KR101634708B1

KR101634708B1 - 카드뮴 회수용 도가니 유닛 및 이를 구비한 카드뮴 증류장치

Info

Publication number: KR101634708B1
Application number: KR1020150102882A
Authority: KR
Inventors: 정재후; 안도희; 김광락; 백승우
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2016-06-30

Abstract

본 발명은 카드뮴의 휘발/증류시간을 단축시켜 카드뮴의 회수율을 향상시킬 수 있는 카드뮴 회수용 도가니 유닛 및 이를 구비한 카드뮴 증류장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 카드뮴 회수용 도가니 유닛은, 카드뮴이 수용되는 증발 도가니와; 증발 도가니가 안착되는 상부플레이트와; 상부플레이트의 하부에 배치되어 상부 측 고온의 열을 차폐하는 열차폐판과; 상부플레이트 및 열차폐판을 지지하는 지지체와; 지지체가 지지되는 하부플레이트; 및 하부플레이트에 안착되며 응축된 카드뮴 액체가 회수되는 회수 도가니;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

카드뮴 회수용 도가니 유닛 및 이를 구비한 카드뮴 증류장치{Crucible assembly for collecting cadmium, and cadmium distillation apparatus having the same}

본 발명은 카드뮴의 휘발/증류시간을 단축시켜 카드뮴의 회수율을 향상시킬 수 있는 카드뮴 회수용 도가니 유닛 및 이를 구비한 카드뮴 증류장치에 관한 것이다.

일반적으로 사용후 핵연료 건식처리 공정에서 용융염 전해제련공정은 전해 조작후 전착물의 회수를 위해 카드뮴 음극체의 후처리 기술이 요구된다.

이러한 카드뮴 음극체의 후처리 기술은 용융카드뮴 음극체에 전착된 방사성 악티늄족 및 희토류 금속들을 음극체로부터 분리하는 기술에 관한 것이고, 통상적으로 고온으로 카드뮴을 증발시켜서 전착물을 회수하는 증류방법을 주로 사용한다.

즉, 카드뮴 음극을 용융점 이상의 온도에서 증발하여 이보다 용융점이 높은 전착물질을 잔류시킴으로써 분리할 수 있다. 전착된 방사성 악티늄족 및 희토류 금속들이 음극체에 합금 내지 금속 간 화합물로 혼재하므로 화학활성이 크며, 방사성 누출 및 피폭을 최소화하기 위하여 아르곤 분위기의 핫셀에서 회분식 공정조업이 진행되도록 원격 조작 시스템에 의한 공정조작이 요구된다. 또한, 카드뮴의 증발이 낮은 온도에서 일어날 수 있도록 공정의 감압조건을 유지시키는 것이 필수적이다.

이와 관련된 선행문헌으로는, 대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2011-0008899호, "염화물 용융염에서 잔류 악티늄족 원소의 회수방법"과, 대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2009-0104460, "악티나이드계 원소 회수를 위한 용융염 전해조" 등이 있다.

한편, 전해제련 공정에서 악티늄족 금속이 전착(electro-deposition)된 액체카드뮴음극도가니는 도가니 내부에서 냉각되어 고체화된 카드뮴을 도가니로부터 분리하여 카드뮴 증류단계를 거쳐 카드뮴을 증발 분리하고 악티늄족 금속은 회수하여 핵연료로 사용하게 된다.

그러나, 상기와 같이 고체화된 카드뮴을 증발시켜 도가니로부터 분리하게 되는 종래의 카드뮴 증류장치는 카드뮴을 증류하기 위한 장치의 구조가 복잡하고, 카드뮴을 증류하는 데에 있어 증류장치 내부의 상하 온도 구배 형성을 위한 적절한 장치구성이 마련되어 있지 않아 카드뮴의 원활한 증류작업에 어려움이 있었던 문제가 있었다. 이로 인해 카드뮴 회수에 많은 시간이 소요되어 휘발/증류된 카드뮴이 회수용기에 회수가 잘 이루어지지 못하게 되는 문제점이 있었다.

특허공개 제2011-0008899호(2011.07.08)

본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 카드뮴 증류장치 내부에서 카드뮴의 휘발/증류 작용이 원활하게 이루어지도록 하여 카드뮴의 휘발/증류에 따른 시간을 단축시킬 수 있고, 카드뮴의 회수율을 향상시켜 경제성 향상을 도모할 수 있도록 하는 카드뮴 회수용 도가니 유닛 및 이를 구비한 카드뮴 증류장치를 제공하는 데에 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 카드뮴 회수용 도가니 유닛은, 카드뮴이 수용되는 증발 도가니와; 증발 도가니가 안착되는 상부플레이트와; 상부플레이트의 하부에 배치되어 상부 측 고온의 열을 차폐하는 열차폐판과; 상부플레이트 및 열차폐판을 지지하는 지지체와; 지지체가 지지되는 하부플레이트; 및 하부플레이트에 안착되며 응축된 카드뮴 액체가 회수되는 회수 도가니;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 카드뮴 회수율 향상을 위한 본 발명에 따른 증류장치는, 내부에 카드뮴이 증발할 수 있는 공간이 형성되는 증류기 본체; 및 증류기 본체에 수용되는 도가니 유닛;을 포함하되, 상기 도가니 유닛은, 카드뮴이 수용되는 증발 도가니와; 증발 도가니가 안착되는 상부플레이트와; 상부플레이트의 하부에 배치되어 상부 측 고온의 열을 차폐하는 열차폐판과; 상부플레이트 및 열차폐판을 지지하는 지지체와; 지지체가 지지되는 하부플레이트; 및 하부플레이트에 안착되며 응축된 카드뮴 액체가 회수되는 회수 도가니;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 카드뮴 증류장치 내의 고온부(상부)에서 발생하는 열이 저온부 영역인 하부로 전달되는 것을 세라믹 소재로 구성된 열차폐판을 통해 효과적으로 차단할 수 있기 때문에, 증류장치 내에서 카드뮴의 휘발/증류 작용이 원활하게 이루어지도록 하여 카드뮴의 휘발/증류에 소요되는 시간을 크게 단축시킬 수 있다.

아울러, 카드뮴 증류장치 내부에서 카드뮴의 휘발/증류 작용이 원활하게 이루어질 수 있기 때문에 회수 도가니에 회수되는 카드뮴의 양을 증가시킬 수 있고, 이로 인해 카드뮴의 회수율을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 방사선 구역인 핫셀 내에서도 용이한 원격 취급성을 확보할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 카드뮴 회수용 도가니 유닛을 구비한 카드뮴 증류장치를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 카드뮴 회수용 도가니 유닛을 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 정면도.
도 4는 도 2의 측면도.
도 5는 본 발명의 도가니 유닛에 구비되는 열차폐판의 구조를 상세하게 보여주는 단면도.
도 6은 본 발명의 증발 도가니의 구조를 상세하게 보여주는 상세도.
도 7은 도 6에 도시된 덮개부의 안쪽 모습을 상세하게 보여주는 상세도.
도 8은 본 발명의 카드뮴 증류장치를 이용하여 증류 실험을 한 결과로서, 카드뮴 증류 실험 후의 시간별 온도 및 압력변화를 나타낸 그래프.

이하, 본 발명의 일실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 카드뮴 증류장치의 내부구조를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 카드뮴 증류장치(200)는, 증류장치 본체(210)와, 상기 본체(210) 내에 선택적으로 수용되는 도가니 유닛(100)을 포함한다.

증류장치의 본체(210)는 그 형상의 제한은 없지만, 상하방향으로 길게 연장된 원통 형상으로 형성될 수 있다.

상기 증류장치 본체(210)의 내부에는 도가니 유닛(100)을 수용하기 위한 공간부(204)가 형성된다.

이때, 상기 공간부(204)는 도가니 유닛(100)이 원활하게 수용될 수 있도록 상부 공간보다 하부 공간이 확장된 형태로 형성된다.

상기 본체(210)는 내측부 상하 온도 구배의 형성을 위해 상하방향으로 적층된 다수의 히팅블록(212,214)으로 구성된다.

이로 인해 상기 다수의 히팅블록(212,214)이 적층되어 상기 증류장치 본체(210)의 외형을 형성한다.

상기 히팅블록(212,214)은 본체(210)의 상면을 구성하는 상면 히팅블록(212)과, 본체(210)의 측면을 구성하는 측면 히팅블록(214)을 포함한다.

여기서, 상면 히팅블록(212)은 일정 두께를 갖는 원판 형상으로 형성되고, 측면 히팅블록(214)은 중심부에 원형의 홀이 형성된 원통 형상으로 형성된다.

상기 히팅블록(212,214)에는 저항체의 전열선 등과 같은 가열기(220)가 포함되어, 상기 증류장치 본체(210) 내부의 상측에 수용된 카드뮴 음극체에 열을 가하여, 상기 카드뮴 음극체를 용융 및 증발시킬 수 있다.

즉, 히팅블록(212,214) 내부에 수용된 카드뮴에 가열기(220)를 통해 열을 가하면, 카드뮴은 증발되고, 이와 같이 증발된 카드뮴 기체는 증류장치 본체(210) 내부의 하부에서 온도가 낮게 형성된 부분에서 응축되어 하방으로 유동하게 된다.

상기 공간부(204)에는 아르곤 기체와 같은 불활성 기체가 채워질 수 있고, 이에 따라, 고온 활성이 큰 카드뮴 음극체가 가열되는 동안 불필요한 화학반응을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 측면 히팅블록(214)에는 본체(210) 내부에서 초기에 채워진 아르곤 기체와 같은 불활성 기체를 외부로 뽑아내서 카드뮴의 용융 및 증발을 용이하게 하는 진공배관(미도시)이 설치되고, 상기 진공배관에는 음압을 제공하기 위한 진공펌프(미도시)가 연결될 수 있다.

한편, 도 2는 증류장치 본체(210) 내부에 수용되는 본 발명의 도가니 유닛의 구조를 상세하게 보여주는 사시도이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 정면도 및 측면도이다. 또한, 도 5는 도가니 유닛에 구비되는 열차폐판의 내부구조를 상세하게 보여주는 단면도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 카드뮴 회수용 도가니 유닛(100)은, 증발 도가니(110)가 안착되는 상부플레이트(120)와, 상부플레이트(120)의 하부 측에 배치된 열차폐판(130)과, 응축된 카드뮴이 안내되는 안내부재(160)와, 상기 상부플레이트(120)와 열차폐판(130) 및 안내부재(160)을 각각 지지하는 지지체(140) 및 상기 지지체(140)가 지지되는 하부플레이트(150)를 포함하여 구성된다.

상기 증발 도가니(110; 도 1에 도시됨)는 상면이 개방된 원통 형상으로 이루어지고, 내부에는 휘발/증류 대상물인 카드뮴 음극체가 수용된다.

상기 증발 도가니(110)는 히팅블록(212,214)에서 발생된 열이 증발 도가니(110) 내부로 잘 전달될 수 있도록 열전도율이 큰 재질로 형성될 수 있으며, 통상적으로 카드뮴과 화학반응성이 없는 고융점의 세라믹 재질을 사용한다.

상기 증발 도가니(110)가 안착되는 상부플레이트(120)는 원판형상으로 형성되며, 내열성이 우수한 내열 합금 소재로 구성된다.

이러한 상부플레이트(120)는 지면과 수평을 유지하도록 지지체(140)상에 고정되는데, 상기 지지체(140)를 구성하고 있는 복수의 지지봉(141)이 상기 상부플레이트(120)의 가장자리 부분을 관통된 상태에서 상기 관통된 부분을 용접하여 고정하게 된다.

상기 열차폐판(130)은 상부플레이트(120)와 같은 원판 형상의 외관을 형성하며, 상부플레이트(120)로부터 일정거리 이격된 하부 측에 배치된다.

그리고, 상기 열차폐판(130)은 전술된 상부플레이트(120)의 경우와 마찬가지 방식으로 상기 상부플레이트(120)와 평행을 이루도록 상기 지지체(140)상에 고정된다.

이 경우, 상기 열차폐판(130)은 복수 개가 일정 이격 간격을 형성하며 상하로 배치될 수 있는데, 본 실시 예에서는 증류장치 본체(210) 내측 상부에 위치한 고온부 영역의 효과적인 열차폐를 위해 2개의 열차폐판(130)을 상하로 설치하였다.

도 5는 열차폐판(130)의 내부구조를 상세하게 보여주는 것으로서, 상기 열차폐판(130)은 세라믹(ceramic) 소재로 구성된 판 형상의 세라믹 보드(ceramic board;132)와, 상기 세라믹 보드(132)가 수용되는 외부 케이스(134)를 포함하여 구성된다.

상기 세라믹 보드(132)는 단열기능이 우수한 세라믹 소재로 구성되고, 상기 외부 케이스(134)는 상부플레이트(120)의 경우와 마찬가지로 고온 조건에서도 열적 변형이 적고 압력 유지가 잘 이루어질 수 있는 내열 합금 소재로 구성된다.

이와 같은 열차폐판(130)은 증류장치(200) 내부의 고온부(상부영역; US)에서 발생하는 열이 저온부(하부영역; LS)로 전달되는 것을 효과적으로 차단하여, 고온부(US)와 저온부(LS)의 효과적인 온도 구배를 조성하는 기능을 한다.

따라서, 회수 도가니(170) 바닥부에서 온도 구배에 의한 충분한 냉각효과가 발휘됨으로써 카드뮴의 휘발/증류 성능을 증대시켜 카드뮴의 회수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 이러한 열차폐판(130)의 하부 측에는 상,하부 온도 구배의 조성을 통해 응축된 카드뮴 액체의 일부가 모아져서 회수 도가니(170) 측으로 안내되도록 하는 안내부재(160)가 설치된다.

상기 안내부재(160)는 도 3에서 보는 것과 같이 외형이 하부로 갈수록 직경이 감소되는 원뿔 형상을 형성하고 있다.

본체(210)의 공간부(204) 내에서 상하 온도 구배 조성에 의해 응축된 카드뮴 액체의 대부분은 회수 도가니(170)로 유도되어 회수되고, 응축된 카드뮴 액체 중 일부는 상기 안내부재(160)의 경사진 내측면을 따라 회수 도가니(170)가 위치한 하방으로 유도된다.

상기 안내부재(160)의 중심부 하단에는 상기 경사진 내측면을 따라 안내된 카드뮴 액체가 통과되어 회수 도가니(170) 측으로 회수될 수 있도록 카드뮴 액체가 통과되는 개구부(162)가 형성된다.

이러한 구성을 갖는 안내부재(160)는 복수 개가 상하로 일정 이격 간격을 유지한 상태로 배치되도록 상기 지지체(140) 상에 고정된다.

이 경우, 상부 측 안내부재(160)의 하단 일부분이 하부 측 안내부재(160)의 내측 부분에 수용된 형태로 배치되어 상기 지지체(140) 상에 고정된다.

지지체(140)는 서로 등간격으로 이격된 3개의 지지봉(141)과, 상기 지지봉(141)의 상부 측에 연결된 탑 브라켓(top bracket;142)을 포함한다.

여기서, 상기 3개의 지지봉(141)은 하부플레이트(150)를 각각 반원형상의 전면부 및 후면부로 나누었을 때, 후면부 측에 수직으로 세워져 설치된다.

그리고, 상기 각 지지봉(141)은 상부플레이트(120)와 복수의 열차폐판(130) 및 안내부재(160) 각각의 가장자리를 관통한 상태에서 용접을 통해 고정된다.

이와 같은 구성에 의해, 상기 지지체(140)를 구성하는 각각의 지지봉(141)은 상부플레이트(120), 열차폐판(130) 및 안내부재(160)의 외부로 돌출되지 않아 외부 구조물과의 간섭을 회피할 수 있다.

또한, 상기 3개의 지지봉(141) 사이의 간격은 증발 도가니(110)를 비롯한 상부플레이트(120)와 열차폐판(130) 및 안내부재(160)가 위치되는 상부 측 부분과 회수 도가니(170)가 위치하게 되는 하부 측 부분이 서로 다르게 형성된다,

즉, 회수 도가니(170)가 위치하는 하부 측 부분의 상기 회수 도가니(170)의 크기에 맞도록 지지봉(141) 간격이 상부 측보다 더 확장된 상태로 형성된다.

이를 위해 상기 회수 도가니(170)의 직상방에 위치한 상기 지지봉(141) 부분에는 회수 도가니(170)의 크기에 맞도록 외측 방향으로 절곡되어 연장된 형태의 절곡부(144)가 형성된다.

이때, 상기 절곡부(144)는 회수 도가니(170) 측 방향을 향하여 기울어지도록 일정 각도 경사진 구조를 형성한다.

이렇게 형성한 이유는 응축된 카드뮴 액체의 일부가 상기 절곡부(144) 부분에 달라붙게 될 경우 회수 도가니(170)의 내부 측으로 안내되도록 하여 회수율을 높이기 위함이다.

또한, 지지봉(141)의 상단에는 도가니 유닛(100)을 증류장치(200)의 본체(210) 내부에 삽입할 경우 로봇팔 등으로 파지하여 용이하게 들어올릴 수 있도록 탑 브라켓(142)이 설치된다.

상기 하부플레이트(150)는 도가니 유닛(100)의 저면을 형성하고, 상기 지지체(140) 및 회수 도가니(170)를 지지한다.

이와 같은 하부플레이트(150)는 도가니 유닛(100)이 증류장치 본체(210)에 결합할 경우 상기 본체(210)의 하단에 밀착된다.

이때, 상기 하부플레이트(150)에는 상기 본체(210) 내부의 기밀을 유지하기 위한 오링(154)이 구비된다.

상기 하부플레이트(150)에는 상기 오링(154)이 삽입될 수 있는 환형 홈(152)이 형성된다.

상기 오링(154)은 고온에서 열변형이나 물성변화가 없는 내열성 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 도 6은 본 발명에 따른 증발 도가니(110)의 구조를 보여주는 상세도이고, 도 7은 도 6에 도시된 덮개부의 안쪽 모습을 상세하게 보여주는 상세도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 증발 도가니(110)의 개방된 상부 측에는 덮개부(112)가 구비된다.

상기 덮개부(112)의 중심 측에는 증발 도가니(110) 내부에서 증발된 카드뮴 기체가 통과하여 상부로 배출될 수 있도록 소정의 직경의 관통홀(113)이 형성된다.

그리고, 상기 관통홀(113)이 위치한 덮개부(112)의 안쪽면에는 상기 관통홀(113)을 부분적으로 가리도록 하는 스크린(screen;116)이 부착된다.

상기 스크린(116)은 상기 관통홀(113)을 통해 외부의 이물질이 침투되는 것을 방지하도록 한다.

또한, 상기 덮개부(112)의 바깥쪽 부분에는 상기 관통홀(113)의 상부 측을 가릴 수 있는 원판 형태의 가림판(114)이 설치된다.

이때, 상기 가림판(114)은 상기 관통홀(113)보다 큰 직경을 형성하며, 상기 관통홀(113)로부터 일정높이 이격된 상부 측에 복수의 지지대(115)를 통해 세워져 설치된다.

이에 따라, 상기 증발 도가니(110) 내부에서 증발되는 카드뮴 기체는 덮개부(112)의 관통홀(113)을 통과한 이후 상기 가림판(114) 부분에 부딪혀 주변으로 확산된 상태로 증발이 이루어지게 된다.

이하에서는, 본 실시 예에 의한 카드뮴 증류장치의 작동을 설명하기로 한다.

먼저, 증발 도가니(110)에 증류시킬 카드뮴 음극체를 담은 후, 로봇팔을 이용하여 도가니 유닛(100)의 탑 브라켓(142) 부분을 파지한 다음 도가니 유닛(100)을 들어올려서 증류장치(200)의 본체(210) 내부로 삽입한다.

이어서, 상부플레이트(120)에 증발 도가니(110)를 안착시키고, 하부플레이트(150)에 회수 도가니(170)를 안착시킨 후, 하부플레이트(150)가 본체(210)의 하단에 완전히 밀착되도록 도가니 유닛(100)을 설치하게 된다.

상기 하부플레이트(150)가 본체(210)의 하단에 밀착되면, 상기 증류장치 본체(210) 내부는 오링(154)에 의하여 완전하게 밀폐된 상태가 된다. 따라서, 상기 증류장치 본체(210)의 내부는 여기에 연결된 진공계통에 의하여 감압조건이 유지되며, 카드뮴의 증발이 낮은 온도에서도 진행될 수 있게 된다.

상기 도가니 유닛(100)이 증류장치 본체(210) 내부에 삽입된 다음에는, 히팅블록(212,214)에 구비된 가열기(220)는 상기 증발 도가니(110)에 수용된 카드뮴 음극체에 열을 가하여 상기 카드뮴 음극체를 용융 및 증발시킨다.

이때, 상기 증발 도가니(110) 내부에서 증발된 카드뮴 기체는 덮개부(112)의 관통홀(113)을 통과한 후 상부 측의 가림판(114)에 부딪혀 주변으로 확산된 상태로 증발이 이루어지게 된다.

상기 증발 도가니(110)에서 증발된 카드뮴 기체는 증류기 본체(210) 내부의 온도가 낮은 부분에서 응축되어 하방으로 이동하며, 중력에 의해 하부에 위치한 회수 도가니(170)에 회수된다.

이러한 과정에서, 열차폐판(130)은 증류장치 본체(210) 내부의 고온부(US)에서 발생하는 열이 저온부(LS)로 전달되는 것을 차단하여 고온부(US)와 저온부(LS) 사이에 응축을 위한 온도 구배가 조성되도록 한다.

이에 따라, 회수 도가니(170) 바닥부에서 온도 구배에 의한 충분한 냉각효과가 발휘됨으로써 카드뮴의 휘발/증류 성능이 증대되고, 카드뮴의 회수율을 향상을 가져올 수 있다.

이때, 본체(210)의 공간부(204) 내에서 상하 온도 구배 조성에 의해 응축된 카드뮴 액체의 대부분은 회수 도가니(170)로 유도되어 회수되고, 카드뮴 액체 중 일부는 안내부재(160)의 경사진 내측면을 따라 하방으로 흘러내려 개구부(162)를 통과하여 하부 측 회수 도가니(170)로 회수되기 때문에 카드뮴 회수율을 증대시키게 된다.

아울러, 응축된 카드뮴 액체가 회수되는 과정에서 지지체(140)의 절곡부(144) 부분에 달라붙어 축적된 일부의 카드뮴 액체는 경사진 절곡부(144)를 타고 흘러내려 하부 측 회수 도가니(170)로 모아져 회수됨으로써 카드뮴 회수율을 증대시킬 수 있다.

<실험 예>

다음은 본 발명의 카드뮴 회수용 도가니 유닛(100)을 사용하여 카드뮴(Cd) 증류실험을 수행한 결과를 나타낸 것이다.

아래의 [표 1]은 본 발명의 카드뮴 증류장치(200)에 있어서, 내부의 고온부(US)와 저온부(LS)의 효과적인 온도 구배 조성을 위해 각 Furnace 별로 온도 형성 조건을 부여한 것이다.

상승/유지 시간(분)		Fur-1	Fur2	Fur-3	Fur-4	Fur-5
상승	80	400	400	18	18	18
유지	20	400	400	18	18	18
상승	60	600	600	18	18	18
유지	20	600	600	18	18	18
상승	100	900	900	18	18	18
유지	420	900	900	18	18	18
상승	100	450	450	400	350	350
유지	240	450	450	400	350	350

여기서, Frurnace 1 및 2는 증류장치 내에서 상부 영역인 고온부(US)의 형성을 위한 온도를 조성하게 되고, Furnace 3 내지 5는 하부 영역인 저온부(LS) 형성을 위한 온도 조건을 조성하게 된다.

그리고, 급작스런 온도 상승으로 인한 히터 손상을 방지하고 효과적인 카드뮴 증발 환경을 조성하고자, Furnace 1 및 2를 상기 [표 1]과 같이 온도를 400℃, 600℃, 900℃와 같이 단계적으로 상승시키며 온도를 유지하도록 하였다.

참고로, 도 8의 (a) 및 (b)는 이와 같은 카드뮴 증류장치를 이용한 카드뮴 증류 실험 후의 시간별 온도 및 압력변화를 그래프로 나타낸 것이다.

아래의 [표 2]는 위의 [표 1]의 온도 조건으로 카드뮴 증류 실험을 한 결과를 보여주는 것이다.

용기	실험 전(Kg)	실험 후(Kg)
Cd 잉곳 무게	5.058	-
증발 도가니 무게	5.119	5.082
회수 도가니 무게	4.066	9.103
증발도가니+회수도가니 무게	9.185	14.192

[표 2]의 실험 결과를 통해 확인할 수 있듯이, 실험 전의 회수 도가니(170)의 무게는 4.066 Kg이었으며, 본 발명의 카드뮴 회수용 도가니 유닛(100)을 적용하여 증류 실험을 한 후의 카드뮴 회수용 도가니(170) 무게는 9.103 Kg으로 증가되었다.

따라서, 최종적인 카드뮴 회수율(％)은, (9.103-4.066)Kg ÷ 5.082 Kg ×100 = 99.58 ％로서, 높은 수준의 카드뮴 회수율을 얻을 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 증류장치(200) 내의 고온부(US) 영역에서 발생하는 열을 열차폐판(130)을 통해 저온부 영역으로 전달되는 것을 효과적으로 차단하여 고온부(US)와 저온부(LS) 사이에 효과적인 응축을 위한 온도 구배가 조성되도록 할 수 있다. 이로 인해 증류장치(200) 내에서 카드뮴의 휘발/증류 작용이 원활하게 이루어져 카드뮴의 휘발/증류에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있고, 카드뮴의 원활한 휘발/증류 작용으로 인하여 카드뮴의 회수율을 크게 향상시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

100 : 도가니 유닛 110 : 증발 도가니
112 : 덮개부 113 : 관통홀
114 : 가림판 115 : 지지대
116 : 스크린 120 : 상부플레이트
130 : 열차폐판 140 : 지지체
141 : 지지봉 142 : 탑 브라켓
144 : 절곡부 150 : 하부플레이트
154 : 오링 160 : 안내부재
170 : 회수 도가니 200 : 증류장치
204 : 공간부 212,214 : 히팅블록
210 : 본체 220 : 가열부

Claims

카드뮴이 수용되는 증발 도가니(110);
상기 증발 도가니(110)가 안착되는 상부플레이트(120);
상기 상부플레이트(120)의 하부에 배치되어 상부 측 고온의 열을 차폐하는 열차폐판(130);
상기 상부플레이트(120) 및 상기 열차폐판(130)을 지지하는 지지체(140);
상기 지지체(140)가 지지되는 하부플레이트(150);
상기 하부플레이트(150)에 안착되며 응축된 카드뮴 액체가 회수되는 회수 도가니(170);
를 포함하며,
상기 열차폐판(130)은,
세라믹 소재로 구성된 판 형상의 세라믹 보드(132)와;
상기 지지체(140)에 고정되며 상기 세라믹 보드(132)를 수용하는 외부 케이스(134);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 카드뮴 회수용 도가니 유닛.
삭제
제1항에 있어서, 상기 열차폐판(130)은 복수 개가 일정 이격 간격을 이루며 상하로 평행하게 배열된 것을 특징으로 하는 카드뮴 회수용 도가니 유닛
제1항에 있어서, 상기 열차폐판(130)의 하부에는 상기 지지체(140)에 고정되며 응축된 카드뮴 액체 중 일부를 회수 도가니(170) 측으로 안내하는 안내부재(160)가 구비되는 것을 특징으로 하는 카드뮴 회수용 도가니 유닛
제4항에 있어서, 상기 안내부재(160)는 하부로 갈수록 직경이 감소되는 원뿔 형태를 가지며, 그 중심부 하단에는 상기 응축된 카드뮴 액체가 통과되는 개구부(162)가 형성된 것을 특징으로 하는 카드뮴 회수용 도가니 유닛.
제4항에 있어서, 상기 안내부재(160)는 복수 개가 일정 이격 간격을 이루며 상하로 배치되되, 상부 측 안내부재의 일부가 하부 측 안내부재 안쪽에 배치되는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 카드뮴 회수용 도가니 유닛.
제1항에 있어서, 상기 회수 도가니(170)의 직상방 부분의 상기 지지체(140)에는 절곡부(144)가 형성되며, 상기 절곡부(144)는 상기 회수 도가니(170) 측을 향하여 경사진 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 카드뮴 회수용 도가니 유닛
제1항에 있어서, 상기 증발 도가니(110)를 덮는 덮개부(112)를 더 포함하며,
상기 덮개부(112)는,
증발된 카드뮴이 통과하는 관통홀(113)과;
상기 관통홀(113)을 부분적으로 가리며 상기 덮개부(112)의 안쪽면에 부착되는 스크린(116)과,
상기 관통홀(113)로부터 이격된 직상방에 위치되도록 상기 덮개부(112)의 바깥쪽에 세워져 설치되는 가림판(114)을 포함하는 것을 특징으로 하는 카드뮴 회수용 도가니 유닛.
내부에 카드뮴이 증발할 수 있는 공간이 형성되는 증류기 본체(210); 및
상기 증류기 본체(210)에 수용되는 도가니 유닛(100);을 포함하며,
상기 도가니 유닛(100)은,
카드뮴이 수용되는 증발 도가니(110);
상기 증발 도가니(110)가 안착되는 상부플레이트(120);
상기 상부플레이트(120)의 하부에 배치되어 상부 측 고온의 열을 차폐하는 열차폐판(130);
상기 상부플레이트(120) 및 상기 열차폐판(130)을 지지하는 지지체(140);
상기 지지체(140)가 지지되는 하부플레이트(150);
상기 하부플레이트(150)에 안착되며 응축된 카드뮴 액체가 회수되는 회수 도가니(170);를 포함하며,
상기 열차폐판(130)은,
세라믹 소재로 구성된 판 형상의 세라믹 보드(132)와;
상기 지지체(140)에 고정되며 상기 세라믹 보드(132)를 수용하는 외부 케이스(134);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 카드뮴 증류장치.
제9항에 있어서, 상기 열차폐판(130)은,
복수 개가 일정 이격 간격을 이루며 상하로 평행하게 배열된 것을 특징으로 하는 카드뮴 증류장치.