의 산소와 접촉하여 재산화가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 금속분말 또는 금속 덴드라이트 표면에 존재하는 산화막을 파괴하여 용융단계에서 금속분말 또는 금속 덴드라이트들이 용이하게 응집시키는 역할도 수행할 수 있다.
상기 단계 3은 단계 2의 도가니를 가열하여 순차적으로 금속분말 또는 금속 덴드라이트를 용융시키고 리튬금속을 휘발시키는 단계로, 상기 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 용융온도는 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 녹는점 이상, 리튬금속의 끓는점 이하인 것이 바람직하다.
상기 온도는 금속분말 또는 금속 덴드라이트를 용융시키기 위한 제한조건으로, 상층부에서 부유하면서 금속분말 또는 금속 덴드라이트가 대기와 접촉하는 것을 방지하고 있는 리튬이 과량으로 휘발되어, 금속분말 또는 금속 덴드라이트가 하나의 용융 집합체로 만들어지기 전에 대기 상에 노출되지 않는 온도 사이에서 균형을 찾아야 한다. 특히, 상기 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 용융 과정은 리튬의 끓는점인 1336 ℃ 이하에서 수행되어야만 한다. 따라서, 녹는점이 1132 ℃인 우라늄 금속의 경우에는 용융과정을 1160 내지 1200 ℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 일단 용융된 금속 집합체가 만들어지면, 리튬은 용융된 금속 집합체으로부터 완전히 휘발 분리될 수 있다. 휘발온도가 높을 경우 휘발시간을 짧게 하고, 휘발온도가 낮을 경우 휘발시간을 길게 조절하는 것이 바람직하다. 나아가, 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 용융온도를 높게 하고 용융시간을 길게 한 경우, 리튬의 휘발 온도는 1300 ℃를 넘지 않아도 될 뿐만 아니라, LiCl 등의 잔류염도 금속 용융체로부터 함께 휘발, 분리되는 것으로 나타났다.
상기 단계 3의 휘발된 리튬은 응축시켜 회수함으로써 재사용할 수 있다. 상기 회수된 리튬에 산화리튬이 과량 존재할 경우에는 전해과정을 거쳐 리튬금속으로 재생할 수 있다.
상기 단계 4는 단계 3에서 얻은 용융체를 냉각하여 고체 금속잉곳을 제조하고 제조된 금속잉곳으로부터 불순물(dross)을 제거하는 단계로, 상기 용융체는 냉각되어 도가니 하부에서 금속잉곳 형태로 회수된다. 상기 금속잉곳으로부터 불순물을 제거하는 과정은 일부 미휘발된 잔류염과 리튬이 산소와 반응하여 생성된 산화리튬(Li2O) 등의 불순물을 증류수로 세척하거나 물리적 절삭 처리를 통해 수행될 수 있다.
본 발명의 제조방법에 따라 제조된 금속잉곳은 그 밀도 측정 시, 19 g/cm3의 밀도를 나타내어 순수한 우라늄 금속이 제조되었음을 확인할 수 있다(실시예 1 참조). 또한, 금속분말 및 금속 덴드라이트에 LiCl-Li2O 염과 같은 잔류염이 존재하더라도 본 발명에 의하여 금속잉곳으로 제조할 수 있다(실시예 2 및 도 1 참조). 리튬금속 없이 용융한 후 냉각하여 우라늄 분말을 얻은 것과 비교하여(비교예 1 및 도 2 참조), 장입된 리튬금속이 그 녹는점 이상으로 가열 시 도가니의 상층부를 부 유하여 우라늄의 산화를 방지하고 우라늄 금속이 응집할 수 있도록 한다는 것을 알 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것인 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 우라늄 금속잉곳의 제조 1
출발물질로 평균 10 μm 크기의 우라늄 금속분말(5.5 g)을 고밀도 마그네시아 용기에 담은 다음, 그 상부에 리튬금속 알갱이(0.09 g)를 대기 중에서 장입하였다. 도가니를 저항식 슈퍼 칸탈 가열로(정밀산업, 10kW)에 장입한 다음, 시간당 500 ℃의 속도로 가열하여 1200 ℃ 까지 승온하였다. 1시간 동안 온도를 유지한 후, 상온으로 냉각한 다음 도가니로부터 우라늄 금속잉곳을 분리하였다.
실시예 1에서 얻은 금속잉곳을 밀도 측정하여 확인한 결과, 19 g/cm3의 밀도를 나타내어 순수한 우라늄 금속으로 제조되었음을 확인할 수 있었다.
<실시예 2> 우라늄 금속잉곳의 제조 2
출발물질로 평균 10 μm 크기의 우라늄 금속분말(2.51 g)과 LiCl-Li2O(LiCl의 0.5 질량%) 염(1.18 g)의 혼합물을 고밀도 마그네시아 용기에 담은 다음, 그 상 부에 리튬금속 알갱이(0.04 g)를 대기 중에서 장입하였다. 도가니를 저항식 슈퍼 칸탈 가열로에 장입한 다음, 시간당 500 ℃의 속도로 가열하여 1200 ℃ 까지 승온하였다. 1 시간 동안 유지한 후, 상온으로 냉각한 다음 도가니로부터 생성물을 분리하였다. 분리한 생성물을 순수로 세척한 후 진공건조하여 금속잉곳을 얻었다(도 1 참조).
실시예 2에서 얻은 금속잉곳은 세척과정을 거치지 않은 리튬염 혼합물(LiCl-Li2O 염의 혼합물을 더 첨가한 경우)을 용융실험에 사용한 것으로, 잔류염이 존재하는 조건에서 수행하여도, 도 1에 나타난 바와 같이, 세척액을 페놀프탈레인 지시약과 0.1 N 염산을 사용하여 적정하여도 리튬금속 또는 산화리튬이 물과 반응하여 생성된 수산화리튬이 관찰되지 않았고, 잉곳의 밀도도 19 g/cm3으로 측정되어 순수한 우라늄 금속잉곳이 제조되었음을 확인할 수 있었다.
<비교예 1>
출발물질로 평균 10 μm 크기의 우라늄 금속분말(2.33 g)과 LiCl-Li2O(LiCl의 0.5 질량%) 염(1.10 g)의 혼합물을 고밀도 마그네시아 용기에 담고, 도가니를 저항식 슈퍼 칸탈 가열로에 장입한 다음, 시간당 500 ℃의 속도로 가열하여 1200 ℃ 까지 승온하였다. 1 시간 동안 유지한 후, 상온으로 냉각한 다음 도가니로부터 생성물을 분리하였다. 분리한 금속을 순수로 세척하고 진공건조하여 금속분말을 얻었다(도 2 참조).
도 2에 나타난 바와 같이, 이 경우 대부분의 금속분말은 산화막으로 덮인 채 뭉치지 못하고 흩어져 있었다. 따라서, 금속잉곳 제조에 있어서, 장입된 리튬금속이 그 녹는점 이상으로 가열 시 도가니의 상층부를 부유하여 우라늄의 산화를 방지하고 우라늄 금속이 응집할 수 있도록 한다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 리튬금속을 이용한 금속잉곳 제조법에 의하면 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 재산화를 방지하고 용융과정에서 금속분말 또는 금속 덴드라이트가 용이하게 서로 응집시키는 한편, 사용된 리튬을 금속잉곳으로부터 쉽게 휘발 분리할 수 있게 됨으로써, 종전의 우라늄 잉곳 제조법에서 야기되었던 공정의 복잡성, 잉곳 제조 과정의 실제적 어려움, 부산물에 의한 환경부담 등의 단점을 극복하고, 금속분말 또는 금속 덴드라이트로부터 효율적으로 금속잉곳을 제조할 수 있다.

Claims (12)

  1. 마그네시아, 지르코니아, 이트리아, 베릴리아, 토리아 또는 이들로 코팅된 카본 재질의 도가니로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 1종의 도가니에 담긴 우라늄 플루토늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 1종인 금속의 금속분말 또는 금속 덴드라이트 위에 리튬금속을 잔류염을 포함한 금속분말 또는 금속 덴드라이트 장입 양의 0.01 내지 10 질량%의 양만큼 장입하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1의 도가니를 가열하여 리튬금속의 녹는점인 180.5 ℃ 이상부터 상기 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 녹는점 이하의 온도 범위에서 리튬금속을 용융시키는 단계(단계 2);
    상기 리튬 금속이 용융된 단계 2의 도가니를 가열하여 순차적으로 금속분말 또는 금속 덴드라이트를 상기 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 녹는점 이상부터 리튬금속의 끓는점인 1336 ℃ 이하의 온도 범위에서 용융시켜 용융된 금속집합체를 만들고, 이어서 잔여의 리튬금속을 상기 금속분말 또는 금속 덴드라이트를 용융시킨 온도에서 휘발시키는 단계(단계 3);
    상기 단계 3에서 얻은 용융체를 상온으로 냉각하여 고체 금속잉곳을 제조하고 제조된 금속잉곳으로부터 불순물을 제거하는 단계(단계 4)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬금속을 이용한 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속잉곳 제조방법.
  2. 삭제
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  7. 제1항에 있어서, 상기 리튬금속의 양은 잔류염을 포함한 금속분말 또는 금속 덴드라이트 장입 양의 0.01 내지 4 질량%인 것을 특징으로 하는 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속잉곳 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 단계 3의 용융 온도는 상기 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속이 우라늄인 경우, 1160 내지 1200 ℃인 것을 특징으로 하는 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속잉곳 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 단계 4의 용융체는 냉각되어 도가니 하부에서 잉곳으로 회수됨을 특징으로 하는 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속잉곳 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 단계 4의 불순물 제거 과정은 증류수에 의한 세척을 통하여 이뤄짐을 특징으로 하는 금속분말 또는 금속 덴드라이트의 금속잉곳 제조방법.
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