KR20130002640A - Equipment and method for the removal of adhered salt from uranium deposits by an integrated salt separation system of a liquid salt separation column and a vacuum distillation tower - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 우라늄전착물에 함유된 염을 효율적으로 분리하기 위한 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 염 제거 장치 및 이를 이용한 염 제거 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated salt removing device and a salt removing method using the same for efficiently separating the salts contained in the uranium electrodeposits.
사용후핵연료에는 반감기가 매우 긴 장수명 핵종이 포함되어 있어서 수십년이상 장기간 보관해야 하는 부담이 있다. 사용후 핵연료의 장수명핵종을 회수하여 고속로 등의 원자로 핵연료로 재순환하면 폐기물 양을 줄임으로써 고준위 폐기물 처분장의 공간을 절약하고, 관리기간을 수십 년 이상에서 수백 년으로 단축시킬 수 있다. 파이로 프로세스는 플루토늄과 우라늄과 다른 초우란 원소들(Np, Am, Cm)이 함께 회수되어 핵확산 저항성이 크고, 공정이 비교적 간단하다는 장점이 있어서 우리나라를 비롯한 미국, 일본 및 유럽의 여러 나라에서 활발하게 연구, 개발 중에 있다. Spent fuel contains long-lived nuclides with very long half-lives, which puts pressure on long-term storage for decades or more. Recovering long-lived nuclides of spent nuclear fuel and recycling them to nuclear reactor fuels, such as high-speed reactors, can reduce the amount of waste, saving space in high-level waste disposal sites and reducing the management period from more than a few decades to hundreds of years. The Pyro process has the advantage of high nuclear proliferation resistance and relatively simple process due to the recovery of plutonium, uranium and other ultra-uranic elements (Np, Am, Cm) together, and in many countries in the US, Japan and Europe. It is actively researching and developing.
한국원자력연구원이 개발하고 있는 파이로프로세스는 LiCl-KCl 공융염을 전해질로하여 고온에서 전기화학적으로 우라늄과 초우란 원소들을 회수하는 공정이다. 파이로프로세스의 주요공정들은 산화물 상태의 사용후 핵연료를 전해환원공정에 의해 환원시킨 후 얻어진 금속 잉곳 혹은 그래뉼을 전해정련공정의 양극 바스켓에 넣고 고체음극을 이용하여 사용후 핵연료의 90% 이상을 차지하고 있는 우라늄을 전해정련공정에 의해 분리해낸다. Pyroprocess, developed by Korea Atomic Energy Research Institute, is a process for recovering uranium and ultra-uranium elements electrochemically at high temperature using LiCl-KCl eutectic salt as an electrolyte. The main processes of Pyroprocess are the metal ingot or granule obtained after reducing the spent nuclear fuel in the oxide state by electrolytic reduction process, and the solid cathode is used to take up more than 90% of the spent nuclear fuel by using a solid cathode. Uranium is separated by electrolytic refining process.
우라늄 제거 작업이 끝나면 공융염중에 녹아 있는 원소들 중에서 잔류 우라늄과 TRU 원소들을 액체음극에 회수한다.After the uranium removal operation, the remaining uranium and TRU elements among the elements dissolved in the eutectic salt are recovered in the liquid cathode.
전해정련공정에서는 고체음극에 수지상의 우라늄이 전착되며 이를 용융염중에서 분리해내면 우라늄 전착물에 다량의 염이 함유되어 있다. 이 우라늄 전착물은 추후 고속로 등의 핵연료의 조성을 조정할 때 사용될 수도 있고, 사용후 핵연료와는 달리 방사능이 약하여 천층 처분하기도 한다. In the electrolytic refining process, dendritic uranium is electrodeposited on the solid cathode, and when it is separated from the molten salt, a large amount of salt is contained in the uranium electrodeposited material. This uranium electrodeposit may be used later to adjust the composition of nuclear fuel, such as high-speed reactors, and, unlike spent nuclear fuel, it may be disposed of at low levels due to its weak radioactivity.
우라늄 전착물은 수지상의 작은 입자이기 때문에 잉곳 상태로 만들어 보관하며, 이를 위해 함유된 염을 분리해 내어야 한다. Since uranium deposits are small dendritic particles, they are stored in an ingot and the salts must be separated for this purpose.
일반적으로는 진공증류에 의해 염을 분리하지만, 20 wt% 이상을 차지하는 염을 진공증류하려면 고온에서 장시간 조업을 해야 한다.
In general, salts are separated by vacuum distillation, but salt distillation, which accounts for 20 wt% or more, requires long time operation at high temperature.
미국 INL 연구소에서는[ B. R. Westphal, K. C. Marsden, J. C. Price, and D. V. Laug, Nuclear Engineering and Technology, 40(3), 163 (2008)] 전해정련과정에서 발생한 우라늄 전착물로부터 공융염을 제거하기 위해 캐소드 프로세서(Cathode Processor)라 불리는 진공증류탑을 공학규모 장치로 개발하여 사용하고 있으며, 탑 상부에 우라늄 전착물을 넣고 외부에 설치된 유도가열방식의 히터를 이용하여 가열하며, 공랭식으로 냉각되는 하부 응축부위에 공융염 회수도가니를 두어 증발된 공융염을 응축 회수하게 된다. 이 장치는 회분식으로 운전되며, 함유된 공융염 전량을 진공증류하게 되어 많은 열량이 소모되고, 단위 시간당 처리 속도를 올리기 위해서는 증발 단면적이 커져야 하거나 공융염의 증기압이 높은 고온에서 조업되어야 한다. 그러나 이 방법은 고온에서 운전하게 되어 고온에 견디는 구조재의 재질이 필요로 하여 제작비도 비싸진다.
US INL labs [BR Westphal, KC Marsden, JC Price, and DV Laug, Nuclear Engineering and Technology, 40 (3), 163 (2008)] provide a cathode processor to remove eutectic salts from uranium deposits during electrorefining. Vacuum distillation tower called Cathode Processor is developed and used as an engineering scale device.The uranium electrodeposition material is put on the top of the tower and heated by using an induction heating heater installed outside, and it is air-cooled at the lower condensation part. A salt recovery crucible is used to condense and recover the evaporated eutectic salts. The unit is operated batchwise, and the entire amount of eutectic salts is vacuum distilled to consume a large amount of heat, and in order to increase the processing speed per unit time, the evaporation cross-section must be large or must be operated at high temperatures where the vapor pressure of the eutectic salts is high. However, this method operates at high temperatures and requires a material of a structural material that can withstand high temperatures, thus increasing manufacturing costs.
한국원자력연구원에서는 상기의 문제점들을 극복하기 위하여 증류탑 내에서 진동식 거름망을 이용하여 미리 액체 상태로 우라늄전착물중의 공융염을 분리하고, 미분리된 공융염은 진공증류에 의해 추가로 분리하는 방법을 개발하였다(특허출원번호: 10-2010-0053953). 이 방법은 낮은 온도에서 고체-액체 분리에 의해 상당량의 공융염을 제거함으로써 염제거를 위한 조업시간이 단축될 수 있으며, 진공증류 전 상당량의 염을 고-액 분리하기 때문에 진공증류공정에서 단위 시간당 염의 증발속도에 대한 부담이 줄어든다. 따라서 진공증류 공정의 조업온도를 낮출 수 있어서 초고온재료를 사용하지 않아도 되는 장점을 가지고 있다.
In order to overcome the above problems, the Korea Atomic Energy Research Institute uses a vibrating strainer in a distillation column to separate the eutectic salts in uranium deposits in a liquid state, and further separate the unseparated eutectic salts by vacuum distillation. (Patent Application No. 10-2010-0053953). This method can shorten the operating time for salt removal by removing a significant amount of eutectic salts by solid-liquid separation at low temperatures, and per-hour in vacuum distillation process because the solid-liquid separation of a significant amount of salt prior to vacuum distillation. The burden on salt evaporation rate is reduced. Therefore, it is possible to lower the operating temperature of the vacuum distillation process, which has the advantage of not using ultra-high temperature materials.
한국원자력연구원에서 위의 방법을 개선하여 또 다른 (특허출원번호: 10-2010-0067442) 공정을 개발하였으며, 장치를 개발하였다. 이 방법은 고-액 분리 컬럼 및 진공증류탑으로 이루어진 우라늄 전착물로부터 염 제거를 하되 액체상태의 염이 거름망을 잘 빠져 나가도록 거름망 진동장치 대신 상단부에서 불활성 기체의 펄스를 주기적으로 주는 장치와 하단에서 배출밸브에 의해 강제 배출하는 장치를 사용하여 컬럼 내부에 기계적 장치가 들어가지 않아 내부구조가 간단하고, 별개의 고-액 분리 컬럼을 도입함으로써 진공증류 장치의 구조를 단순하게 해준다. 또한 고-액 분리와 진공증류를 고-액 분리 컬럼과 진공증류탑을 동시에 가동하여, 서로 다른 조업 배치에서 나온 우라늄 전착물의 진공증류와 염의 고-액 분리를 동시에 수행할 수 있어서 진공증류장치의 가동 활용도를 높여주는 방법이다.
Korea Atomic Energy Research Institute improved the above method and developed another (Patent Application No .: 10-2010-0067442) process and developed a device. This method removes salt from uranium electrodeposition consisting of solid-liquid separation column and vacuum distillation column, but periodically gives a pulse of inert gas at the upper part instead of the sieve vibrator so that the liquid salt can escape the filter net. By using a device forcibly discharged by a discharge valve, a mechanical device does not enter the column, thereby simplifying the internal structure, and simplifying the structure of the vacuum distillation device by introducing a separate solid-liquid separation column. In addition, the solid-liquid separation and the vacuum distillation can be performed simultaneously by operating the solid-liquid separation column and the vacuum distillation column, so that the vacuum distillation of uranium electrodeposited from the different operation batches and the solid-liquid separation of the salt can be performed simultaneously. It is a way to improve utilization.
한편 상기의 고액분리-진공증류의 염분리 시스템은 각각 별개의 장치 혹은 동일 장치 내에서 단계적으로 염분리를 수행하며, 이 방법은 조작이 복잡하여 원격으로 조작하는 방사능 물질 취급시설인 핫셀에서는 조업에 어려움이 있고, 고액분리 후 냉각과 진공증류를 위해 다시 가열하는 데 따르는 시간과 에너지의 손실이 크다.
Meanwhile, the salt-liquid separation system of the solid-liquid separation-vacuum distillation performs salt separation step by step in a separate device or in the same device. There is a difficulty and a large loss of time and energy for reheating for cooling and vacuum distillation after solid-liquid separation.
본 발명자들은 파이로프로세스를 이용하여 사용후핵연료로부터 악티늄족원소를 회수하는 공정에서 고체음극의 우라늄 전착물로부터 공융염을 제거하는 방법을 연구하던 중, 고-액 분리와 진공증류의 복합공정을 한 장치 내에서 수행하며, 고액분리를 위한 그물망과 진공증류를 위한 도가니가 상하로 배치된 일체형 어셈블리를 진공증류장치의 도가니 대신 사용하는 방법을 개발하였다.
The present inventors studied a method for removing eutectic salts from uranium electrodeposited solid cathodes in a process of recovering actinium elements from spent fuel using a pyroprocess. In one device, a method was developed in which an integrated assembly with a net for solid-liquid separation and a crucible for vacuum distillation disposed up and down is used instead of the crucible of the vacuum distillation apparatus.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존의 염분리시스템은 고-액 분리 장치와 진공 증류 장치가 별개로 있거나 동일 장치 내에서 그물망 위에 우라늄전착물을 올려놓고 액체상태의 염을 분리 후 우라늄전착물을 진공증류를 위한 도가니에 옮겨 담아 잔류염을 추가로 분리하여왔던 방법 대신 조업이 간단하면서 우라늄전착물에 함유된 염을 효율적으로 분리할 수 있는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치 및 그 운전방법을 제공하는 것이다.
The problem to be solved by the present invention is that the existing salt separation system is a solid-liquid separation device and a vacuum distillation device are separate or put the uranium electrodeposition on the net in the same apparatus and after separating the liquid salt in the uranium electrodeposition Solid-liquid separation column-vacuum distillation tower-integrated uranium electrodeposition salt removal device, which is simple to operate and efficiently separates the salts contained in uranium electrodeposition, instead of the method of carrying out the separation of residual salts by carrying them in a crucible for vacuum distillation. It is to provide the driving method.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 우라늄전착물의 염 제거장치는 증류탑 내 압력을 유지하기 위한 상부플랜지, 고액분리용 도가니와 진공증류용 도가니가 함께 장착된 그물망-도가니 어셈블리, 중앙이 아래쪽으로 경사져 있는 깔때기 형태의 열차단판, 진공증류 및 고액분리가 가능한 본체, 진공증류를 위한 진공펌프 및 필터를 포함한다.
Salt removal apparatus of the uranium electrodeposition according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is the upper flange for maintaining the pressure in the distillation column, a crucible assembly for solid-liquid separation and a crucible for vacuum distillation, the central assembly It includes a funnel-type thermal barrier plate inclined downward, a main body capable of vacuum distillation and solid-liquid separation, a vacuum pump and a filter for vacuum distillation.
상기 열차단판은 고-액분리시 아래쪽으로 떨어지는 액체 염의 원활한 배출을 위하여 중앙부에 위치하는 홈, 상기 중앙부가 진공증류탑 외벽 쪽보다 낮은 깔때기 형태로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
The heat shield plate is characterized in that the groove is located in the center portion for smooth discharge of the liquid salt falling down during the solid-liquid separation, the center portion is inclined in the form of a funnel lower than the outer wall side of the vacuum distillation tower.
상기 진공증류탑은, 증발조, 응축조 및 진공장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
The vacuum distillation column is characterized by consisting of an evaporation tank, a condensation tank and a vacuum device.
상기 증발조 영역은 전착물이 포함된 도가니 및 열선으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
The evaporation tank region is characterized by consisting of a crucible and a heating wire containing the electrodeposited material.
응축조 영역은 증류장치의 하단에 해당하고 외벽에 냉각코일이 설치되며, 상기 진공장치는 필터와 진공펌프로 구성되는 것을 특징으로 한다.
The condensation tank region corresponds to the lower end of the distillation apparatus, and a cooling coil is installed on the outer wall, and the vacuum apparatus is composed of a filter and a vacuum pump.
상기 장치는 불활성 기체를 이용하여 상기 그물망-도가니 어셈블리를 회전시키는 것을 특징으로 한다.
The apparatus is characterized in that the mesh-cructing assembly is rotated using an inert gas.
상기 장치는 외부와 연결된 이중관 회전막대를 이용하여 그물망-도가니 어셈블리를 회전시키는 것을 특징으로 한다.
The device is characterized by rotating the mesh- crucible assembly using a double tube rotating rod connected to the outside.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 우라늄 전착물로부터의 염의 제거 방법은 상하로 일체형인 거름망 - 도가니 어셈블리의 거름망위에 공융염이 함유된 우라늄전착물을 놓고 공융염의 녹는점 보다 높은 온도로 가열하여 공융염을 녹여 액체상태에서 분리하는 단계(단계 1), 상기 단계 1의 거름망- 도가니 어셈블리를 180도 상하로 회전하여 도가니가 아래쪽으로 오게 하여 우라늄전착물을 그물망에서도가니 쪽으로 쏟아 넣는 단계(단계 2) 및 상기 단계 2에서 진공증류탑의 온도를 올려 우라늄 전착물로부터 진공증류에 의해 염을 추가로 제거하는 단계(단계 3)를 포함한다.
Method for removing the salt from the uranium electrodeposition according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is to place the uranium electrodeposition containing the eutectic salt on the sieve of the upper and lower integral sieve-crucible assembly higher temperature than the melting point of the eutectic salt Dissolving the eutectic salt in a liquid state by heating to a step (step 1), rotating the sieve- crucible assembly of step 1 upward and downward by 180 degrees so that the crucible is brought downward and pouring uranium electrodeposited into the crucible in the net (Step 2) and the step of raising the temperature of the vacuum distillation column in step 2 to further remove the salt from the uranium electrodeposition by vacuum distillation (step 3).
상기 단계 1은 상하로 일체형인 거름망 - 도가니 어셈블리의 거름망 위에 공융염이 함유된 우라늄전착물을 놓고 공융염의 녹는점 보다 높은 온도로 가열하여 공융염을 녹여 액체상태에서 분리하는 단계인 것을 특징으로 한다.
Step 1 is characterized in that the step of placing the uranium electrodeposition containing the eutectic salt on the sieve of the upper and lower integral sieve-the crucible assembly and heated to a temperature higher than the melting point of the eutectic salt to dissolve the eutectic salt in a liquid state .
상기 단계 2는 상기 단계 1로부터 분리된 공융염이 그물망 아래쪽에 있는 깔때기 형태의 열차단판의 중앙부를 통과하여 응축영역의 회수용기에 모인 후, 상기 거름망- 도가니 어셈블리를 상하로 180도 회전하여 도가니가 아래쪽으로 오게 하여 우라늄전착물을 그물망에서 도가니 쪽으로 쏟아 넣는 단계인 것을 특징으로 한다.
In the step 2, the eutectic salt separated from the step 1 passes through the center of the funnel-type thermal barrier plate below the net, gathers in the recovery container of the condensation area, and then rotates the screen- crucible assembly 180 degrees up and down. It is characterized in that the step of pouring the uranium electrodeposits from the net toward the crucible so as to come downward.
상기 단계 3은 상기 단계 2에서 진공증류용 도가니를 진공증류탑에 장착한 뒤 고-액분리를 위한 낮은 온도에서 진공증류를 위해 온도를 더 올리고 증류탑 내부를 진공으로 하여 공융염을 증류하는 단계인 것을 특징으로 한다.
Step 3 is a step of distilling the eutectic salt by mounting the vacuum distillation crucible in the vacuum distillation column in step 2 and further increasing the temperature for vacuum distillation at a low temperature for solid-liquid separation and vacuuming the inside of the distillation column. It features.
상기 단계 3은 진공증류를 위해 진공펌프를 이용하여 증류탑 내부를 진공조건이 되도록, 히터를 이용하여 고액분리를 위한 온도 보다 높은 온도인 진공증류 조업 조건인 약 800℃-900℃ 까지 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Step 3 is a step of raising the vacuum distillation operating condition, which is higher than the temperature for solid-liquid separation using a heater to about 800 ° C. to 900 ° C., so that the inside of the distillation column is a vacuum condition using a vacuum pump for vacuum distillation. It is characterized by including.
상기 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치 및 그 운전 방법은 우라늄전착물에 함유된 염을 효율적으로 분리하기 위한 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 염 제거 장치 및 그 운전방법은 진공증류 조업온도 보다 낮은 온도에서 고액분리 후 그물망-도가니 용기를 상하 회전시키면 도가니 쪽으로 전착물이 옮겨지고 이 상태에서 온도를 올리고 진공 조건으로 하여 진공증류 조업을 수행함으로써 그물망에서 도가니로 우라늄전착물을 옮기는 작업이 필요 없어 공정이 단순화 되고, 동일한 장치 내에서 고액분리와 진공증류가 이루어짐으로써 전착물을 옮기는 과정의 냉각과 가열에 필요한 에너지 사용량이 감축된다.
The solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposited salt removing device and its operating method are solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated salt removing device for efficiently separating the salts contained in the uranium electrodeposited material and its operating method is vacuum distillation operation After solid-liquid separation at a temperature lower than the temperature, rotating the mesh crucible vessel up and down moves the electrodeposition to the crucible, and moves the uranium electrodeposition from the mesh to the crucible by raising the temperature and performing vacuum distillation operation under vacuum conditions. The process is simplified, eliminating the need for solid-liquid separation and vacuum distillation in the same device, thereby reducing the amount of energy required to cool and heat the electrodeposition process.
도 1은 본 발명에 따른 그물망-도가니 어셈블리가 고액분리를 위한 상태에서의 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 그물망-도가니 어셈블리가 진공증류를 위한 상태에서의 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치의 운전 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.1 is a schematic diagram showing a solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposition salt removing device in a state where the mesh-crucible assembly according to the present invention is for solid-liquid separation.
Figure 2 is a schematic diagram showing a solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposition salt removal device in the state of the net- crucible assembly for vacuum distillation according to the present invention.
Figure 3 is a flow chart for explaining the operating method of the solid-liquid separation column-vacuum distillation column integrated uranium electrodeposition salt removal device according to the present invention.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.Specific structural and functional descriptions of embodiments according to the concepts of the present invention disclosed in this specification or application are merely illustrative for the purpose of illustrating embodiments in accordance with the concepts of the present invention, The examples may be embodied in various forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein or in the application.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments in accordance with the concept of the present invention to a particular disclosed form, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is implemented, and that one or more other features or numbers are present. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 그물망-도가니 어셈블리가 고액분리를 위한 상태에서의 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치를 나타낸 예시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 그물망-도가니 어셈블리가 상하로 180도 회전하여 진공증류용 도가니가 아래쪽으로 배치되어 있는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치를 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary view showing a solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposition salt removing device in a state where the mesh- crucible assembly according to the present invention is for solid-liquid separation, and FIG. 2 is a mesh- crucible assembly shown in FIG. It is an exemplary view showing a solid-liquid separation column-vacuum distillation tower-integrated uranium electrodeposition salt removal device in which the vacuum distillation crucible is disposed downward by rotating 180 degrees upward and downward.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거장치(100,200)는 증류탑 내 압력을 유지하기 위한 상부플랜지(12, 32), 고액분리용 도가니와 진공증류용 도가니가 함께 장착된 그물망-도가니 어셈블리(21,41), 중앙이 아래쪽으로 경사져 있는 깔때기 형태의 열차단판(24,44), 진공증류 및 고액분리가 가능한 증류탑 본체(13, 33) 및 진공증류를 위한 진공펌프(19, 39)를 포함한다.1 and 2, the solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposition salt removing device (100,200) is the upper flange (12, 32) for maintaining the pressure in the distillation column, the solid-liquid separation crucible and vacuum distillation Mesh crucible assembly (21,41) equipped with a crucible, funnel-shaped thermal barrier plates (24,44) with a slanted downward in the center, distillation column bodies (13, 33) capable of vacuum distillation and solid-liquid separation, and vacuum distillation It includes a vacuum pump (19, 39) for.
상기 열차단판(24, 44)은 고-액분리시 아래쪽으로 떨어지는 액체 염의 원활한 배출을 위하여 중앙부에 위치하는 홈을 포함하며, 상기 중앙부가 진공증류탑(13,33) 외벽 쪽보다 낮은 깔때기 형태로 경사지게 형성된다.The
상기 진공증류탑(13, 33)은 증발조, 응축조 및 진공장치로 구성된다.The vacuum distillation tower (13, 33) is composed of an evaporation tank, a condensation tank and a vacuum device.
상기 증발조는 우라늄전착물(23,43)이 포함된 도가니 및 열선으로 구성될 수 있으며, 응축조는 증류장치의 하단에 해당하고 외벽에 냉각코일(17,37)이 설치되며, 상기 진공장치는 필터(18,38)와 진공펌프(19,39)로 구성된다.
The evaporation tank may be composed of a crucible and a heating wire including uranium electrodeposits (23, 43), the condensation tank corresponds to the lower end of the distillation apparatus and a cooling coil (17, 37) is installed on the outer wall, the vacuum apparatus is a filter (18,38) and vacuum pumps (19,39).
여기서, 상기 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거장치(100,200)는 불활성 기체를 이용하여 상기 그물망-도가니 어셈블리를 회전시키도록 설계되며, 외부와 연결된 그물망-도가니 어셈블리 회전용 막대(20,40)를 이용하여 그물망-도가니 어셈블리를 회전시키도록 설계된다.Here, the solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposition salt removing device (100,200) is designed to rotate the mesh- crucible assembly using an inert gas, the mesh- crucible assembly rotation rod connected to the outside (20, 40) is used to rotate the mesh- crucible assembly.
여기서, 본 발명의 장치(100,200)는 고-액 분리와 진공증류의 복합공정을 한 장치 내에서 수행하도록, 고액분리를 위한 그물망과 진공증류를 위한 도가니가 상하로 배치된 일체형 어셈블리를 진공증류장치의 도가니 대신으로 사용하도록 설계된다. Here, the apparatus (100,200) of the present invention is a vacuum distillation apparatus with an integrated assembly in which the network for solid-liquid separation and the crucible for vacuum distillation are arranged up and down so as to perform the combined process of solid-liquid separation and vacuum distillation in one apparatus. It is designed to be used as a crucible instead.
또한, 상기 장치(100, 200) 내의 증발구역과 응축구역의 열구배를 크게 하기 위해 설치하는 열차단판(24,44)을 중심부의 높이가 낮고 구멍이 뚫려 있는 갈때기 형태로 만들어 고액분리시 분리된 액체 염이 염회수용기(15,45)로 용이하게 회수되는 구조로 설계된다. In addition, the heat shield plates (24,44) installed in order to increase the thermal gradient of the evaporation zone and the condensation zone in the device (100, 200) in the form of a grind with a low height of the center of the hole is separated during solid-liquid separation It is designed in such a way that the liquid salt is easily recovered to the
이러한, 일체형 어셈블리의 구조는 고액분리를 위한 그물망과 진공증류를 위한 도가니가 상하로 서로 마주 보게 배치하며 초기에 우라늄전착물(23,43)을 그물망 위에 넣고 도가니를 그 위에 거꾸로 놓고 조립한다. The structure of the integrated assembly is such that the mesh for solid-liquid separation and the crucible for vacuum distillation face each other up and down, and initially
고-액분리가 끝나면 그물망-도가니 어셈블리를 회전하여야 하며, 외부에서 알곤(Ar) 등의 기체를 이용하여 그물망-도가니 어셈블리의 회전축에 달린 페달을 밀어 회전시키거나, 외부와 통해 있는 튜브 속의 막대를 이용하여 회전시킨다. After the solid-liquid separation, the mesh crucible assembly must be rotated, and by using a gas such as argon from the outside, the pedal connected to the rotation shaft of the mesh crucible assembly can be rotated, or a rod in the tube through the outside can be rotated. To rotate.
막대의 외부 끝과 이를 둘러싼 튜브는 기밀이 유지되도록 막혀 있다.
The outer end of the rod and the tube surrounding it are blocked for airtightness.
도 3은 본 발명에 따른 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치의 운전 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.Figure 3 is a flow chart for explaining the operating method of the solid-liquid separation column-vacuum distillation column integrated uranium electrodeposition salt removal device according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 방법은 단계 1(S10) 내지 단계 3(S30)을 포함한다.As shown in FIG. 3, the method includes steps 1 (S10) to 3 (S30).
상기 단계 1(S10)은 상하로 일체형인 거름망 - 도가니 어셈블리의 거름망위에 공융염이 함유된 우라늄전착물을 놓고 공융염의 녹는점 보다 높은 온도로 가열하여 공융염을 녹여 액체상태에서 분리하는 단계일 수 있다.Step 1 (S10) may be a step of separating the eutectic salts by dissolving the eutectic salts by placing the uranium electrodeposits containing the eutectic salts on the sieves of the up-and-down integrated sieve mesh-crucible assembly and heating them to a temperature higher than the melting point of the eutectic salts. have.
이때, 그물망을 통과한 공융염은 그물망 아래쪽에 있는 깔때기 형태의 열차단판의 중앙부를 통과하여 응축영역의 회수용기에 모여지게 된다.
At this time, the eutectic salt passing through the net is collected through the central portion of the funnel-shaped thermal barrier plate in the bottom of the net and collected in the recovery container of the condensation zone.
다음으로, 상기 단계 2(S20)는 상기 단계 1(S10)의 거름망- 도가니 어셈블리를 상하로 180도 회전하여 도가니가 아래쪽으로 오게 하여 우라늄전착물을 그물망에서 도가니 쪽으로 쏟아 넣는 단계일 수 있다.Next, the step 2 (S20) may be a step of pouring the uranium electrodeposited from the net toward the crucible by rotating the sieve- crucible assembly of step 1 (S10) 180 degrees up and down to bring the crucible down.
마지막으로 상기 단계 3(S20)은 상기 단계 2(S20)에서 진공증류용 도가니를 진공증류탑에 장착한 뒤 고-액분리를 위한 낮은 온도에서 진공증류를 위해 온도로 더 올리고 증류탑 내부를 진공으로 하여 공융염을 증류하는 단계일 수 있다.
Finally, in step 3 (S20), the vacuum distillation crucible is mounted in a vacuum distillation tower in step 2 (S20), and then the temperature is increased to a temperature for vacuum distillation at a low temperature for solid-liquid separation, and the inside of the distillation tower is vacuumed. It may be a step of distilling the eutectic salt.
보다 구체적으로, 상기 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치(100,200)의 상하로 일체형인 거름망 - 도가니 어셈블리(21,41)의 거름망(22,42) 위에 공융염이 함유된 우라늄전착물(23,43)을 놓고 히터(14,34)를 이용하여 공융염의 녹는점 보다 높은 온도로 가열하여 공융염을 녹여 액체상태에서 분리하면 액체상태로 분리된 염은 그물망-도가니 어셈블리(21,41)의 아래쪽에 있는 열차단판(24,44)의 중앙부위의 구멍을 통과하여 증류탑 아래의 응축조에 있는 염회수용기(15,45)로 모인다. More specifically, the solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposition salt removal device (100,200) up and down integral sieve net-uranium field containing the eutectic salt on the sieve (22, 42) of the crucible assembly (21, 41) When the
고-액 분리가 충분히 이루어지도록 일정한 시간을 유지한 후 고-액 분리 작업이 끝나면 거름망-도가니 어셈블리(21,41)를 상하로 180도 회전하여 진공증류용 도가니가 아래쪽으로 배치되도록한다. After a certain period of time to ensure sufficient solid-liquid separation, after the solid-liquid separation is completed, the sieve- crucible assembly (21, 41) is rotated 180 degrees up and down so that the vacuum distillation crucible is placed downward.
이때 상하 회전은 증류탑 외부에서 알곤 등의 기체를 이용하여 그물망-도가니 어셈블리(21, 41)의 회전축에 달린 페달을 밀어 회전시키거나, 외부와 연결되어 있는 튜브 속의 그물망-도가니 어셈블리 회전용 막대(20,40)를 이용하여 회전시킨다. 상기 그물망-도가니 어셈블리 회전용 막대(20,40)의 외부 끝과 이를 둘러싼 튜브는 기밀이 유지되도록 막혀 있다. 막대의 상하 이동은 증류탑 상부 플랜지(12,32) 위에 설치된 그물망-도가니 어셈블리 회전용 모터(11,31)로 작동된다. At this time, the vertical rotation by using a gas such as argon from the outside of the distillation column by pushing the pedals attached to the rotation shaft of the mesh- crucible assembly (21, 41), or rotating the mesh- crucible assembly in the tube connected to the outside (20) Rotate using 40). The outer ends of the mesh crucible
거름망 - 도가니 어셈블리(21, 41)를 상하로 180도 회전하여 도가니가 아래쪽으로 오면 중력에 의해 우라늄전착물(23, 43)이 도가니로 옮겨 온다. 진공증류를 위해 진공펌프(9)를 이용하여 증류탑 내부를 진공조건이 되도록 하고, 히터(4)를 이용하여 고액분리를 위한 온도(약 500℃에서 600℃)보다 높은 온도인 진공증류 조업 조건인 약 800℃에서 900℃ 까지 상승시키다.
Sieve-Crucible assembly (21, 41) is rotated 180 degrees up and down, when the crucible comes down, the uranium deposits (23, 43) are transferred to the crucible by gravity. Vacuum distillation column inside the distillation column using a vacuum pump (9) for the vacuum distillation, and the vacuum distillation operating condition that is higher than the temperature (about 500 ℃ to 600 ℃) for the solid-liquid separation using the heater (4) Raise from about 800 ° C to 900 ° C.
상기 진공증류탑 본체(13,43)는 증발조와 응축조 및 진공장치로 구성되며, 상기 증발조 영역은 전착물(23, 43)이 포함된 진공 증류용 도가니(21, 41)와 열선으로 이루어진다. 또한, 증류장치의 하단은 응축조 영역에 해당하고 외벽에 냉각코일(17,37)이 설치되며, 진공장치는 필터(18,38)와 진공펌프(19,39)로 구성된다. 우라늄 전착물이 담긴 도가니(11)를 가열하여 증발시키면 고액분리단계에서 미분리된 공융염이 증발되어 증류탑 바닥부분인 응축조에 모이고, 우라늄전착물(23,43)은 도가니에 남는다. The vacuum distillation tower main body (13, 43) is composed of an evaporation tank, a condensation tank and a vacuum device, the evaporation tank region is composed of a vacuum distillation crucible (21, 41) containing the electrodepositions (23, 43) and a hot wire. In addition, the lower end of the distillation apparatus corresponds to the condensation tank region, and cooling coils 17 and 37 are installed on the outer wall, and the vacuum apparatus includes
진공증류가 끝나면 장치를 상온으로 냉각한 후 상부 플랜지(12, 32)를 열어 공융염이 제거된 우라늄전착물(23,43)을 회수하고, 하부 플랜지를 열어 회수된 공융염(16,46)을 꺼낸다.After the vacuum distillation is completed, the apparatus is cooled to room temperature, and the
본 발명에 따르면, 진공증류 조업 온도보다 낮은 온도에서 고액분리 후 그물망-도가니 용기를 상하 회전시키면 도가니 쪽으로 전착물이 옮겨지고 이 상태에서 온도를 올리고 진공 조건으로 하여 진공증류 조업을 수행함으로써 그물망에서 도가니로 우라늄전착물을 옮기는 작업이 필요 없어 공정이 단순화되고, 동일한 장치 내에서 고액분리와 진공증류가 이루어짐으로써 전착물을 옮기는 과정의 냉각과 가열에 필요한 에너지 사용량이 감축되는 효과가 있다.
According to the present invention, when the net- crucible vessel is rotated up and down after the solid-liquid separation at a temperature lower than the vacuum distillation operation temperature, the electrodeposition material is moved to the crucible, and in this state, the temperature is raised and the crucible in the net is carried out by performing vacuum distillation operation under vacuum conditions. There is no need to move the uranium electrodeposits, which simplifies the process, and solid-liquid separation and vacuum distillation are performed in the same apparatus, thereby reducing the energy consumption required for cooling and heating the electrodeposition process.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims and their equivalents. And such changes are, of course, within the scope of the claims.
11, 31 : 그물망-도가니 어셈블리 회전용 모터
12, 32 : 상부플랜지
13, 33 : 증류탑 본체
14, 34 : 히터
15, 45 : 염회수용기
16, 46 : 회수 공융염
17, 37 : 응축조 냉각코일
18, 38 : 필터
19, 39 : 진공펌프
20, 40 : 그물망-도가니 어셈블리 회전용 막대
21, 41 : 진공증류용 도가니
22, 42 : 그물망
23, 43 : 우라늄전착물
24, 44 : 열차단판11, 31: motor for rotating the mesh- crucible assembly
12, 32: upper flange
13, 33: distillation column body
14, 34: heater
15, 45: salt container
16, 46: recovered eutectic salts
17, 37: condensing tank cooling coil
18, 38: filter
19, 39: vacuum pump
20, 40: Revolving rod for mesh- crucible assembly
21, 41: Crucibles for vacuum distillation
22, 42: netting
23, 43: uranium electrodeposits
24, 44: heat shield
Claims (12)
고액분리용 도가니와 진공증류용 도가니가 함께 장착된 그물망-도가니 어셈블리;
중앙이 아래쪽으로 경사져 있는 깔때기 형태의 열차단판;
진공증류 및 고액분리가 가능한 본체; 및
진공증류를 위한 진공펌프를 포함하는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치.
An upper flange for maintaining the pressure in the distillation column;
A mesh- crucible assembly equipped with a solid-liquid separation crucible and a vacuum distillation crucible;
A funnel-type thermal insulation board having a center inclined downward;
A main body capable of vacuum distillation and solid-liquid separation; And
Solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposition salt removal device comprising a vacuum pump for vacuum distillation.
상기 열차단판은,
고-액분리시 아래쪽으로 떨어지는 액체 염의 원활한 배출을 위하여 중앙부에 위치하는 홈을 포함하며,
상기 중앙부가 진공증류탑 외벽 쪽보다 낮은 깔때기 형태로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치.
The method of claim 1,
The heat shield plate,
It includes a groove located in the center for smooth discharge of the liquid salt falling downward during solid-liquid separation,
The solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposited salt removing device, characterized in that the central portion is formed to be inclined in the form of a funnel lower than the outer wall side of the vacuum distillation tower.
상기 진공증류탑은,
증발조, 응축조 및 진공장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치.
The method of claim 2,
The vacuum distillation column,
Solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposition salt removing device, characterized in that consisting of an evaporation tank, a condensation tank and a vacuum device.
상기 증발조 영역은,
전착물이 포함된 도가니 및 열선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치.
The method of claim 3,
The evaporator zone,
Solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposition salt removal device, characterized in that consisting of a crucible and a heating wire containing the electrodeposition.
응축조 영역은,
증류장치의 하단에 해당하고 외벽에 냉각코일(7)이 설치되며, 상기 진공장치는 필터(8)와 진공펌프(9)로 구성되는 것을 특징으로 하는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치.
The method of claim 3,
The condenser zone
Cooling coil 7 is installed on the outer wall of the distillation apparatus, and the vacuum apparatus is a solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposited salt, characterized in that it consists of a filter 8 and a vacuum pump 9. Removal device.
상기 장치는,
불활성 기체를 이용하여 상기 그물망-도가니 어셈블리를 회전시키는 것을 특징으로 하는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치.
The method of claim 1,
The apparatus comprises:
Solid-liquid separation column-vacuum distillation column-integrated uranium electrodeposition salt removal device, characterized in that for rotating the mesh crucible assembly using an inert gas.
상기 장치는,
외부와 연결된 이중관 회전막대를 이용하여 그물망-도가니 어셈블리를 회전시키는 것을 특징으로 하는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치.
The method of claim 1,
The apparatus comprises:
Solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposition salt removal device, characterized in that for rotating the net- crucible assembly using a double pipe rotating rod connected to the outside.
상기 단계 1의 거름망- 도가니 어셈블리를 180도 상하로 회전하여 도가니가 아래쪽으로 오게 하여 우라늄전착물을 그물망에서도가니 쪽으로 쏟아 넣는 단계 (단계 2); 및
상기 단계 2에서 진공증류탑의 온도를 올려 우라늄 전착물로부터 진공증류에 의해 염을 추가로 제거하는 단계(단계 3)를 포함하는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 방법.
A vertically integrated sieve mesh-placing a uranium electrodeposited eutectic salt on the sieve of the crucible assembly and heating to a temperature higher than the melting point of the eutectic salt to dissolve the eutectic salt and separating it from the liquid state (step 1);
Rotating the sieve- crucible assembly of step 1 180 degrees up and down to bring the crucible down to pour the uranium deposit into the crucible in the mesh (step 2); And
Raising the temperature of the vacuum distillation column in step 2 further comprising the step of removing the salt from the uranium electrodeposition by vacuum distillation (step 3) solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposition salt removal method.
상기 제1단계는,
상하로 일체형인 거름망 - 도가니 어셈블리의 거름망 위에 공융염이 함유된 우라늄전착물을 놓고 공융염의 녹는점 보다 높은 온도로 가열하여 공융염을 녹여 액체상태에서 분리하는 단계인 것을 특징으로 하는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 방법.
9. The method of claim 8,
In the first step,
Single and vertical sieve mesh-Solid-liquid separation column, characterized in that the uranium electrodeposits containing the eutectic salt on the sieve of the crucible assembly is heated to a temperature higher than the melting point of the eutectic salt to dissolve the eutectic salt to separate in the liquid state Vacuum distillation column integrated uranium electrodeposition salt removal method.
상기 제2단계는,
상기 제1단계로부터 분리된 공융염이 그물망 아래쪽에 있는 깔때기 형태의 열차단판의 중앙부를 통과하여 응축영역의 회수용기에 모인 후, 상기 거름망- 도가니 어셈블리를 상하로 180도 회전하여 도가니가 아래쪽으로 오게 하여 우라늄전착물을 그물망에서 도가니 쪽으로 쏟아 넣는 단계인 것을 특징으로 하는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치의 운전 방법.
9. The method of claim 8,
The second step comprises:
After the eutectic salt separated from the first step passes through the center of the funnel-type thermal barrier plate below the net, gathers in the recovery container of the condensation zone, and rotates the sieve- crucible assembly 180 degrees up and down so that the crucible is brought downward. Method of operating a solid-liquid separation column-vacuum distillation tower integrated uranium electrodeposited salt removing device, characterized in that the step of pouring the uranium electrodeposited from the net toward the crucible.
상기 제3단계는,
상기 제2단계에서 진공증류용 도가니를 진공증류탑에 장착한 뒤 고-액분리를 위한 낮은 온도에서 진공증류를 위해 온도를 더 올리고 증류탑 내부를 진공으로 하여 공융염을 증류하는 단계인 것을 특징으로 하는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치의 운전 방법.
9. The method of claim 8,
In the third step,
In the second step, the vacuum distillation crucible is mounted on a vacuum distillation column, and then the temperature is increased for vacuum distillation at a low temperature for solid-liquid separation, and the inside of the distillation column is vacuumed to distill the eutectic salt. Operation method of solid-liquid separation column-vacuum distillation column integrated uranium electrodeposition salt removal device.
상기 제3단계는,
진공증류를 위해 진공펌프를 이용하여 증류탑 내부를 진공조건이 되도록, 히터를 이용하여 고액분리를 위한 온도 보다 높은 온도인 진공증류 조업 조건인 약 800℃-900℃ 까지 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고액분리컬럼-진공증류탑 일체형 우라늄전착물 염 제거 장치의 운전 방법.The method of claim 11,
In the third step,
Increasing the temperature to about 800 ° C.-900 ° C., which is a vacuum distillation operation condition that is higher than the temperature for solid-liquid separation using a heater, so that the inside of the distillation column is in a vacuum condition using a vacuum pump for vacuum distillation. Method for operating a solid-liquid separation column-vacuum distillation column integrated uranium electrodeposition salt removal device.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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