KR101776588B1 - Electrolytic apparatus of molten salt and refine method of molten salt - Google Patents

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김택진
은희철
이성재
안도희
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한국원자력연구원
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Abstract

Disclosed is a high-temperature molten salt electrolysis device, comprising: a reaction chamber storing molten salt; a heating unit having a plurality of heaters installed in an outer surface of the reaction chamber; and a lower cover installed in a lower end part of the reaction chamber. At least one among the heaters is operated to mix an additive and an impurity contained inside molten salt, and the heaters are sequentially operated for at least one among precipitation of the impurity and enrichment toward a lower area.

Description

고온 용융염 전해장치 및 고온 용융염 정제 방법{Electrolytic apparatus of molten salt and refine method of molten salt}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a molten salt electrolytic apparatus,

본 발명은 고온 용융염 전해장치 및 이를 이용한 고온 용융염 정제 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a high-temperature molten salt electrolysis apparatus and a high-temperature molten salt refining method using the same.

이온 결정으로 되어 있는 금속염을 가열/용융하여 만든 고온의 이온성 액체인 용융염을 전해질로 사용하여 금속을 제련 및 정련하는 방법을 용융염 전해공정이라고 한다. A method of smelting and refining a metal by using a molten salt, which is a high temperature ionic liquid made by heating / melting a metal salt made of ionic crystals, as an electrolyte is called a molten salt electrolytic process.

고온의 용융염은 물을 이용하는 전해질에 비해 화학 반응속도 및 전기 전도성이 매우 높을 뿐만 아니라 반응 생성물의 확산과 이온 공급이 빠르며, 적용 가능한 금속범위가 넓고 고융점 금속 산화물의 제련이 가능하다. The high temperature molten salt has a high chemical reaction rate and electrical conductivity as well as a high diffusion rate of the reaction product and fast ion supply as compared with an electrolyte using water, and it has a wide range of applicable metal and high refractory metal oxide.

용융염 전해공정은 기존의 금속 제련공정에 비해 공정이 단순하고 에너지 소모가 적어 CO2 및 독성가스의 배출을 줄일 수 있어 경제적이고 친환경적인 공정으로 활용되고 있다. 현재 용융염 전해공정은 알칼리 금속(Li, Mg, Na, K)과 경량금속 및 알루미늄 금속 또는 알루미늄 기반 합금, 고융점 희소금속인 티타늄, 탄탈륨, 니오븀, 세륨 등의 제조산업분야와 우라늄 염 또는 산화물로부터 금속 우라늄을 제조하는 원자력 산업분야에서 활용되고 있으며, 사용 후 핵연료의 재활용 방법으로 적용되어 연구가 진행되고 있다. The molten salt electrolysis process is simpler and consumes less energy than the conventional metal smelting process, and can reduce the emission of CO 2 and toxic gas, making it an economical and environmentally friendly process. Currently, the molten salt electrolytic process has been applied to the manufacturing industry such as alkali metal (Li, Mg, Na, K), light metal and aluminum metal or aluminum based alloy, high melting point rare metals titanium, tantalum, niobium, cerium, Has been utilized in the nuclear industry to produce metal uranium from nuclear reactors and has been applied as a recycling method for spent nuclear fuel.

또한 최근에 산업계에서 희토류(Rare earths) 금속의 사용량이 늘어남에 따라 효율적으로 희토류 금속 또는 희토류 기반 합금을 생산하기 위해 고온의 용융염을 이용한 정련 및 제련공정에 대한 연구도 지속적으로 이루어지고 있다. Recently, researches on refining and smelting processes using hot molten salt have been continuously carried out in order to efficiently produce rare earth metals or rare earth-based alloys as the use of rare earth metals increases in industry in recent years.

이러한 용융염 전해공정에서는 원료물질의 정련/제련 후 잔류하는 불순물과 고온의 용융염 조건에서 발생되는 부식성 불순물 등이 용융염 내 용해되어 있거나 전해 반응기 하부에 침전상으로 존재하게 되며, 전해공정의 운전회수의 증가에 따라 용융염 내 불순물의 농도 또한 증가하여 전해공정의 운전이 불가능한 상황에 이르기 때문에 불순물로 오염된 용융염은 깨끗한 전해질(염)로 교체하여야 한다. In this molten salt electrolytic process, residual impurities after refining / smelting of the raw material and corrosive impurities generated in the molten salt condition at high temperature are dissolved in the molten salt or exist in the electrolytic reactor as a precipitate phase, and the electrolytic process operation Since the concentration of impurities in the molten salt also increases with the increase in the number of recoveries, it is impossible to operate the electrolytic process. Therefore, molten salts contaminated with impurities should be replaced with clean electrolytes (salts).

이를 위해서는 전해공정 반응기 내부의 용융염을 반출해야 하나 기존의 전해공정 반응기 내에서 고온의 용융염을 반출은 어려운 작업이며, 용융염 반출을 위해 많은 시간이 소요될 수 있기 때문에 장치 운영 스케줄에 영향을 미칠 수 있다. For this purpose, the molten salt in the electrolytic process reactor must be exported, but it is difficult to carry out the hot molten salt in the conventional electrolytic process reactor, and it may take a long time to carry out the molten salt, .

또한, 반출하는 염은 전해공정에서 발생되는 폐기물로서 불순물로 오염된 염을 모두 반출할 경우 처리해야 할 폐기물이 상당량 발생하게 되어 폐기물 처리에 대한 부담이 크게 증가하는 문제가 있다.In addition, the salt to be taken out is a waste generated in the electrolytic process, and when the salt contaminated with the impurities is taken out, a considerable amount of waste to be treated is generated, thereby increasing the burden on the waste treatment.

대한민국 공개특허공보 제10-2004-0067894호Korean Patent Publication No. 10-2004-0067894

본 발명은 용융염 전해공정 후 반응기 내부에 존재하는 불순물로 오염된 용융염의 정제를 위해 외부로 용융염을 반출하지 않은 상태에서 용융염 내 용해성 또는 불용성 불순물을 최소한의 용융염을 배출하면서 분리할 수 있는 고온 용융염 전해장치 및 이를 이용한 고온 용융염 정제 방법을 제공한다.
In order to purify a molten salt contaminated with an impurity present in a reactor after a molten salt electrolytic process, the molten salt is removed from the molten salt without removing the molten salt from the molten salt. And a method for purifying a hot molten salt using the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 고온 용융염 전해장치는 용융염이 수용되는 반응챔버와, 상기 반응챔버의 외부면에 설치되는 복수개의 히터를 구비하는 가열부 및 상기 반응챔버의 하단부에 설치되는 하부커버를 포함하며, 상기 복수개의 히터 중 적어도 하나가 용융염 내에 함유되는 불순물과 첨가제를 교반시키기 위해 작동되고, 상기 불순물의 침전 및 하부 영역으로의 농축 중 적어도 하나를 위해 상기 복수개의 히터가 순차적으로 작동한다.A high temperature molten salt electrolytic apparatus according to an embodiment of the present invention includes a reaction chamber in which a molten salt is accommodated, a heating unit having a plurality of heaters installed on an outer surface of the reaction chamber, Wherein at least one of the plurality of heaters is operated to agitate the impurities and additive contained in the molten salt and the plurality of heaters are operated sequentially for at least one of precipitation of the impurities and concentration into the lower region It works.

본 발명의 일 실시예에 따른 고온 용융염 정제방법은 반응챔버 내에 수용되는 고온 용융염에 첨가제를 주입하고 가열부를 통해 용융염 내에 함유된 불순물과 첨가제를 반응시키는 단계와, 상기 가열부에 구비되는 복수개의 히터를 순차적으로 구동하여 불순물을 하부 영역으로 농축시켜거나 침전시키는 단계 및 상기 반응챔버의 하단부에 설치되는 하부커버를 개방하여 농축되거나 침전된 불순물을 배출하는 단계를 포함한다.
According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for purifying a hot molten salt, comprising the steps of: injecting an additive into a hot molten salt contained in a reaction chamber and reacting an additive contained in the molten salt with an additive through a heating unit; Sequentially driving the plurality of heaters to concentrate or precipitate the impurities into the lower region, and opening the lower cover provided at the lower end of the reaction chamber to discharge the concentrated or precipitated impurities.

최소한의 용융염을 배출하면서 용융염 내 용해성 또는 불용성 불순물을 분리할 수 있는 효과가 있다.
It is possible to separate the soluble or insoluble impurities in the molten salt while discharging the least amount of the molten salt.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 용융염 전해장치의 개략 구성도이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 용융염 전해장치를 이용한 고온 용융염 정제 방법을 설명하기 위한 설명도이다.1 is a schematic configuration diagram of a high-temperature molten salt electrolytic apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2 to 8 are explanatory diagrams for explaining a high temperature molten salt refining method using a high temperature molten salt electrolytic apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. The shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 용융염 전해장치의 개략 구성도이다.
1 is a schematic configuration diagram of a high-temperature molten salt electrolytic apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 용융염 전해장치(100)는 일예로서, 반응챔버(110), 덮개(120), 음극 바스킷(130), 양극(140), 기준전극(150), 가열부(160) 및 하부커버(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
1, a hot molten salt electrolytic apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a reaction chamber 110, a lid 120, a cathode basket 130, a cathode 140, An electrode 150, a heating unit 160, and a lower cover 170.

반응챔버(110)에는 고온의 용융염이 수용된다. 일예로서, 고온의 용융염은 알칼리 염화물 또는 불화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 반응챔버(110)는 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 깔때기 형상을 가질 수 있다. 일예로서, 반응챔버(110)는 원통 형상을 가지는 제1 원통부(112)와, 원통부(112)로부터 연장되어 깔때기 형상을 가지는 테이퍼부(114) 및 테이퍼부(114)로부터 연장 형성되는 제2 원통부(116)를 구비할 수 있다.The reaction chamber 110 receives a hot molten salt. As an example, the hot molten salt may consist of an alkali chloride or a fluoride. The reaction chamber 110 may have a funnel shape that becomes narrower toward the bottom. For example, the reaction chamber 110 includes a first cylindrical portion 112 having a cylindrical shape, a tapered portion 114 extending from the cylindrical portion 112 and having a funnel shape, and a tapered portion 114 extending from the tapered portion 114 Two cylindrical portions 116 may be provided.

그리고, 제2 원통부(116)의 직경은 제1 원통부(112)의 직경보다 작게 형성될 수 있다. 다만, 반응챔버(110)의 형상은 이에 한정되지 않으며, 반응챔버(110)는 제1 원통부(112)와 테이퍼부(114)로만 형성될 수도 있다.The diameter of the second cylindrical portion 116 may be smaller than the diameter of the first cylindrical portion 112. However, the shape of the reaction chamber 110 is not limited thereto, and the reaction chamber 110 may be formed only of the first cylindrical portion 112 and the tapered portion 114.

한편, 테이퍼부(114)와 제2 원통부(116)는 불순물이 침전되어 배출되도록 하는 역할을 수행하며, 제1 원통부(112)는 전해공정이 수행되는 역할을 수행한다.Meanwhile, the tapered portion 114 and the second cylindrical portion 116 serve to deposit and discharge impurities, and the first cylindrical portion 112 performs the electrolytic process.

일예로서, 반응챔버(110) 내에서 정련 및 제련되는 원료물질로는 알칼리 금속(Li, Mg, Na, K)과 경량금속 및 알루미늄 금속 또는 알루미늄 기반 합금, 고융점 희소금속인 티타늄, 탄탈륨, 니오븀, 세륨, 우라늄 염, 금속 우라늄, 사용 후 핵연료, 희토류 금속 또는 희토류 기반 합금 등일 수 있다.
As an example, raw materials to be refined and smelted in the reaction chamber 110 include alkali metals (Li, Mg, Na, K), light metal and aluminum metal or aluminum based alloys, titanium, tantalum, niobium , Cerium, uranium salts, uranium metal, spent nuclear fuel, rare earth metals or rare earth-based alloys, and the like.

덮개(120)는 반응챔버(110)의 상부에 설치되고 다수의 관통홀과 단열판을 가질 수 있다. 그리고, 관통홀을 통해 상기한 음극 바스킷(130), 양극(140), 기준전극(150)이 반응챔버(110)의 내에 수용된 고온 용융염 내에 침지될 수 있다.
The lid 120 is installed on the upper part of the reaction chamber 110 and may have a plurality of through holes and an insulating plate. The cathode bus bar 130, the anode 140, and the reference electrode 150 can be immersed in the hot molten salt accommodated in the reaction chamber 110 through the through holes.

음극 바스킷(130)은 전해환원의 대상이 되는 원료물질이 충진된 상태로 고온 용융염에 침지된다. 그리고, 음극 바스킷(130)의 하단부에는 원료물질과 용융염이 접촉하여 용해된 물질이 외부로 빠져 나갈 수 있도록 메쉬(Mash,132) 또는 다공성 금속막으로 이루어질 수 있다.
The cathode basket 130 is immersed in the hot molten salt in a state where the raw material to be subjected to electrolytic reduction is filled. The lower portion of the cathode basket 130 may be made of a mesh or a porous metal so that the molten salt comes into contact with the raw material to allow the dissolved material to escape to the outside.

양극(140)도 적어도 하단부가 반응챔버(110) 내에 수용된 용융염에 침지된다. 한편, 일예로서, 양극(140)은 기체 주입관(142)과 기체 배출관(144)을 구비할 수 있다. 그리고, 기체 주입관(142)으로는 비활성 기체, 예를 들어 아르곤(Ar) 기체를 공급하며, 기체 주입관(142)이 기체 배출관(144)에 비하여 양압을 유지하도록 하여 산소이온이 산화되어 양극(140)에서 발생하는 기체가 기체 주입관(142)을 통하여 공급되는 기체와 함께 기체 배출관(144)을 통하여 외부로 배출되도록 한다.
The anode 140 is also immersed in the molten salt at least the lower end thereof accommodated in the reaction chamber 110. Meanwhile, as an example, the anode 140 may include a gas injection tube 142 and a gas discharge tube 144. An inert gas such as argon (Ar) gas is supplied to the gas injection tube 142 so that the gas injection tube 142 maintains a positive pressure as compared with the gas discharge tube 144, The gas generated from the gas supply pipe 140 is discharged to the outside through the gas discharge pipe 144 together with the gas supplied through the gas injection pipe 142.

한편, 기준전극(150)도 반응챔버(110)의 내부에 수용된 용융염에 침지된다. 기준 전극(150)은 환원 전극(음극 및 양극)의 전위 측정을 위한 전극을 의미한다.
The reference electrode 150 is also immersed in the molten salt contained in the reaction chamber 110. The reference electrode 150 means an electrode for measuring the potential of the reduction electrode (cathode and anode).

가열부(160)는 반응챔버(110)의 외부면에 설치되는 복수개의 히터(162,164,166,168)를 구비한다. 한편, 가열부(160)는 일예로서, 제1 원통부(112)의 외면에 설치되는 제1 히터(162)와, 테이퍼부(114)의 외면 상단부에 설치되는 제2 히터(164)와, 테이퍼부(114)의 외면 하단부에 설치되는 제3 히터(166) 및 제2 원통부(116)의 외면에 설치되는 제4 히터(168)를 구비할 수 있다.The heating unit 160 includes a plurality of heaters 162, 164, 166, 168 mounted on the outer surface of the reaction chamber 110. The heating unit 160 includes a first heater 162 mounted on the outer surface of the first cylindrical portion 112, a second heater 164 mounted on the upper end of the outer surface of the tapered portion 114, A third heater 166 provided at the lower end of the outer surface of the tapered portion 114 and a fourth heater 168 provided at the outer surface of the second cylindrical portion 116.

한편, 본 실시예에서는 가열부(160)가 제1 내지 4 히터(162,164,166,168)로 구성되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 가열부(160)에 구비되는 히터의 개수는 변경 가능할 것이다.In the present embodiment, the heating unit 160 includes the first to fourth heaters 162, 164, 166, and 168, but the number of the heaters included in the heating unit 160 may be changed.

제1 히터(162)는 전해공정이 수행되는 경우 반응챔버(110) 내에 수용되는 용융염을 가열하는 역할을 수행한다. 즉, 전해공정이 수행되는 경우 제1 히터(162)만이 구동되어 용융염을 가열한다. 한편, 불순물이 용융염 내에 포화되는 경우 용융염 내에 첨가제가 주입된다. 이때, 제1 히터(162)는 불순물과 첨가제가 반응되도록 첨가제와 용융염이 교반될 수 있도록 구동된다.The first heater 162 serves to heat the molten salt contained in the reaction chamber 110 when the electrolytic process is performed. That is, when the electrolytic process is performed, only the first heater 162 is driven to heat the molten salt. On the other hand, when the impurities are saturated in the molten salt, the additive is injected into the molten salt. At this time, the first heater 162 is driven so that the additive and the molten salt can be stirred so that the impurity and the additive are reacted.

그리고, 제1 히터(162)는 불순물의 농축 또는/및 침전이 완료되면 농축되거나 침전된 불순물이 제1 원통부(112)로부터 테이퍼부(114)로 유동되도록 하기 위해 서냉구동될 수 있다.Then, the first heater 162 can be driven to cool slowly so that the concentrated or settled impurities can flow from the first cylindrical portion 112 to the tapered portion 114 when the concentration and / or precipitation of the impurities are completed.

이후, 제1 히터(162)는 구동 정지된다.Thereafter, the first heater 162 is stopped.

또한, 제2 히터(164)는 제1 히터(162)와 함께 불순물과 첨가제가 반응되도록 첨가제와 용융염이 교반될 수 있도록 구동된다. 그리고, 농축된 불순물이 제1 원통부(112)로부터 테이퍼부(114)로 침전될 때 제2 히터(164)는 구동된다. 즉, 제1 히터(162)가 서냉구동될 때 제2 히터(164)는 정상 구동된다. 이에 따라, 농축되거나 침전된 불순물이 제1 원통부(112)로부터 테이퍼부(114)의 상단부로 유동된다.Further, the second heater 164 is driven together with the first heater 162 so that the additive and the molten salt can be stirred so that the additive and the additive are reacted. Then, the second heater 164 is driven when the concentrated impurities are precipitated from the first cylindrical portion 112 to the tapered portion 114. [ That is, the second heater 164 is normally driven when the first heater 162 is driven to cool down. Thus, the concentrated or settled impurity flows from the first cylindrical portion 112 to the upper end of the tapered portion 114.

한편, 제2 히터(164)는 농축되거나 침전된 불순물이 테이퍼부(114)의 상단부로부터 하단부로 유동되도록 서냉구동될 수 있다. 이때, 제3 히터(166)가 정상 구동된다.On the other hand, the second heater 164 can be driven to cool slowly so that the concentrated or precipitated impurity flows from the upper end portion of the tapered portion 114 to the lower end portion. At this time, the third heater 166 is normally driven.

그리고, 농축되거나 침전된 불순물이 테이퍼부(114)로부터 제2 원통부(116)로 유동되도록 제3 히터(166)와 함께 제4 히터(168)가 정상 구동된다. 이때, 제2 히터(164)는 구동정지된다.The fourth heater 168 is normally driven together with the third heater 166 so that concentrated or precipitated impurities flow from the tapered portion 114 to the second cylindrical portion 116. At this time, the second heater 164 is stopped.

그리고, 제3 히터(166)와 제4 히터(168)는 농축되거나 침전된 불순물이 반응챔버(110)로부터 배출될때까지 정상 구동된다.The third heater 166 and the fourth heater 168 are normally driven until the concentrated or precipitated impurities are discharged from the reaction chamber 110.

한편, 불순물의 침전에 대하여 살펴보면, 불용성 핵종 생성물은 가열부(160)의 구동에 의해 침전이 일어나고, 용해성 불순물은 존-프리징(zone-freezing) 효과를 통해 용융염 하부영역으로 이동되면서 농축되어 불순물이 용융염에서 분리될 수 있다.On the other hand, as for the precipitation of the impurities, the insoluble radionuclide product is precipitated by the driving of the heating unit 160, and the soluble impurities are concentrated to the molten salt lower region through the zone-freezing effect Impurities can be separated from the molten salt.

한편, 제1 내지 제4 히터(162,164,166,168)는 제어부(미도시)에 연결되며, 제어부에 의해 제1 내지 제4 히터(162,164,166,168)의 구동이 제어될 수 있다.The first to fourth heaters 162, 164, 166 and 168 are connected to a control unit (not shown), and the driving of the first to fourth heaters 162, 164, 166 and 168 can be controlled by the control unit.

일예로서, 불순물로는 희유금속 또는 유가금속 이외의 금속 또는 부식생성물인 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 등일 수 있으며, 원료물질을 통해 회수하는 금속이 어떤 금속이냐에 따라 불순물은 다양한 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 불순물은 원료물질의 정련/제련 후 잔류하는 불순물과 고온의 용융염 조건에서 발생되는 부식성 불순물 등으로 이루어질 수 있다.For example, the impurities may be iron (Fe), chromium (Cr), nickel (Ni) or the like, which is a metal or a corrosion product other than rare metals or valuable metals. Depending on what kind of metal is recovered through the raw material, Can be made of various materials. That is, the impurities may be composed of residual impurities after refining / smelting of the raw material and corrosive impurities generated in a high temperature molten salt condition.

한편, 일예로서, 첨가제는 알칼리 산화물 또는 탄산화물일 수 있다.
On the other hand, as an example, the additive may be an alkali oxide or a carbonate.

하부커버(170)는 반응챔버(110)의 하단부에 설치되며, 불순물이 반응챔버(110)로부터 배출되도록 반응챔버(110)의 하단부를 개방한다. 한편, 하부커버(170)에는 냉각유체가 순환되는 냉각유로(미도시)가 형성될 수 있다. 냉각유로에는 냉각수 또는 냉각가스를 순환시켜 하부커버(170)가 100℃ 이하로 유지되도록 하여 하부커버(170)에 닿는 용융염이 급냉조건에서 굳도록 함으로써 반응기 하부의 개폐를 용이하게 한다.The lower cover 170 is installed at the lower end of the reaction chamber 110 and opens the lower end of the reaction chamber 110 so that impurities are discharged from the reaction chamber 110. On the other hand, a cooling passage (not shown) through which the cooling fluid is circulated may be formed in the lower cover 170. Cooling water or a cooling gas is circulated through the cooling passage so that the lower cover 170 is maintained at 100 ° C or lower so that the molten salt contacting the lower cover 170 is hardened under a quenching condition to facilitate the opening and closing of the lower portion of the reactor.

한편, 하부커버(170)는 냉각유체 공급관(102)에 연결될 수 있다.
On the other hand, the lower cover 170 may be connected to the cooling fluid supply pipe 102.

그리고, 반응챔버(110)의 하부에는 불순물의 회수를 위한 회수용기(104)가 구비될 수 있다. 즉, 상기한 바와 같이 농축된 불순물이 용융염과 함께 배출되는 경우 불순물은 회수용기(104)에 수용된다.
A recovery container 104 for recovering impurities may be provided in the lower portion of the reaction chamber 110. That is, when the concentrated impurities are discharged together with the molten salt as described above, the impurities are accommodated in the recovery container 104.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 용융염 전해 장치(100)에 구비되는 덮개(120), 음극 바스킷(130), 양극(140), 기준전극(150)은 용융염 정제 시 반응챔버(110)로부터 분리될 수 있다.
The lid 120, the cathode basket 130, the anode 140, and the reference electrode 150 provided in the high-temperature molten salt electrolysis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may be used in a high- (Not shown).

상기한 바와 같이, 제1 히터 내지 제4 히터(162,164,166,168)를 구비하는 가열부(160)를 통해 고온 용융염 내에 함유된 불순물을 농축시키거나 침전시킴으로써 용융염의 일부만을 배출하여 고온 용융염 내에 함유된 불순물을 반응챔버(110)로부터 배출시킬 수 있다.
As described above, only a part of the molten salt is discharged by concentrating or precipitating the impurities contained in the hot molten salt through the heating part 160 having the first to fourth heaters 162, 164, 166 and 168, The impurities can be discharged from the reaction chamber 110.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 용융염 정제 방법에 대하여 설명하기로 한다.
Hereinafter, a method for purifying a hot molten salt according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 2 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고온 용융염 전해장치를 이용한 고온 용융염 정제 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
FIGS. 2 to 8 are explanatory diagrams for explaining a high temperature molten salt refining method using a high temperature molten salt electrolytic apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 초기에는 반응챔버(110) 내에 용융염이 수용되고, 용융염 내에는 불순물이 함유되어 있지 않고 순수한 용융염이 반응챔버(110) 내에 수용된다.As shown in FIG. 2, molten salt is initially accommodated in the reaction chamber 110, and pure molten salt is contained in the reaction chamber 110 without containing impurities in the molten salt.

이후, 도 3에 도시된 바와 같이, 전해공정이 수행되는 경우 반응챔버(110) 내에 수용된 용융염 내에 불순물이 함유된다. 그리고, 전해공정이 수행될 때 가열부(160)의 제1 히터(162)를 정상 구동시킨다. 제1 히터(162)는 반응챔버(110)에 수용되는 용융염을 가열하는 역할을 수행한다.Thereafter, as shown in FIG. 3, impurities are contained in the molten salt contained in the reaction chamber 110 when an electrolytic process is performed. When the electrolytic process is performed, the first heater 162 of the heating unit 160 is normally driven. The first heater 162 serves to heat the molten salt contained in the reaction chamber 110.

이후, 도 4에 도시된 바와 같이, 전해공정의 계속적 수행으로 인하여 반응챔버(110) 내에 수용된 용융염 내에 불순물이 포화된다. 이때, 제1 히터(162)는 계속해서 정상 구동된다.Thereafter, as shown in Fig. 4, impurities are saturated in the molten salt contained in the reaction chamber 110 due to continuous execution of the electrolytic process. At this time, the first heater 162 continues to be normally driven.

이후, 불순물의 하부 영역으로의 농축 또는 침전을 위해 첨가제가 반응챔버(110) 내에 주입된다. 이후, 첨가제와 불순물의 반응을 위해 첨가제가 주입된 용융염을 교반시킨다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 히터(162)와 제2 히터(164)가 정상 구동된다.Thereafter, an additive is injected into the reaction chamber 110 for concentration or precipitation into the lower region of the impurity. Thereafter, the molten salt into which the additive is injected is stirred for the reaction of the additive and the impurity. At this time, as shown in FIG. 5, the first heater 162 and the second heater 164 are normally driven.

이후, 도 6에 도시된 바와 같이, 농축되거나 침전된된 불순물이 반응챔버(110)의 테이퍼부(114)로 유동된다. 이때, 제1 히터(162)는 서냉구동되며, 제2 히터(164)는 정상 구동된다.Thereafter, as shown in FIG. 6, concentrated or precipitated impurities flow into the tapered portion 114 of the reaction chamber 110. At this time, the first heater 162 is driven to cool slowly, and the second heater 164 is normally driven.

한편, 불순물의 침전에 대하여 살펴보면, 불용성 핵종 생성물은 가열부(160)의 구동에 의해 침전이 일어나고, 용해성 불순물은 존-프리징(zone-freezing) 효과를 통해 용융염 하부영역으로 이동되면서 농축되어 불순물이 용융염에서 분리될 수 있다.On the other hand, as for the precipitation of the impurities, the insoluble radionuclide product is precipitated by the driving of the heating unit 160, and the soluble impurities are concentrated to the molten salt lower region through the zone-freezing effect Impurities can be separated from the molten salt.

이후, 도 7에 도시된 바와 같이, 농축되거나 침전된 불순물이 반응챔버(110)의 테이퍼부(114) 상단부로부터 하단부로 유동된다. 이때, 제1 히터(162)는 구동정지되고, 제2 히터(164)는 서냉구동되며, 제3 히터(166)가 정상 구동된다. 그리고, 제4 히터(166)는 구동되지 않은 상태를 유지한다.Thereafter, as shown in FIG. 7, concentrated or precipitated impurities flow from the upper end portion of the tapered portion 114 of the reaction chamber 110 to the lower end portion. At this time, the first heater 162 is stopped, the second heater 164 is slowly cooled, and the third heater 166 is normally driven. Then, the fourth heater 166 remains in an un-driven state.

이후, 도 8에 도시된 바와 같이, 농축되거나 침전된 불순물이 함유된 용융염이 반응챔버(110)의 하부로 배출된다. 이때, 하부커버(170)가 반응챔버(110)의 하부를 개방한다.Thereafter, as shown in FIG. 8, the molten salt containing the concentrated or precipitated impurities is discharged to the lower portion of the reaction chamber 110. At this time, the lower cover 170 opens the lower portion of the reaction chamber 110.

그리고, 불순물이 배출될 때, 제3 히터(166)와 제4 히터(168)가 정상 구동된다.When the impurities are discharged, the third heater 166 and the fourth heater 168 are normally driven.

한편, 하부커버(170)에 구비되는 냉각유로(미도시)에는 냉각수 또는 냉각가스를 순환시켜 하부커버(170)가 100℃ 이하로 유지되도록 하여 하부커버(170)에 닿는 용융염이 급냉조건에서 굳도록 함으로써 반응기 하부의 개폐를 용이하게 수행할 수 있다.
The lower cover 170 circulates cooling water or cooling gas to the cooling passage (not shown) provided in the lower cover 170 so that the lower cover 170 is kept at 100 ° C or lower, So that opening and closing of the lower portion of the reactor can be easily performed.

상기한 바와 같이, 제1 내지 제4 히터(162,164,166,168)를 순차적으로 구동하여 최소한의 용융염을 배출하면서 용융염 내 용해성 또는 불용성 불순물을 분리할 수 있다.
As described above, the first to fourth heaters 162, 164, 166 and 168 are sequentially driven to discharge the minimum amount of molten salt while separating the soluble or insoluble impurities in the molten salt.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 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, but, on the contrary, It will be obvious to those of ordinary skill in the art.

100 : 고온 용융염 전해장치
110 : 반응챔버
120 : 덮개
130 : 음극 바스킷
140 : 양극
150 : 기준전극
160 : 가열부
170 : 하부커버100: High temperature molten salt electrolytic apparatus
110: reaction chamber
120: Cover
130: cathode basket
140: anode
150: reference electrode
160:
170: Lower cover

Claims (11)

용융염이 수용되는 반응챔버;
상기 반응챔버의 외부면에 설치되는 복수개의 히터를 구비하는 가열부; 및
상기 반응챔버의 하단부에 설치되는 하부커버;
를 포함하며,
상기 복수개의 히터 중 적어도 하나가 용융염 내에 함유되는 불순물과 첨가제를 교반시키기 위해 작동되고, 상기 불순물의 침전 및 하부 영역으로의 농축 중 적어도 하나를 위해, 상기 불순물이 이동하는 위치에 따라 상기 복수개의 히터가 순차적으로 작동하는 고온 용융염 전해장치.
A reaction chamber in which the molten salt is accommodated;
A heating unit having a plurality of heaters installed on an outer surface of the reaction chamber; And
A lower cover installed at a lower end of the reaction chamber;
/ RTI >
Wherein at least one of the plurality of heaters is operated to stir the additive and the impurities contained in the molten salt and for at least one of precipitation of the impurity and concentration into the lower region, A hot molten salt electrolytic apparatus in which heaters operate sequentially.
제1항에 있어서,
상기 반응챔버는 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 깔때기 형상을 가지는 고온 용융염 전해장치.
The method according to claim 1,
Wherein the reaction chamber has a funnel shape having a smaller width as it goes downward.
제2항에 있어서,
상기 반응챔버는 원통 형상을 가지는 제1 원통부와, 상기 제1 원통부로부터 연장되어 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 깔때기 형상을 가지는 테이퍼부와, 상기 테이퍼부로부터 연장 형성되는 제2 원통부를 구비하는 고온 용융염 전해장치.
3. The method of claim 2,
The reaction chamber includes a first cylindrical portion having a cylindrical shape, a tapered portion extending from the first cylindrical portion and having a funnel shape that becomes narrower toward the bottom, and a second cylindrical portion extending from the tapered portion High temperature molten salt electrolytic apparatus.
제3항에 있어서,
상기 가열부는 상기 제1 원통부의 외면에 설치되는 제1 히터와, 상기 테이퍼부의 외면 상단부에 설치되는 제2 히터와, 상기 테이퍼부의 외면 하단부에 설치되는 제3 히터 및 상기 제2 원통부의 외면에 설치되는 제4 히터를 구비하는 고온 용융염 전해장치.
The method of claim 3,
The heating unit includes a first heater installed on an outer surface of the first cylindrical portion, a second heater installed on an upper end of an outer surface of the tapered portion, a third heater provided on a lower end of the outer surface of the tapered portion, And a second heater connected to the second heater.
제4항에 있어서,
상기 반응챔버에 저장되는 용융염 내에 함유되는 불순물과 첨가제의 교반을 위해 상기 제1 히터와 상기 제2 히터가 구동되며,
제2 내지 4 히터는 불순물의 하부 영역으로의 농축 및 침전 중 적어도 하나를 위해 순차적으로 구동되는 고온 용융염 전해장치.
5. The method of claim 4,
The first heater and the second heater are driven to stir the additive and the additive contained in the molten salt stored in the reaction chamber,
And the second to fourth heaters are sequentially driven for at least one of concentration and precipitation of the impurities into the lower region.
제1항에 있어서,
상기 하부커버에는 냉각유체가 순환되는 냉각유로가 형성되는 고온 용융염 전해장치.
The method according to claim 1,
Wherein a cooling flow path through which the cooling fluid is circulated is formed in the lower cover.
반응챔버 내에 수용되는 고온 용융염에 첨가제를 주입하고 가열부에 구비되는 복수개의 히터 중 적어도 하나를 통해 용융염 내에 함유된 불순물과 첨가제를 반응시키는 단계;
상기 가열부에 구비되는 복수개의 히터를 상기 불순물이 이동하는 위치에 따라 순차적으로 구동하여 불순물을 하부영역으로 농축시키거나 침전시키는 단계; 및
상기 반응챔버의 하단부에 설치되는 하부커버를 개방하여 농축되거나 침전된 불순물을 배출하는 단계;
를 포함하는 고온 용융염 정제방법.
Injecting an additive into the hot molten salt accommodated in the reaction chamber and reacting the additive contained in the molten salt with the additive through at least one of the plurality of heaters provided in the heating unit;
Sequentially driving the plurality of heaters provided in the heating unit according to a position where the impurities move, thereby concentrating or precipitating the impurities into the lower region; And
Opening a lower cover provided at a lower end of the reaction chamber to discharge concentrated or precipitated impurities;
≪ / RTI >
제7항에 있어서,
상기 반응챔버는 원통 형상을 가지는 제1 원통부와, 상기 원통부로부터 연장되어 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 깔때기 형상을 가지는 테이퍼부와, 상기 테이퍼부로부터 연장 형성되는 제2 원통부를 구비하고,
상기 가열부는 상기 제1 원통부의 외면에 설치되는 제1 히터와, 상기 테이퍼부의 외면 상단부에 설치되는 제2 히터와, 상기 테이퍼부의 외면 하단부에 설치되는 제3 히터 및 상기 제2 원통부의 외면에 설치되는 제4 히터를 구비하는 고온 용융염 정제방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the reaction chamber includes a first cylindrical portion having a cylindrical shape, a tapered portion extending from the cylindrical portion and having a funnel shape becoming narrower toward the bottom, and a second cylindrical portion extending from the tapered portion,
The heating unit includes a first heater installed on an outer surface of the first cylindrical portion, a second heater installed on an upper end of an outer surface of the tapered portion, a third heater provided on a lower end of the outer surface of the tapered portion, And a fourth heater disposed downstream of the first heater.
제8항에 있어서,
상기 불순물과 첨가제를 반응시키는 단계는 상기 가열부에 구비되는 제1,2 히터가 상기 고온 용융염을 가열하는 고온 용융염 정제방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the step of reacting the impurities with the additive heats the high-temperature molten salt by the first and second heaters provided in the heating unit.
제8항에 있어서,
상기 불순물을 하부영역으로 농축시키거나 침전시키는 단계는
상기 제1 히터의 서냉구동 및 상기 제2 히터의 구동단계;
상기 제1 히터의 구동정지와 상기 제2 히터의 서냉구동 및 상기 제2 히터의 하부에 배치되는 제3 히터의 구동단계; 및
상기 제2 히터의 구동정지 및 상기 제3 히터 및 상기 제3 히터의 하부에 배치되는 제4 히터의 구동단계;
를 구비하는 고온 용융염 정제 방법.
9. The method of claim 8,
The step of concentrating or precipitating the impurities into the lower region
The slow cooling drive of the first heater and the driving of the second heater;
A driving stop of the first heater, a slow cooling drive of the second heater, and a driving of a third heater disposed under the second heater; And
A driving stop of the second heater and a driving of a fourth heater disposed under the third heater and the third heater;
And a high-temperature molten salt refining method.
제10항에 있어서,
상기 농축되거나 침전된 불순물을 배출하는 단계는 상기 반응챔버의 하단부에 설치되는 하부커버를 개방하여 수행되며,
상기 하부커버의 개방 시 상기 제3 히터와 상기 제4 히터가 구동되는 고온 용융염 정제 방법.
11. The method of claim 10,
The step of discharging the concentrated or precipitated impurities is performed by opening a lower cover provided at a lower end of the reaction chamber,
And the third heater and the fourth heater are driven when the lower cover is opened.
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KR100861262B1 (en) * 2007-06-29 2008-10-01 한국원자력연구원 Reuse method of radioactive waste salt and the apparatus thereof

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