KR101345987B1 - ELECTRODEPOSITION METHOD USING A LIQUID Cd AS AN ANODE AND A CATHODE FOR RECOVERING URANIUM AND TRANS-URANIUM SIMULTANEOUSLY - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액체 금속을 양극과 음극으로 사용하여 용융염 중에 녹아 있는 U과 TRU를 동시 회수하는 전해방법을 제공한다. U, TRU를 동시 회수하는 전해방법 및 전해장치는, 양극으로 사용되는 양극용 액체 금속을 수용하는 양극 도가니, 상기 양극용 액체 금속을 수용하는 양극 도가니, 상기 음극용 액체 금속을 수용하는 음극 도가니, 상기 양극용 액체 금속과 전류 공급장치를 연결해주는 리드선, 상기 음극용 액체 금속과 전류 공급장치를 연결해주는 리드선, 악티늄족 염화물과 희토류족 염화물이 포함된 용융염 및를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 전해장치는 상기 용융염의 U, TRU 농도를 높임과 동시에 상기 용융염에 있는 CdCl2를 상기 음극 도가니에 모으기 위해서 희생양극을 액체 금속 대신 사용한다. 본 실시예들에 따르면, 전착되는 동안 TRU/U 비가 3보다 크게 되어 음극에서 U, TRU를 계속적으로 동시 회수할 수 있고, 양극에서 생성된 CdCl2는 음극 도가니에서 거의 전량 회수 되어 전극으로 재사용할 수 있다.The present invention provides an electrolytic method for simultaneously recovering U and TRU dissolved in molten salt using a liquid metal as an anode and a cathode. An electrolytic method and an electrolytic apparatus for simultaneously recovering U and TRU include an anode crucible containing a liquid metal for anode used as a cathode, an anode crucible containing the liquid metal for anode, a cathode crucible containing the liquid metal for cathode, And a lead wire connecting the liquid metal for the anode and the current supply device, a lead wire connecting the liquid metal for the cathode and the current supply device, and a molten salt including actinium chloride and rare earth chloride. Here, the electrolytic apparatus uses sacrificial anodes instead of liquid metals to increase the concentration of U and TRU in the molten salt and to collect CdCl 2 in the molten salt in the cathode crucible. According to the present embodiments, the TRU / U ratio is greater than 3 during electrodeposition so that U and TRU can be recovered simultaneously at the cathode, and almost all of the CdCl 2 generated at the anode is recovered from the cathode crucible and reused as an electrode. Can be.
Description
본 발명은 액체 카드뮴을 양극과 음극으로 각각 사용하여 우라늄(U)과 초우라늄(TRU)를 동시에 회수하는 전해방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrolytic method for simultaneously recovering uranium (U) and ultra uranium (TRU) using liquid cadmium as the anode and cathode.
매년 급증하는 전력 사용량에 따라 에너지 수급에 관한 문제는 인류에게 큰 고민을 안겨주고 있으며, 현재 우리나라의 전력생산은 주로 화력발전에 많이 의존하고 있는 실정이다. 하지만 점차 고갈되어 가는 화석연료를 대체하기 위한 수단들이 요구되고 있으며, 이에 원자력 발전이 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 사용되고 있다. 따라서 화석연료의 고갈이 가속화될수록 원자력 발전소 수는 증가할 것으로 예측되며, 우리나라 또한 현재 원자력 발전의 비중이 점차 늘어나고 있는 상황이다.The problem of energy supply and demand according to the rapidly increasing power consumption every year is a big concern for humankind, and the current electricity production of our country is mainly dependent on thermal power generation. However, there is a need for means to replace the increasingly depleted fossil fuel, which is why nuclear power is being used worldwide as well as in Korea. Therefore, as fossil fuel depletion accelerates, the number of nuclear power plants is expected to increase. In Korea, the proportion of nuclear power plants is also gradually increasing.
하지만 이와 같이 원자력발전량이 증가함에 따라 누적되고 있는 사용 후 핵연료의 처리, 처분 문제가 현안으로 등장하고 있으며, 사용 후 핵연료의 부피를 감용하고 또한 자원으로 재활용하기 위해 원자력 발전소를 운용하는 많은 나라에서 습식공정 또는 건식공정(pyrochemical process)을 개발하고 있다. 습식공정에서는 사용 후 핵연료로부터 우라늄과 플루토늄을 회수하여 혼합산화물(mixed oxide) 핵연료를 제조하여 경수로에서 재사용하고 있다. 반면에, 건식공정에서는 우라늄(U)뿐만 아니라 초우라늄(trans-uranium, TRU)과 같은 장수명핵종 원소를 회수하여, 고속 중성자로에서 반감기가 짧은 원소로 핵종변환하거나 핵연료로 사용할 수 있다.However, as the nuclear power generation increases, the problem of disposal and disposal of spent nuclear fuel has emerged as an issue, and it has been wet in many countries operating nuclear power plants to reduce the volume of spent nuclear fuel and recycle it as a resource. Process or pyrochemical processes are being developed. In the wet process, uranium and plutonium are recovered from spent nuclear fuel to produce mixed oxide fuel and reused in a light water reactor. On the other hand, in the dry process, not only uranium (U) but also long-lived nuclide elements such as trans-uranium (TRU) can be recovered, which can be used as a nuclear fuel to convert into a short half-life element in a fast neutron.
한편, 건식공정은 3 단계로 나눌 수 있으며, 첫째, 사용 후 산화물 핵연료를 금속연료로 전환하는 전해환원 공정, 둘째, 환원된 금속연료에서 고체 음극을 이용하여 순수한 U만 회수하는 전해정련 공정, 그리고 셋째, 액체 Cd 음극을 이용하여 U 및 TRU 원소를 동시 회수하는 전해제련 공정이다. 이 때, 전해제련 공정에서 U와 TRU를 동시 회수하기 위해서는 전해매질인 용융염에서 TRU/U 비가 3 이상이 되어야 하며, TRU/U 비가 1 이하인 경우에는 주로 U이 회수된다.On the other hand, the dry process can be divided into three stages, firstly, an electrolytic reduction process for converting spent oxide fuel into metal fuel, secondly, an electrolytic refining process for recovering pure U using a solid cathode from the reduced metal fuel, and Third, electrolytic smelting is performed to recover U and TRU elements simultaneously using a liquid Cd cathode. In this case, in order to simultaneously recover U and TRU in the electrolytic smelting process, the TRU / U ratio should be 3 or more in the molten salt as an electrolytic medium, and when the TRU / U ratio is 1 or less, mainly U is recovered.
전해제련 공정에서 사용하는 양극은 용융염에 녹지 않는 불활성 양극과 용융염에 염화물로 녹는 희생양극으로 분류된다. 탄소전극과 같은 불활성 양극을 사용하면 전착이 진행되는 동안 U 염화물이 새로이 생성되지 않으므로 용융염에서의 전해제련 초기의 TRU/U 비가 3 보다 크게 유지되어 U와 TRU를 계속적으로 동시 회수할 수 있지만, 탄소전극에서 염소 가스가 생성되므로 염소 처리장치를 따로 설치 해 주어야 하고, 또한, 취성이 강한 탄소 전극이 파쇄 될 경우 용융염이 오염되는 문제점이 발생할 수 있다. 반면에, 순수 U 금속 또는 U 함량이 95% 이상 되는 사용후핵연료 금속을 희생양극으로 사용하는 경우에는, 양극에서 녹아 나오는 다량의 U 때문에 용융염에서 TRU/U 비가 급격히 작아지기 때문에 Cd 음극에서 U, TRU 동시 회수율이 낮아지는 문제점이 있다.
The anodes used in the smelting process are classified into inert anodes which do not dissolve in molten salt and sacrificial anodes which are dissolved in chloride in molten salt. Inert anodes, such as carbon electrodes, do not produce new U chlorides during electrodeposition, so the initial TRU / U ratio in the molten salt remains greater than 3, allowing U and TRU to be recovered simultaneously. Chlorine gas is generated in the carbon electrode, so a chlorine treatment device must be installed separately, and when the brittle carbon electrode is crushed, the molten salt may be contaminated. On the other hand, when using pure U metal or spent fuel metal containing 95% or more of U as a sacrificial anode, the TRU / U ratio in the molten salt rapidly decreases due to the large amount of U dissolved in the anode, so However, there is a problem that the TRU simultaneous recovery rate is lowered.
본 발명의 목적은 불활성 양극을 사용함으로 인해 염소 가스가 발생하는 문제점, 또는, 희생양극을 사용할 때 용융염에 U 농도가 증가하여 액체 Cd 음극에서 U, TRU를 동시 회수하지 못하는 문제점을 해결하기 위한 U, TRU를 동시 회수하는 전해방법을 제공하는 데 있다.
An object of the present invention is to solve the problem of generating chlorine gas due to the use of an inert anode, or the problem of not recovering U, TRU simultaneously in the liquid Cd cathode by increasing the U concentration in the molten salt when using the sacrificial anode. The present invention provides an electrolytic method for simultaneously recovering U and TRU.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 우라늄(U)과 초우라늄(TRU)을 동시 회수하기 위한 전해장치는,양극으로 사용되는 양극용 액체 금속을 수용하는 양극 도가니, 음극으로 사용되는 음극용 액체 금속을 수용하는 음극 도가니, 상기 양극용 액체 금속과 전류 공급장치를 연결해주는 양극 리드선, 상기 음극용 액체 금속과 상기 전류 공급장치를 연결해주는 음극 리드선, 악티늄족 염화물과 희토류족 염화물이 포함된 용융염 및상기 용융염에 포함되어 있는 CdCl2를 모으기 위한 희생양극을 포함하여 구성된다. 여기서, 전착 중에는 상기 음극과 상기 양극 사이에서 상기 용융염 내의 U, TRU 농도가 높아지고, 상기 용융염 내의 U, TRU 농도가 낮아지면 상기 양극으로 사용된 액체 금속이 제2 음극이 되고 상기 희생양극과 상기 제2 음극 사이에서 상기 용융염에 있는 CdCl2가 제2 음극에 회수된다.Electrolytic apparatus for simultaneously recovering uranium (U) and ultra-uranium (TRU) according to the embodiments of the present invention, an anode crucible for accommodating a liquid metal for the anode used as the anode, liquid for the cathode used as the cathode A cathode crucible containing a metal, an anode lead wire connecting the liquid metal for the anode and a current supply device, a cathode lead wire connecting the liquid metal for the cathode and the current supply device, a molten salt containing actinium chloride and rare earth chloride And a sacrificial anode for collecting CdCl 2 contained in the molten salt. Here, during electrodeposition, when the concentration of U and TRU in the molten salt increases between the cathode and the anode, and the concentration of U and TRU in the molten salt decreases, the liquid metal used as the anode becomes a second cathode and the sacrificial anode and CdCl 2 in the molten salt is recovered to the second cathode between the second cathode.
한편, 상술한 본 발명의 다른 실시예들에 따른 우라늄(U)과 초우라늄(TRU)을 동시 회수하기 위한 전해방법은, 액체 금속으로 이루어진 양극과 상기 액체 금속으로 이루어진 음극으로 구성되어 악티늄족 염화물과 희토류족 염화물이 포함된 용융염 중의 U과 TRU을 동시 회수하는 전착 단계, 상기 음극의 전착전위가 기준전위에 도달하면 전착을 종료하는 단계 및 상기 전착이 종료되면 상기 양극을 제2 음극 으로 하고, 희생양극을 장착하여 상기 용융염 중의 Cd 성분을 상기 제2 음극 으로 회수하는 단계를 포함하여 구성된다.
Meanwhile, an electrolytic method for simultaneously recovering uranium (U) and ultra uranium (TRU) according to another embodiment of the present invention includes an anode made of a liquid metal and a cathode made of the liquid metal, thereby actinium chloride. The electrodeposition step of simultaneously recovering U and TRU in the molten salt containing the rare earth group chloride, terminating the electrodeposition when the electrodeposition potential of the negative electrode reaches the reference potential, and when the electrodeposition is complete, the positive electrode as a second negative electrode And mounting a sacrificial anode to recover the Cd component in the molten salt to the second cathode.
본 발명의 실시예들에 따르면, 액체 Cd를 양극과 음극으로 각각 사용하는 전해방법을 전해제련 공정에 적용하면, 액체음극에서는 U와 TRU의 공회수가 진행되고 액체양극에서는 CdCl2가 생성된다. 이와 같은 전해방법에서는 용융염에서 TRU/U 비가 3보다 크게 유지되기 때문에 음극에서 U, TRU가 계속 동시회수 될 수 있을 뿐만 아니라, 양극에서 생성된 CdCl2는 음극 도가니에서 대부분 회수 가능하며 회수된 Cd는 전극으로 재사용할 수 있다.
According to the embodiments of the present invention, when the electrolytic method using the liquid Cd as an anode and a cathode, respectively, is applied to the smelting process, the co-recovery of U and TRU proceeds in the liquid cathode and CdCl 2 is generated in the liquid anode. In this electrolytic method, since the TRU / U ratio in molten salt is maintained to be greater than 3, not only U and TRU can be recovered simultaneously at the cathode, but also CdCl 2 generated at the anode is most recoverable in the cathode crucible and recovered Cd. Can be reused as an electrode.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 U과 TRU을 동시 회수하는 전해방법에서 전착 초기 단계를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 U과 TRU을 동시 회수하는 전해방법에서 전착 중기와 종료 단계를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 U과 TRU을 동시 회수하는 전해방법에서 Cd를 회수하는 단계를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 3에서 진행된 결과 상태를 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating an initial stage of electrodeposition in an electrolytic method for simultaneously recovering U and TRUs according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the electrodeposition middle and the termination step in the electrolytic method for the simultaneous recovery of U and TRU according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a step of recovering Cd in the electrolytic method for simultaneously recovering U and TRUs according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a result state of FIG. 3.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In describing the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions may be omitted for clarity of the present invention.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 카드뮴을 양극과 음극으로 사용하여 우라늄(U)과 초우라늄(TRU)을 동시 회수하는 전해방법에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, an electrolytic method for simultaneously recovering uranium (U) and ultra uranium (TRU) using liquid cadmium according to an embodiment of the present invention as a positive electrode and a negative electrode will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
본 발명의 실시예들에 따른 U과 TRU을 동시 회수하는 전해방법은 액체 카드뮴(Cd)을 양극(2) 및 음극(3)으로 사용하며, 양극(2)이 수용된 양극 도가니(4)와 음극(3)이 수용된 음극 도가니(5)가 용융염(8)이 수용된 전해조(1) 내부에 배치되어 구성된다. 여기서 도면에서 도면부호 6은 양극(2)과 전류 공급장치(미도시)를 연결하는 양극 리드선(6)이고, 7은 음극(3)과 전류 공급장치를 연결하는 음극 리드선(7)을 나타낸다 . Electrolytic method for simultaneously recovering U and TRU according to embodiments of the present invention uses a liquid cadmium (Cd) as the anode (2) and the cathode (3), the anode crucible (4) and the cathode in which the anode (2) is accommodated The
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 U과 TRU을 동시 회수하는 전해방법에서 전착 초기 단계를 설명하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 양극 도가니(4)에는 액체 Cd가 충분히 채워져 있고 음극 도가니(5)에는 양극 도가니(4)에 비해 액체 Cd가 소량 채워진다. 전착 초기 단계에서는 용융염(8)에 포함되어 있는 TRU/U 비가 3 보다 크고 CdCl2는 거의 존재하지 않는 상태이다.1 is a view illustrating an initial stage of electrodeposition in an electrolytic method for simultaneously recovering U and TRUs according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the
여기서, 용융염(8)은 악티늄족 염화물과 희토류족 염화물이 포함된다. 그리고 전해조(1)의 일측에는 용융염(8)을 교반하는 용융염 교반기(미도시)가 구비된다. 예를 들어, 용융염(8)은 LiCl-KCl 용융염, NaCl-KCl, LiCl-NaCl-CaCl2-BaCl2, NaCl-KCl-BaCl2 중 어느 하나 또는 하나 이상의 염화물이 사용될 수 있다.Here, the
한편, 상술한 실시예들에서는 액체 양극 및 음극으로 카드뮴을 사용하는 것을 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전극으로 사용되는 액체 금속으로는 카드뮴(Cd)을 포함하여, 비스무스(Bi), 갈륨(Ga) 중 어느 하나의 물질을 사용할 수 있다.Meanwhile, in the above-described embodiments, the use of cadmium as the liquid anode and the cathode has been described, but the present invention is not limited thereto. The liquid metal used as the electrode includes cadmium (Cd), and bismuth (Bi) The material of any one of gallium (Ga) can be used.
그리고 음극 도가니(5)와 양극 도가니(4)는 액체 금속을 수용할 수 있도록 형성되며, 예를 들어, 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 지르코니아(ZrO2), 베리아(BeO) 중 어느 하나의 재질로 형성된다.And the
전착 초기에 양극 도가니(4)의 Cd가 CdCl2로 산화되어도 용융염(8)에서 CdCl2의 양이 UCl3, TRU 염화물에 비교하여 현저히 적고 TRU/U 비가 3 보다 크므로 음극(3)에서는 주로 U, TRU가 동시 회수된다. 여기서, 음극(3)에서 U, TRU가 동시 회수되는지의 확인 여부는 음극 전착전위 값으로 판단할 수 있으며, 동시 회수 확인을 위한 음극 전착전위는 약 -1.5V 이다. 음극 전착전위가 -1.5V 이더라도 용융염(8)에 CdCl2가 많이 있을 때는 음극 도가니(5)에서 전착될 수 있다.Electrodeposition anode may be initially the Cd of the anode furnace (4) oxidation with CdCl 2 from the molten salt (8) with significantly less TRU / U ratio is greater than 3, the amount of CdCl 2 compared to UCl 3, TRU chloride (3) Mainly U and TRU are recovered simultaneously. Here, whether or not U and TRU are simultaneously recovered in the
그리고 전착 단계는 400 내지 700℃의 온도에서 수행된다.And the electrodeposition step is carried out at a temperature of 400 to 700 ℃.
다음으로, 도 2는 전착 중기와 종료 단계까지를 보여주는 도면으로서, 전착이 진행될수록 양극(2)에서는 CdCl2가 많이 생성되어 양극(2)의 부피가 현저히 줄어들고, 음극(3)에서는 U, TRU 뿐만 아니라 Cd도 전착이 됨에 따라 음극(3)의 부피가 크게 증가하게 된다. 이러한 도 2의 단계에서는 용융염(8)에서 UCl3, TRU 염화물 농도가 현저히 줄어들게 되면 CdCl2와 희토류족 염화물의 농도가 상대적으로 증가하게 되므로, 이 때부터는 Cd와 희토류가 전착되기 시작하므로 전착전위가 Cd와 희토류 금속의 전위로 이동하게 된다. 여기서, 희토류족 염화물은 -1.6V 부근에서 전착이 되는 반면에 CdCl2는 -0.6V 부근에서 전착이 된다. 양극(2)의 양이 현저히 줄어들거나, 음극(3)에서의 전착전위가 Cd 전착전위(-0.5V ) 또는 희토류 전착전위(-1.6V)로 이동하면 U, TRU 보다는 Cd 또는 희토류족 원소가 많이 전착되는 단계이므로 전착을 종료하고 음극 도가니(5)는 증류장치로 보내어 U, TRU 금속을 회수한다.Next, FIG. 2 is a view showing the electrodeposition middle and end stages. As the electrodeposition proceeds, more CdCl 2 is generated in the
다음으로, 도 3은 사용후핵연료를 양극(희생양극, 9)으로 하고, 도 2에서 사용한 소량의 액체 금속인 양극(2)이 담긴 양극 도가니(4)를 도 3에서는 음극 및 음극 도가니로 사용한다. 여기서, 설명의 혼선을 방지하기 위해서, 이하에서 설명하는 도 3 및 도 4에서는 도 2에서 사용된 양극(2) 및 양극 도가니(4)를 제2 음극(2') 및 제2 음극 도가니(4')라 한다.Next, FIG. 3 uses the spent fuel as an anode (sacrificial anode, 9), and an
희생양극(9)에서는 U, TRU 등이 녹고 제2 음극(2')에서는 용융염(8) 중에 있는 CdCl2가 제2 음극 도가니(4')로 회수된다. 여기서, 제2 음극 도가니(4')에는 용융염(8) 중의 CdCl2뿐만 아니라 U, TRU도 회수될 수 있다. 여기서, 도면부호 10은 희생양극(9)의 리드선(10)이다. Sacrificial anode (9), such as U, TRU melting is recovered into the second cathode (2 ') in the second anode furnace (4 CdCl 2 in the molten salt (8) "). Here, the
다음으로, 도 4는 도 3 상태가 계속 진행되었을 때의 결과를 나타내는 도면으로서, 용융염(8) 중에 있는 CdCl2와 UCl3, TRU 염화물이 제2 음극 도가니(4')에 회수된 단계를 보여 준다. 도 4의 과정 중에는 용융염(8)에서 U의 농도가 높아져서 TRU/U 비가 1보다 작아지면 전해정련 공정으로 이송하여 고체전극으로 U만 전착해서 용융염(8) 중의 TRU/U 비를 3 이상으로 높인 후에 U, TRU를 동시 회수하는 전해제련 공정을 다시 시작할 수 있다.Next, FIG. 4 is a view showing the result when the state of FIG. 3 continues, and shows the steps of recovering CdCl 2 ,
그리고 도 2 또는 도 4의 상태에서 제2 음극 도가니(4')에 회수된 U, TRU는 Cd 증류장치에 보내어 Cd는 증류하여 전해제련 공정에 재사용하고, U, TRU 금속은 핵연료 제조공정 단계로 이송하여 금속핵연료로 제조된다.In the state of FIG. 2 or FIG. 4, the U and TRU recovered in the second cathode crucible 4 'are sent to a Cd distillation apparatus, and Cd is distilled and reused in the electrolytic smelting process. It is transported and manufactured into metal fuel.
한편, 상술한 실시예에서는 희생양극(9)으로 사용후핵연료를 사용하는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 희생양극(9)으로는 순수 U 금속을 사용하는 것도 가능하다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the use of spent fuel as the
본 실시예들에 따르면, 전해방법 중에 액체 Cd 희생양극이 계속 사용되기 때문에 용융염(8) 중의 금속(metal) 농도는 초기와 같으므로 UCl3를 따로 첨가할 필요가 없다. 또한, 용융염(8) 중의 TRU/U 비가 3보다 크게 유지되기 때문에 음극 에서 U, TRU가 계속 동시회수 될 수 있을 뿐만 아니라, 양극에서 생성된 CdCl2는 음극 도가니 에서 대부분 회수 가능하며 회수된 Cd는 전극으로 재사용할 수 있다.According to the present embodiments, since the liquid Cd sacrificial anode is continuously used in the electrolytic method, the metal concentration in the
또한, 액체 음극에서 U과 TRU 뿐만 아니라 Cd도 회수되기 때문에 U 전착물 표면을 Cd가 덮게 되어 U 수지상이 생성되는 효과를 억제할 수 있다.In addition, since not only U and TRU but also Cd are recovered from the liquid cathode, the surface of the U electrodeposited material may be covered by Cd, thereby suppressing the effect of generating U dendrite.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention belongs. Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, are included in the scope of the present invention.
1: 전해조
2: 양극
2': 제2 음극
3: 음극
4: 양극 도가니
4': 제2 음극 도가니
5: 음극 도가니
6: 양극 리드선
7: 음극 리드선
8: 용융염
9: 희생양극
10: 희생양극 리드선1: electrolytic cell
2: anode
2 ': second cathode
3: cathode
4: anode crucible
4 ': second cathode crucible
5: cathode crucible
6: anode lead wire
7: cathode lead wire
8: molten salt
9: sacrificial anode
10: sacrificial anode lead
Claims (14)
양극으로 사용되는 양극용 액체 금속을 수용하는 양극 도가니;
음극으로 사용되는 음극용 액체 금속을 수용하는 음극 도가니;
상기 양극용 액체 금속과 전류 공급장치를 연결해주는 양극 리드선;
상기 음극용 액체 금속과 상기 전류 공급장치를 연결해주는 음극 리드선 ;
악티늄족 염화물과 희토류족 염화물이 포함된 용융염; 및
상기 용융염에 포함되어 있는 CdCl2를 모으기 위한 희생양극;
을 포함하고,
상기 희생양극은 순수 U 금속, 또는 사용후핵연료 금속을 사용하는 것을 특징으로 하는 U과 TRU를 동시 회수하는 전해장치.
In the electrolytic device for the simultaneous recovery of uranium (U) and ultra uranium (TRU),
An anode crucible containing a liquid metal for an anode used as an anode;
A negative electrode crucible containing a liquid metal for the negative electrode used as the negative electrode;
A anode lead wire connecting the liquid metal for anode and a current supply device;
A cathode lead wire connecting the cathode liquid metal and the current supply device;
Molten salts containing actinium chloride and rare earth chloride; And
A sacrificial anode for collecting CdCl 2 contained in the molten salt;
/ RTI >
The sacrificial anode is a pure U metal, or spent fuel metal, characterized in that the simultaneous recovery of U and TRU electrolytic apparatus.
상기 양극용 액체 금속 및 상기 음극용 액체 금속은 카드뮴(Cd), 비스무스(Bi), 갈륨(Ga) 중 어느 하나의 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 U과 TRU를 동시 회수하는 전해장치.
The method of claim 1,
The electrolytic device for the simultaneous recovery of U and TRU, characterized in that the liquid metal for the positive electrode and the liquid metal for the negative electrode is any one of cadmium (Cd), bismuth (Bi), gallium (Ga).
상기 양극 도가니 및 상기 음극 도가니 는 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 지르코니아(ZrO2), 베리아(BeO) 중 어느 하나의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 U과 TRU를 동시 회수하는 전해장치.
The method of claim 1,
The anode crucible and the cathode crucible are simultaneously recovered U and TRU, characterized in that formed of any one material of alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), zirconia (ZrO 2 ), beria (BeO) Electrolytic device.
상기 용융염은 LiCl-KCl, NaCl-KCl, LiCl-NaCl-CaCl2-BaCl2, NaCl-KCl-BaCl2 중 어느 하나의 염화물을 사용하는 것을 특징으로 하는 전해장치.
The method of claim 1,
The molten salt is an electrolytic device, characterized in that using any one of LiCl-KCl, NaCl-KCl, LiCl-NaCl-CaCl 2 -BaCl 2 , NaCl-KCl-BaCl 2 chloride.
액체 금속으로 이루어진 양극과 상기 액체 금속으로 이루어진 음극으로 구성되어 악티늄족 염화물과 희토류족 염화물이 포함된 용융염 중의 U과 TRU을 동시 회수하는 전착 단계;
상기 음극의 전착전위가 기준전위에 도달하면 전착을 종료하는 단계; 및
상기 전착이 종료되면 상기 양극을 제2 음극으로 하고, 희생양극을 장착하여 상기 용융염 중의 Cd 성분을 상기 제2 음극 으로 회수하는 단계;
를 포함하는 U과 TRU을 동시 회수하는 전해방법.
In the electrolytic method for the simultaneous recovery of uranium (U) and ultra uranium (TRU),
An electrodeposition step of simultaneously recovering U and TRU in a molten salt comprising an anode made of a liquid metal and a cathode made of the liquid metal, and containing actinium chloride and rare earth chloride;
Terminating electrodeposition when the electrodeposition potential of the cathode reaches a reference potential; And
When the electrodeposition is complete, using the positive electrode as the second negative electrode and attaching a sacrificial positive electrode to recover the Cd component in the molten salt to the second negative electrode;
Electrolytic method for simultaneously recovering U and TRU comprising a.
상기 전착 단계에서, 상기 음극은 상기 양극보다 적은 양의 액체 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 U과 TRU를 동시 회수하는 전해방법.
The method according to claim 6,
In the electrodeposition step, the cathode is an electrolytic method for the simultaneous recovery of U and TRU, characterized in that made of a smaller amount of liquid metal than the anode.
상기 전착 단계는 400 내지 700℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 U과 TRU을 동시 회수하는 전해방법.
The method according to claim 6,
The electrodeposition step is an electrolytic method for the simultaneous recovery of U and TRU, characterized in that carried out at a temperature of 400 to 700 ℃.
상기 기준전위는 -1.1V이고, 상기 음극의 전착전위가 상기 기준전위 이하가 되면 상기 전착 단계를 종료하는 것을 특징으로 하는 U과 TRU을 동시 회수하는 전해방법.
The method according to claim 6,
The reference potential is -1.1V, the electrolytic method for recovering U and TRU simultaneously, characterized in that the electrodeposition step is terminated when the electrodeposition potential of the negative electrode is less than the reference potential.
상기 기준전위는 -1.2 ~ -1.6V이고, 상기 음극의 전착전위가 상기 기준전위를 벗어나면 상기 전착 단계를 종료하는 것을 특징으로 하는 U과 TRU를 동시 회수하는 전해방법.
10. The method of claim 9,
The reference potential is -1.2 ~ -1.6V, the electrolytic method for recovering U and TRU simultaneously, characterized in that the electrodeposition step is terminated when the electrodeposition potential of the negative electrode is out of the reference potential.
상기 전착이 종료된 후 상기 제2 음극에서 회수된 액체 금속을 증류장치에서 증류하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 U과 TRU을 동시 회수하는 전해방법.
The method according to claim 6,
And distilling the liquid metal recovered from the second negative electrode in a distillation apparatus after the electrodeposition is completed.
상기 액체 금속은 카드뮴(Cd), 비스무스(Bi), 갈륨(Ga) 중 어느 하나의 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 U과 TRU를 동시 회수하는 전해방법.
The method according to claim 6,
The liquid metal is an electrolytic method for the simultaneous recovery of U and TRU, characterized in that using any one of cadmium (Cd), bismuth (Bi), gallium (Ga).
상기 용융염은 LiCl-KCl 용융염, NaCl-KCl, LiCl-NaCl-CaCl2-BaCl2, NaCl-KCl-BaCl2 중 어느 하나의 염화물을 사용하는 것을 특징으로 하는 전해방법.
The method according to claim 6,
The molten salt is an electrolytic method, characterized in that using any one of LiCl-KCl molten salt, NaCl-KCl, LiCl-NaCl-CaCl 2 -BaCl 2 , NaCl-KCl-BaCl 2 chloride.
상기 희생양극은 순수 U 금속, 또는 사용후핵연료 금속을 사용하는 것을 특징으로 하는 U과 TRU를 동시 회수하는 전해방법.The method according to claim 6,
The sacrificial anode is a pure U metal, or spent fuel metal, characterized in that the simultaneous recovery of U and TRU characterized in that the use.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4065602A (en) * | 1977-03-24 | 1977-12-27 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Wick-and-pool electrodes for electrochemical cell |
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-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20090104460A (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-06 | 한국원자력연구원 | Molten salt electrorefiner for recovering actinide elements |
Non-Patent Citations (2)
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| The Uranium Institute 24th Annual Symposium, pp.1-23 (1999.09.) * |
| The Uranium Institute 24th Annual Symposium, pp.1-23 (1999.09.)* |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101726671B1 (en) | 2016-06-10 | 2017-04-13 | 한국원자력연구원 | Inert anode module for electrowinning process |
| KR20190105445A (en) | 2018-03-05 | 2019-09-17 | 한국원자력연구원 | Method for reducing rare earth element content in uranium, transuranium and rare earth element solid |
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