KR100972272B1 - Electrowinning apparatus capable of measuring weight of liquid cathode, recovering method of actinide elements and method of monitoring electrodeposit amount of actinide elements - Google Patents

Electrowinning apparatus capable of measuring weight of liquid cathode, recovering method of actinide elements and method of monitoring electrodeposit amount of actinide elements Download PDF

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KR100972272B1 KR1020090005866A KR20090005866A KR100972272B1 KR 100972272 B1 KR100972272 B1 KR 100972272B1 KR 1020090005866 A KR1020090005866 A KR 1020090005866A KR 20090005866 A KR20090005866 A KR 20090005866A KR 100972272 B1 KR100972272 B1 KR 100972272B1
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권상운
정흥석
심준보
김정국
김광락
안도희
백승우
이한수
김시형
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한국원자력연구원
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Abstract

PURPOSE: An electrowining device, a method for collecting actinide elements, and a method for monitoring the electrodeposition amount of the actinide elements are provided to accurately determine the finishing point of the electrowinning process by measuring the electrodeposition amount of the actinide elements in real time. CONSTITUTION: A first container(102) receives molten salt containing actinide elements. A liquid cathode assembly(106) includes a second container and a supporting unit. The second container receives the liquid cathode. The supporting unit fixes the second container on the molten salt. A load cell(122) measures the weight of the liquid cathode assembly. A controller(126) supplies a load cell control signal to the load cell. The controller receives data about the weight of the liquid cathode assembly from the load cell.

Description

액체음극의 무게 측정이 가능한 전해제련장치, 그를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법 및 악티나이드계 원소 전착량 모니터링 방법 {ELECTROWINNING APPARATUS CAPABLE OF MEASURING WEIGHT OF LIQUID CATHODE, RECOVERING METHOD OF ACTINIDE ELEMENTS AND METHOD OF MONITORING ELECTRODEPOSIT AMOUNT OF ACTINIDE ELEMENTS}Electrolytic smelting apparatus capable of measuring the weight of a liquid cathode, method for recovering actinide-based elements using the same, and method for monitoring actinide-based element electrodeposition amount {ELECTROWINNING APPARATUS CAPABLE OF MEASURING WEIGHT OF LIQUID CATHODE, RECOVERING METHOD OF ACTINIDE ELEMENTS AND METHOD OF MONITORING ELECTRODEPOSIT AMOUNT OF ACTINIDE ELEMENTS}

본 발명은 원자력 에너지 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용후 핵연료(spent fuel)의 처리를 위한 전해제련장치, 그를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법 및 악티나이드계 원소 전착량 모니터링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the field of nuclear energy, and more particularly, to an electrolytic smelting apparatus for treating spent fuel, an actinide-based element recovery method and an actinide-based element electrodeposition amount monitoring method using the same.

고유가와 온실가스 문제를 해결하기 위한 방안으로 원자력 에너지가 르네상스를 맞고 있으며, 보수적인 유럽에서도 원자력 에너지가 다시 각광 받고 있다. 이에 따라, 미국, 유럽 및 우리나라를 포함한 아시아의 여러 나라들도 원자력 발전소의 추가 건설을 서두르고 있다. 그러나, 원자력 발전량이 늘어나면 사용후 핵연료(spent fuel)의 축적량도 늘어나기 때문에 이의 장기 보관에 어려움이 따른다. 따라서, 원자력 에너지의 사용 비율을 높이기 위해서는 사용후 핵연료에 포함된 반감기가 긴 핵종의 재순환이 이루어질 필요가 있으며, 이를 위한 후행 핵연료주 기(nuclear fuel cycle)의 연구가 필요하다.Nuclear energy is facing a renaissance as a way to solve the problem of high oil prices and greenhouse gases, and nuclear energy is emerging again in conservative Europe. Accordingly, several countries in Asia, including the United States, Europe and Korea, are also hastening to build nuclear power plants. However, as the amount of nuclear power generation increases, the accumulation of spent fuel also increases, which leads to difficulty in long-term storage thereof. Therefore, in order to increase the use rate of nuclear energy, it is necessary to recycle the long-lived nuclides contained in spent nuclear fuel, and to study the nuclear fuel cycle for this purpose.

사용후 핵연료 중에는 반감기가 매우 긴 악티나이드계 원소가 포함되어 있으며, 이들을 분리하여 새로운 핵연료로 제조한 후 특별한 원자로에서 핵연료로 사용하면, 상업적으로 전기를 생산할 수 있을 뿐 아니라 사용후 핵연료 처분장의 공간을 절약할 수 있다.The spent fuel contains actinide-based elements with very long half-lives.These fuels can be separated and made into new fuel and used as fuel in special reactors to produce electricity commercially and to save space in the spent fuel disposal site. You can save.

이에, 최근에는 상기 악티나이드계 원소를 분리하는 방법 중의 하나로서 핵확산 저항성이 크고, 장치가 간단하며, 폐기물의 발생량이 적은 장점을 가진 건식정련(pyroprocessing) 기술이 활발하게 연구되고 있다. 상기 건식정련에서는 주로 전해에 의해 용융염 중에서 악티나이드계 원소를 회수한다. 상기 건식정련은 고체음극에 순수한 우라늄을 전착시켜 분리하는 전해정련공정, 및 액체음극을 이용하여 용융염 중에 잔존하는 우라늄과 초우라늄(transuranic: TRU) 원소를 함께 회수하는 전해제련공정으로 이루어진다. 여기서, 액체음극으로는, 예를 들어, 액체카드뮴을 주로 사용한다.In recent years, as one of the methods for separating the actinide-based elements, pyroprocessing technology has been actively studied, which has advantages of high nuclear proliferation resistance, simple apparatus, and low generation amount of waste. In the dry refining, the actinide element is recovered in the molten salt mainly by electrolysis. The dry refining consists of an electrolytic refining process of electrodepositing and separating pure uranium on a solid cathode, and an electrolytic refining process of simultaneously recovering uranium and transuranic (TRU) elements remaining in the molten salt using a liquid cathode. As the liquid cathode, for example, liquid cadmium is mainly used.

상기 전해정련공정에서는 고체음극을 이용하여 매우 순수한 우라늄을 회수해야 하는데, 이때 우라늄의 순도를 고려하여 용융염 중의 플루토늄/우라늄의 비가 2.5 ~ 3 정도에 이를때까지만 우라늄을 회수하고, 그 공정을 마쳐야 한다. 따라서, 전해정련공정이 완료된 용융염 중에는 상당량의 우라늄이 남아 있다. 상기 남아 있는 우라늄은 전해정련의 후속공정인 전해제련공정에서 액체음극을 이용하여 TRU 원소와 함께 회수된다.In the electrolytic refining process, it is necessary to recover very pure uranium using a solid cathode, in which case uranium must be recovered only until the ratio of plutonium / uranium in the molten salt reaches about 2.5 to 3 in consideration of the purity of uranium. do. Therefore, a considerable amount of uranium remains in the molten salt in which the electrolytic refining process is completed. The remaining uranium is recovered together with the TRU element using the liquid cathode in the electrolytic smelting process, which is a subsequent process of electrolytic refining.

한편, 일반적으로 액체음극을 이용하여 우라늄과 TRU 원소를 회수하기 위한 양적 목표량은 대략 액체음극 무게의 10%이다. 이때, 조업의 종말점에 이르렀는지는 전착을 위해 가해준 전기량으로 추정해볼 수 있으나, 이는 간접적인 방식이므로 그 정확성에 한계가 있다.On the other hand, in general, the quantitative target amount for recovering uranium and TRU elements using the liquid cathode is approximately 10% of the liquid cathode weight. At this time, whether the end of the operation is reached can be estimated by the amount of electricity applied for the electrodeposition, but this is an indirect method is limited in its accuracy.

본 발명은 액체음극에 전착되는 악티나이드계 원소의 전착량을 직접적으로 측정할 수 있는 전해제련장치, 그를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법 및 악티나이드계 원소 전착량 모니터링 방법을 제공한다.The present invention provides an electrolytic smelting apparatus capable of directly measuring the electrodeposition amount of the actinide element electrodeposited on the liquid cathode, an actinide element recovery method using the same, and an actinide element electrodeposition amount monitoring method.

본 발명은 전해제련공정을 중단하지 않고도 실시간으로 액체음극에 전착되는 악티나이드계 원소의 전착량을 정확하면서도 손쉽게 파악할 수 있는 전해제련장치, 그를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법 및 악티나이드계 원소 전착량 모니터링 방법을 제공한다.The present invention provides an electrolytic smelting apparatus that can accurately and easily grasp the electrodeposition amount of an actinide element electrodeposited on a liquid cathode in real time without interrupting the electrolytic smelting process, a method for recovering actinide elements using the same, and an electrodeposition amount of actinide elements using the same. Provide monitoring methods.

본 발명은 전해제련공정의 종말점을 정확하면서도 손쉽게 파악할 수 있는 전해제련장치, 그를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법 및 악티나이드계 원소 전착량 모니터링 방법을 제공한다.The present invention provides an electrolytic smelting apparatus capable of accurately and easily grasping the end point of an electrolytic smelting process, a method for recovering actinide-based elements using the same, and a method for monitoring electrodeposited element deposition.

본 발명은 전해제련공정시 양극 및 액체음극, 즉, 액체음극에 인가되는 전류 효율 변화를 정확하면서도 손쉽게 파악할 수 있는 전해제련장치, 그를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법 및 악티나이드계 원소 전착량 모니터링 방법을 제공한다.The present invention provides an electrolytic smelting apparatus capable of accurately and easily grasping a change in current efficiency applied to an anode and a liquid cathode, that is, a liquid cathode during an electrolytic smelting process, a method for recovering actinide-based elements and a method for monitoring electrodeposite-based element deposition using the same To provide.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치는, 악티나이드계 원소를 함유하는 용융염을 수용하는 제1 용기; 전원을 인가받아 상기 악티나이드계 원소를 회수하는 액체음극을 수용하는 제2 용기, 및 상기 제2 용기를 상기 용융염 중에 고정하는 지지부를 포함하는 액체음극 어셈블리; 및 상기 액체음극 어셈블리와 연결되며, 상기 액체음극 어셈블리의 무게를 측정할 수 있는 로드셀을 포함한다.Electrolytic smelting apparatus according to an embodiment of the present invention, the first container for receiving the molten salt containing actinide-based elements; A liquid cathode assembly including a second container for receiving a liquid cathode for recovering the actinide-based element by receiving power, and a support for fixing the second container in the molten salt; And a load cell connected to the liquid cathode assembly and capable of measuring the weight of the liquid cathode assembly.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법은, 액체음극을 이용하여 용융염 중에 함유된 악티나이드계 원소를 회수하는 단계; 및 상기 액체음극을 포함하는 액체음극 어셈블리의 무게를 측정하는 단계를 포함한다.On the other hand, the actinide-type element recovery method using the electrolytic smelting apparatus according to an embodiment of the present invention, the step of recovering the actinide element contained in the molten salt using a liquid cathode; And measuring the weight of the liquid cathode assembly including the liquid cathode.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치를 이용한 악티나이드계 원소 전착량 모니터링 방법은, 액체음극을 이용하여 용융염 중에 함유된 악티나이드계 원소를 회수할시, 상기 액체음극의 무게 변화를 감지함으로써 상기 액체음극에 상기 악티나이드계 원소가 전착되는 전착량을 모니터링 할 수 있다.On the other hand, the actinide-type element electrodeposition amount monitoring method using the electrolytic smelting apparatus according to an embodiment of the present invention, the weight change of the liquid cathode when recovering the actinide element contained in the molten salt using a liquid cathode By sensing the electrodeposition amount of the actinide-based element electrodeposited on the liquid cathode can be monitored.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전해제련공정을 중단하지 않고도 실시간으로 액체음극에 전착되는 악티나이드계 원소의 전착량을 정확하면서도 손쉽게 알 수 있다. 즉, 전해제련장치의 운전 중에 액체음극에 전착되는 악티나이드계 원소의 전착량을 직접적으로 측정하는 것이 가능하기 때문에, 액체음극의 가동 상태를 매우 효율적이면서도 실시간으로 감시할 수 있다. 이 때문에, 전해제련공정의 종말점을 정확하면서도 손쉽게 알 수 있으며, 아울러 조업중 전착을 위해 가해준 전기량과 무게 변화를 비교함으로써 조업 상황을 손쉽게 파악할 수 있다. 또한, 조업중 액체음 극에 전류가 계속 인가되지만, 여러 이유로 전류 효율이 낮아져 전착량이 작아지는 경우에도, 주기적으로 액체음극 어셈블리의 무게 변화를 감지함으로써 전류 효율이 낮아지고 있는지를 감시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치를 이용할 경우에는 악티나이드계 원소 회수 작업의 안정성, 신속성 및 정확성을 확보할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the electrodeposition amount of the actinide-based element electrodeposited on the liquid cathode in real time without stopping the electrolytic smelting process can be known accurately and easily. That is, since the electrodeposition amount of the actinide-based element electrodeposited on the liquid cathode during operation of the electrolytic smelting apparatus can be directly measured, the operating state of the liquid cathode can be monitored very efficiently and in real time. For this reason, the end point of the electrolytic smelting process can be known accurately and easily, and the operation situation can be easily grasped by comparing the amount of electricity and the weight change applied for electrodeposition during operation. In addition, although current is continuously applied to the liquid cathode during operation, even if the current efficiency decreases due to various reasons and the electrodeposition amount decreases, it is possible to monitor whether the current efficiency decreases by periodically sensing the weight change of the liquid cathode assembly. Therefore, when using the electrolytic smelting apparatus according to an embodiment of the present invention, it is possible to ensure the stability, speed and accuracy of the actinide-based element recovery operation.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치, 그를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법 및 악티나이드계 원소 전착량 모니터링 방법에 대하여 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, an electrolytic smelting apparatus, an actinide-based element recovery method, and an actinide-based electrodeposition amount monitoring method using the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of an electrolytic smelting apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치(100)는 제1 용기(102), 액체음극 어셈블리(106), 로드셀(122) 및 제어부(126)를 포함한다. 또한, 상기 전해제련장치(100)는 제1 교반기(130), 제2 교반기(134), 지지부 고정 부재(138) 및 고정 풀림 부재(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 교반기(130), 제2 교반기(134), 지지부 고정 부재(138) 및 고정 풀림 부재(140)는 필요에 따라 가감이 가능하며, 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치(100)는 다양한 구성의 조합이 가능하다.Referring to FIG. 1, the electrolytic smelting apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a first container 102, a liquid cathode assembly 106, a load cell 122, and a controller 126. In addition, the electrolytic smelting apparatus 100 may further include a first stirrer 130, a second stirrer 134, a support fixing member 138, and a fixing releasing member 140. The first stirrer 130, the second stirrer 134, the support part fixing member 138, and the fixed unwinding member 140 may be added or removed as necessary, and accordingly, an electrolytic smelting apparatus according to an embodiment of the present invention. 100 can be a combination of various configurations.

상기 제1 용기(102)는 악티나이드계 원소를 함유하는 용융염(104)을 수용한 다. 상기 악티나이드계 원소는 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 우라늄(U) 및 초우라늄(transuranic: TRU), 예를 들어, 넵투늄(Np), 플루토늄(Pu), 아메리슘(Am), 큐리움(Cm) 등을 포함한다. 상기 용융염(104)은 염화물 형태로 존재할 수 있다. 상기 제1 용기(102)는 내구성 및 기계적 강도 등이 우수한 재료로 형성되면 되므로 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들어, 금속 또는 세라믹 등으로 형성될 수 있다.The first vessel 102 contains a molten salt 104 containing actinide-based elements. The actinide-based element is not particularly limited, but, for example, uranium (U) and transuranic (TRU), for example, neptunium (Np), plutonium (Pu), americium (Am) and curium (Cm) and the like. The molten salt 104 may be present in chloride form. The first container 102 may be formed of a material having excellent durability and mechanical strength, but is not particularly limited. For example, the first container 102 may be formed of a metal or a ceramic.

상기 액체음극 어셈블리(106)는 제2 용기(108) 및 지지부(120)를 포함한다.The liquid cathode assembly 106 includes a second container 108 and a support 120.

상기 제2 용기(108)는 상기 제1 용기(102)에 수용되어 상기 용융염(104)에 잠길 수 있도록 설치될 수 있다. 제2 용기(108) 내부에는 액체음극(110)이 수용될 수 있다. 여기서, 상기 액체음극(110), 예를 들어, 액체카드뮴은 액체음극 리드선(112)에 의해 전원부(114)와 연결되고, 상기 전원부(114)는 양극 리드선(116)에 의해 양극(118)과 연결된다. 따라서, 용융염(104)에 접촉하고 있는 양극(118) 및 액체음극(110) 사이에 전원부(114)에서 생성된 전류가 흐를 경우, 상기 액체음극(110)은 상기 용융염(104)에 함유된 상기 악티나이드계 원소를 회수할 수 있다. 상기 제2 용기(108)는 상기 제2 용기(108) 및 상기 용융염(104)의 전기적 절연을 위해, 예를 들어, 세라믹 등으로 형성될 수 있다.The second container 108 may be installed in the first container 102 to be immersed in the molten salt 104. The liquid cathode 110 may be accommodated in the second container 108. Herein, the liquid cathode 110, for example, liquid cadmium, is connected to the power supply 114 by the liquid cathode lead wire 112, and the power supply 114 is connected to the anode 118 by the anode lead wire 116. Connected. Therefore, when a current generated in the power supply unit 114 flows between the anode 118 and the liquid cathode 110 in contact with the molten salt 104, the liquid cathode 110 is contained in the molten salt 104. The actinide-based element can be recovered. The second container 108 may be formed of, for example, ceramics for electrical insulation of the second container 108 and the molten salt 104.

상기 지지부(120)는 상기 제2 용기(108)와 연결될 수 있으며, 상기 제2 용기(108)를 상기 용융염(104) 중에 고정할 수 있다. 이때, 상기 지지부(120)의 하부는 용융염(104)에 잠긴 상태로 설치될 수 있는 반면, 상기 지지부(120)의 상부는 용융염(104)에 잠기지 않은 상태로 설치될 수 있다. 여기서, 상기 지지부(120)의 형상 등에 의하여 본 발명이 한정되거나 제한되지 않는다.The support part 120 may be connected to the second container 108, and may fix the second container 108 in the molten salt 104. At this time, the lower portion of the support portion 120 may be installed while being immersed in the molten salt 104, while the upper portion of the support portion 120 may be installed in a state that is not immersed in the molten salt 104. Here, the present invention is not limited or limited by the shape of the support 120.

상기 로드셀(122)은 무게 측정용 연결 부재(124)에 의해 상기 액체음극 어셈블리(106), 예를 들어, 지지부(120)와 연결될 수 있으며, 상기 액체음극 어셈블리(106)의 무게를 측정할 수 있다. 여기서, 상기 로드셀(122)이 무게를 측정하는 방식 및/또는 상기 로드셀(122)의 구체적인 구성에 의해 본 발명이 한정되지 않는다.The load cell 122 may be connected to the liquid cathode assembly 106, for example, the support part 120, by a weight measurement connecting member 124, and may measure the weight of the liquid cathode assembly 106. have. Here, the present invention is not limited by the manner in which the load cell 122 measures the weight and / or the specific configuration of the load cell 122.

상기 제어부(126)는 로드셀 신호선(128)을 통해 상기 로드셀(122)과 연결될 수 있다. 상기 제어부(126)는 상기 로드셀(122)의 작동을 제어하는 로드셀 제어신호를 생성할 수 있으며, 상기 생성된 로드셀 제어신호를 상기 로드셀 신호선을 통해 상기 로드셀(122)로 제공할 수 있다. 또한, 상기 제어부(126)는 상기 로드셀(122)이 측정한 상기 액체음극 어셈블리(106)의 무게에 대한 데이터를 상기 로드셀(122)로부터 제공받을 수 있으며, 필요에 따라 상기 무게에 대한 데이터를 기록, 저장, 표시 등을 할 수 있다. 또한, 상기 제어부(126)는 상기 제1 및 제2 교반기(130, 134) 각각의 작동을 제어할 수 있으며, 아울러 상기 고정 풀림 부재(140)의 작동을 제어할 수도 있다.The controller 126 may be connected to the load cell 122 through the load cell signal line 128. The controller 126 may generate a load cell control signal for controlling the operation of the load cell 122, and may provide the generated load cell control signal to the load cell 122 through the load cell signal line. In addition, the controller 126 may receive data about the weight of the liquid cathode assembly 106 measured by the load cell 122 from the load cell 122, and record data about the weight as necessary. , Save, display, etc. In addition, the controller 126 may control the operation of each of the first and second agitators 130 and 134, and may also control the operation of the fixed release member 140.

상기 제1 교반기(130)는 상기 제1 용기(102)에 수용된 용융염(104)을 교반하도록 제공될 수 있다. 상기 제1 교반기(130)의 작동은, 예를 들어, 상기 제어부(126)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 상기 제1 교반기(130)는 제1 교반기 신호선(132)을 통해 상기 제어부(126)와 연결될 수 있으며, 상기 제어부(126)에서 생성된 제1 교반기 제어신호가 상기 제1 교반기 신호선(132)을 통해 상기 제1 교반 기(130)에 제공될 수 있다.The first stirrer 130 may be provided to stir the molten salt 104 contained in the first vessel 102. Operation of the first stirrer 130 may be controlled by the controller 126, for example. That is, the first stirrer 130 may be connected to the controller 126 through a first stirrer signal line 132, and the first stirrer control signal generated by the controller 126 may be the first stirrer signal line 132. ) May be provided to the first stirrer 130.

상기 제2 교반기(134)는 상기 제2 용기(108)에 수용된 액체음극(110)을 교반하도록 제공될 수 있다. 상기 제2 교반기(134)는 작동은, 예를 들어, 상기 제어부(126)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 상기 제2 교반기(134)는 제2 교반기 신호선(136)을 통해 상기 제어부(126)와 연결될 수 있으며, 상기 제어부(126)에서 생성된 제2 교반기 제어신호가 상기 제1 교반기 신호선(132)을 통해 상기 제2 교반기(134)에 제공될 수 있다.The second stirrer 134 may be provided to stir the liquid cathode 110 accommodated in the second vessel 108. The operation of the second stirrer 134 may be controlled by, for example, the controller 126. That is, the second stirrer 134 may be connected to the controller 126 through a second stirrer signal line 136, and the second stirrer control signal generated by the controller 126 may be the first stirrer signal line 132. ) May be provided to the second stirrer 134.

상기 지지부 고정 부재(138)는 제1 용기(102)의 상부에 위치할 수 있으며, 상기 액체음극 어셈블리(106)의 지지부(120)를 고정할 수 있도록 제공될 수 있다.The support fixing member 138 may be positioned above the first container 102, and may be provided to fix the support 120 of the liquid cathode assembly 106.

상기 고정 풀림 부재(140)는 상기 지지부(120)가 상기 지지부 고정 부재(138)에 고정되거나 풀리도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 고정 풀림 부재(140) 작동은 제어부(126)에 의해 제어될 수 있다.The fixing release member 140 may perform a function of fixing or releasing the support 120 to the support fixing member 138. The fixed release member 140 may be controlled by the controller 126.

한편, 전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치(100)를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법은 액체음극(110)을 이용하여 용융염(104) 중에 함유된 악티나이드계 원소를 회수하는 단계, 및 상기 액체음극(110)을 포함하는 액체음극 어셈블리(106)의 무게를 측정하는 단계를 포함한다. 이하에서는 보다 구체적으로 설명한다.On the other hand, the actinide-based element recovery method using the electrolytic smelting apparatus 100 according to an embodiment of the present invention having the above-described configuration is the actinide-based element contained in the molten salt 104 using the liquid cathode 110 Recovering the same, and measuring the weight of the liquid cathode assembly 106 including the liquid cathode 110. It will be described in more detail below.

먼저, 전원부(114)를 통해 상기 양극(118) 및 액체음극(110)에 전류를 인가하여 용융염(104) 중의 악티나이드 원소를 액체음극(110)을 이용하여 회수한다. 이때, 악티나이드 원소의 전착 과정에서 액체음극(110) 상부에 우라늄 덴드라이트가 생성/성장하여 조업을 방해하는 현상을 막기 위하여 제2 교반기(134)를 이용하여 액체음극(110)을 교반할 수 있다. 또한, 용융염(104) 역시 용질 농도를 일정하게 하기 위하여 제1 교반기(130)를 이용하여 교반할 수 있다.First, current is applied to the anode 118 and the liquid cathode 110 through the power supply unit 114 to recover the actinide element in the molten salt 104 using the liquid cathode 110. In this case, the liquid cathode 110 may be stirred using the second stirrer 134 in order to prevent the uranium dendrites from being generated / grown on the liquid cathode 110 in the electrodeposition process of the actinide element, thereby preventing operation. have. In addition, the molten salt 104 may also be stirred using the first stirrer 130 to make the solute concentration constant.

상기 액체음극(110)을 이용한 전착 조업 중에 상기 액체음극 어셈블리(106)의 무게를 로드셀(122)을 이용하여 측정한다. 즉, 제어부(126)로부터 로드셀(122)로 로드셀 제어신호가 인가되면, 상기 로드셀(122)은 그 제어신호에 따라 무게 측정용 연결 부재(124)를 이용하여 액체음극 어셈블리(106)의 무게를 측정할 수 있다. 이때, 측정된 무게에 대한 데이터는 로드셀 신호선(128)을 통해 로드셀(122)로부터 제어부(126)로 제공될 수 있다. 한편, 조업 중에는 액체음극 어셈블리(106)의 무게를 측정하기 어렵지만, 상기 무게 측정은 반드시 연속적으로 수행될 필요가 없으며, 일정 시간 간격으로 또는 필요시에 수행되어도 무방하다. 아울러, 액체음극(110)의 조업, 즉, 악티나이드 원소의 회수 작업은 로드셀(122)을 이용한 무게 측정시에 계속 수행되어도 무방하다. 이때, 필요에 따라 액체음극(110)의 조업에는 큰 영향을 주지 않으면서도 무게 측정에는 영향을 미치는 여러 요소들, 예를 들어, 제1 및 제2 교반기(130, 134) 등의 작동을 무게 측정 전에 일시적으로 중단할 수 있다. 더불어, 좀더 정확한 무게 측정을 위해서, 상기 액체음극 어셈블리(106)의 무게를 측정하기 전에, 상기 제2 교반기(134)를 상기 액체음극(110) 표면 위로 상승시킬 수도 있다. 또한, 상기 무게 측정시에는 상기 지지부(120)가 상기 지지부 고정 부재(138)로부터 풀리도록 함으로써 액체음극 어셈블리(106)가 자유로운 상태가 되도록 할 수 있다.During the electrodeposition operation using the liquid cathode 110, the weight of the liquid cathode assembly 106 is measured using the load cell 122. That is, when a load cell control signal is applied from the control unit 126 to the load cell 122, the load cell 122 measures the weight of the liquid cathode assembly 106 using the connection member 124 for weight measurement according to the control signal. It can be measured. In this case, data about the measured weight may be provided from the load cell 122 to the controller 126 through the load cell signal line 128. On the other hand, while it is difficult to measure the weight of the liquid cathode assembly 106 during operation, the weight measurement does not necessarily need to be performed continuously, it may be performed at regular time intervals or when necessary. In addition, the operation of the liquid cathode 110, that is, the recovery operation of the actinide element may be continuously performed during the weight measurement using the load cell 122. At this time, if necessary, weighing the operation of the various factors, for example, the first and second agitators (130, 134), etc. without affecting the operation of the liquid cathode 110, the weight measurement You can temporarily stop before. In addition, for a more accurate weight measurement, the second stirrer 134 may be raised above the surface of the liquid cathode 110 before the weight of the liquid cathode assembly 106 is measured. In addition, when the weight is measured, the support 120 may be released from the support fixing member 138 so that the liquid cathode assembly 106 may be free.

상기 액체음극(110)에 전착되는 악티나이드계 원소의 무게는 액체음극(110)의 총무게의 약 10% 정도이므로 액체음극 어셈블리(106)는 되도록 가벼운 것이 바람직하다. 또한, 제2 교반기(134)의 무게는 무게 측정시 제외되어야 하므로 지지부 고정 부재(138)에 잘 고정되어 있거나, 또는 무게 측정시 상부로 약간 끌어 올려질 필요가 있을 것이다.Since the weight of the actinide element electrodeposited on the liquid cathode 110 is about 10% of the total weight of the liquid cathode 110, the liquid cathode assembly 106 is preferably as light as possible. In addition, since the weight of the second stirrer 134 is to be excluded during the measurement of weight, it may be fixed to the support fixing member 138 well, or may need to be slightly lifted to the upper part during the measurement of weight.

한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 전해제련장치는 액체음극 어셈블리를 상하 이동시킬 수 있는 액체음극 어셈블리 이동부, 및 그의 추가에 따른 구성을 더 포함하는 것을 제외하고는, 실질적으로 도 1에 도시된 전해제련장치와 동일하므로, 중복되는 설명은 제외하고, 그 특징에 대해서만 설명한다.On the other hand, Figure 2 is a view schematically showing the configuration of the electrolytic smelting apparatus according to an embodiment of the present invention. The electrolytic smelting apparatus illustrated in FIG. 2 is substantially the same as the electrolytic smelting apparatus illustrated in FIG. Since it is the same, only the characteristic is demonstrated except the overlapping description.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치(200)는 제1 용기(202), 액체음극 어셈블리(206), 로드셀(222) 및 제어부(226)를 포함한다. 또한, 상기 전해제련장치(200)는 제1 교반기(230), 제2 교반기(234), 지지부 고정 부재(238), 고정 풀림 부재(240) 및 액체음극 어셈블리 이동부(242)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부(226), 제1 교반기(230), 제2 교반기(234), 지지부 고정 부재(238), 고정 풀림 부재(240) 및 액체음극 어셈블리 이동부(242)는 필요에 따라 가감이 가능하며, 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치(200)는 다양한 구성의 조합이 가능할 것이다. 여기서, 미설명 부호 212, 214, 216, 218, 220, 224, 228, 232, 236은 각각 액체음극 리드선, 전원부, 양극 리드선, 양극, 지지부, 무게측정용 연결 부재, 로드셀 신호선, 제1 교반기 신호선, 제2 교반기 신호 선을 나타낸다.Referring to FIG. 2, the electrolytic smelting apparatus 200 according to an embodiment of the present invention includes a first container 202, a liquid cathode assembly 206, a load cell 222, and a controller 226. In addition, the electrolytic smelting apparatus 200 may further include a first stirrer 230, a second stirrer 234, a support fixing member 238, a fixing release member 240, and a liquid cathode assembly moving unit 242. Can be. The control unit 226, the first stirrer 230, the second stirrer 234, the support fixing member 238, the fixing releasing member 240, and the liquid cathode assembly moving unit 242 may be adjusted as necessary. Accordingly, the electrolytic smelting apparatus 200 according to an embodiment of the present invention will be able to combine a variety of configurations. Here, reference numerals 212, 214, 216, 218, 220, 224, 228, 232, and 236 denote liquid cathode lead wires, power supply parts, anode lead wires, anodes, support parts, weighing connecting members, load cell signal lines, and first agitator signal lines, respectively. And a second stirrer signal line.

상기 액체음극 어셈블리 이동부(242)는 상하이동용 연결선(244)을 통하여 상기 액체음극 어셈블리(206)와 연결될 수 있으며, 아울러 이동부 신호선(246)을 통하여 제어부(226)와 연결될 수 있다. 상기 액체음극 어셈블리 이동부(242)는 제어부(226)의 제어에 의해 상기 액체음극 어셈블리(206)의 무게 측정 전에, 상기 액체음극 어셈블리(206)를 상기 용융염(204) 표면 위로 끌어올릴 수 있다. 또한, 상기 액체음극 어셈블리 이동부(242)는 제어부(226)의 제어에 의해 상기 액체음극 어셈블리(206)의 무게 측정 후에, 상기 액체음극 어셈블리(206)의 제2 용기(208)가 상기 용융염(204)에 잠길 수 있도록 할 수 있다. 상기 액체음극 어셈블리(206)를 끌어올리고 내릴 때에는 액체음극(210)이 흘러넘치거나 전착에 방해되지 않도록 매우 느린 속도를 유지하는 것이 바람직하다.The liquid cathode assembly moving unit 242 may be connected to the liquid cathode assembly 206 through the shanghai copper connecting line 244, and may be connected to the control unit 226 through the moving unit signal line 246. The liquid cathode assembly moving unit 242 may lift the liquid cathode assembly 206 onto the surface of the molten salt 204 before weighing the liquid cathode assembly 206 under the control of the controller 226. . In addition, the liquid cathode assembly moving unit 242 measures the weight of the liquid cathode assembly 206 by the control of the control unit 226, and then the second container 208 of the liquid cathode assembly 206 is the molten salt. 204 can be locked. When raising and lowering the liquid cathode assembly 206, it is desirable to maintain a very slow speed so that the liquid cathode 210 does not overflow or interfere with electrodeposition.

전술한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용융염 중에 함유된 악티나이드계 원소를 액체음극을 이용하여 상기 악티나이드계 원소를 회수할시, 상기 액체음극의 무게 변화를 감지함으로써 상기 악티나이드계 원소가 상기 액체음극에 전착되는 전착량을 모니터링 할 수 있다. 이때, 전해제련공정을 중단하지 않고도 실시간으로 액체음극에 전착되는 악티나이드계 원소의 전착량을 정확하면서도 손쉽게 알 수 있다. 즉, 전해제련장치의 운전 중에 액체음극에 전착되는 악티나이드계 원소의 전착량을 직접 측정하는 것이 가능하기 때문에, 액체음극의 가동 상태를 매우 효율적이면서도 실시간으로 감시할 수 있다. 이 때문에, 전해제련공정의 종말점을 정확하면서도 손쉽게 알 수 있으며, 아울러 조업중 전착을 위해 가해준 전기량과 무게의 변 화를 비교함으로써 조업 상황을 파악할 수 있다. 또한, 조업중 액체음극에 전류가 계속 인가되지만, 여러 이유로 전류 효율이 낮아져 전착량이 작아지는 경우에도, 주기적으로 액체음극 어셈블리의 무게 변화를 감지함으로써 전류 효율이 낮아지고 있는지를 감시할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치를 이용할 경우에는 안정적이면서도 신속 정확하게 악티나이드계 원소 회수 작업을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention described above, when recovering the actinide element using the actinide element contained in the molten salt using a liquid cathode, the actinide element by sensing the weight change of the liquid cathode The amount of electrodeposition deposited on the liquid cathode can be monitored. At this time, the electrodeposition amount of the actinide-based element electrodeposited on the liquid cathode in real time without stopping the electrolytic smelting process can be known accurately and easily. That is, since the electrodeposition amount of the actinide element electrodeposited on the liquid cathode during operation of the electrolytic smelting apparatus can be directly measured, the operating state of the liquid cathode can be monitored very efficiently and in real time. For this reason, the end point of the electrolytic smelting process can be known accurately and easily, and the operation situation can be grasped by comparing the change in electricity and weight applied for electrodeposition during operation. In addition, although the current is continuously applied to the liquid cathode during operation, even if the current efficiency is lowered due to various reasons, the electrodeposition amount is reduced, it is possible to monitor whether the current efficiency is lowered by periodically sensing the weight change of the liquid cathode assembly. Therefore, when using the electrolytic smelting apparatus according to an embodiment of the present invention, it is possible to stably and quickly perform the actinide-based element recovery operation.

이상 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can realize that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. I can understand that.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are provided so that those skilled in the art can fully understand the scope of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, The invention is only defined by the scope of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the configuration of an electrolytic smelting apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해제련장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a view schematically showing the configuration of an electrolytic smelting apparatus according to an embodiment of the present invention.

{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명}{Description of symbols for main parts of the drawing}

100, 200: 전해제련장치 102, 202: 제1 용기100, 200: electrolytic smelting apparatus 102, 202: first container

104, 204: 용융염 106, 206: 액체음극 어셈블리104, 204: molten salt 106, 206: liquid cathode assembly

108, 208: 제2 용기 110, 210: 액체음극108, 208: second container 110, 210: liquid cathode

120, 220: 지지부 122, 222: 로드셀120, 220: support part 122, 222: load cell

126, 226: 제어부 130, 230: 제1 교반기126, 226: control unit 130, 230: first stirrer

134, 234: 제2 교반기 138, 238: 지지부 고정 부재134, 234: second stirrer 138, 238: support fixing member

140, 240: 고정 풀림 부재 242: 액체음극 어셈블리 이동부140 and 240: fixed release member 242: liquid cathode assembly moving portion

Claims (10)

악티나이드계 원소를 함유하는 용융염을 수용하는 제1 용기;A first container containing a molten salt containing actinide-based elements; 전원을 인가받아 상기 악티나이드계 원소를 회수하는 액체음극을 수용하는 제2 용기, 및 상기 제2 용기를 상기 용융염 중에 고정하는 지지부를 포함하는 액체음극 어셈블리;A liquid cathode assembly including a second container for receiving a liquid cathode for recovering the actinide-based element by receiving power, and a support for fixing the second container in the molten salt; 상기 액체음극 어셈블리와 연결되며, 상기 액체음극 어셈블리의 무게를 측정할 수 있는 로드셀; 및A load cell connected to the liquid cathode assembly and capable of measuring a weight of the liquid cathode assembly; And 상기 로드셀과 연결되며, 상기 로드셀의 작동을 제어하는 로드셀 제어신호를 상기 로드셀에 제공하며, 상기 로드셀이 측정한 상기 액체음극 어셈블리의 무게에 대한 데이터를 상기 로드셀로부터 제공받는 제어부A control unit connected to the load cell and providing a load cell control signal for controlling the operation of the load cell to the load cell and receiving data on the weight of the liquid cathode assembly measured by the load cell from the load cell 를 포함하는 전해제련장치.Electrolytic smelting apparatus comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 용기에 수용된 용융염을 교반하기 위한 제1 교반기; 및A first stirrer for stirring the molten salt contained in the first vessel; And 상기 액체음극 어셈블리의 제2 용기에 수용된 액체음극을 교반하기 위한 제2 교반기A second stirrer for stirring the liquid cathode contained in the second vessel of the liquid cathode assembly 를 더 포함하며,More, 상기 제1 및 제2 교반기는 상기 제어부와 연결되며, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 교반기의 작동을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 전해제련장치.The first and second agitators are connected to the control unit, the control unit is characterized in that the electrolytic smelting apparatus that can control the operation of the first and second agitators. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 용기의 상부에 위치하며, 상기 액체음극 어셈블리의 지지부를 고정하기 위한 지지부 고정 부재; 및A support fixing member positioned on an upper portion of the first container and configured to fix the supporting unit of the liquid cathode assembly; And 상기 지지부가 상기 지지부 고정 부재에 고정되거나 풀리도록 할 수 있는 고정 풀림 부재A fixing release member capable of causing the support to be fixed or released to the support fixing member 를 더 포함하는 전해제련장치.Electrolytic smelting apparatus further comprising. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 액체음극 어셈블리와 연결되며, 상기 액체음극 어셈블리를 상기 용융염 표면 위로 끌어올리거나 상기 액체음극 어셈블리의 제2 용기가 상기 용융염에 잠길 수 있도록 할 수 있는 액체음극 어셈블리 이동부A liquid cathode assembly moving part connected to the liquid cathode assembly and capable of raising the liquid cathode assembly onto the molten salt surface or allowing a second container of the liquid cathode assembly to be immersed in the molten salt. 를 더 포함하는 전해제련장치.Electrolytic smelting apparatus further comprising. 액체음극을 이용하여 용융염 중에 함유된 악티나이드계 원소를 회수하는 단계; 및Recovering the actinide element contained in the molten salt using a liquid cathode; And 상기 액체음극을 포함하는 액체음극 어셈블리의 무게를 측정하는 단계Measuring a weight of the liquid cathode assembly including the liquid cathode 를 포함하는 전해제련장치를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법.Actinide-based element recovery method using an electrolytic smelting apparatus comprising a. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 악티나이드계 원소를 회수하는 단계는,Recovering the actinide-based element, 상기 용융염을 제1 교반기를 이용하여 교반하는 단계; 및Stirring the molten salt using a first stirrer; And 상기 액체음극을 제2 교반기를 이용하여 교반하는 단계Stirring the liquid cathode using a second stirrer 를 포함하며,Including; 상기 액체음극 어셈블리의 무게를 측정하기 전에, 상기 제2 교반기를 상기 액체음극 표면 위로 상승시키는 것을 특징으로 하는 전해제련장치를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법.Before the weight of the liquid cathode assembly, the second stirrer is raised above the surface of the liquid cathode, actinide element recovery method using an electrolytic smelting device. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 액체음극 어셈블리의 무게를 측정하기 전에, 상기 액체음극 어셈블리를 상기 용융염 표면 위로 상승시키는 단계Elevating the liquid cathode assembly above the molten salt surface prior to weighing the liquid cathode assembly 를 더 포함하는 전해제련장치를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법.Actinide-type element recovery method using an electrolytic smelting apparatus further comprising. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 액체음극 어셈블리의 무게의 측정은, 일정 시간 간격으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전해제련장치를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법.Measuring the weight of the liquid cathode assembly, actinide-based element recovery method using an electrolytic smelting device, characterized in that performed at a predetermined time interval. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 액체음극 어셈블리의 무게를 측정할 때에도 상기 악티나이드계 원소의 회수가 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해제련장치를 이용한 악티나이드계 원소 회수 방법.The actinide-type element recovery method using the electrolytic smelting apparatus characterized in that the recovery of the actinide-type element is also performed when the weight of the liquid cathode assembly. 액체음극을 이용하여 용융염 중에 함유된 악티나이드계 원소를 회수할시, 상기 액체음극의 무게 변화를 감지함으로써 상기 액체음극에 상기 악티나이드계 원소가 전착되는 전착량을 모니터링 할 수 있는 전해제련장치를 이용한 악티나이드계 원소 전착량 모니터링 방법.Electrolytic smelting apparatus for monitoring the electrodeposition amount of the actinide-based electrode is deposited on the liquid cathode by detecting the weight change of the liquid cathode when recovering the actinide-based elements contained in the molten salt using a liquid cathode Actinide-based element electrodeposition amount monitoring method using.
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