KR102628029B1 - Salt separation system and thereof method - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 산화물 등의 입자들과 혼합된 염에서 염을 용이하게 분리 제거하여 산화물 입자들의 염잔류량을 저감시킬 수 있는 염 분리장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 염 분리장치는 상부가 개구된 구조를 갖고 길이방향을 따라 길게 구비되어 내부에 증발영역과 응축영역을 갖는 증류탑, 증류탑의 상부에 결합되어 증류탑의 상부를 개폐하며, 증류탑 내부의 압력을 유지하는 커버부, 증류탑의 내부에서 증발영역에 구비되는 증류 도가니, 산화물에 함유된 염이 표면에 코팅되는 구조를 갖고 증류 도가니 내부로 수용되는 증발부, 그리고 증발영역에 구비되어 미리 설정된 염 분리온도로 증류탑을 가열하여 염 분리 분위기를 형성하는 가열부를 포함한다.One embodiment of the present invention is to provide a salt separation device and method that can easily separate and remove salt from salt mixed with particles such as oxides, thereby reducing the amount of salt remaining in oxide particles. The salt separation device according to an embodiment of the present invention has a structure with an open top and is provided long along the longitudinal direction, and has an evaporation area and a condensation area therein. It is coupled to the top of the distillation column and opens and closes the top of the distillation column, A cover part that maintains the pressure inside the distillation tower, a distillation crucible provided in the evaporation area inside the distillation tower, an evaporation part that has a structure in which the salt contained in the oxide is coated on the surface and is received inside the distillation crucible, and a distillation crucible provided in the evaporation area. It includes a heating unit that heats the distillation column to a preset salt separation temperature to form a salt separation atmosphere.
Description
본 발명은 염 분리장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a salt separation device and method.
사용후핵연료의 효율적인 처분을 위한 대안처분기술이 개발되고 있다. 대안처분을 위하여 스트론튬(Sr), 세슘(Cs) 같은 고방열 핵종들을 제거 후 우라늄을 분리하여 우라늄 산화물(UOx)과 희토류-초우라늄(TRU) 산화물(REOx-TRUOx) 블록(block)을 각각 제조하는 연구가 수행되고 있다.Alternative disposal technologies are being developed for efficient disposal of spent nuclear fuel. For alternative disposal, high heat dissipation nuclides such as strontium (Sr) and cesium (Cs) are removed and uranium is separated to produce uranium oxide (UOx) and rare earth-transuranium (TRU) oxide (REOx-TRUOx) blocks, respectively. Research is being conducted.
우라늄 산화물과 희토류-TRU 산화물은 회수하여 처분을 위한 블록으로 제조한다. 회수한 산화물 입자층에는 분리과정에서 사용된 공정염이 잔류하며 이 염은 산화물 블록을 제조하기 전에 제거되어야 한다. 염의 제거공정 중에서 가장 효율적인 방법으로 진공 증류방법을 들 수 있다. 진공 증류방법은 화학물질의 첨가가 없으며, 공정 및 장치가 단순하고, 2차 폐기물의 발생량이 매우 적다는 장점이 있다.Uranium oxide and rare earth-TRU oxide are recovered and manufactured into blocks for disposal. The process salt used in the separation process remains in the recovered oxide particle layer, and this salt must be removed before manufacturing the oxide block. Among the salt removal processes, the most efficient method is vacuum distillation. The vacuum distillation method has the advantage of not adding chemicals, having simple processes and equipment, and generating very little secondary waste.
우라늄 산화물과 희토류-TRU 산화물을 취급하는 공정에 사용되는 염은 보통 염화리튬(LiCl)과 염화칼륨(KCl)의 혼합물인 LiCl-KCl 공정염이 고려되고 있다. LiCl-KCl 공정염은 비교적 증기압이 커서 증발이 잘 일어난다. 그러나 산화물 입자의 기공 내부에 들어 있는 염과 분말층이 두꺼우면 입자사이에 남은 미량의 염은 잘 증발이 안된다. 즉 산화물 분말과 혼합된 염의 대부분은 증발이 잘 이루어지나 분말층 하단에 포함되어 있는 부분은 염의 증기가 외부로 잘 배출되지 못하여 소량의 염이 남아 있게 된다. 이를 해결하려면 증류장치 조업 시간을 크게 늘리고 조업온도를 높여야 해서 비효율적이다. 또한 증류대상 염의 양을 줄이기 위해 공정염 내부에서 산화물(oxide) 입자를 침전, 분리시키는 연구도 수행되고 있으나 효율적인 방법은 아직 개발되어 있지 않다.The salt used in processes handling uranium oxide and rare earth-TRU oxide is usually considered LiCl-KCl eutectic salt, which is a mixture of lithium chloride (LiCl) and potassium chloride (KCl). LiCl-KCl eutectic salt has a relatively large vapor pressure, so evaporation occurs easily. However, if the salt and powder layer contained inside the pores of the oxide particles is thick, the trace amounts of salt remaining between the particles are difficult to evaporate. In other words, most of the salt mixed with the oxide powder evaporates well, but in the part contained at the bottom of the powder layer, the salt vapor is not easily discharged to the outside, so a small amount of salt remains. To solve this problem, the distillation equipment operating time must be significantly increased and the operating temperature must be increased, which is inefficient. In addition, research is being conducted to precipitate and separate oxide particles within the process salt to reduce the amount of salt to be distilled, but an efficient method has not yet been developed.
관련 선행문헌으로 한국등록특허 1,998,602는 "염증류장치 및 방법"을 개시한다.As a related prior document, Korean Patent No. 1,998,602 discloses “Salt distillation apparatus and method.”
본 발명의 일 실시예는 산화물 등의 입자들과 혼합된 염에서 염을 용이하게 분리 제거하여 산화물 입자들의 염잔류량을 저감시킬 수 있는 염 분리장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a salt separation device and method that can easily separate and remove salt from salt mixed with particles such as oxides, thereby reducing the amount of salt remaining in oxide particles.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.In addition to the above tasks, embodiments according to the present invention can be used to achieve other tasks not specifically mentioned.
본 발명의 일 실시예에 따른 염 분리장치는 상부가 개구된 구조를 갖고 길이방향을 따라 길게 구비되어 내부에 증발영역과 응축영역을 갖는 증류탑, 증류탑의 상부에 결합되어 증류탑의 상부를 개폐하며, 증류탑 내부의 압력을 유지하는 커버부, 증류탑의 내부에서 증발영역에 구비되는 증류 도가니, 산화물에 함유된 염이 표면에 코팅되는 구조를 갖고 증류 도가니 내부로 수용되는 증발부, 그리고 증발영역에 구비되어 미리 설정된 염 분리온도로 증류탑을 가열하여 염 분리 분위기를 형성하는 가열부를 포함한다.The salt separation device according to an embodiment of the present invention has a structure with an open top and is provided long along the longitudinal direction, and has an evaporation area and a condensation area therein. It is coupled to the top of the distillation column and opens and closes the top of the distillation column, A cover part that maintains the pressure inside the distillation tower, a distillation crucible provided in the evaporation area inside the distillation tower, an evaporation part that has a structure in which the salt contained in the oxide is coated on the surface and is received inside the distillation crucible, and a distillation crucible provided in the evaporation area. It includes a heating unit that heats the distillation column to a preset salt separation temperature to form a salt separation atmosphere.
본 발명의 일 실시예에 따른 염 분리방법은 산화물에 함유된 염이 담긴 염용기를 가열하여 용융염을 형성하는 용융염 용융단계, 증발부를 염용기에 침지시켜 증발부 표면에 용융염을 코팅시키는 염 코팅단계, 증류탑의 커버부를 열고 표면에 코팅염이 부착된 증발부를 증류 도가니에 장착 후 커버부를 닫고 염 증류를 준비하는 염 증류 준비단계, 진공부와 가열부를 가동하여 증류탑의 내부 압력과 온도를 조절하여 증발부의 코팅염을 증발시키는 염 증발단계, 가열부의 가동을 중지하여 증류탑을 자연 냉각시키는 냉각단계, 그리고 증류탑이 냉각되면 산화물을 회수하는 산화물 회수단계를 포함한다.The salt separation method according to an embodiment of the present invention includes a molten salt melting step of heating a salt container containing salt contained in an oxide to form a molten salt, immersing the evaporation portion in the salt container, and coating the surface of the evaporation portion with molten salt. Salt coating step, open the cover of the distillation column, install the evaporation section with the coating salt attached to the surface into the distillation crucible, close the cover, and prepare for salt distillation. Salt distillation preparation step, operate the vacuum section and heating section to adjust the internal pressure and temperature of the distillation column. It includes a salt evaporation step in which the coating salt of the evaporation section is evaporated by adjusting the evaporation section, a cooling step in which the distillation column is naturally cooled by stopping the operation of the heating section, and an oxide recovery step in which the oxide is recovered when the distillation column is cooled.
본 발명의 일 실시예는 증발부와 증류 도가니를 세트로 장착하여 산화물 등의 입자들과 혼합된 염에서 증발부의 표면에 코팅된 코팅염을 용이하게 분리 제거하여 산화물 입자들의 염잔류량을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.One embodiment of the present invention is equipped with an evaporation unit and a distillation crucible as a set to easily separate and remove the coating salt coated on the surface of the evaporation unit from the salt mixed with particles such as oxide, thereby reducing the amount of salt remaining in the oxide particles. There is an effect.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 염 분리장치를 도시한 도면이다.
도 2는 증발부가 봉재의 다발 형태로 연결된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 산화물이 함유된 용융염을 저장하는 염용기에 증발부가 침지되어 봉재에 코팅염이 부착되는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 코팅염이 부착된 증발부가 증류 도가니 내부로 이동된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 봉재의 표면에 요철부가 형성된 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 염 분리방법을 도시한 흐름도이다.1 is a diagram showing a salt separation device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing a state in which the evaporation unit is connected in the form of a bundle of rods.
Figure 3 is a diagram showing a state in which the evaporation part is immersed in a salt container storing molten salt containing oxide and the coating salt is attached to the bar.
Figure 4 is a diagram showing a state in which the evaporation unit with the coating salt attached is moved into the distillation crucible.
Figure 5 is a diagram showing a state in which uneven portions are formed on the surface of a bar.
Figure 6 is a flow chart showing a salt separation method according to an embodiment of the present invention.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.With reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are used for identical or similar components throughout the specification. Additionally, in the case of well-known and well-known technologies, detailed descriptions thereof are omitted.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.
이하에서는 도면들을 참조하여 염 분리장치 및 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the salt separation device and method will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 염 분리장치를 도시한 도면이며, 도 2는 증발부가 봉재의 다발 형태로 연결된 상태를 도시한 도면이다. 그리고 도 3은 산화물이 함유된 용융염을 저장하는 염용기에 증발부가 침지되어 봉재에 코팅염이 부착되는 상태를 도시한 도면이며, 도 4는 코팅염이 부착된 증발부가 증류 도가니(30) 내부로 이동된 상태를 도시한 도면이다. 그리고 도 5는 봉재의 표면에 요철부가 형성된 상태를 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 염 분리장치는 증류탑(10), 커버부(12), 증류 도가니(30), 증발부(100), 가열부(20)를 포함하며, 증발부(100)와 증류 도가니(30)를 세트로 장착하여 증발부(100)의 표면에 코팅된 코팅염(210a)을 분리시켜 산화물 입자들에 포함된 염(salt)의 잔류량을 감소시킬 수 있다. 산화물은 미세 분말 형태로 분산되어 구비되며, 산화물이 함유된 용융염(210)을 저장하는 염용기(200)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 산화물은 우라늄 산화물을 포함할 수 있다. 증발부(100)를 산화물이 미세 분말 형태로 분산되어 있는 염용기(200)에 담근 후 꺼내어 증류 도가니(30)에 넣고 증발부(100)에 코팅된 코팅염(210a)을 증발시킬 수 있다.Figure 1 is a diagram showing a salt separation device according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a diagram showing a state in which the evaporation unit is connected in the form of a bundle of rods. And Figure 3 is a diagram showing a state in which the evaporation part is immersed in a salt container storing molten salt containing oxide and the coating salt is attached to the rod, and Figure 4 shows the evaporation part to which the coating salt is attached inside the distillation crucible 30. This is a diagram showing the state in which it has been moved to . And Figure 5 is a diagram showing a state in which uneven portions are formed on the surface of a bar. 1 to 5, the salt separation device according to an embodiment of the present invention includes a distillation tower 10, a cover part 12, a distillation crucible 30, an evaporation part 100, and a heating part 20. In addition, the evaporation unit 100 and the distillation crucible 30 are installed as a set to separate the coating salt 210a coated on the surface of the evaporation unit 100 to reduce the residual amount of salt contained in the oxide particles. You can do it. The oxide is dispersed in the form of a fine powder, and may further include a salt container 200 for storing molten salt 210 containing the oxide. Here, the oxide may include uranium oxide. The evaporation unit 100 may be immersed in a salt container 200 in which oxides are dispersed in the form of fine powder, then taken out and placed in a distillation crucible 30, and the coating salt 210a coated on the evaporation unit 100 may be evaporated.
증류탑(10)은 상부가 개구된 구조를 갖고 길이방향을 따라 길게 구비되어 내부에 증발영역(10a)과 응축영역(10b)을 갖는다. 증류탑(10)의 길이방향을 따라 상부에 구비되는 증발영역(10a)과 하부에 구비되는 응축영역(10b)은 상호 연통될 수 있다. The distillation column 10 has a structure with an open top, is provided long along the longitudinal direction, and has an evaporation region 10a and a condensation region 10b therein. The evaporation zone 10a provided at the top and the condensation zone 10b provided at the bottom along the longitudinal direction of the distillation column 10 may be in communication with each other.
증류탑(10) 내부에는 증류 도가니(30)의 하부에서 증발영역(10a)과 응축영역(10b)을 구분하는 위치에 설치되어 증발영역(10a)과 응축영역(10b)의 열구배를 조절하는 방열부(40)를 더 포함할 수 있다. 방열부(40)는 증류 도가니(30) 내부에 분리된 염의 배출경로를 형성할 수 있다. 방열부(40)는 판 형상으로 형성되어 증류 도가니(30)의 하부에 구비될 수 있다. 방열부(40)는 염의 원활한 배출을 위하여 중앙부에 배출홀을 구비할 수 있으며, 염의 용이한 배출을 구현하기 위해 중앙부를 향해 경사진 구조로 형성될 수 있다.Inside the distillation tower 10, a heat dissipation device is installed at a position separating the evaporation area 10a and the condensation area 10b at the bottom of the distillation crucible 30 to control the heat gradient between the evaporation area 10a and the condensation area 10b. It may further include a unit 40. The heat dissipation unit 40 may form an discharge path for the separated salt within the distillation crucible 30. The heat dissipation part 40 may be formed in a plate shape and provided at the lower part of the distillation crucible 30. The heat dissipation unit 40 may have a discharge hole in the center for smooth discharge of salt, and may be formed in a structure inclined toward the center to facilitate easy discharge of salt.
커버부(12)는 증류탑(10)의 상부에 결합되어 증류탑(10)의 상부를 개폐하며, 증류탑(10) 내부의 압력을 유지할 수 있다. 커버부(12)는 플랜지 형상으로 구비될 수 있다. The cover part 12 is coupled to the top of the distillation tower 10 to open and close the top of the distillation tower 10, and can maintain the pressure inside the distillation tower 10. The cover portion 12 may be provided in a flange shape.
증류 도가니(30)는 증류탑(10)의 내부에서 증발영역(10a)에 구비될 수 있다.The distillation crucible 30 may be provided in the evaporation area 10a within the distillation tower 10.
증발부(100)는 산화물에 함유된 염이 표면에 코팅되는 구조를 갖고 증류 도가니(30) 내부로 수용될 수 있다. 증발부(100)는 판형, 봉형, 메쉬 형태로 형성할 수 있다. 증발부(100)는 복수로 구비될 수 있다. 예를 들어, 증발부(100)는 길이방향으로 길게 봉재(110) 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 복수의 봉재(110)는 연결부재(120)를 통해 다발 형태로 구비될 수 있다. 연결부재(120)를 통해 다발 형태로 구비되는 복수의 봉재(110)는 일체로 연결될 수 있다. 연결부재(120)에는 증발부(100)의 이동시 외부기기와의 연결 및 분리를 위한 연결 고리부(130)가 구비될 수 있다. 증발부(100)는 다발 형태로 형성되어 염 증발 속도를 높일 수 있고, 염이 제거된 산화물 분말의 층을 엷게 만들어 산화물 입자 잔류염이 최대한 제거될 수 있다. 즉, 증발부(100)를 다발 형태로 형성하면, 미세 입자의 적층 높이가 작아져서 염제거율이 향상될 수 있다. 그리고 증발 표면적이 넓어져 증발속도가 높아지고 증류조업 시간이 단축될 수 있다. 즉 다발 형태의 증발부(100)를 사용하면 기존 증류방식 보다 증발 표면적이 현저히 넓어져서 염의 총 증발 속도가 빨라질 수 있다. 그리고 증발부(100)에 용융염(210)이 들러붙는 높이는 증류 도가니(30)에 전체 염이 들어 있는 경우 보다 매우 얇아져서 염 내부에 들어 있는 산화물 입자 하층에 들어있는 염 증기도 용이하게 빠져 나올 수 있다. 또한 증발 속도가 빠르기 때문에 산화물 입자의 크기를 키워서 침전시킬 수 있다. 증발부(100)의 다발 형태는 증류 도가니(30) 내부에서 필요에 따라 수평 또는 수직한 방향으로 설치할 수 있다. 예를 들어, 증발부(100)는 도 2에 도시한 바와 같이 복수의 봉재(110)들이 연결부재(120)를 통해 수평 다발 형태로 구비될 수 있다. 증발부(100)에서 복수의 봉재(110)들이 수평 다발 형태로 구비됨에 따라 상하로 배열된 봉재(110)들에 들러붙은 용융염(210)이 증류 도가니(30) 내부로 떨어지는 현상을 감소시킬 수 있다.The evaporation unit 100 has a structure in which the salt contained in the oxide is coated on the surface and can be accommodated inside the distillation crucible 30. The evaporation unit 100 can be formed in a plate shape, rod shape, or mesh shape. The evaporation unit 100 may be provided in plural numbers. For example, the evaporation unit 100 may be formed in the shape of a bar 110 that is long in the longitudinal direction. And the plurality of bars 110 may be provided in a bundle form through the connecting member 120. A plurality of rods 110 provided in a bundle form may be integrally connected through the connecting member 120. The connecting member 120 may be provided with a connecting ring portion 130 for connecting and disconnecting the evaporation unit 100 from an external device when moving. The evaporation unit 100 is formed in a bundle shape to increase the rate of salt evaporation, and by thinning the layer of the oxide powder from which the salt has been removed, residual salts of oxide particles can be removed as much as possible. In other words, if the evaporation unit 100 is formed in a bundle shape, the stacking height of fine particles can be reduced and the salt removal rate can be improved. Additionally, the evaporation surface area is expanded, which increases the evaporation rate and shortens the distillation operation time. In other words, when the bundle-shaped evaporation unit 100 is used, the evaporation surface area is significantly larger than that of the existing distillation method, so the total evaporation rate of salt can be accelerated. In addition, the height at which the molten salt 210 sticks to the evaporation unit 100 becomes much thinner than when the entire salt is contained in the distillation crucible 30, so that the salt vapor contained in the lower layer of the oxide particles contained within the salt can easily escape. You can. Additionally, because the evaporation rate is fast, the size of the oxide particles can be increased and precipitated. The bundle form of the evaporation unit 100 can be installed in a horizontal or vertical direction as needed inside the distillation crucible 30. For example, the evaporation unit 100 may be provided with a plurality of rods 110 in the form of a horizontal bundle through the connecting member 120, as shown in FIG. 2. As the plurality of bars 110 are provided in the form of a horizontal bundle in the evaporation unit 100, the phenomenon of molten salt 210 adhering to the bars 110 arranged up and down falling into the distillation crucible 30 can be reduced. You can.
한편, 증발부(100)는 봉재(110a)의 표면적이 증대되는 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 봉재(110a)는 표면에 요철부(112)가 형성될 수 있다. 이러한 경우, 봉재(110a)의 표면에 요철부(112)의 굴곡된 형상을 통해 산화물 입자들을 포함한 염과 산화물이 더 잘 고착되게 할 수 있다. 즉, 봉재(110a)의 표면적이 요철부(112)를 통해 더 넓어지는 효과를 얻을 수 있어 더 많은 염과 산화물의 고착을 유도할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 증발부(100)를 이용한 염증류는 입자들이 분산되어 있지 않은 일반 염증류 공정에도 적용할 수 있다. 이때 표면적이 넓어져 증발 속도가 빨라지는 효과를 얻을 수 있다.Meanwhile, the evaporation unit 100 may be formed in a shape that increases the surface area of the rod 110a. That is, the bar 110a may have an uneven portion 112 formed on its surface. In this case, salt and oxide, including oxide particles, can be better adhered to the surface of the bar 110a through the curved shape of the uneven portion 112. In other words, the surface area of the bar 110a can be expanded through the concave-convex portion 112, which can lead to more salts and oxides adhering to it. Inflammation using the evaporation unit 100 according to an embodiment of the present invention can also be applied to a general inflammation process in which particles are not dispersed. At this time, the surface area is expanded and the evaporation rate is accelerated.
가열부(20)는 증발영역(10a)에 구비되어 미리 설정된 염 분리온도로 증류탑(10)을 가열하여 염 분리 분위기를 형성할 수 있다. 가열부(20)는 히팅 코일을 포함할 수 있다. 가열부(20)를 이용하여 염 분리를 위해 미리 설정된 염 분리온도(500℃에서 600℃)로 증류탑(10) 내부의 분위기를 염 분리 분위기로 형성할 수 있다. 필요에 따라 염 분리온도 보다 높게 증류탑(10)의 내부 온도를 가열할 수 있다. 예를 들어, 가열부(20)를 이용하여 진공 증류 분위기를 위해 미리 설정된 진공 증류온도(800℃에서 900℃)로 증류탑(10)의 내부 온도를 상승시킬 수 있다.The heating unit 20 is provided in the evaporation area 10a and can heat the distillation tower 10 to a preset salt separation temperature to form a salt separation atmosphere. The heating unit 20 may include a heating coil. Using the heating unit 20, the atmosphere inside the distillation tower 10 can be formed into a salt separation atmosphere at a preset salt separation temperature (500°C to 600°C). If necessary, the internal temperature of the distillation tower 10 can be heated higher than the salt separation temperature. For example, the heating unit 20 can be used to increase the internal temperature of the distillation column 10 to a preset vacuum distillation temperature (800°C to 900°C) for a vacuum distillation atmosphere.
증류탑(10) 내부를 진공상태로 형성하여 진공 증류 분위기를 형성하는 진공부를 더 포함할 수 있다. 진공부는 필터(60)와 진공펌프(70)를 포함한다. 산화물 등의 입자들이 포함된 염에서 염을 분리, 제거하기 위해서는 진공 증류공정이 사용된다. 증류공정 초기에는 염의 증발이 잘되지만 상당량의 염이 증발하고 산화물 입자들만 남아 있게 되면 입자들 내부의 염은 증기가 입자들 사이를 잘 빠져 나오기 어려워 증발속도 또한 늦어진다. 이러한 현상은 산화물 입자 층이 두꺼울수록 심해지며, 입자들의 염 잔류량이 많아져서 이를 낮추기 위해 많은 노력이 필요하다.The distillation tower 10 may further include a vacuum part that creates a vacuum distillation atmosphere by forming a vacuum inside the distillation tower 10. The vacuum unit includes a filter 60 and a vacuum pump 70. A vacuum distillation process is used to separate and remove salts from salts containing particles such as oxides. At the beginning of the distillation process, salt evaporates easily, but when a significant amount of salt evaporates and only oxide particles remain, the salt inside the particles makes it difficult for vapor to escape between the particles, and the evaporation rate also slows down. This phenomenon becomes more severe as the oxide particle layer becomes thicker, and the amount of residual salt in the particles increases, so much effort is needed to reduce this.
한편, 증류탑(10) 하부에 구비되어 증류 도가니(30) 내부에 분리된 염을 회수하는 염회수용기(50)를 더 포함할 수 있다. 염회수용기(50)의 외측 둘레에 구비되어 염회수용기(50)를 냉각시키는 냉각부(52)를 포함할 수 있다.Meanwhile, it may further include a salt recovery container 50 provided at the bottom of the distillation tower 10 to recover the salt separated inside the distillation crucible 30. It may include a cooling unit 52 provided around the outer circumference of the salt recovery container 50 to cool the salt recovery container 50.
상기한 바와 같이 증류탑(10)은 증발영역(10a)과 응축영역(10b)을 포함하며, 증류탑(10)의 길이방향을 따라 상부에 형성되는 증발영역(10a)에는 우라늄 산화물이 포함된 증류 도가니(30)와 가열부(20)가 구비될 수 있다. 그리고 증발영역(10a)의 하부는 응축영역(10b)이 형성된다. 응축영역(10b)에는 염회수용기(50)와 냉각부(52)가 구비될 수 있다. 그리고 증류 도가니(30) 내에 염이 부착된 증발부(100)를 배치하고 가열부(20)를 이용하여 염의 녹는점 보다 높은 온도로 가열하여 염을 녹여 액체상태에서 분리하면 액체상태로 분리된 염은 증류 도가니(30)의 하부에 구비된 방열부(40)를 통해 증류탑(10) 내측 하부의 응축조에 있는 염회수용기(50)로 공급된다. 즉, 증류 도가니(30) 내에서 분리된 염은 방열부(40)를 통해 응축영역(10b)의 염회수용기(50)에 모여지게 된다. 따라서, 염회수용기(50) 내부에는 회수염(80)이 저장된다.As described above, the distillation tower 10 includes an evaporation region 10a and a condensation region 10b, and the evaporation region 10a formed at the upper part along the longitudinal direction of the distillation tower 10 contains a distillation crucible containing uranium oxide. (30) and a heating unit (20) may be provided. And a condensation area (10b) is formed in the lower part of the evaporation area (10a). The condensation area 10b may be provided with a salt recovery container 50 and a cooling unit 52. Then, the evaporation unit 100 with the salt attached is placed in the distillation crucible 30 and heated to a temperature higher than the melting point of the salt using the heating unit 20 to melt the salt and separate it from the liquid state. Silver is supplied to the salt recovery container 50 in the condensation tank at the inner lower part of the distillation tower 10 through the heat dissipation part 40 provided at the lower part of the distillation crucible 30. That is, the salt separated in the distillation crucible 30 is collected in the salt recovery container 50 in the condensation area 10b through the heat dissipation part 40. Therefore, recovered salt 80 is stored inside the salt recovery container 50.
사용후 핵연료의 대안처분을 위해 발생한 우라늄 산화물 혹은 희토류-TRU 산화물에서 잔류염을 분리하고, 블록으로 제조하기 위해서는 회수한 산화물 입자들에 포함된 잔류염이 최소화 되어야 한다. 증류공정 초기에는 염의 증발이 잘되지만 상당량의 염이 증발하고 산화물 입자들만 남아 있게 되면 입자들 내부의 염은 증기가 입자들 사이를 잘 빠져 나오기 어려워 증발속도 또한 늦어진다. 이러한 현상은 산화물 입자 층이 두꺼울수록 심해지며, 입자들의 염 잔류량이 많아져서 이를 낮추기 위해 많은 노력이 필요하다.In order to separate residual salts from uranium oxide or rare earth-TRU oxide generated for alternative disposal of spent nuclear fuel and manufacture them into blocks, residual salts contained in the recovered oxide particles must be minimized. At the beginning of the distillation process, salt evaporates easily, but when a significant amount of salt evaporates and only oxide particles remain, the salt inside the particles makes it difficult for vapor to escape between the particles, and the evaporation rate also slows down. This phenomenon becomes more severe as the oxide particle layer becomes thicker, and the amount of residual salt in the particles increases, so much effort is needed to reduce this.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 염 분리방법을 도시한 흐름도이다. 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 염 분리장치를 이용한 염 분리공정을 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 염 분리방법은 용융염 용융단계(S110), 염 코팅단계(S120), 염 증류 준비단계(S130), 염 증발단계(S140), 냉각단계(S150), 산화물 회수단계(S160)를 포함한다.Figure 6 is a flow chart showing a salt separation method according to an embodiment of the present invention. A salt separation process using a salt separation device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. The salt separation method according to an embodiment of the present invention includes a molten salt melting step (S110), a salt coating step (S120), a salt distillation preparation step (S130), a salt evaporation step (S140), a cooling step (S150), and an oxide recovery step. Includes (S160).
용융염 용융단계(S110)는 산화물에 함유된 염이 담긴 염용기(200)를 가열하여 용융염(210)을 형성하는 단계이다. 용융염 용융단계(S110)는 글러브박스 내에서 염용기(200)를 가열하여 용융염(210)을 형성할 수 있다.The molten salt melting step (S110) is a step of forming molten salt 210 by heating the salt container 200 containing the salt contained in the oxide. In the molten salt melting step (S110), molten salt 210 may be formed by heating the salt container 200 in the glove box.
염 코팅단계(S120)는 증발부(100)를 산화물을 포함하는 용융염(210)이 담긴 염용기(200)에 침지시켜 증발부(100) 표면에 용융염(210)을 코팅시키는 단계이다. 염 코팅단계(S120)에서 증발부(100)의 표면에 염이 부착되어 코팅염(210a)으로 형성된다. 증발부(100)를 산화물 입자가 포함된 염용기(200)에 침지시켰다가 꺼내면 증발부(100)의 표면에 염이 코팅되어 코팅염(210a)으로 부착된다. 증발부(100)를 고온의 용융염(210)이 저장된 염용기(200)에서 꺼낼 때 냉각이 되므로 증발부(100)의 표면에 부착된 코팅염(210a)은 고체 형태로 굳게 된다. The salt coating step (S120) is a step of coating the surface of the evaporation unit 100 with molten salt 210 by immersing the evaporation unit 100 in a salt container 200 containing molten salt 210 containing an oxide. In the salt coating step (S120), salt is attached to the surface of the evaporation unit 100 to form a coating salt (210a). When the evaporation unit 100 is immersed in the salt container 200 containing oxide particles and then taken out, the salt is coated on the surface of the evaporation unit 100 and attached as the coating salt 210a. When the evaporation unit 100 is taken out from the salt container 200 in which the high-temperature molten salt 210 is stored, it is cooled, so the coating salt 210a attached to the surface of the evaporation unit 100 hardens into a solid form.
염 증류 준비단계(S130)는 증류탑(10)의 커버부(12)를 열고 표면에 코팅염(210a)이 부착된 상태의 증발부(100)가 저장된 증류 도가니(30)를 증류탑(10)의 내부에 장착 후 커버부(12)를 닫고 염 증류를 준비하는 단계이다. 증발부(100)를 다발 형태로 형성하여 미세 분말이 분산되어 있는 염용기(200)에 담근 후 꺼내어 증류 도가니(30)에 넣고 증발부(100)가 저장된 증류 도가니(30)를 증류탑(10)의 내부에 장착한 상태에서 증발부(100)에 코팅된 코팅염(210a)을 증발시킬 수 있다.In the salt distillation preparation step (S130), the cover part 12 of the distillation tower 10 is opened and the distillation crucible 30 containing the evaporation part 100 with the coating salt 210a attached to the surface is stored in the distillation tower 10. This is the step of closing the cover part 12 after mounting it inside and preparing for salt distillation. The evaporation unit 100 is formed in the form of a bundle, immersed in the salt container 200 in which fine powder is dispersed, then taken out and placed in the distillation crucible 30, and the distillation crucible 30 in which the evaporation unit 100 is stored is placed in the distillation tower 10. The coating salt 210a coated on the evaporation unit 100 can be evaporated while mounted inside the .
염 증발단계(S140)는 진공부와 가열부(20)를 가동하여 증류탑(10)의 내부 압력과 온도를 조절하여 증류 도가니(30)의 증발부(100)에 코팅된 코팅염(210a)을 증발시키는 단계이다. 즉, 염 증발단계(S140)에서 진공부를 가동하여 증류탑(10) 내부의 압력을 낮추고, 가열부(20)를 구동하여 증류탑(10) 내부의 온도를 올려 증류 도가니(30)의 증발부(100)에 코팅된 코팅염(210a)을 증발시킨다. 증발부(100)를 증류 도가니(30)에 넣고 진공 증류하면 코팅염(210a)은 증발되고 산화물 입자만 증발부(100)에 남거나 일부는 떨어져 나가 증류 도가니(30) 바닥에 모인다. 증류가 끝난 후 증발부(100)의 산화물 입자는 증발부(100)에 충격을 주어 증류 도가니(30)로 떨어뜨려 회수할 수 있다.The salt evaporation step (S140) operates the vacuum unit and the heating unit 20 to control the internal pressure and temperature of the distillation tower 10 to evaporate the coating salt 210a coated on the evaporation unit 100 of the distillation crucible 30. This is the evaporation step. That is, in the salt evaporation step (S140), the vacuum unit is operated to lower the pressure inside the distillation tower 10, and the heating unit 20 is operated to raise the temperature inside the distillation tower 10, so that the evaporation unit of the distillation crucible 30 ( The coating salt (210a) coated on 100) is evaporated. When the evaporation unit 100 is placed in the distillation crucible 30 and vacuum distilled, the coating salt 210a is evaporated and only the oxide particles remain in the evaporation unit 100 or some fall off and collect on the bottom of the distillation crucible 30. After distillation is completed, the oxide particles in the evaporation unit 100 can be recovered by impacting the evaporation unit 100 and dropping them into the distillation crucible 30.
냉각단계(S150)는 가열부(20) 전원을 차단하여 가열부(20)의 가동을 중지시켜 증류탑(10)을 자연 냉각시키는 단계이다. 진공 증류가 끝나면 증류탑(10)을 상온으로 냉각한 후 상부에 구비된 커버부(12)를 개방하여 염이 제거된 산화물을 회수하고, 염회수용기(50)에 회수된 회수염(80)을 꺼낸다.The cooling step (S150) is a step in which the power to the heating unit 20 is turned off to stop operation of the heating unit 20 to naturally cool the distillation column 10. After vacuum distillation is completed, the distillation tower (10) is cooled to room temperature, the cover part (12) provided at the top is opened to recover the oxide from which the salt has been removed, and the recovered salt (80) is stored in the salt recovery container (50). take it out
산화물 회수단계(S160)는 증류탑(10)이 냉각되면 산화물을 회수하는 단계이다. 증류 도가니(30)를 가열하면 증발부(100)에 부착된 코팅염(210a)이 분리되어 증류탑(10)의 바닥부분에 구비되는 염회수용기(50)에 모이고, 우라늄 산화물은 증류 도가니(30)에 남는다.The oxide recovery step (S160) is a step in which oxides are recovered when the distillation tower 10 is cooled. When the distillation crucible 30 is heated, the coating salt 210a attached to the evaporation unit 100 is separated and collected in the salt recovery container 50 provided at the bottom of the distillation tower 10, and uranium oxide is stored in the distillation crucible 30. ) remains in
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 염 분리방법은 증발부(100)를 미세 분말이 분산되어 있는 염용기(200)에 담근 후 꺼내어 증류 도가니(30)에 넣고 염을 증발시키는 방법이다. 증발부(100)를 다발 형태로 형성하여 미세 입자의 적층 높이가 작아져서 염제거율이 향상되고, 증발 표면적이 넓어져 증발속도가 높아지고 증류조업 시간이 단축될 수 있다. 그리고 산화물 입자들의 1차 분리를 위해 침전, 분리과정이 필요 없어 공정이 단순화되고, 산화물 입자 층이 엷어져 입자들 사이의 염이 보다 용이하게 배출되어 잔여 염의 함량을 크게 낮출 수 있다.As described above, the salt separation method according to an embodiment of the present invention is a method of immersing the evaporation unit 100 in the salt container 200 in which fine powder is dispersed, then taking it out and placing it in the distillation crucible 30 to evaporate the salt. By forming the evaporation unit 100 in the form of a bundle, the stacking height of fine particles is reduced, thereby improving the salt removal rate, and the evaporation surface area is increased, increasing the evaporation rate and shortening the distillation operation time. In addition, the process is simplified as precipitation and separation processes are not required for the primary separation of oxide particles, and the oxide particle layer becomes thinner so that salts between particles are discharged more easily, thereby significantly lowering the content of residual salts.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also possible. falls within the scope of rights.
10 ; 증류탑 10a ; 증발영역
10b ; 응축영역 12 ; 커버부
20 ; 가열부 30 ; 증류 도가니
40 ; 방열부 50 ; 염회수용기
52 ; 냉각부 60 ; 필터
70 ; 진공펌프 80 ; 회수염
100 ; 증발부 110 ; 봉재
200 ; 염용기 210 ; 용융염
210a ; 코팅염10 ; Distillation tower 10a; Evaporation area
10b ; condensation area 12; Cover part
20 ; Heating unit 30; distillation crucible
40 ; heat dissipation unit 50; salt recovery receptor
52 ; Cooling unit 60; filter
70 ; Vacuum pump 80; salvage salt
100 ; Evaporation unit 110; sewing
200 ; salt container 210; molten salt
210a ; coating salt
Claims (15)
상기 증류탑의 상부에 결합되어 상기 증류탑의 상부를 개폐하며, 상기 증류탑 내부의 압력을 유지하는 커버부,
상기 증류탑의 내부에서 상기 증발영역에 구비되는 증류 도가니,
산화물에 함유된 염이 표면에 코팅되는 구조를 갖고 상기 증류 도가니 내부로 수용되는 증발부, 그리고
상기 증발영역에 구비되어 미리 설정된 염 분리온도로 상기 증류탑을 가열하여 염 분리 분위기를 형성하는 가열부
를 포함하며,
상기 증발부는 복수로 구비되고, 상기 증발부는 길이방향으로 길게 봉재 형상으로 형성되는 염 분리장치.A distillation column that has an open top structure and is long along the longitudinal direction and has an evaporation area and a condensation area inside.
A cover portion coupled to the top of the distillation column to open and close the top of the distillation column and maintain the pressure inside the distillation column,
A distillation crucible provided in the evaporation area inside the distillation column,
An evaporation unit having a structure in which a salt contained in an oxide is coated on the surface and received inside the distillation crucible, and
A heating unit provided in the evaporation area to heat the distillation column to a preset salt separation temperature to form a salt separation atmosphere.
Includes,
A salt separation device wherein a plurality of evaporation units are provided, and the evaporation units are formed in the shape of a long bar in the longitudinal direction.
상기 복수의 봉재는 연결부재를 통해 수평 다발 형태로 구비되는 염 분리장치.In paragraph 1:
A salt separation device in which the plurality of rods are provided in a horizontal bundle form through a connecting member.
상기 봉재는 표면적이 증대되는 형상으로 형성되는 염 분리장치.In paragraph 1:
A salt separation device in which the rod is formed into a shape that increases the surface area.
상기 봉재는 표면에 요철부가 형성되는 염 분리장치.In paragraph 5,
The rod is a salt separation device in which irregularities are formed on the surface.
상기 증류탑의 길이방향을 따라 상부에 구비되는 상기 증발영역과 하부에 구비되는 상기 응축영역은 상호 연통되는 염 분리장치.In paragraph 1:
A salt separation device in which the evaporation zone provided at the top and the condensation zone provided at the bottom along the longitudinal direction of the distillation column communicate with each other.
상기 증류 도가니의 하부에서 상기 증발영역과 상기 응축영역을 구분하는 위치에 설치되어 상기 증발영역과 상기 응축영역의 열구배를 조절하는 방열부를 더 포함하는 염 분리장치.In paragraph 7:
A salt separation device further comprising a heat dissipation unit installed at a position separating the evaporation area and the condensation area at the bottom of the distillation crucible to adjust a thermal gradient between the evaporation area and the condensation area.
상기 방열부는 상기 증류 도가니 내부에 분리된 염의 배출경로를 형성하는 염 분리장치.In paragraph 8:
A salt separation device in which the heat dissipation unit forms a discharge path for the separated salt inside the distillation crucible.
상기 증류탑 하부에 구비되어 상기 증류 도가니 내부에 분리된 염을 회수하는 염회수용기를 더 포함하는 염 분리장치.In paragraph 1:
A salt separation device further comprising a salt recovery container provided at the bottom of the distillation tower to recover the salt separated inside the distillation crucible.
상기 염회수용기의 외측 둘레에 구비되어 상기 염회수용기를 냉각시키는 냉각부를 포함하는 염 분리장치.In paragraph 10:
A salt separation device comprising a cooling unit provided around the outer circumference of the salt recovery container and cooling the salt recovery container.
상기 증류탑 내부를 진공상태로 형성하여 진공 증류 분위기를 형성하는 진공부를 더 포함하는 염 분리장치.In paragraph 1:
A salt separation device further comprising a vacuum portion that forms a vacuum distillation atmosphere by forming the interior of the distillation column into a vacuum state.
상기 산화물은 우라늄 산화물을 포함하는 염 분리장치.In paragraph 1:
A salt separation device wherein the oxide includes uranium oxide.
상기 산화물은 미세 분말 형태로 분산되어 구비되며, 상기 산화물이 함유된 용융염을 저장하는 염용기를 더 포함하는 염 분리장치.In paragraph 13:
The oxide is dispersed in the form of a fine powder, and the salt separation device further includes a salt container storing molten salt containing the oxide.
증발부를 상기 염용기에 침지시켜 상기 증발부 표면에 상기 용융염을 코팅시키는 염 코팅단계,
증류탑의 커버부를 열고 표면에 코팅염이 부착된 증발부를 증류 도가니에 장착 후 상기 커버부를 닫고 염 증류를 준비하는 염 증류 준비단계,
진공부와 가열부를 가동하여 상기 증류탑의 내부 압력과 온도를 조절하여 상기 증발부의 코팅염을 증발시키는 염 증발단계,
상기 가열부의 가동을 중지하여 상기 증류탑을 자연 냉각시키는 냉각단계, 그리고
상기 증류탑이 냉각되면 산화물을 회수하는 산화물 회수단계
를 포함하며,
상기 증발부는 복수로 구비되고, 상기 증발부는 길이방향으로 길게 봉재 형상으로 형성되는 염 분리방법.A molten salt melting step in which a salt container containing a salt contained in an oxide is heated to form a molten salt,
A salt coating step of immersing the evaporation unit in the salt container and coating the molten salt on the surface of the evaporation unit,
A salt distillation preparation step of opening the cover of the distillation tower, mounting the evaporation unit with the coating salt attached to the surface to the distillation crucible, then closing the cover and preparing for salt distillation;
A salt evaporation step of evaporating the coating salt of the evaporation unit by operating the vacuum unit and the heating unit to control the internal pressure and temperature of the distillation column,
A cooling step of naturally cooling the distillation column by stopping operation of the heating unit, and
Oxide recovery step of recovering oxides when the distillation tower is cooled
Includes,
A salt separation method wherein the evaporation unit is provided in plurality, and the evaporation unit is formed in the shape of a long bar in the longitudinal direction.
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