KR20080106753A - Continuous electrolytic refining device for metal uranium - Google Patents

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Abstract

A continuous electrolytic refining device of the metallic uranium is provided to refine uranium precipitate and metallic transition elements without a scraping process. A continuous electrolytic refining device of the metallic uranium comprises a cathode(20) in which it is fixed at the lower part of the cooling fin(10), and a plurality of graphite cathodes is equipped; an anode(30) is pivotally fixed at the lower part of the cooling fin surrounding is surrounded in order to be in opposite directions to cathode and accommodates used nuclear fuel; an electrolytic cell(40) in which it accommodates cathode and anode, and electrolyte is filled so that cathode and anode be locked; a uranium refining unit(50) after it is attached in the graphite cathode in the cathode lower part of the electrolytic cell inside, which collects the metallic uranium carried off, and drawn out from the electrolytic cell outside; and transition metal refining unit(60) which is connected at the lower part of the electrolytic cell and frees from the anode and draws out the transition metal particle collected at the lower part of the electrolytic cell.

Description

금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치{CONTINUOUS ELECTROLYTIC REFINING DEVICE FOR METAL URANIUM}Continuous Electrolytic Refining Device of Metal Uranium {CONTINUOUS ELECTROLYTIC REFINING DEVICE FOR METAL URANIUM}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치를 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a continuous electrolytic refining apparatus of metal uranium according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치를 입체적으로 도시한 부분 절개 사시도이다.FIG. 2 is a partial cutaway perspective view of the continuous electrolytic refining apparatus of the metal uranium of FIG. 1 in three dimensions.

도 3은 도 2의 음극부를 분리하여 도시한 사시도이다. 3 is a perspective view illustrating the cathode of FIG. 2 separately;

도 4는 도 2의 양극부를 분리하여 도시한 분해 사시도이다.4 is an exploded perspective view illustrating the anode part of FIG. 2 separately.

도 5는 도 4의 원통형 바스켓의 배출구 형상을 도시한 부분 단면도이다.5 is a partial cross-sectional view showing the shape of the outlet of the cylindrical basket of FIG.

도 6은 도 1의 금속 우라늄의 연속식 정해 정련 장치 내의 물질 흐름을 나타내는 부분 절개 사시도이다. FIG. 6 is a partial cutaway perspective view showing the mass flow in the continuous refinery refinery of the metal uranium of FIG. 1. FIG.

도 7은 도 1의 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치 내의 카드늄 풀의 수위를 도시한 부분 절개 사시도이다. 7 is a partially cutaway perspective view showing the level of the cadmium pool in the continuous electrolytic refining apparatus of the metal uranium of FIG. 1.

본 발명은 금속 우라늄의 전해 정련 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우라늄 석출물과 전해 과정에서 발생하는 금속 전이원소들을 회수함에 있어 전해공정을 중단시키지 않고 연속적으로 회수하는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an electrolytic refining apparatus for metal uranium, and more particularly, to a continuous electrolytic refining apparatus for metal uranium which is continuously recovered without stopping the electrolytic process in recovering uranium precipitates and metal transition elements generated during the electrolysis process. It is about.

주지된 바와 같이, 종래 핵 연료로 사용된 금속 우라늄의 전해 정련 장치는, 삼염화우라늄이 녹아 있는 약 500℃의 용융염 내에서 사용후 금속연료의 절편을 포함하는 양극바스켓과, 순수한 우라늄이 전착되는 철계 음극으로 구성된다. As is well known, the electrolytic refining apparatus for metal uranium used as a nuclear fuel in the prior art is characterized in that an anode basket containing a fragment of spent metal fuel in a molten salt of about 500 ° C. in which uranium trichloride is dissolved, and pure uranium are electrodeposited. It is composed of an iron-based cathode.

상기한 종래 금속 우라늄의 전해 정련 장치를 이용해 금속 우라늄의 정련시, 전류를 인가하면 용융염 중의 삼염화우라늄이 환원되어 음극에 전착되고, 이 반응에서 분리된 염소 이온은 전기적으로 양극에서 금속우라늄을 선택적으로 용해시킨다. 이와 같은 금속 우라늄의 전해 정련 과정을 반복하여 순수한 금속우라늄을 분리해낼 수 있다. In the refining of metal uranium using the electrolytic refining apparatus of the conventional metal uranium, when current is applied, uranium trichloride in the molten salt is reduced and electrodeposited on the cathode, and the chlorine ions separated in the reaction electrically select metal uranium at the anode. To dissolve. Such electrolytic refining of metal uranium can be repeated to separate pure metal uranium.

그러나, 상기한 종래 금속 우라늄의 전해 정련 장치를 이용한 금속 우라늄 의 전해 정련 과정은, 음극에 전착된 금속 우라늄을 주기적으로 회수하기 위하여 전해 반응을 중단해야 하고, 전착물 회수에 장시간이 걸려 연속조업이 불가능하여 단시간에 많은 량의 제품을 얻을 수 없는 단점을 갖는다.However, the electrolytic refining process of the metal uranium using the electrolytic refining apparatus of the conventional metal uranium should stop the electrolytic reaction in order to periodically recover the metal uranium electrodeposited on the negative electrode, and the continuous operation takes a long time to recover the electrodeposited material. It is impossible to obtain a large amount of product in a short time.

이러한 단점을 극복하고, 고속으로 순수한 금속우라늄을 분리해내고자 하는 전해 전련 장치들이 보고되고 있다.To overcome these shortcomings and to remove pure metal uranium at high speed, electrolytic pretreatment devices have been reported.

미국특허 제5,650,053호(1997. 7. 22)에서는, 약 500℃의 용융염 중에 사용후 금속연료의 절편을 다공판의 양극 바스켓에 담아 수개의 양극 바스켓을 튜브형태로 이루어진 음극의 내.외부에 위치시키고, 양극바스켓을 회전시키면서 전기를 가하면 양극 중의 금속 우라늄이 녹아나와 음극에 전착되며, 전착된 금속 우라늄을 양극의 외부에 부착된 세라믹판으로 스크래핑하여 하부의 수집부에 모이도록 하는 정련 장치를 개시하고 있다.In US Patent No. 5,650,053 (July 22, 1997), fragments of spent metal fuel in a molten salt of about 500 ° C. are placed in the anode basket of the porous plate, and several anode baskets are placed inside and outside the cathode in the form of a tube. When the electric power is applied while rotating the anode basket, the metal uranium in the anode melts and is electrodeposited to the cathode, and the refining device scrapes the electrodeposited metal uranium with a ceramic plate attached to the outside of the anode to collect at the lower collecting part. It is starting.

그러나, 상기한 정련 장치는 음극에 전착된 금속우라늄의 일부만 떨어져 나가기 때문에 잔여 전착물이 계속해서 음극 표면에 붙어 있게 되고, 점차 떨어지기 어려운 치밀한 조직으로 변하게 된다.  However, the above-described refining apparatus is only part of the metal uranium electrodeposited to the cathode, so that the remaining electrodeposited to continue to adhere to the surface of the negative electrode, and gradually turn into a dense structure difficult to fall.

따라서, 양극의 세라믹판으로 조직이 치밀해진 전착물을 떨어뜨리지 못하기 때문에, 일정한 시간이 경과하면 전해 정련 조작을 중지하고, 전기를 역으로 가하여 전착물을 양극으로 되돌려 역전착(stripping)시킴으로서 음극 표면을 깨끗하게 한 후, 다시 처음과 같이 전착시키는 조작을 하게 된다. Therefore, since the electrodeposited material cannot be dropped by the ceramic plate of the anode, the electrolytic refining operation is stopped after a certain period of time, and electricity is reversed to return the electrodeposited material to the anode to reverse electrodeposition. After the surface is cleaned, the electrodeposition operation is performed again as the first time.

이와 같은, 역전착 과정은 전기가 많이 소모되고, 전착 효율도 떨어지며, 장치가 매우 복잡해지는 단점들을 갖는다. 더욱이, 하부의 전착물을 회수하기 위해서는 전해 반응을 중지시켜야 하고, 전극 모듈 전체를 들어올려야 하는 문제점이 있다. This reverse electrodeposition process has the disadvantages of high electricity consumption, low electrodeposition efficiency, and very complicated device. In addition, in order to recover the lower electrodeposits, the electrolytic reaction must be stopped and the entire electrode module must be lifted.

또한, 우라늄 전착물 회수조가 양극 바스켓 하부에 위치하여 양극에서 발생하는 미용해 전이원소 입자가 우라늄에 혼입되어 고순도의 우라늄 전착물을 얻는데에는 한계가 있다. In addition, since the uranium electrodeposit recovery tank is located under the anode basket, undissolved transition element particles generated at the anode are incorporated into the uranium, thereby obtaining a high purity uranium electrodeposition.

일본 특허출원공보 제10-332880호(1998.12.18)에서는 역시 금속 핵연료 성분을 500 ℃의 카드뮴에 용해시키고, 다시 철계 음극에 전착시키며, 기계적 스크래핑 공정에 의해 우라늄 전착물을 회수하고, 전착물에 포함된 염을 분리하기 위해, 별 도의 우라늄/염 분리조로 이송시켜 처리하는 정련 장치를 개시하고 있다. Japanese Patent Application Publication No. 10-332880 (December 18, 1998) also dissolves a metal fuel component in cadmium at 500 ° C, electrodeposits it again on an iron-based negative electrode, recovers uranium deposits by a mechanical scraping process, and Disclosed is a refining apparatus which is transferred to a separate uranium / salt separation tank for treatment in order to separate contained salts.

따라서, 상기한 정련 장치는 우라늄 전착물을 회수하기 위하여 전해반응을 중지시킬 필요가 없어 연속적인 조업이 가능하고, 처리 속도를 증가시킬 수 있다. Therefore, the above-described refining apparatus does not need to stop the electrolytic reaction in order to recover the uranium deposits, so that continuous operation is possible and the processing speed can be increased.

그러나, 이 전련 장치 역시 철계 음극을 여전히 사용하기 때문에 기계적 스크래핑 공정이 수반되는 단점을 갖는다. However, this forging apparatus also has the disadvantage of being accompanied by a mechanical scraping process since it still uses an iron-based cathode.

더욱이, 전착물 이송을 위하여 펌프를 사용함으로써 다량의 염 및 카드뮴이 동시에 이송되고, 이로부터 우라늄 전착물을 회수하기 위하여 추가적인 증류 공정을 거쳐야 하는 단점을 갖는다. Moreover, the use of a pump for electrodeposition transfer has the disadvantage that a large amount of salt and cadmium are simultaneously transferred and undergo an additional distillation process to recover the uranium electrodeposition therefrom.

한편 일본 특허출원공보 특허 평 제10-53889호에서는, 음극에 전착된 우라늄의 용이한 회수를 위하여 일부분이 용융염에 침적된 드럼형의 음극을 사용하고, 이를 회전시켜 스크래퍼로 우라늄 전착물을 분리하며, 잔류 염은 음극 드럼의 표면에 석출된 우라늄 면에 아르곤 가스를 분사하여 제거하는 정련 장치를 개시하고 있다.   On the other hand, Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 10-53889 uses a drum-type negative electrode in which a portion is deposited in molten salt for easy recovery of uranium electrodeposited on the negative electrode, and rotates it to separate the uranium electrodeposited material with a scraper. In addition, the present invention discloses a refining apparatus for removing residual salt by spraying argon gas on the surface of uranium deposited on the surface of the negative electrode drum.

그러나, 이 정련 장치 역시 연속적인 아르곤의 공급이 필요하며, 기계적 스크래핑 공정이 수반되어 종래의 장치가 가진 문제점을 근본적으로 해결하지 못하고 있다.However, this refining apparatus also needs a continuous supply of argon, and accompanied by a mechanical scraping process does not fundamentally solve the problems of the conventional apparatus.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 스크래핑 공정을 거치지 않고, 전해 공정의 중단 없이 연속적으로 고순도의 우라늄 석출물과 전해 과정 중 발생되는 금속 전이원소들을 회수할 수 있는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치 를 제공하는 것이다. An object of the present invention for solving the above problems, continuous electrolysis of metal uranium that can recover the high purity uranium precipitate and the metal transition elements generated during the electrolysis process without going through the scraping process, without interruption of the electrolysis process To provide a refining device.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 우라늄의 연속식 전해 정련 장치는, 방열판 하부에 고정되며 다수의 흑연 음극이 구비되는 음극부와, 음극부와 마주하도록 주위를 감싸며, 회전 가능하게 상기 방열판 하부에 고정되고, 사용한 핵 연료를 수용하는 양극부와, 음극부와 양극부를 수용하며, 음극부와 양극부가 잠기도록 전해질이 채워지는 전해조와, 전해조 내부의 음극부 하부에서 흑연 음극에서 전착된 후, 탈리되는 금속 우라늄을 수집하고, 전해조 외부로 인출하는 우라늄 회수부, 및 전해조 하부에 연결되어 양극부로부터 빠져나와 전해조 하부에 수집된 전이금속 입자를 인출하는 전이금속 회수부를 포함한다.The continuous electrolytic refining apparatus of uranium of the present invention for achieving the above technical problem, the cathode portion is fixed to the lower portion of the heat sink and is provided with a plurality of graphite cathode, surrounding the circumference to face the cathode portion, rotatably the heat sink Fixed in the lower part, an electrolytic cell accommodating used nuclear fuel, a cathode part and an anode part, and filled with an electrolyte so that the cathode part and the anode part are submerged, and electrodeposited from the graphite cathode under the cathode part inside the electrolytic cell; It includes a uranium recovery unit for collecting the metal uranium to be detached, and withdrawn to the outside of the electrolytic cell, and a transition metal recovery unit connected to the lower part of the electrolyzer to exit the anode part and withdraw the transition metal particles collected in the lower part of the electrolyzer.

음극부는 흑연 음극들 중심에 배치되는 스크류형 교반기를 더욱 포함할 수 있다. The negative electrode unit may further include a screw type stirrer disposed at the center of the graphite negative electrodes.

양극부는 음극부 주위를 감싸는 원통형으로 이루어지고, 외주판과 내주판 사이에 핵 연료를 수용하는 원통형 바스켓을 포함할 수 있다. The anode portion is formed in a cylindrical shape surrounding the cathode portion, and may include a cylindrical basket for receiving nuclear fuel between the outer and inner plates.

외주판과 내주판에는 다수의 배출구가 형성되며, 배출구는 높이 방향을 따라 연장 형성되며 원주를 따라 나란하게 형성될 수 있다.A plurality of outlets are formed in the outer circumferential plate and the inner circumferential plate, the outlets may be formed extending along the height direction and formed side by side along the circumference.

또한, 배출구는 원통형 바스켓의 수평 단면의 원 중심선과 경사지게 형성될 수 있으며, 원 중심선과 45도 경사지게 형성되는 것이 좀더 바람직하다. In addition, the discharge port may be formed to be inclined with the circular center line of the horizontal cross section of the cylindrical basket, it is more preferably formed to be inclined 45 degrees with the circular center line.

내주판은 걸름망 형태로 이루어지며, 100 내지 325 메쉬(mash) 범위로 이루어질 수 있다. The inner circumference is made of a strainer, it may be made of 100 to 325 mesh (mash) range.

원통형 바스켓은 원주를 따라 개별 분리되는 다수의 원호형 바스켓의 조합으로 이루어질 수 있다.Cylindrical baskets may consist of a combination of a plurality of arc-shaped baskets that are separated separately along the circumference.

우라늄 회수부는, 전해조 내부의 상기 음극부 하부에 구비되는 회수조, 및 전해조를 관통하며 회수조에 연결되어, 회수조에 수집된 우라늄을 인출하는 제1 플랙시블 스크류 컨베이어를 포함할 수 있다. The uranium recovery unit may include a recovery tank provided below the cathode part inside the electrolytic cell, and a first flexible screw conveyor penetrating the electrolytic cell and connected to the recovery tank to extract uranium collected in the recovery tank.

회수조 및 제1 플렉시블 스크류 컨베이어의 이송관 내부에는 기설정된 수위의 카드늄 풀이 형성될 수 있다. A cadmium pool of a predetermined level may be formed inside the transfer pipe of the recovery tank and the first flexible screw conveyor.

제1 플렉시블 스크류 컨베이어의 이송관에는 카드늄 풀의 수위 감지용 제1 레벨 센서가 구비될 수 있다. The transfer pipe of the first flexible screw conveyor may be provided with a first level sensor for detecting the level of the cadmium pool.

전이금속 회수부는, 전해조 하부에 연결되어, 수집된 상이 전이원소를 인출하는 제2 플렉시블 스크류 컨베이어를 포함할 수 있다. The transition metal recovery unit may include a second flexible screw conveyor connected to the lower part of the electrolytic cell, and the collected phase draws out a transition element.

전해조와, 제2 플렉시블 스크류 컨베이어의 이송관 내부에는 기설정된 수위의 카드늄 풀이 형성될 수 있다. An electrolytic cell and a cadmium pool of a predetermined level may be formed inside the transfer pipe of the second flexible screw conveyor.

제2 플렉시블 스크류 컨베이어의 이송관 내부에는, 카드늄 풀의 수위 감지용 제2 레벨 센서가 구비될 수 있다. Inside the transfer pipe of the second flexible screw conveyor, a second level sensor for detecting the level of the cadmium pool may be provided.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치에 대한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the continuous electrolytic refining apparatus of the metal uranium of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치를 입체적으로 도시한 부분 절개 사시도이다.1 is a cross-sectional view showing a continuous electrolytic refining apparatus of metal uranium according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a partial cutaway perspective view showing a three-dimensional continuous electrolytic refining apparatus of the metal uranium.

도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 실시예의 금속 우라늄의 연속식 정해 정련 장치는, 방열판(10) 하부에 고정되는 음극부(20)와, 사용한 핵 연료(35)를 수용하며 음극부(20) 주위로 회전하도록 방열판(10) 하부에 고정되는 양극부(30)와, 음극부(20)와 양극부(30)를 수용하며 음극부(20)와 양극부(30)가 잠기도록 전해질이 채워지는 전해조(40), 음극부(20) 하부에서 전착된 후 탈거된 금속 우라늄을 수집하여 인출하는 우라늄 회수부(50)와, 전해조(40) 하부에서 수집된 전이금속 슬러지를 인출하는 전이금속 회수부(60)를 포함한다. Referring to FIGS. 1 and 2, the continuous refining and refining apparatus of the metal uranium of the present embodiment includes a cathode part 20 fixed to a lower part of the heat sink 10 and a used nuclear fuel 35, and a cathode part. 20 accommodates the anode part 30 fixed to the bottom of the heat sink 10 and the cathode part 20 and the anode part 30 so as to rotate around the cathode 20, and the cathode part 20 and the anode part 30 are locked. Electrolyte (40) filled with the electrolyte, the uranium recovery unit 50 for collecting and withdrawing the metal uranium removed after being electrodeposited in the lower portion of the negative electrode 20, and withdraw the transition metal sludge collected in the electrolytic cell 40 The transition metal recovery unit 60 is included.

도 3은 도 2의 음극부를 분리하여 도시한 사시도이다. 3 is a perspective view illustrating the cathode of FIG. 2 separately;

도 3을 참조하여 설명하며, 음극부(20)는 연결 부재(24)에 의해 방열판(10) 하부에 이격 고정되는 원판형의 고정판(21)과, 고정판(21)의 하부에서 봉 형태로 결합되는 다수의 흑연 음극들(22)과, 흑연 음극들(22)의 중심에 위치하도록 고정판(21) 중심에 회전 가능하게 고정되는 스크류 교반기(23)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the cathode part 20 is coupled to a rod-shaped fixing plate 21 having a disc shape fixed to a lower portion of the heat sink 10 by the connecting member 24, and a lower portion of the fixing plate 21. A plurality of graphite cathodes 22 and a screw stirrer 23 are rotatably fixed to the center of the fixing plate 21 to be located at the center of the graphite cathodes 22.

흑연 음극(22)은 전해질에 의해 사용한 핵연료가 용융된 용융염으로부터 우라늄의 전해 정련 과정에서 음극측에 전착되는 금속 우라늄이 자중에 의해 쉽게 탈리될 수 있도록 한다. The graphite anode 22 allows metal uranium, which is electrodeposited on the cathode side, to be easily detached by its own weight from the molten salt in which the nuclear fuel used by the electrolyte is melted in the electrolytic refining process of uranium.

그리고, 흑연 음극들(22)은 주위를 감싸며 형성되는 양극부(30)와의 대향 면적을 증가시킬 수 있도록 고정판(21)의 원주 가장자리를 따라 균일하게 배치되는 것이 바람직하다. In addition, the graphite cathodes 22 may be uniformly disposed along the circumferential edge of the fixed plate 21 so as to increase the area of the anode plate 30 that surrounds the surroundings.

스크류 교반기(23)는 방열기(10) 상측에 구비되는 제1 모터(26)에 의해 전해조(40) 내부의 용융염을 교반시키도록 스크류 형태로 이루어지며, 흑연 음극들(22) 중심에서 회전하며 용융염을 하부에서 상부로의 유동시켜 교반한다. The screw stirrer 23 has a screw shape to stir the molten salt in the electrolytic cell 40 by the first motor 26 provided above the radiator 10, and rotates around the graphite cathodes 22. The molten salt is stirred by flowing from bottom to top.

이때, 스크류 교반기(23)는 용융염의 교반시 난류가 발생하지 않도록, 후술하는 양극부(30)와 연동하도록 구성되는 것이 바람직하다. At this time, the screw stirrer 23 is preferably configured to work with the positive electrode portion 30 to be described later, so that turbulence does not occur during the stirring of the molten salt.

도 4는 도 2의 양극부를 분리하여 도시한 분해 사시도이다. 4 is an exploded perspective view illustrating the anode part of FIG. 2 separately.

도 4를 참조하여 설명하면, 양극부(30)는 방열판(10) 하부에 회전 가능하게 고정되는 양극 프레임(31)과, 이 양극 프레임(31)에 고정되는 원통형 바스켓(32)을 포함한다. Referring to FIG. 4, the anode part 30 includes an anode frame 31 rotatably fixed to the lower part of the heat sink 10, and a cylindrical basket 32 fixed to the anode frame 31.

양극 프레임(31)은 방열판(10) 상측에 위치하는 제2 모터(36)에 의해 음극부(20)의 주변을 회전하도록 방열판(10) 하부에 고정된다. The anode frame 31 is fixed to the lower part of the heat sink 10 so as to rotate the periphery of the cathode part 20 by the second motor 36 positioned above the heat sink 10.

원통형 바스켓(32)은 음극부(20) 주위를 감싸며, 흑연 음극(22)과 마주하도록 원통형으로 이루어진다. The cylindrical basket 32 wraps around the cathode portion 20 and is cylindrical in shape to face the graphite cathode 22.

이 원통형 바스켓(32)은 내부에 사용한 핵 연료(35)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하도록 이격 형성되는 외주판(32a)과 내주판(32b)으로 이루어진다. The cylindrical basket 32 is composed of an outer circumferential plate 32a and an inner circumferential plate 32b spaced apart to form a receiving space for accommodating the nuclear fuel 35 used therein.

또한, 원통형 바스켓(32)은 양극 프레임(31)의 원주 방향을 따라 복수의 원호형 바스켓들(33)로 분할되어 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 원통형 바스켓(32)은 4분원의 원호형 바스켓들(33)의 조합으로 이루어지는 것을 예시하고 있다. In addition, the cylindrical basket 32 is preferably divided into a plurality of arc-shaped baskets 33 along the circumferential direction of the anode frame 31. In this embodiment, the cylindrical basket 32 illustrates a combination of quadrant circular baskets 33.

원호형 바스켓들(33)은 양극 프레임(31)에 별도의 체결 부재를 사용하지 않 고 체결되어, 개별 교체 작업이 용이하게 이루어지도록 구성된다. The circular baskets 33 are fastened without using a separate fastening member to the anode frame 31, and are configured to facilitate individual replacement work.

이처럼, 원호형 바스켓들(33)은 이들 중에서 수용된 핵 연료(35)가 전해질에 의해 완전히 용해된 원호형 바스켓(33) 만을 개별적으로 교체할 수 있게 한다. 따라서, 양극부(30) 전체를 전해조 밖으로 인출하지 않고도 연속적인 전해 정련 공정을 수행할 수 있게 한다. As such, the arcuate baskets 33 make it possible to individually replace only the arcuate basket 33 in which the nuclear fuel 35 contained therein is completely dissolved by the electrolyte. Therefore, it is possible to perform a continuous electrolytic refining process without drawing the entire anode portion 30 out of the electrolytic cell.

이하, 원통형 바스켓(32)은 이를 이루는 각각의 원호형 바스켓들(33)을 통칭한다. Hereinafter, the cylindrical basket 32 collectively refers to the respective arc-shaped baskets 33 which constitute it.

원통형 바스켓(32)은 외주판(32a)과 내주판(32b)의 높이 방향을 따라 길게 이어지며, 원주 방향으로 나란하게 형성되는 복수의 배출구(32c)가 형성된다. The cylindrical basket 32 extends along the height direction of the outer circumferential plate 32a and the inner circumferential plate 32b, and a plurality of outlets 32c are formed side by side in the circumferential direction.

도 5는 도 4의 원통형 바스켓의 배출구 형상을 도시한 부분 단면도이다. 5 is a partial cross-sectional view showing the shape of the outlet of the cylindrical basket of FIG.

도 5를 참조하여 설명하면, 배출구(32c)는 원통형 바스켓(32)의 외주판(32a)과 내주판(32b) 모두에 각각 형성될 있으며, 이 배출구(32c)는 양극부(30)의 회전시 양극부(30)의 내측에서 외측으로 용융염의 유동이 이루어지도록 형성된다. Referring to FIG. 5, the outlet 32c may be formed in both the outer circumferential plate 32a and the inner circumferential plate 32b of the cylindrical basket 32, and the outlet 32c may rotate the anode portion 30. When the molten salt flows from the inside of the anode portion 30 to the outside is formed.

더욱이, 배출구(32c)는 각 원통형 바스켓(32)의 단면 중심선(L)과 경사지게 형성된다. 본 실시에서 배출구(32c)는 원통형 바스켓(32)의 중심선(L)들과 45도 경사지게 형성되며, 더욱이 양극부(30)의 회전 방향과 반대 방향으로 용융염의 유동 경로가 형성되는 방향으로 경사지게 형성된다.Moreover, the discharge port 32c is formed to be inclined with the cross-sectional center line L of each cylindrical basket 32. In the present embodiment, the outlet 32c is formed to be inclined at 45 degrees with the center lines L of the cylindrical basket 32, and is further formed to be inclined in the direction in which the flow path of the molten salt is formed in the direction opposite to the rotation direction of the anode portion 30. do.

따라서, 핵 연료의 전해 반응 과정에서, 전해질에 의해 미용해되어 원통형 바스켓(32) 내부에 잔존하는 기설정된 크기 이하의 전이금속 슬러지들은 용융염의 유동에 의해 외주판(32a)의 배출구(32c)를 통해 배출된다. Therefore, in the process of electrolytic reaction of nuclear fuel, transition metal sludges of a predetermined size or less, which are undissolved by the electrolyte and remain inside the cylindrical basket 32, are discharged from the outlet 32c of the outer plate 32a by the flow of molten salt. Is discharged through.

또한, 원통형 바스켓(32)의 내주판(32b)은 양극부(30) 내부로 전이금속 슬러지가 유입되는 것을 방지하도록 일정 메쉬 이하의 걸름망으로 이루어질 수 있다. 이때, 내주판(32b)은 대략 100 내지 325 메쉬(mash)의 스테인레스 망으로 이루어지는 것이 바람직하다. In addition, the inner circumferential plate 32b of the cylindrical basket 32 may be formed of a mesh of less than a predetermined mesh to prevent the transition metal sludge from flowing into the anode portion 30. At this time, the inner circumferential plate 32b is preferably made of a stainless steel mesh of approximately 100 to 325 mesh (mash).

도 6은 도 1의 금속 우라늄의 연속식 정해 정련 장치 내의 물질 흐름을 나타내는 부분 절개 사시도이다. FIG. 6 is a partial cutaway perspective view showing the mass flow in the continuous refinery refinery of the metal uranium of FIG. 1. FIG.

도 6을 참조하여 설명하면, 전해조(40) 내부 용융염은, 양극부(30) 및 이와 함께 연동하는 스크류 교반기(23)에 의해 난류 발생 없이 유동하며 교반된다. Referring to FIG. 6, the molten salt inside the electrolytic cell 40 is stirred while flowing without generating turbulence by the anode portion 30 and the screw stirrer 23 interlocked with the anode portion 30.

양극부(30)는 회전하며 내부의 음극부(20)측 용융염을 외부로 유동시킴으로써, 원통형 바스켓(32) 내에 수용된 핵 연료(35)를 용해가 좀더 잘 이루어지도록 하며, 미용해되어 잔존하는 전이금속 슬러지들을 배출구(32c)를 통해 외부로 배출시킨다. The anode part 30 rotates and flows the molten salt of the inner cathode part 20 to the outside, so that the nuclear fuel 35 contained in the cylindrical basket 32 is dissolved more easily, and is dissolved and remains. The transition metal sludges are discharged to the outside through the outlet 32c.

이때, 배출된 전이금속 슬러지들은 용융염과의 비중차에 의해 전해조(40)의 하부에 수집된다. At this time, the discharged transition metal sludge is collected in the lower part of the electrolytic cell 40 by the specific gravity difference with the molten salt.

스크류 교반기(23)는 흑연 음극들(22) 하부로 순환되어 유입된 용융염들을 상부로 유동시킴으로써, 용융염 내에 용해되어 있는 금속 우라늄이 좀더 용이하게 흑연 음극에 전착될 수 있도록 한다. The screw stirrer 23 circulates under the graphite cathodes 22 and flows the molten salts introduced therein so that metal uranium dissolved in the molten salts can be more easily electrodeposited on the graphite cathodes.

도 7은 도 1의 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치 내의 카드늄 풀의 수위를 도시한 부분 절개 사시도이다. 7 is a partially cutaway perspective view showing the level of the cadmium pool in the continuous electrolytic refining apparatus of the metal uranium of FIG. 1.

도 7을 참조하여 설명하면, 금속 우라늄 회수부(50)는, 음극부(20) 하부에 형성되는 회수조(51)와, 회수조(51) 하부에 수집된 금속 우라늄을 전해조 밖으로 인출하는 제1 플렉시블 스크류 컨베이어(52)를 포함한다. Referring to FIG. 7, the metal uranium recovery unit 50 includes a recovery tank 51 formed under the cathode 20 and a metal uranium collected under the recovery tank 51 out of the electrolytic cell. 1 flexible screw conveyor (52).

회수조(51)는 음극부(20)의 하부에서 깔대기 형태로 이루어지며, 이 회수조(51) 내부에는 흑연 음극들(22)에 전착된 후, 탈거되는 금속 우라늄 전착물이 수집된다. The recovery tank 51 is formed in the form of a funnel in the lower portion of the negative electrode portion 20, the metal uranium electrodeposits are removed after electrodeposition to the graphite anodes 22 in the recovery tank 51.

제1 플렉시블 스크류 컨베이어(52)는, 회수조(51)의 하부에 수집된 금속 우라늄을 연속적으로 인출한다. The first flexible screw conveyor 52 continuously withdraws the metal uranium collected in the lower part of the recovery tank 51.

또한, 전이금속 회수부(60)는 전해조(40)의 하부에 연결되는 제2 플렉시블 스크류 컨베이어(61)를 포함하며, 제2 플렉시블 스크류 컨베이어(61)는 전해조 하부에 수집된 전이금속 슬러지들을 연속적으로 인출한다. In addition, the transition metal recovery unit 60 includes a second flexible screw conveyor 61 connected to the lower part of the electrolytic cell 40, and the second flexible screw conveyor 61 continuously transfers the transition metal sludges collected at the lower part of the electrolytic cell. Withdraw.

또한, 제2 플렉시블 스크류 컨베이어(61)는 전이금속 슬러지의 회수용으로 사용하는 것 이외에도, 용융염의 교환시 이송 수단으로 활용될 수 있다. In addition to using the second flexible screw conveyor 61 for the recovery of the transition metal sludge, the second flexible screw conveyor 61 may be used as a conveying means when the molten salt is exchanged.

그러나, 제1 플럭서블 스크류 컨베이어(52)와, 제2 플렉서블 스크류 컨베이어(61)에 의해 인출되는 금속 우라늄 전착물과 전이금속 슬러지에는 약 20% 내지 30%의 잔류용융염을 포함하고 있다. However, the metal uranium electrodeposited material and the transition metal sludge drawn out by the first flexible screw conveyor 52 and the second flexible screw conveyor 61 contain about 20% to 30% of the molten salt.

이 잔류용융염 내에는 삼염화우라늄과 초우라늄 염화물이 혼재되어 있는데, 초우라늄 염화물은 일반적으로 삼염화우라늄보다 낮은 증기압을 지니고 있다 In this residual molten salt, uranium trichloride and superuranium chloride are mixed, and superuranium chloride generally has lower vapor pressure than uranium trichloride.

따라서, 잔류 용융염 증류단계에서, 삼염화우라늄에 비해 농도가 높아져 고온에서 금속우라늄 전착물과 반응하여 초우라늄 금속상을 형성하게 되며, 회수된 우라늄의 방사성 준위를 높이게 된다. 이는 우라늄을 중간저장이나 저준위 폐기물 화할 경우에는 큰 문제점으로 지적되고 있다.Therefore, in the residual molten salt distillation step, the concentration is higher than that of uranium trichloride to react with the metal uranium electrodeposited material at a high temperature to form a super uranium metal phase, thereby increasing the radioactive level of the recovered uranium. This has been pointed out as a big problem when uranium is stored in intermediate storage or low level waste.

따라서, 금속 우라늄 회수부(50)의 회수조(51)와, 제1 플렉시블 스크류 컨베이어(52)의 이송관 내부에는 기설정된 수위(H1)의 카드늄 풀(54)을 형성한다. Therefore, the cadmium pool 54 of the predetermined water level H1 is formed in the recovery tank 51 of the metal uranium recovery part 50, and the transfer pipe of the 1st flexible screw conveyor 52. FIG.

카드늄 풀(54)을 형성하는 카드뮴은 밀도가 7 g/㎤로서 우라늄의 19 g/㎤보다 작으며, 우라늄 금속의 액체 카드뮴 내에서의 용해도는 500℃에서 2.3 wt%이다. 따라서 흑연 음극(22)에서 탈리된 금속 우라늄 전착물은 카드뮴 풀(54) 하부로 가라앉게 된다. 500℃에서 LiCl-KCl공융염의 밀도는 1.6 g/㎤이며, 9 wt% UCl3를 포함한 염의 경우도 ∼1.9 g/㎤정도로서 액체 카드뮴에 비해 매우 낮다. 또한, 액체 카드뮴에 대한 용융염의 용해도도 극히 작으므로 우라늄 전착물 내에 포함된 용융염의 경우, 액체 카드뮴 상부로 뜨게 된다. 이와 같이, 카드늄 풀(54)에 의해 우라늄 전착물과 용융염의 분리가 이루어진다. The cadmium forming the cadmium pool 54 has a density of 7 g / cm 3 and less than 19 g / cm 3 of uranium, and the solubility of uranium metal in liquid cadmium is 2.3 wt% at 500 ° C. Therefore, the metal uranium electrodeposits detached from the graphite cathode 22 sink to the bottom of the cadmium pool 54. At 500 ° C., the LiCl-KCl eutectic salt has a density of 1.6 g / cm 3, and the salt containing 9 wt% UCl 3 is also about -1.9 g / cm 3, which is much lower than liquid cadmium. In addition, since the solubility of molten salt in liquid cadmium is extremely small, the molten salt contained in the uranium electrodeposits floats above the liquid cadmium. In this manner, the cadmium pool 54 separates the uranium electrodeposited material and the molten salt.

또한, 제1 플렉시블 스크류 컨베이어에 의해 전해조 외부로 인출된 우라늄 전착물 내에는 소량의 카드뮴이 혼재된다.In addition, a small amount of cadmium is mixed in the uranium electrodeposition material drawn out of the electrolytic cell by the first flexible screw conveyor.

그러나, 카드뮴은 용융염에 비해, 끓는점이 낮아 염보다 쉽게 증류공정에 의해 제거할 수 있으며, 초우라늄 염도 대부분 제1 플렉시블 스크류 컨베이어에 의한 우라늄 전착물 인출 단계에서 용융염과 함께 제거된다. However, cadmium has a lower boiling point than molten salt, and thus can be easily removed by distillation, and the ultrauranium salt is also mostly removed together with molten salt in the uranium electrodeposition withdrawal step by the first flexible screw conveyor.

따라서, 카드늄을 제거한 이후에는 고순도의 우라늄 전착물을 얻을 수 있다. Therefore, after removing cadmium, high purity uranium electrodeposits can be obtained.

또한, 제1 플렉시블 스크류 컨베이에(52)의 이송관 내부에는 카드뮴 풀(54)의 수위를 측정할 수 있는 레벨 센서(53)가 구비된다. In addition, a level sensor 53 capable of measuring the level of the cadmium pool 54 is provided in the transfer pipe of the first flexible screw conveyor 52.

이 레벨 센서(53)는 용융염/카드뮴/빈공간 간의 전도도 차이를 이용하여 카드늄 풀의 레벨을 측정하여, 금속 우라늄 전착물의 연속회수에 따라 카드뮴의 손실이 발생할 경우 적당량을 필요에 따라 보충해 줄 수 있도록 한다. The level sensor 53 measures the level of cadmium pool by using the conductivity difference between molten salt / cadmium / empty space, and replenishes an appropriate amount as needed if cadmium loss occurs due to continuous recovery of metal uranium electrodeposits. To be able.

카드늄은 증류단계에서 금속 우라늄 전착물로부터 분리시켜 재사용할 수 있다.Cadmium can be separated and reused from the metal uranium electrodeposits in the distillation step.

또한, 전이금속 회수부(60)의 제2 플렉시블 스크류의 컨베이어(61)의 이송관 내부와, 전해조(40) 하부에 역시 카드늄 풀을 형성되며, 제2 플렉시블 스크류의 컨베이어(61)의 이송관 내부에는 카드늄 풀(63)의 수위를 측정하기 위한 제2 레벨 센서(62)가 구비된다. In addition, a cadmium pool is also formed in the transfer pipe of the conveyor 61 of the second flexible screw of the transition metal recovery unit 60 and in the lower part of the electrolytic cell 40, and the transfer pipe of the conveyor 61 of the second flexible screw. The second level sensor 62 for measuring the level of the cadmium pool 63 is provided inside.

따라서, 전이금속 입자의 경우에도 밀도가 대부분 액체 카드뮴보다 크므로 하부로 가라앉고, 우라늄과 동일한 원리에 의하여 순수한 전이금속을 얻을 수 있다. Therefore, even in the case of transition metal particles, since most of the density is larger than liquid cadmium, it sinks to the bottom, and pure transition metal can be obtained by the same principle as uranium.

상기에서의 본 발명의 자세한 구성을 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 당업자는 하기 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않은 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.  Although detailed configurations of the present invention have been described above, those skilled in the art to which the present invention pertains will variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. I can understand that you can.

이상 설명한 바와 같이 본 발명 의하면, 흑연 음극와 회전 원통형의 양극을 이용한 전해 정련 공정을 통해 기계적 스크래핑 공정 없이 연속적으로 금속 우라늄을 회수할 수 있는 효과를 갖는다. As described above, the present invention has the effect of continuously recovering metal uranium without a mechanical scraping process through an electrolytic refining process using a graphite anode and a rotating cylindrical anode.

또한, 흑연 음극으로부터 자발적으로 탈리되는 금속 우라늄 전착물과, 회전 원통형의 양극에 의해 분리 수집된 전이금속을 각각의 플렉시블 스크류 컨베이어를이용해 연속적으로 회수할 수 있는 효과를 갖는다. In addition, the metal uranium electrodeposit spontaneously detached from the graphite cathode and the transition metal separated and collected by the rotating cylindrical anode have the effect of continuously recovering each flexible screw conveyor.

또한, 카드늄 풀을 이용하여 우라늄 전착물에 존재하는 잔류 용융염을 제거하여 초우라늄 원소의 오염을 방지하고, 고순도의 우라늄을 회수할 수 있는 효과를 갖는다.In addition, by using the cadmium pool to remove the residual molten salt present in the uranium electrodeposits to prevent contamination of the element of uranium and has the effect of recovering high purity uranium.

Claims (14)

방열판 하부에 고정되며, 다수의 흑연 음극이 구비되는 음극부; A cathode part fixed to the heat sink and provided with a plurality of graphite cathodes; 상기 음극부와 마주하도록 주위를 감싸며, 회전 가능하게 상기 방열판 하부에 고정되고, 사용한 핵 연료를 수용하는 양극부;An anode part wrapped around the cathode part so as to be rotatable, and fixed to the lower part of the heat sink to rotatably receive the used nuclear fuel; 상기 음극부와 상기 양극부를 수용하며, 상기 음극부와 상기 양극부가 잠기도록 전해질이 채워지는 전해조;An electrolytic cell accommodating the cathode portion and the anode portion and filled with an electrolyte so that the cathode portion and the anode portion are submerged; 상기 전해조 내부의 상기 음극부 하부에서 상기 흑연 음극에서 전착된 후, 탈리되는 금속 우라늄을 수집하고, 상기 전해조 외부로 인출하는 우라늄 회수부; 및A uranium recovery unit which collects metal uranium which is detached from the graphite anode under the cathode in the electrolytic cell, and is withdrawn to the outside of the electrolytic cell; And 상기 전해조 하부에 연결되어 상기 양극부로부터 빠져나와 상기 전해조 하부에 수집된 전이금속 입자를 인출하는 전이금속 회수부를 포함하는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치. And a transition metal recovery part connected to the lower part of the electrolytic cell and exiting from the anode part to extract the transition metal particles collected in the lower part of the electrolytic cell. 제1항에서, In claim 1, 상기 음극부는, The cathode portion, 상기 흑연 음극들 중심에 배치되는 스크류형 교반기를 더욱 포함하는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치. Continuous electrolytic refining apparatus of metal uranium further comprising a screw-type stirrer disposed in the center of the graphite cathodes. 제1항에서, In claim 1, 상기 양극부는,The anode portion, 상기 음극부 주위를 감싸는 원통형으로 이루어지고, 외주판과 내주판 사이에 핵 연료를 수용하는 원통형 바스켓인 것을 포함하는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치. A continuous electrolytic refining apparatus for metal uranium, comprising a cylindrical wrapper surrounding the cathode, the cylindrical basket receiving nuclear fuel between the outer and inner circumference plates. 제3항에서, In claim 3, 상기 외주판과 상기 내주판에는 다수의 배출구가 형성되며, The outer circumference plate and the inner circumference plate is formed with a plurality of outlets, 상기 배출구는 높이 방향으로 연장 형성되며 원주를 따라 나란하게 형성되는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치.The discharge port extends in the height direction and the continuous electrolytic refining apparatus of the metal uranium is formed side by side along the circumference. 제4항에서, In claim 4, 상기 배출구는, The outlet, 상기 원통형 바스켓의 수평 단면의 원 중심선과 경사지게 형성되는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치.Continuous electrolytic refining apparatus of metal uranium formed inclined with the circular center line of the horizontal cross section of the said cylindrical basket. 제5항에서, In claim 5, 상기 배출구는,  The outlet, 상기 원통형 바스켓의 원 중심선과 45도 경사지게 형성되는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치. Continuous electrolytic refining apparatus of the metal uranium formed to be inclined 45 degrees with the circular center line of the cylindrical basket. 제3항에서, In claim 3, 상기 내주판은 걸름망 형태로 이루어지며, 100 내지 325 메쉬(mash) 범위로 이루어지는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치. The inner circumferential plate is made of a strainer, continuous electrolytic refining apparatus of metal uranium consisting of 100 to 325 mesh (mash) range. 제3항에서,In claim 3, 상기 원통형 바스켓은, The cylindrical basket, 원주를 따라 개별 분리되는 다수의 원호형 바스켓의 조합으로 이루어지는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치.A continuous electrolytic refining apparatus of metal uranium, consisting of a combination of a plurality of arc-shaped baskets separated along a circumference. 제1항에서, In claim 1, 상기 우라늄 회수부는, The uranium recovery unit, 상기 전해조 내부의 상기 음극부 하부에 구비되는 회수조; 및A recovery tank provided below the cathode part in the electrolytic cell; And 상기 전해조를 관통하며 상기 회수조에 연결되어, 상기 회수조에 수집된 우라늄을 인출하는 제1 플랙시블 스크류 컨베이어를 포함하는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치. And a first flexible screw conveyor penetrating the electrolytic cell and connected to the recovery tank to draw uranium collected in the recovery tank. 제9항에서, In claim 9, 상기 회수조 및 상기 제1 플렉시블 스크류 컨베이어의 이송관 내부에는 기설정된 수위의 카드늄 풀이 형성되는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치. A continuous electrolytic refining apparatus for metal uranium, wherein cadmium pools of a predetermined level are formed in a transfer pipe of the recovery tank and the first flexible screw conveyor. 제10항에서, In claim 10, 상기 제1 플렉시블 스크류 컨베이어의 이송관에는 카드늄 풀의 수위 감지용 제1 레벨 센서가 구비되는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치. The transfer pipe of the first flexible screw conveyor is a continuous electrolytic refining device of metal uranium is provided with a first level sensor for detecting the level of the cadmium pool. 제1항에서, In claim 1, 상기 전이금속 회수부는, The transition metal recovery unit, 상기 전해조 하부에 연결되어, 수집된 상이 전이원소를 인출하는 제2 플렉시블 스크류 컨베이어를 포함하는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치. A continuous electrolytic refining apparatus for metal uranium connected to the lower part of the electrolyzer, the second phase including a second flexible screw conveyor for collecting the transition element. 제12항에서, In claim 12, 상기 전해조와, 상기 제2 플렉시블 스크류 컨베이어의 이송관 내부에는 기설정된 수위의 카드늄 풀이 형성되는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치. Continuous electrolytic refining apparatus of the metal uranium is formed in the electrolytic cell and the transfer pipe of the second flexible screw conveyor is a cadmium pool of a predetermined level. 제13항에서, In claim 13, 상기 제2 플렉시블 스크류 컨베이어의 이송관 내부에는, 카드늄 풀의 수위 감지용 제2 레벨 센서가 구비되는 금속 우라늄의 연속식 전해 정련 장치.A continuous electrolytic refining apparatus for metal uranium inside a transfer pipe of the second flexible screw conveyor, the second level sensor for detecting the level of the cadmium pool.
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