KR100861262B1 - 희토류 및 ｔｒｕ 핵종을 포함하는 공융염폐기물의 재생장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전해정련 공정에서 발생하는 공융염폐기물을 재활용하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 상세하게는 공융염폐기물의 공융염을 회수하기 위하여 산소분산 방법을 이용하여 공융염폐기물 내 핵종(희토류 및 TRU)을 산화/침전시켜 공융염층과 침전물층으로 층분리 시킨 후, 분리회수하여 공융염층은 바로 재활용하고 침전물층 내의 공융염은 증류/응축공정을 이용하여 분리/회수하여 재활용하는 기술이다.
본 발명의 공융염폐기물 재생 장치 및 방법은 공융염 폐기물내 존재하는 공융염의 90% 이상을 재활용 할 수 있으며, 자유침강에 의한 층분리, 싸이펀을 이용한 분리회수 및 침전물층만을 증류하므로 적은 비용으로 공융염을 재활용할 수 있으며, 공융염폐기물 내 희토류 및 TRU를 포함하는 핵종의 99.9% 이상을 침전물로 전환시키는데 소요되는 시간이 짧아 공융염의 회수 효율이 높고, 회수된 공융염의 조성이 전해정련 공정에 사용되는 공융염의 조성과 동일한 장점이 있다.
전해정련, 공융염폐기물, 핵종, 산화, 재활용
Description
도 1은 본 발명의 산화장치의 일 구성도이며,
도 2는 본 발명의 산소공급관에 구비된 산기관의 일 예이며,
도 3은 본 발명의 공융염폐기물 재생장치의 일 구성도이다.
본 발명은 전해정련 공정에서 발생하는 공융염폐기물을 재활용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
산화물 사용 후 핵연료의 전해정련 공정에서는 희토류 및 TRU염화물 핵종을 포함하고 있는 LiCl-KCl 공융염폐기물이 발생하는데 이러한 염폐기물의 재사용은 최종 처분되는 폐기물의 양을 급격하게 감소시켜 전해정련 공정의 우월성 뿐만 아니라 공정의 경제성에도 매우 중요한 영향을 미친다.
염폐기물을 재활용하기 위해서는 우선 염폐기물내 포함되어 있는 핵종(희토류 및 TRU)을 분리해 내어야 하는데 이를 위해서 기존에는 산화제(Li2O, V2O5등)를 사용하여 산화물로 침전시키거나 침전제(Na2CO3, Li3PO4등)를 첨가하여 탄산화물(Carbonate) 또는 인산화물(Phosphate)로 침전시키는 방법을 사용하고 있다.
하지만 종래와 같이 산화제 또는 침전제를 이용하는 경우에는 당량 이상으로 첨가된 산화제 또는 침전물의 분리가 어렵고 산화반응 또는 침전반응의 부산물(byproduct)로 인해 LiCl-KCl의 공융조성이 변한다는 어려움 때문에 순수한 LiCl-KCl 공융염을 분리하여 재사용 하는 데는 많은 어려움이 있다.
외국에는 현재 전해정련 공정에서 발생하는 공융염폐기물을 재사용하는 기술이 개발되지 않은 상태이며, 다만 최종 처분되는 고준위 폐기물의 양을 줄이기 위하여 공융염폐기물내 핵종을 침전제(V2O5)를 이용하여 침전시킨 후 공융염폐기물 전체를 증류/응축시켜 침전물만 분리하는 공정을 개발하고 있는데 이 경우 전체 공융염폐기물을 증류하여야 하기 때문에 증류공정의 운전비용이 과다할 뿐만 아니라 회수된 공융염의 재사용은 불가능하다.
공융염 폐기물내 존재하는 희토류원소를 침전시키기 위한 방법으로 인산(Li3PO4)이나 산화제(Li2O)를 사용하는 연구결과가 발표되었으나 이러한 방법을 이용할 경우에도 공융염의 재활용은 어렵다.
본 발명을 상기의 문제점을 해결하기 위하여 산화제등의 침전제를 사용하지 않고 산소와의 반응으로 LiCl-KCl 공융염폐기물내의 희토류 또는 TRU를 포함하는 핵종을 산화물이나 옥시염화물로 침전시켜 순수염층과 침전물층으로 층분리 시킨 후 싸이펀을 이용하여 순수염층과 침전물층을 분리하고 순수염층은 직접 전해정련 공정에 재활용하고 침전물층내 존재하는 공융염은 휘발 및 응축공정을 이용하여 회수하여 재사용하는 LiCl-KCl 공융염폐기물의 재활용 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 목적은 핵종을 포함하는 공융염폐기물의 공융염을 회수하여 재활용할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 데 있으며, 본 발명의 다른 목적은 산소를 이용한 희토류 및 TRU를 포함하는 핵종의 산화 반응이 효과적으로 짧은 시간 동안 완료되는 산화장치를 제공하는 데 있다.
핵종을 포함하는 공융염폐기물의 상기 핵종을 산화 및 분리시키기 위한 장치에 있어서, 상기 핵종의 산화가 발생하는 본 발명의 산화장치(100)는 하측으로 좁아지는 원뿔대형의 반응기(110), 히터(140) 및 상기 반응기 하부면에 위치하는 산기관(121)이 구비된 산소공급관(120)이 구비되며, 상기 산소공급관(120)을 통해 상기 반응기(110)로 산소가 공급되고 상기 히터(140)에 의해 상기 반응기(110)가 가열되어 상기 반응기(110) 내부에 담겨진 공융염폐기물 내 희토류 및 TRU를 포함하는 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물이 생성된 후, 자유침강에 의한 침전물층과 침전물층 상부에 공융염층의 층분리가 일어나는 특징이 있다.
상기 산화장치(100)의 상기 반응기(110)는 밀폐(130)된 것이 바람직하며, 상기 밀폐된 반응기(110) 외부에 히터(140)가 구비되는 것이 바람직하며, 상기 산화장치(100)는 분위기 또는 압력 조절 및 가스의 배출을 위한 가스배출관(150)이 더 구비될 수 있으며, 상기 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물을 침전시켜 상기 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물을 포함하는 침전물층과 상기 침전물층 상부에 형성되는 공융염층의 분리회수를 위한 회수관(300, 400)이 더 구비될 수 있다.
상기 산기관(121)은 표면에 다수의 홀이 형성된 튜브형 블레이드가 방사형으로 구비되며, 상기 산소공급관(120) 일측에서 투입되는 산소가 상기 홀로 배출되는 특징을 갖는다. 또한 상기 산소공급관(120)의 상부에 원형판(122)이 더 구비되어 있을 수 있다. 산화를 위해 필요한 산소유량을 공융염층에 투입할 시 다공성의 산소공급관(120)을 이용하므로 기존의 수직관을 사용하였을 때보다 작고 균일한 크기의 기포(산소)가 발생하므로 배출현상을 최소화 할 수 있다. 또한 설령 약간의 산화된 희토류 및 TRU가 방출되더라도 반응기 외부로 방출되지 않고 산소공급관(120)의 상부에 설치된 원형판(122)에 부착되므로 외부 배출을 최소화 할 수 있다.
상기 반응기(110)는 산소의 균일한 분산과 고른 산화반응 측면에서 하측으로 좁아지는 원뿔대형이 가장 바람직하나, 하측으로 좁아지는 다각뿔대형의 반응기를 사용할 수도 있다. 또한 상기 산기관(121)을 구성하는 상기 튜브형 블레이드는 블레이드의 모든 표면에 홀이 형성되어 있을 수 있으며, 둘 이상의 블레이드가 방사형으로 구비되어 있는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 3 내지 8개의 블레이드가 방사형으로 구비되어 산기관을 구성하는 것이 더욱 바람직하다.
상술한 산화장치가 구비된 본 발명의 공융염폐기물 재생 장치의 핵심은 분산특성이 안정화 되어 좀 더 높은 유량을 분산시킬 수 있는 산기관이 구비된 산소공 급관을 이용하는 것이며, 하측으로 좁아지는 원뿔대형 반응기를 이용하는 것이고, 산소공급관에서 공급되는 산소를 이용하여 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물을 생성시키는 것이며, 반응기 내의 폐용융염이 중력을 이용하여 상기 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물을 포함하는 침전물층과 공융염층으로 층분리되는 것이고, 두개의 싸이펀을 이용하여 침전물층과 공융염층이 각각 증류기와 공융염회수기로 분리 회수되는 것이며, 상기 분리 회수된 공융염층의 공융염이 전해정련 공정에 재활용되는 것이고, 상기 분리 회수된 침전물층이 응축기가 구비된 증류기에서 증류 및 응축되어 침전물층이 함유하고 있던 공융염을 다시 회수(재회수)하는 것이며, 상기 재회수된 공융염이 전해정련 공정에 재활용되는 것이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 인식의 명료함을 위해 과장되어 도시될 수 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 산화 장치(100)로 하측으로 좁아지는 원뿔대형의 반응기(110)가 밀폐벽(130)으로 밀폐되어 구비되며, 상기 반응기 하부면에 위치하는 산기관(121)이 구비된 산소공급관(120) 및 가스배출관(150)이 구비되며, 상기 밀폐벽 외부에 히터(140)가 구비된다. 상기 산기관(121)은 도 2에 도시한 바와 같이 4개의 블레이드가 방사형으로 구비되어 있으며, 산소공급관(120)의 일측에서 공급되는 산소가 배출되는 다수의 홀이 형성되어 있다.
상기와 같은 본 발명의 산화장치는 상기 반응기가 하측으로 좁아지는 원뿔대 형태를 가지고 다공성(홀이 형성된)의 산소공급관을 도입함으로써 공융염내 산소의 분산특성이 안정화 되어 좀 더 높은 산소유량을 분산시킬 수 있기 때문에 상기 핵종의 99.9% 이상의 침전물로의 전환율에 도달하는 시간을 30% 정도로 줄일 수 있고 홀이 형성된 산기관이 구비된 산소공급관 및 산소공급관 상부에 형성된 원형판에 의해 크고 빠르게 상승하는 기포에 의한 염이나 생성된 희토류 및 TRU 산화물(또는 옥시염화물)의 배출현상을 최소화할 수 있다.
본 발명의 산화 장치(100)가 구비된 핵종을 포함하는 공융염폐기물의 공융염을 회수하기 위한 장치를 제공하고자 한다. 본 발명의 공융염폐기물 재생 장치는 상기의 산화 장치(100), 응축기(미도시)가 구비된 증류기(200), 공융염회수기(300), 상기 산화 장치(100)의 원뿔대형 반응기(110) 기저에 일측이 위치하며 상기 증류기(200)와 타측이 연결되는 침전물회수관(400) 및 상기 원뿔대형 반응기(110)에 상기 침전물회수관(400)보다 높게 일측이 위치하며 공융염회수기(300)와 타측이 연결되는 공융염회수관(500)을 포함하여 구성되는 특징이 있다.
상기 침전물회수관(400) 및 상기 공융염회수관(500)은 싸이펀(siphon)인 특징이 있다. 싸이펀인 상기 침전물회수관(400)과 싸이펀인 상기 공융염회수관(500)은 싸이펀 자체에 약간의 음압을 걸어주어 반응기 내에 층분리 되어있는 순수 공융염층과 침전물층을 각각 분리하여 이송하게 된다.
도 3은 본 발명의 공융염폐기물 재생 장치의 일 구성예이다. 도 3의 산화 장치(100)에서 상기 공융염폐기물 내 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물이 생성된 후 거치되어 상기 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물의 침전물층 및 상기 침전물층 상부에 공융염층이 형성되는 층분리가 발생하고, 상기 침전물층은 상기 침전물회수관(400)에 의해 상기 증류기(200)로 분리 회수되며, 상기 공융염층은 상기 공융염회수관(500)에 의해 상기 공융염회수기(300)로 분리 회수되게 된다. 이때, 상기 침전물회수관(400)이 증류기(200) 대신 침전물회수기(미도시)와 타측이 연결되고 상기 침전물회수기(미도시)가 증류기(200)와 연결되어, 상기 침전물층이 침전물회수기(미도시)로 분리 회수된 후 다시 이동되어 증류기(200)에서 침전물층의 증류가 이루어질 수 있다.
상기 침전물층은 상기 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물과 함께 공융염을 포함하므로, 침전물층 내의 공융염을 재회수하기 위하여, 상기 증류기(200)에 의해 상기 분리 회수된 침전물층 내의 공융염이 증류되고 상기 응축기(미도시)에 의해 상기 증류된 공융염이 응축되어 침전물 내의 공융염을 재회수하게 된다.
본 발명의 재생 장치 및 반응기가 활용되는 핵종을 포함하는 공융염폐기물은 바람직하게 희토류(Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), TRU(Np, Pu, Am, Cm) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 핵종을 함유한 공융염이며, 상기 공융염은 바람직하게 LiCl과 KCl의 혼합염(LiCl=44.2wt.%, KCl=55.8wt.%)이다.
상술한 본 발명의 공융염폐기물 재생 장치는 공융염 폐기물내 존재하는 염의 90% 이상을 재활용 할 수 있으며, 자유침강에 의한 층분리, 싸이펀을 이용한 분리회수 및 침전물층만을 증류하므로 적은 비용으로 염을 재활용할 수 있으며, 공융염폐기물 내 핵종의 99.9% 이상을 침전물로 전화시키는데 소요되는 시간이 짧아 염의 회수 효율이 높고, 회수된 염의 조성이 전해정련 공정에 사용되는 염의 조성과 유사한 장점을 갖는다.
본 발명의 핵종을 포함하는 공융염폐기물의 공융염을 회수하기 위한 방법을 제시하고자 한다. 이때, 상기 핵종은 희토류(Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), TRU(Np, Pu, Am, Cm) 또는 이들의 혼합물을 의미하며 상기 공융염은 LiCl과 KCl의 혼합염(LiCl=44.2wt.%, KCl=55.8wt.%)이다. 본 발명의 공융염폐기물 재생 방법은 a) 핵종을 포함하는 공융염폐기물에 산소를 투입하고 가열하여 상기 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물이 생성된 후 거치시켜 상기 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물의 침전물층 및 상기 침전물층 상부의 공융염층으로 층분리 시키는 단계, b) 상기 침전물층과 상기 공융염층을 각각 분리 회수하는 단계 및 c) 상기 분리된 침전물을 증류 및 응축하여 공융염을 재회수하는 단계를 포함하는 특징을 갖는다.
본 발명의 공융염폐기물 재생 방법의 핵심은 산소를 이용하여 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물을 형성시키는 것이며, 중력을 이용하여 상기 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물을 포함하는 침전물층 과 공융염층으로 층분리 시키는 것(자유 침강)이고, 2개의 싸이펀에 의해 침전물층과 공융염층이 각각 분리 회수되는 것이며, 상기 분리 회수된 공융염층의 공융염이 전해정련 공정에 재활용되는 것이고, 상기 분리 회수된 침전물층을 증류하고 증류된 물질을 응축하여 침전물층이 함유하고 있던 공융염을 다시 회수(재회수)하는 것이며, 상기 재회수된 공융염이 전해정련 공정에 재활용되는 것이다.
상기 핵종의 산화는 600 내지 700℃의 온도에서 이루어지는 것이 바람직하다. 즉 핵종의 산화를 최적화하기 위해 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물이 600 내지 700℃의 온도에서 생성되는 것이 바람직하다. 600℃이하의 온도에서는 산화 반응이 활발히 일어나지 않아 99.9% 이상의 핵종이 산화되는데 소요되는 시간이 너무 길어지고, 700℃이상의 온도에서는 공융염의 휘발현상이 발생할 수 있고 상대적으로 높은 온도에 의한 장치의 부식현상이 가속되게 된다.
상기 c) 단계의 증류는 0.1 내지 100 torr의 압력에서 800 내지 1000℃의 온도로 증류되는 것이 바람직하다. 상기의 압력범위와 온도 범위는 침전물 내에 함유되어 있는 공융염을 높은 순도를 가지며 재활용하기에 바람직한 조성으로 얻기 위해 최적화된 온도 및 압력범위이다.
(실시예 1)
650℃의 온도에서 희토류 핵종을 포함하는 공융염폐기물(500g)에 1.5 liter/min의 산소를 300분 동안 분산시켰을 때 상기 핵종의 침전물로의 전환율을 표 1에 도시하였다.
<표 1>
| T(oC) RECl3 | 650 |
| EuCl3 | >99.9 |
| NdCl3 | >99.9* |
| CeCl3 | >99.9* |
| PrCl3 | >99.9* |
표 1에서 알 수 있듯이 650℃ 조건에서 300분의 산소분산 조건에서 모든 희토류핵종이 99.9% 이상의 전환율을 나타내었으며 Cs와 Eu는 산화물로 그리고 Nd는 옥시염화물로 산화되었으며 Pr의 경우에는 산화물과 옥시염화물로 동시에 존재하였다. 한편, Ce은 일반적으로 TRU원소의 대체물질로 사용되기 때문에(Hee-Chul Yang et al., Journal of the Korean Nuclear Society, vol. 34, No. 1, 80-89(2002); A.S. Wang et al., Journal of Nuclear Materials, vol.265, 295-307(1999); T. Katawa et al., First OECD/NEA information Exchange Meeting on Separation and Transmutation of Actinides and Fission Products, Mite, Japan, Nov. 6-9 (1990)) 본 발명의 공융염폐기물 재생 방법을 이용하여 TRU 원소도 99.9% 이상 산화물로 전환시킬 수 있을 것으로 예상된다.
650℃의 온도에서 희토류핵종을 포함하는 LiCl-KCl 공융염폐기물(500g)에 1.5 liter/min의 산소를 300분 동안 분산시킨 후, 6시간동안 용융상태로 두어 자유침강에 의해 상부의 순수염층과 하부의 침전물층으로 층분리시켰다. 이때 싸이펀을 이용하여 순수공융염을 잘 연마된 SUS 용기로 이송한 후 냉각하여 분리하였다. 상기의 층분리 및 싸이펀에 의해 공융염폐기물에 포함된 순수 공융염 중의 약 60%를 회수하여 재사용할 수 있었다. 침전물층은 희토류 침전물(Ce산화물, Eu산화물, Nd 옥시염화물, Pr산화물 및 Pr옥시염화물)과 잔류 순수공융염으로 구성되어 있는데 순수공융염의 이송 분리에 사용된 싸이펀과 다른 싸이펀을 이용하여 침전물층을 증류장치로 이송한 후 5torr, 900℃의 조건에서 증류시킨 후 냉각기에서 냉각하여 공융염폐기물에 포함된 순수 공융염 중의 약 40%의 순수공융염을 회수하여 재사용할 수 있었다. 하기의 표 2는 침전물층을 증류한 후 냉각기에서 응축하여 회수된 공융염의 조성을 분석한 결과를 도시한 것으로(단위 ppm), 증류/응축되어 회수된 공융염내에는 희토류 원소들이 존재하지 않으며 공융조성도 처음과 동일하다는 것을 알 수 있다. 하기 표 2의 필터는 증류기에 구비되어 있는 필터로 증류된 후 응축기에서 응축되지 않는 염이 외부에 방출되지 않도록 하기 위해 응축기 다음에 설치된 필터이다.
<표 2>
| Part Elements | 응축기 (ppm) | 필터 (ppm) | Limit detection (ppm) |
| Ce | ND | ND | 0.01 |
| Eu | ND | ND | 0.01 |
| Nd | ND | ND | 0.01 |
| Pr | ND | ND | 0.02 |
| Li (LiCl wt.% 환산) | 65.6 (48.4) | 64.7 (39.8) | 응축기와 필터 평균 : 44.1 |
| K (KCl wt.% 환산) | 225 (51.6) | 315 (60.2) | 응축기와 필터 평균 : 55.9 |
*공융염 혼합비 (LiCl : KCl wt.% 비 = 44.23 : 55.77)
상기의 실시예 1을 통해 알 수 있듯이 본 발명의 공융염폐기물 재생방법은 산소를 이용하여 공융염폐기물내 핵종의 산화를 유발하여 상기 핵종의 99.9% 이상 을 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물로 매우 빠른 시간내에 산화시킬 수 있으며, 자유침강에 의한 층분리 후 싸이펀을 이용하여 1차로 공융염을 회수하고, 침전물을 증류하여 2차로 공융염을 회수하여 폐기물내 90%이상의 공융염이 회수되어 재활용되며, 회수된 공융염의 조성이 전해정련 공정에 사용되는 공융염과 동일한 조성을 갖게 된다.
본 발명의 공융염폐기물 재생 장치 및 방법은 공융염 폐기물내 존재하는 염의 90% 이상을 재활용 할 수 있으며, 자유침강에 의한 층분리, 싸이펀을 이용한 분리회수 및 침전물층만을 증류하므로 적은 비용으로 염을 재활용할 수 있으며, 공융염폐기물 내 핵종의 99.9% 이상을 침전물로 전화시키는데 소요되는 시간이 짧아 공융염의 회수 효율이 높고, 회수된 공융염의 조성이 전해정련 공정에 사용되는 공융염의 조성과 동일한 장점이 있다.
Claims (10)
- 핵종을 포함하는 공융염폐기물의 상기 핵종을 산화 및 분리시키기 위한 장치에 있어서,하측으로 좁아지는 원뿔대형의 반응기, 히터 및 상기 반응기 하부면에 위치하는 산기관이 구비된 산소공급관이 구비되며,상기 산소공급관을 통해 상기 반응기로 산소가 공급되고 상기 히터에 의해 상기 반응기가 가열되어 상기 반응기 내부에 담겨진 공융염폐기물 내 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물이 생성된 후, 자유침강에 의한 침전물층과 침전물층 상부에 공융염층의 층분리가 일어나는 것을 특징으로 하는 산화장치.
- 제 1항에 있어서,상기 산기관은 표면에 다수의 홀이 형성된 튜브형 블레이드가 방사형으로 구비되며, 상기 산소공급관 일측에서 투입되는 산소가 상기 홀로 배출되는 것을 특징으로 하는 산화장치.
- 제 2항에 있어서,상기 산소공급관의 상부에 원형판이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 산화장치.
- 핵종을 포함하는 공융염폐기물의 공융염을 회수하여 재활용하기 위한 장치에 있어서,제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에서 선택된 산화 장치; 응축기가 구비된 증류기; 공융염회수기;상기 산화 장치의 원뿔대형 반응기 기저에 일측이 위치하며 상기 증류기와 타측이 연결되는 침전물회수관; 및상기 원뿔대형 반응기에 상기 침전물회수관보다 높게 일측이 위치하며 공융염회수기와 타측이 연결되는 공융염회수관;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공융염폐기물 재생 장치.
- 제 4항에 있어서,상기 산화 장치에서 상기 공융염폐기물 내 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물이 생성된 후 거치되어 상기 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물의 침전물층 및 상기 침전물층 상부로 공융염층이 형성되고, 상기 침전물층은 상기 침전물회수관에 의해 상기 증류기로 분리 회수되며, 상기 공융염층은 상기 공융염회수관에 의해 상기 공융염회수기로 분리 회수되고, 상기 침전물회수관 및 상기 공융염회수관은 싸이펀인 것을 특징으로 하는 공융염폐기물 재생 장치.
- 제 5항에 있어서,상기 증류기에 의해 상기 분리 회수된 침전물층 내의 공융염이 증류되고 상기 응축기에 의해 상기 증류된 공융염이 응축되어 침전물 내의 공융염이 재회수 되는 것을 특징으로 하는 공융염 폐기물 재생 장치.
- 핵종을 포함하는 공융염폐기물의 공융염을 회수하여 재활용하기 위한 방법에 있어서,a) 핵종을 포함하는 공융염폐기물에 산소를 투입하고 가열하여 상기 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물이 생성된 후 거치시켜 상기 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물의 침전물층 및 상기 침전물층 상부의 공융염층으로 층분리 시키는 단계;b) 상기 침전물층과 상기 공융염층을 각각 분리 회수하는 단계;c) 상기 분리된 침전물층을 증류 및 응축하여 공융염을 재회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공융염폐기물 재생 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 a) 단계의 핵종의 산화물, 옥시염화물 또는 산화물 및 옥시염화물은 600 내지 700℃의 온도에서 생성되는 것을 특징으로 하는 공융염폐기물 재생 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 b) 단계의 분리 회수는 싸이펀을 이용하는 것을 특징으로 하는 공융염폐기물 재생 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 c) 단계의 증류는 0.1 내지 100 torr의 압력에서 800 내지 1000℃의 온도로 증류되는 것을 특징으로 하는 공융염폐기물 재생 방법.
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101003955B1 (ko) | 2008-09-24 | 2010-12-24 | 한국수력원자력 주식회사 | 경막결정화법을 이용한 ＬｉＣｌ염폐기물의 재활용방법 및 장치 |
| KR101107097B1 (ko) * | 2010-01-13 | 2012-01-30 | 한국수력원자력 주식회사 | 고온 알칼리 용융염을 이용하여 고농도 염소가스 함유 배기가스를 처리하는 장치 및 방법 |
| KR101137436B1 (ko) * | 2010-08-09 | 2012-04-20 | 한국수력원자력 주식회사 | 공융염내 희토류 제거장치 및 이를 이용한 희토류 제거방법 |
| KR101225009B1 (ko) * | 2010-07-13 | 2013-01-22 | 한국수력원자력 주식회사 | 불활성 기체 펄스를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거장치 및 이를 이용한 염 제거방법 |
| KR101233769B1 (ko) | 2011-07-12 | 2013-02-15 | 한국수력원자력 주식회사 | 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거장치 및 이를 이용한 염 제거방법 |
| KR101238831B1 (ko) | 2011-06-29 | 2013-03-04 | 한국원자력연구원 | 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치 및 그 운전 방법 |
| KR101474146B1 (ko) * | 2013-06-21 | 2014-12-24 | 한국원자력연구원 | 염폐기물 내 방사성 핵종 분리 및 정제염 회수를 위한 장치 및 방법 |
| KR101776588B1 (ko) * | 2016-10-28 | 2017-09-11 | 한국원자력연구원 | 고온 용융염 전해장치 및 고온 용융염 정제 방법 |
| KR101988439B1 (ko) * | 2017-12-06 | 2019-06-12 | 한국원자력연구원 | 우라늄 산화물과 희토류 금속의 분리 회수 방법 및 이를 위한 분리 회수 장치 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101369123B1 (ko) * | 2012-05-24 | 2014-03-04 | 한국수력원자력 주식회사 | 산화리튬을 이용한 염화리튬 염속의 2족 핵종의 분리 및 염화리튬 재생방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR880003345A (ko) * | 1986-08-18 | 1988-05-16 | 제이. 에취. 훅스 | 황산나트륨 수용액으로부터 황산염을 제거하는 방법 |
| US5875407A (en) * | 1997-08-11 | 1999-02-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for synthesizing pollucite from chabazite and cesium chloride |
| KR20060089993A (ko) * | 2005-02-04 | 2006-08-10 | 한국원자력연구소 | 제올라이트만을 이용한 염화염 폐기물 고정화 생성물의제조방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5505823A (en) * | 1994-09-02 | 1996-04-09 | Solv-Ex Corporation | Method for the electrolytic production of aluminum |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR880003345A (ko) * | 1986-08-18 | 1988-05-16 | 제이. 에취. 훅스 | 황산나트륨 수용액으로부터 황산염을 제거하는 방법 |
| US5875407A (en) * | 1997-08-11 | 1999-02-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method for synthesizing pollucite from chabazite and cesium chloride |
| KR20060089993A (ko) * | 2005-02-04 | 2006-08-10 | 한국원자력연구소 | 제올라이트만을 이용한 염화염 폐기물 고정화 생성물의제조방법 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101003955B1 (ko) | 2008-09-24 | 2010-12-24 | 한국수력원자력 주식회사 | 경막결정화법을 이용한 ＬｉＣｌ염폐기물의 재활용방법 및 장치 |
| KR101107097B1 (ko) * | 2010-01-13 | 2012-01-30 | 한국수력원자력 주식회사 | 고온 알칼리 용융염을 이용하여 고농도 염소가스 함유 배기가스를 처리하는 장치 및 방법 |
| KR101225009B1 (ko) * | 2010-07-13 | 2013-01-22 | 한국수력원자력 주식회사 | 불활성 기체 펄스를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거장치 및 이를 이용한 염 제거방법 |
| KR101137436B1 (ko) * | 2010-08-09 | 2012-04-20 | 한국수력원자력 주식회사 | 공융염내 희토류 제거장치 및 이를 이용한 희토류 제거방법 |
| KR101238831B1 (ko) | 2011-06-29 | 2013-03-04 | 한국원자력연구원 | 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치 및 그 운전 방법 |
| KR101233769B1 (ko) | 2011-07-12 | 2013-02-15 | 한국수력원자력 주식회사 | 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거장치 및 이를 이용한 염 제거방법 |
| KR101474146B1 (ko) * | 2013-06-21 | 2014-12-24 | 한국원자력연구원 | 염폐기물 내 방사성 핵종 분리 및 정제염 회수를 위한 장치 및 방법 |
| US9368242B2 (en) | 2013-06-21 | 2016-06-14 | Korea Atomic Energy Research Institute | Apparatus and method for separating radioactive nuclides and recovering refined salt from LiCl waste salt or LiCl-KCI eutectic waste salt |
| KR101776588B1 (ko) * | 2016-10-28 | 2017-09-11 | 한국원자력연구원 | 고온 용융염 전해장치 및 고온 용융염 정제 방법 |
| KR101988439B1 (ko) * | 2017-12-06 | 2019-06-12 | 한국원자력연구원 | 우라늄 산화물과 희토류 금속의 분리 회수 방법 및 이를 위한 분리 회수 장치 |
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| Publication number | Publication date |
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