KR101427480B1 - 액체카드뮴음극 전해제련장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액체카드뮴음극 전해제련장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 액체카드뮴음극 전해제련장치는 방사능이 누출되지 않도록 외부와 격리되는 공간에 설치되고, 적어도 LiCl-KCl을 포함하는 공융염 중의 잔류 U 및 TRU를 액체 카드뮴 음극에 전착하여 회수하는 전해제련부; 상기 전해제련부가 설치된 공간에 구비되며, 상기 공간에 위치한 물건을 파지 및 이송하는 로봇팔; 및 상기 전해제련부가 설치된 공간의 외부에 구비되며, 상기 로봇팔을 조작할 수 있는 조작부를 포함한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 로봇팔 및 조작부에 의하여 액체카드뮴음극 전해제련장치를 원격으로 운전 및 원격으로 유지 보수할 수 있는 장점이 있다.

Description

액체카드뮴음극 전해제련장치{Liquid Cadmium Cathode Electrowinning Equipment}
본 발명은 액체카드뮴음극 전해제련장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 일관공정(PyRoprocess Intergrated inactive DEmonstration facility, PRIDE)에 설치되는 액체카드뮴음극 전해제련장치에 관한 것이다.
사용후핵연료 건식처리공정은 크게 전처리공정, 전해환원공정, 전해정련공정 및 전해제련공정 등으로 구성되고, 일관공정 내의 전해제련공정은 액체카드뮴음극(LCC, Liquid Cadmium Cathode)를 이용하여 LiCl-KCl 용윰염에 잔류하는 U, TRU 원소를 동시에 회수하는 공정을 말한다.
즉, 사용후핵연료를 건식화학처리하는 실증시설로써 모의 악티늄족 원소들을 전기화학적으로 공전착올 유도하는 특성을 가지는 용융카드뮴 음극체를 후처리하는 단위공정을 말한다.
일관공정 내의 액체카드뮴음극 전해제련장치는 전해정련 운전 후 공융염(LiCl-KCl) 중의 잔류 U와 TRU(Np, Pu, Am, Cm)를 액체카드뮴음극 (LCC)에 공전착하여 회수하는데 목적을 두고 있다. 이 액체카드뮴음극 전해제련장치는 U/TRU를 회수한 염을 일관공정의 RAR(Residual Actinide Recovery) 전해장치로 이송하여 저농도 악티늄족을 회수한다.
액체카드뮴음극 전착물인 U/TRU/Cd/LiCl-KCl 혼합물은 일관공정 시험설비의 카드뮴 증류 장치로 보내어 카드뮴 회수 및 U/TRU 분말을 분리한다. 분리된 U/TRU 분말을 최종적으로 잉곳 주조 장치로 밀봉 이송하여 잉곳으로 제조한다.
종래에는 핫셀(hot cell) 내에서 대용량의 카드뮴(Cd)을 처리할 때, 원격운전 및 원격유지보수를 할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 핫셀 내에서 원격운전 및 원격유지보수 할 수 있는 액체카드뮴음극 전해제련장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 액체카드뮴음극 전해제련장치는, 방사능이 누출되지 않도록 외부와 격리되는 공간에 설치되고, 적어도 LiCl-KCl을 포함하는 공융염 중의 잔류 U 및 TRU를 액체 카드뮴 음극에 전착하여 회수하는 전해제련부; 상기 전해제련부가 설치된 공간에 구비되며, 상기 공간에 위치한 물건을 파지 및 이송하는 로봇팔; 및 상기 전해제련부가 설치된 공간의 외부에 구비되며, 상기 로봇팔을 조작할 수 있는 조작부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 로봇팔 및 조작부에 의하여 액체카드뮴음극 전해제련장치를 원격으로 운전 및 원격으로 유지 보수할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면 전해정련 운전 후 공융염 중의 잔류 U와 TRU를 액체 카드뮴 음극에 공전착하여 회수하기 위해 대용량의 액체카드뮴음극 전해제련장치를 원격으로 운전할 수 있도록 로봇팔, 크레인 등을 이용하여 취급이 용이하게 되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 액체카드뮴음극 전해제련장치의 주요 부분의 사시도.
도 2은 본 발명의 실시예에 의한 액체카드뮴음극 전해제련장치를 조작하는 모습을 나타내는 개략도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상을 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상에 포함되는 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 액체카드뮴음극 전해제련장치에는 전해제련부(1)와 로봇팔(20, Master Slive Manipulator, MSM)와, 조작부(30)가 포함된다.
상기 전해제련부(1)는 프레임(frame, 10), 연소로(furnace, 11), 전해조(12), 플랜지(flange, 14), 액체카드뮴음극 도가니 어셈블리(15, 이하, LCC 도가니 어셈블리라고 함), 메쉬 어셈블리(16), 모터 가이드 어셈블리(17), 도가니 수평/수직 이송 어셈블리(18), 전원 커넥트(19), 로봇팔(20), Master Slive Manipulator, MSM)와, 조작부(30)가 포함된다.
상기 전해제련부(1)는 핫셀(H) 내부에 설치되어, 외부와 격리된다. 상기 액체카드뮴 음극 전해제련장치(1)가 핫셀(H) 내부에 설치되는 것은 상기 액체카드뮴 음극 전해제련장치(1)에서 처리하는 사용후 핵연료에서 발생될 수 있는 방사능에 작업자가 노출되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 핫셀(H) 내부의 상부에는 로봇팔(20)이 설치되어 있다. 상기 로봇팔(20)은 상기 핫셀(H) 내부의 임의의 장비를 파지하여 작업자가 원하는 지점으로 이동시킨다.
또한, 상기 핫셀(H) 외부에는 상기 로봇팔(20)을 조작할 수 있는 조작부(30)가 구비된다. 작업자는 상기 조작부(30)를 이용하여 상기 로봇팔(20)을 원하는 위치로 이동시킬 수 있고, 상기 로봇팔(20)의 단부에 구비된 로봇핸드(21)를 펴거나 구부려서 원하는 장비를 파지할 수 있다.
상기 조작부(30)는 스틱 형상으로 형성될 수도 있고, 버튼 형상으로 형성될 수도 있으며, 그 구체적인 구조는 한정되지 않는다.
상기 조작부(30)가 구비된 핫셀(H)의 외주면은 내부가 보이는 투명창(40)으로 형성된다. 따라서, 작업자는 상기 투명창(40)을 통하여 상기 핫셀(H)의 내부를 보면서 상기 조작부(30)를 조작할 수 있다.
일례로, 작업자는 상기 LCC 도가니를 운반하기 위해 상기 투명창(40)을 통하여 상기 LCC 도가니를 보면서 상기 조작부(30)를 조작하여 상기 LCC 도가니를 원하는 지점으로 이동시킬 수 있다.
상기 로봇팔(20) 및 상기 조작부(30)에 의하여 상기 전해제련부(1)를 원격으로 운전 및 원격으로 유지 보수할 수 있는 장점이 있다.
상기 프레임(10)은 상기 전해제련부(1)의 외형을 형성하고, 다른 구성요소들을 지지하는 역할을 한다.
상기 프레임(10)은 상기 프레임(10)의 상면을 형성하는 상면부(101)와, 상기 상면부(101)에서 수직 방향으로 연장되어 상기 상면부(101)를 지지하는 기둥부(102)와, 상기 프레임(10)의 저면을 형성하는 저면부(104)로 구성된다.
상기 상면부(101), 상기 기둥부(102) 및 상기 저면부(104)는 얇은 판상으로 형성될 수 있고, 한 몸을 형성하며 일체로 형성될 수 있다.
상기 프레임(10)의 일 측에는 상기 전해조(12)에 장입할 수 있는 전극을 거치할 수 있는 전극 거치대(103)가 구비된다. 상기 전극 거치대(103)는 상기 기둥부(102)에 결합될 수 있고, 긴 원통 형상의 전극을 거치할 수 있도록 일부분이 오목하게 함몰되어 형성될 수 있다.
상기 전극 거치대(103)에는 상기 전극뿐만 아니라 상기 전해조(12)에 존재하는 공융염의 온도를 측정할 수 있는 열전대(thermocouple, 미도시) 또는 상기 공융염의 액위를 측정할 수 있는 레벨 게이지(level gauge, 미도시)가 거치될 수도 있다.
상기 로보팔(20)은 상기 전극 거치대(103)에 거치된 열전대와 레벨 게이지를 들어올려 상기 전해조(12)의 상부에 형성되는 상기 플랜지(14)의 구멍에 장입하여 공융염의 온도와 수위를 측정한다.
상기 열전대에 의하여 측정된 공융염의 온도가 500℃가 되면 상기 연소로(11)의 온도를 약 8시간 동안 유지하고, 만약 상기 열전대에 의하여 측정된 공융염의 온도가 500℃ 이하이면 상기 연소로(11)의 온도를 올려서 상기 공융염의 온도를 500℃로 맞춘다. 또한, 상기 공융염의 수위가 30cm 이하가 되면 상기 연소로(11)에 공융염을 추가로 장입한다.
상기 로봇팔(20)은 공융염이 적정 온도 및 적정 수위가 되면 상기 열전대와 상기 레벨 게이지를 상기 전해조(12)에서 제거하고, 다시 상기 전극 거치대(103) 위에 올려놓는다.
상기 프레임(100)의 상면부(101)에는 플랜지(14)가 상방으로 돌출되어 형성될 수 있다. 상기 플랜지(14)는 속이 빈 원통 또는 직사각형상으로 형성될 수 있고, 상기 상면부(101)에서 상기 플랜지(14)가 형성된 부분은 후술할 LCC 도가니가 출입할 수 있도록 구멍이 형성된다.
상기 플랜지(14)는 상기 전해조(12)의 상부에 형성되고, 상기 플랜지(14)에 형성된 구멍을 통하여 상기 LCC 도가니가 상기 전해조(12) 내부로 장입할 수 있다.
상기 전해조(12)는 상기 프레임(100)의 내부에 구비되고, 보다 상세하게는 상기 플랜지(14)의 하부에 구비된다.
상기 전해조(12)는 내부에 공융염 및 카드뮴 등이 수용되어 용융될 수 있는 공간을 제공한다. 상기 전해조(12)는 속이 빈 원통형으로 형성될 수 있다.
상기 전해조(12)에는 LiCl-KCl 등의 공융염이 장입하여 용융될 수 있고, 카드뮴이 장입하여 용융될 수 있다.
상기 전해조(12)의 둘레에는 연소로(11)가 구비되어 있고, 상기 전해조(12)는 상기 연소로(11)의 내부에 수용된다. 상기 연소로(11)는 상기 전해조(12) 내부 장입된 공융염 또는 카드뮴이 용융되는데 필요한 열을 제공하는 역할을 한다.
상기 전해조에 장입된 고체상태의 공융염은 상기 연소로(11)에 의해 약 6시간 동안 650℃로 가열되고, 대략 650℃에 도달되어 용해된다.
상기 메쉬 어셈블리(16)는 상기 플랜지(14)에 구비될 수 있고, 보다 상세하게는 상기 전해조(12)의 상부에 구비될 수 있다. 상기 메쉬 어셈블리(16)는 외주면이 메쉬 형상으로 형성된 통 형상으로 형성될 수 있고, 상기 메쉬 어셈블리(16) 내부에는 용융되기 전의 고체상태의 공융염이 수용될 수 있다.
상기 메쉬 어셈블리(16)는 상기 플랜지(14)에 회전 가능하게 결합된다.
상기 메쉬 어셈블리(16)에 수용된 고체상태의 공융염을 상기 전해조(12)에 장입시키기 위해서 상기 로봇팔(20)을 이용하여 상기 메쉬 어셈블리(16)를 약 90도 정도 회전시킬 수 있다.
즉, 상기 로봇팔(20)로 상기 메쉬 어셈블리(16)의 일 측을 밀어서 상기 메쉬 어셈블리(16)를 회전시킬 수 있고, 이에 따라 상기 메쉬 어셈블리(16) 내부의 공융염을 상기 전해조(12) 내부로 떨어뜨릴 수 있다.
상기 LCC 도가니 어셈블리(15)는 상기 전해조(12)의 상부에 설치될 수 있고, 보다 구체적으로는 상기 플랜지(14)에 구비될 수 있다.
상기 LCC 도가니 어셈블리(15)는 상기 LCC 도가니를 수용할 수 있다. 상기 LCC 도가니 어셈블리(15)에는 상기 LCC 도가니를 지지할 수 있는 도가니 지지대가 구비되고, 상기 LCC 도가니는 상기 도가니 지지대에 결합될 수 있다.
상기 프레임(10)의 상면부(101)에는 상기 LCC 도가니를 수평/수직으로 이송할 수 있는 도가니 수평/수직 이송장치(18)가 구비된다.
상기 도가니 수평/수직 이송장치(18)는 상기 LCC 도가니를 수평방향으로 이송하는 수평이송장치 및 상기 LCC 도가니를 수직방향으로 이송하는 수직이송장치를 포함한다.
또한, 상기 도가니 수평/수직 이송장치(18)는 상기 LCC 도가니를 회전시킬 수도 있다.
상기 도가니 수평/수직 이송장치(18)는 LCC 도가니가 수용되는 안전 도가니(미도시)가 위치될 수 있다.
상기 로봇팔(20)은 상기 LCC 도가니에 LCC 도가니 운반모듈을 씌울 수 있다. 상기 로봇팔(20)은 크레인을 상기 LCC 도가니 운반모듈에 결합시켜서, 상기 크레인으로 상기 LCC 도가니 운반모듈을 들어올려 상기 LCC 도가니에 씌울 수 있다.
상기 로봇팔(20)은 상기 LCC 도가니 운반모듈이 씌워진 상기 LCC 도가니를 상기 크레인으로 들어올려 상기 LCC 도가니를 상기 안전 도가니에 위치시킨다.
또한, 상기 로봇팔(20)은 상기 LCC 도가니 덮개를 제거한 다음, 카드뮴을 상기 LCC 도가니에 장입한다.
상기 수평 이송장치를 이용하여, 상기 LCC 도가니를 상기 LCC 도가니 어셈블리로 이송한 후, 상기 로봇팔(20) 및 상기 수직이송장치를 이용하여 상기 LCC 도가니를 상기 도가니 지지대에 결합할 수 있다.
상기 LCC 도가니가 수용된 상태에서 상기 로봇팔(20)을 이용하여 상기 LCC 어셈블리를 다시 90도 회전시킨 다음에, 상기 구동모터 및 모터 가이드를 이용하여 상기 LCC 도가니를 상기 전해조(12) 내부로 장입할 수 있다.
상기 LCC 도가니가 상기 전해조(12) 내부에 약 1시간 동안 위치되며, 상기 LCC 도가니 내의 카드뮴이 녹게 된다.
상기 로봇팔(20)를 이용하여 상기 메쉬 어셈블리(16)를 상기 LCC 도가니 어셈블리(15)의 중앙에 형성된 구멍에 장입한다. 상기 로봇팔(20)를 이용하여 상기 메쉬 어셈블리(16)의 중앙에 위치한 LCC 리드선을 전원부에 연결한다.
상기 로봇팔(20)를 이용하여 바나나 잭을 연결하여 전원 공급 준비를 완료한다.
상기 전해조(12)에 양극, 레퍼런스 음극, 스티어를 장입하기 위해, 상기 전극 거치대(103)에 위치한 양극을 상기 로봇팔(20)를 이용하여 잡아서 상기 전해조(12) 내부에 장입한 후, 상기 LCC 리드선을 연결하고 바나나 잭을 체결하여 전원공급 준비를 완료한다.
상기 전극거치대(103)에 위치한 상기 레퍼런스 음극의 I-bolt 부분을 상기 로봇팔(20)로 잡아서 상기 전해조(12) 내부에 장입한 후, 상기 리드선을 연결하고, 상기 바나나 잭을 체결하여 전원공급 준비를 모두 완료한다.
상기 전극거치대(103)에 위치한 스티어의 I-bolt 부분을 상기 로봇팔(20)로 잡아서 상기 전해조(12) 내부에 장입한 후, 상기 리드선을 상기 전원부(14)에 연결하여 구동모터를 약 120rpm으로 회전시킨다.
전착이 종료되면, 상기 전극 및 상기 스티어의 전원부를 해제하고, 구동모터를 이용하여 상기 LCC 도가니 어셈블리의 상기 LCC 도가니를 상기 플랜지(10) 아래와 염 사이에 위치하도록 들어올려서 상기 LCC 도가니를 약 1시간 동안 냉각시킨다. 이때, 상기 연소로(11)의 온도를 상온으로 냉각시킨다.
U/TRU/Cd/LiCl-KCl 잉곳을 회수하기 위해 구동모터 및 모터 가이드를 이용하여 상기 LCC 도가니 어셈블리를 상기 플랜지(14) 위로 들어올린 후에, 상기 로봇팔(20)을 이용하여 상기 LCC 도가니 어셈블리를 좌측으로약 90도 회전시킨다.
Ar 분위기에 노출된 염의 증발을 막기 위해, 상기 로봇팔(20)을 이용하여 개방된 상기 전해조(12) 상부를 덮개로 덮는다.
또한, 상기 도가니 수평/수직 이송장치(18)를 이용하여 상기 LCC 도가니 어셈블리(18)에서 상기 안전 도가니가 결합된 상기 LCC 도가니를 분리한 후에, 회전장치로 이송시킨다.
상기 회전장치를 이용하여 상기 LCC 도가니로부터 카드뮴 잉곳을 분리하여 증류장치용 안전용기에 장입한다. 카드뮴 잉곳이 수용된 증류장치용 안전용기를 상기 로봇팔(20)과 크레인을 이용하여 증류장치로 이송한다.
본 발명에 의하면 전해정련 운전 후 공융염 중의 잔류 U와 TRU를 액체 카드뮴 음극에 공전착하여 회수하기 위해 대용량의 액체카드뮴음극 전해제련장치를 원격으로 운전할 수 있도록 로봇팔, 크레인 등을 이용하여 취급이 용이하게 되는 장점이 있다.
1: 전해제련부 10: 프레임
11: 연소로 12: 전해조
14: 플랜지 15: LCC 도가니 어셈블리
16: 메쉬 어셈블리 17: 모터 가이드 어셈블리
18: 도가니 수평/수직 이송장치 19: 전원 커넥트

Claims (6)

  1. 방사능이 누출되지 않도록 외부와 격리되는 공간에 설치되고, 적어도 LiCl-KCl을 포함하는 공융염 중의 잔류 U 및 TRU를 액체 카드뮴 음극에 전착하여 회수하는 전해제련부;
    상기 전해제련부가 설치된 공간에 구비되며, 상기 공간에 위치한 물건을 파지 및 이송하는 로봇팔; 및
    상기 전해제련부가 설치된 공간의 외부에 구비되며, 상기 로봇팔을 조작할 수 있는 조작부;
    를 포함하고,
    상기 전해제련부는,
    상기 전해제련부의 외형을 형성하는 프레임;
    상기 프레임의 내부에 구비되고, 공융염 및 카드뮴이 용융되는 공간을 제공하는 전해조;
    상기 전해조에 열을 제공하는 연소로;
    상기 프레임의 일 측에 구비되어 LCC 도가니를 수평/수직으로 이송할 수 있는 도가니 수평/수직 이송장치; 및
    LCC 도가니와 선택적으로 결합될 수 있고, 상기 전해조에 장입할 수 있는 LCC 도가니 어셈블리;
    를 포함하는 액체카드뮴음극 전해제련장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 LCC 도가니를 들어올리기 위해 상기 로봇팔에 결합되는 크레인을 더 포함하는 액체카드뮴음극 전해제련장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로봇팔은 상기 전해제련부가 설치된 공간의 상면에 설치되는 액체카드뮴음극 전해제련장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로봇팔은 적어도 상기 전해제련부에 사용되는 LCC 도가니를 파지 및 이송하는 액체카드뮴음극 전해제련장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전해제련부가 설치되는 공간의 일 면은 투명창으로 형성되어 있고, 상기 조작부는 상기 투명창으로 형성된 면에 인접하여 설치되는 액체카드뮴음극 전해제련장치.
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