KR20130008367A - 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거장치 및 이를 이용한 염 제거방법 - Google Patents

Abstract

우라늄전착물 염 제거 장치 및 이를 이용한 염 제거 방법을 개시한다. 상기 우라늄전착물 염 제거 장치는 컨베이어 장치를 이용하여 우라늄전착물로부터 연속적으로 공융염을 제거하기 위한 우라늄 전착물 투입 컨베이어를 포함하는 제1장치, 상기 투입된 우라늄 전착물로부터 공융염을 진공증류를 통하여 제거하기 위한 증류 컨베이어 장치를 포함하는 제2장치 및 상기 공융염이 제거된 우라늄 및 회수된 공융염 수집장치에서 수집 바스켓을 제거하는 제3장치를 포함하되, 상기 제1장치 및 제3장치는 상기 제2장치와 연계되어 사용하는 것을 특징으로 한다.

Description

컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거장치 및 이를 이용한 염 제거방법 {The equipment for the removal of adhered salt from uranium deposits using conveyer and the method thereof}

본 발명은 염 제거 장치 및 이를 이용한 제염 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터의 연속적 염 제거장치 및 이를 이용한 염 제거방법에 관한 것이다.

CO₂와 같은 온실화 가스 발생량이 적고 풍부한 에너지를 공급하기 위한 대안으로 원자력 에너지가 주목받고 있으며, 세계 각국들은 원자력발전소 건설에 박차를 가하고 있다. 이러한 추세로 원자력 에너지의 사용이 급증하면서 사용후 핵연료의 양도 증가하여 장ㆍ단기적으로 관리하여야 할 사용후 핵연료의 양도 늘어나게 된다. 한국원자력연구원에서는 사용후 핵연료 내에서 장수명 핵종을 회수한 후 고속로의 핵연료로 재사용함으로서, 고준위 폐기물의 부피와 독성을 크게 감소시키고 처분장의 공간 및 관리 기간을 감축시키기 위하여 파이로 프로세스라 불리는 공정을 연구 중에 있다. 사용후 핵연료에서 장수명 핵종을 회수하는 방법은 크게 습식법과 건식법이 있으며, 파이로 프로세스 기술은 건식법으로 플루토늄과 우라늄과 다른 초우란 원소들(Np, Am, Cm)이 함께 회수되어 핵확산 저항성이 높을 뿐만 아니라 비교적 간단한 공정 등의 장점으로 우리나라를 비롯한 미국, 일본, 유럽의 여러 나라에서 활발하게 연구ㆍ개발 중에 있다.

파이로 프로세스는 기본적으로 LiCl-KCl 공융염을 전해질로 사용하여 고온에서 전기ㆍ화학적 방법을 이용하여 악티나이드 원소들을 회수한다. 한국원자력연구원에서 개발중인 파이로 프로세스는 사용후 핵연료의 피복관 제거 및 분말화 시키는 전처리공정, 전처리공정을 거친 후의 산화물 핵연료를 환원을 통하여 금속으로 전환시키는 전해환원공정, 환원된 금속체에서 핵종을 회수하는 전해정련 및 전해제련공정, 그리고 각 공정에서 생성되는 폐기물을 안정화 시키는 폐기물처리공정 등 세부공정으로 이루어져 있다.

이러한 공정 중 전해정련 및 전해제련공정은 전해환원공정에서 환원시킨 금속 잉곳을 전해정련공정의 양극 바스켓에 넣고 고체 음극을 이용하여 사용 후 핵연료의 90% 이상을 차지하는 우라늄을 분리해 내고, 우라늄 분리 작업에 사용된 LiCl-KCl 공융염 내에 남아있는 잔류 우라늄과 TRU 원소들을 전해제련공정을 이용하여 액체 음극에 회수한다. 우라늄만을 효과적으로 회수할 수 있는 전해정련 공정은 전기ㆍ화학적 반응을 이용하여 우라늄을 회수하는 ER(Electrorefining) 공정, ER에서 회수한 우라늄전착물 내에 잔류하는 공융염을 제거하는 염증류(Cathode process)공정, 염이 제거된 우라늄을 잉곳(ingot)으로 바꾸는 잉곳 공정으로 이루어져 있다. ER 공정은 전해환원공정을 거친 고체 셈플을 양극 바스켓에 넣은 후 공융염이 있는 반응기 내로 넣는다.

이후 그라파이트로 제조된 고체음극을 넣은 후 일정한 전기를 흘려보내면 양극 바스켓에 있는 고체 셈플이 이온화 되어 공융염 전해질을 통해 고체음극으로 이동하게 되며, 고체음극에 수지상의 우라늄이 전착된다. 고체음극에서는 전착된 우라늄은 일정한 크기로 성장하면 자연적으로 음극에서 탈착되어 반응기 하부로 침전되고, 침전된 우라늄전착물을 반응기로부터 분리하여 우라늄만을 회수한다.

그러나 회수된 우라늄전착물 내에는 다량의 염이 함유되어 있어 순수한 우라늄만을 회수하기 위해서는 염을 제거해 주어야 한다. 우라늄전착물 내의 염을 제거하기 위하여 열화학적 특성을 이용한 염증류 공정이 필요하며, 염증류 공정은 일반적으로 진공ㆍ고온의 환경에서 이루어진다. 염증류에 의해 만들어진 우라늄전착물은 수지상의 작은 입자로 존재하기 때문에 보관ㆍ운반 및 재생연료로서의 사용을 용이하게 하기 위하여 금속 덩어리화 한 잉곳 공정을 거치게 된다. 전해정련 공정에서 생성된 우라늄전착물은 추후 고속로 등의 핵연료의 조성을 조정할 때 사용될 수도 있으며, 사용 후 핵연료에 비해 방사능이 약하여 천층처분 하기도 한다.

미국 INL 연구소에서는 ER 공정에서 발생한 우라늄전착물로부터 공융염을 분리하기 위하여 Cathod Processor라 불리는 진공증류탑을 공학규모 장치로 개발하여 사용하고 있으며, 탑 내부에 우라늄전착물을 넣고 외부의 진공펌프와 히터를 이용하여 진공 및 가열을 하여 염을 증류하고, 탑 하부에 위치한 응축영역에 공융염 회수도가니를 두어 증발된 공융염을 공랭식 냉각방식으로 응축ㆍ회수하게 된다. 이 장치는 회분식으로 운전되기 때문에 우라늄전착물 전량을 진공증류하게 되어 많은 열량이 소모되고, 공융염의 증기압이 높은 고온에서 조업되어야 하는 단점을 가지고 있다.

또한 단위 시간당 처리 속도를 높이기 위해서 증발 단면적이 커져야 하고 이에 따라 내부공간이 커져야 하며, 고온ㆍ진공에서 운전하게 됨으로 고온에 견디는 구조재의 재질 특성이 요구되어 그 제작비도 비싸진다는 단점도 있다. 그리고 우라늄전착물을 넣고 증류 온도까지 올려 반응시킨 후 회수된 우라늄 및 공융염을 꺼내기 위하여 상온까지 장치 내부의 온도를 내려야 함으로 1회 운전시간이 길다는 단점도 가지고 있다.

이에 본 발명자들은 파이로 프로세스를 이용하여 사용 후 핵연료로부터 악티늄족 원소를 회수하는 공정에서 ER 공정의 고체음극에서 발생한 우라늄전착물로부터 공융염을 제거하는 방법을 연구하던 중, 회분식 방식에 나타나는 여러 가지 문제점을 해결하고, 연속조업이 가능하며 염이 제거된 우라늄과 증류된 염의 안전한 회수를 위하여 컨베이어 장치를 이용한 염증류 방법을 개발하였다. 연속식 개념의 염증류 장치는 진공이 요구되는 증류장치의 특성에 의해 구동부가 고온의 지역에 위치하게 됨으로서 그 적용이 어려웠으나 본 발명에 의해 제작된 연속식 염증류 장치는 구동부가 고온 지역 외부에 존재하게 함으로서 연속식 개념을 가능하게 하였다.

본 발명의 목적은 컨베이어 장치를 이용하여 우라늄전착물로부터 연속적인 염 제거를 가능하게 해주는 연속식 염 제거장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 우라늄전착물로부터 연속식 염 제거장치를 이용한 염 제거 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물 염 제거 장치는 컨베이어 장치를 이용하여 우라늄전착물로부터 연속적으로 공융염을 제거하기 위한 우라늄 전착물 투입 컨베이어를 포함하는 제1장치, 상기 투입된 우라늄 전착물로부터 공융염을 진공증류를 통하여 제거하기 위한 증류 컨베이어 장치를 포함하는 제2장치 및 상기 공융염이 제거된 우라늄 및 회수된 공융염 수집장치에서 수집 바스켓을 제거하는 제3장치를 포함하되, 상기 제1장치 및 제3장치는 상기 제2장치와 연계되어 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1장치는 우라늄전착물 이송 컨베이어를 우라늄전착물 투입구까지 이동시키는 실린더와 이에 결합하되 탈착이 가능한 이송장치, 구동 모터를 포함하는 우라늄전착물 이송 컨베이어, 상기 우라늄전착물 투입구의 개폐가 가능하도록 하는 우라늄전착물 투입구 개폐 덮게, 직사각형의 형태를 가지는 우라늄전착물 투입구 및 투입 라인을 포함한다.

상기 제2장치는 상기 이송 컨베이어 연결축의 말반부분에 탈착이 가능하도록 연결되는 증류 컨베이어 접시와 컨베이어 구동축 연결판, 그리고 이송 컨베이어 벨트 구동축, 구동축 보호 방열판 및 구동모터를 포함하는 염증류 이송 컨베이어, 상기 하부 플랜지에 탈착이 가능하도록 연결된 공융염 수집용기 및 우라늄 수집용기, 상기 공융염 수집용기 및 우라늄 수집용기를 내부에 포함하는 반응기 및 반응기 상하좌우 및 증류 이송컨베이어 하단부위에 위치한 가열부가 구비되고, 증류 이송컨베이어 말단에 위치한 방열판을 포함하는 응축조 및 상기 공융염 수집바스켓 하단부에 연결되는 진공펌프 및 진공펌프를 이용하여 반응기 내부로 재순환시키는 가스라인 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제3장치는 우라늄 수집 바스켓 및 공융염 수집 바스켓을 분리할 수 있도록 해주는 실린더 및 수집 바스켓을 이송 컨베이어로 밀어주는 실린더, 이송 컨베이어로 이동된 수집 바스켓을 외부로 이송시켜주는 컨베이어를 포함하는 바스켓 분리 장치 및 상기 바스켓 분리 장치 외부에 냉각기능을 가지는 팬을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 증류 컨베이어 접시는 스테인레스 스틸인 것을 특징으로 하고, 증류 컨베이어 접시 내부에 세라믹 코팅이나 알루미나 코팅을 수행할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 컨베이어 벨트를 이용한 우라늄 전착물 염 제거 장치 구동 방법은 외부의 공정에서 생성된 우라늄전착물을 이송 컨베이어를 이용하여 제2장치에 공급하는 단계(단계 1), 공급된 우라늄전착물을 증류 이송 컨베이어를 이용하여 가열 및 이동시키고 공융염과 우라늄을 분리하는 단계(단계 2), 증류되어 기체 상태로 존재하는 공융염을 냉각시켜 수집시키고, 공융염과 분리된 우라늄을 수집 및 수집 바스켓을 플랜지로부터 분리ㆍ회수하는 단계 (단계 3) 및 상기 우라늄전착물을 진공상태에서 증류하여 공융염을 증류하는 단계(단계 4)를 포함한다.

상기 단계 1은, 염증류 온도를 30 ~ 400 ℃ 온도범위에서 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 단계 2는 염증류 온도를 600 ~ 900 ℃ 온도범위에서 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 단계 3은 염증류 온도를 30 ~ 500 ℃ 온도범위에서 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 우라늄전착물 염 제거장치 및 그 운전방법은 연속적인 염 증류를 수행할 수 있어 그에 따른 처리용량이 증가되고, 장치의 크기가 회분식 장치에 비해 축소되어 장치의 설치 공간을 절약할 뿐만 아니라, 히터로부터 발생한 열이 우라늄전착물 내로 열전달성이 증가하여 열 효율성 면에서 이로워 진공증류장치의 가동 활용성도가 높으며, 컨베이어 벨트 면적에 얇게 퍼짐으로서 비교적 낮은 온도에서 염 증류 속도 증가뿐만 아니라 조업시간을 단축시킬 수 있다.

또한 회분식 방식은 1회 운전하는데 반응기 내부의 온도를 염 증류 온도까지 올리고 염 증류가 종결된 후 상온으로 냉각시켜야 함으로서 에너지 소비가 많으나, 본 발명에 의한 장치는 상온까지 냉각시키지 않음으로서 에너지 사용량이 감축되고, 우라늄 전착물의 연속적 주입 및 회수에 따라 다른 공정들과의 연계성이 좋아지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 컨베이어 장치를 이용하여 외부에서 생성된 우라늄전착물을 염 증류 반응기 내부로 공급하는 우라늄전착물 공급장치를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 우라늄전착물을 연속 공급하기 위하여 사용된 이송 컨베이어 장치를 세부적으로 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 컨베이어 장치를 이용하여 우라늄전착물로부터 연속적 공융염의 증류ㆍ분리를 위한 장치를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 증류 컨베이어 장치를 세부적으로 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 실린더와 컨베이어 장치를 이용하여 바스켓에 수집ㆍ회수된 우라늄과 공융염을 회수하는 장치를 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

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 아니된다.

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 예을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

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.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 컨베이어 장치를 이용하여 외부에서 생성된 우라늄전착물을 염 증류 반응기 내부로 공급하는 우라늄전착물 공급장치를 나타낸 예시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 우라늄전착물을 연속 공급하기 위하여 사용된 이송 컨베이어 장치를 세부적으로 나타낸 예시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 우라늄전착물 공급장치는 제1장치(100) 내지 제3장치(300)를 포함한다.

상기 제1장치(100)는 외부 기타공정 장치와의 연계성 및 외부에서 생성된 우라늄전착물을 제2장치(200)에 공급하기 위한 장치이다.

상기 제2장치(200)는 컨베이어 장치와 가열부를 이용하여 우라늄전착물로부터 공융염을 연속적으로 제거하기 위한 장치이다.

상기 제3장치(300)는 염 증류공정이 끝나고 염과 우라늄으로 분리되어 회수 바스켓에 모인 우라늄 및 공융염을 회수하는 장치이다.

보다 구체적으로, 상기 제1장치(100)는 외부의 공정에서 생성된 우라늄전착물을 제2장치(200) 내부로 전달하는 피딩(Feeding) 장치로서, 외부의 공정에서 만들어진 우라늄전착물을 받고 연속적으로 이송하는 외부 우라늄전착물 이송 컨베이어 장치(11), 개폐가 가능한 내외부 우라늄전착물 투입구 개폐 덮게(16), 제2장치(200) 내부로 우라늄전착물을 이송하는 내부 우라늄전착물 이송 컨베이어 장치(14), 이송 컨베이어 장치를 내부 우라늄전착물 투입구(15)까지 컨베이어를 이동시켜주는 컨베이어 이동 받힘대(24), 아르곤(Ar) 가스 주입부(12)와 진공펌프 연결부(17), 상기 컨베이어 장치를 내부에 포함하며, 진공 및 불활성 가스 주입이 가능한 글러브 박스(13)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1장치(100)는 외부의 공정에서 생성된 우라늄전착물을 공급장치 글러브 박스(13) 내부로 이송하는 외부 우라늄전착물 이송 컨베이어 장치(11), 외부에서 유입되는 불순가스의 제거를 위한 진공펌프 연결부(17) 및 온도 환경을 제외한 제2장치(200) 내부의 환경과 같도록 하기 위한 불활성가스 주입부(12), 제2장치(200) 내부로 우라늄전착물을 이송하는 내부 우라늄전착물 이송 컨베이어 장치(14)로 이루어져 있으며, 이러한 이송 컨베이어 장치(14)들은 처리용량에 따라 컨베이어 접시(27)의 넓이와 높이를 조절할 수 있으며, 그 용량을 제한하지 않으나 좌우의 높이는 최소 50mm 이상으로 함이 바람직하다.

내부 우라늄전착물 투입구 개폐 덮게(16)는 고온의 온도에서 밀봉장치의 파괴를 막기 위하여 냉각장치가 필요하며, 냉각제로서 아르곤(Ar) 가스와 같은 불활성가스를 이용함이 바람직하다. 그러나 냉각제로서 아르곤(Ar) 가스에 제한되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명에 따른 컨베이어 장치를 이용하여 우라늄전착물로부터 연속적 공융염의 증류분리를 위한 장치를 나타낸 예시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 증류 컨베이어 장치를 세부적으로 나타낸 예시도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2장치(200)는 우라늄전착물 내의 공융염을 증류공정을 통하여 분리하는 증류장치로서, 우라늄전착물을 담을 수 있고 탈부착이 가능한 증류접시(34) 및 이에 결합되어 이동성을 가지는 컨베이어 벨트(47), 컨베이어 벨트(47)의 구동부의 열적 피해를 줄이기 위한 컨베이어 보호 방열판(46), 컨베이어 벨트(47)를 구동시켜주는 외부의 컨베이어 구동 모터(48), 상기 제2장치(200) 하부에 탈착이 가능하도록 연결된 우라늄 수집바스켓(39), 상기 제2장치(200) 하부에 탈착이 가능하도록 연결된 공융염 수집바스켓(41), 상기 컨베이어 벨트(47) 말단의 증류접시를 가열하는 증류접시 가열 히터(45), 상기 우라늄 수집바스켓(39) 및 공융염 수집바스켓(41)을 내부에 포함하며, 그 상,하 측면부에 가열부가 구비되고, 그 하단부에 증류 컨베이어 구동축(33)이 위치하며, 공융염 수집바스켓 측면 하단부에 응축조를 포함하는 반응기(32) 및 상기 응축조 하부에 연결되는 진공펌프(36)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 증류 컨베이어 장치는 증류 컨베이어 구동축(33), 컨베이어 벨트(47), 증류접시와 컨베이어 벨트를 연결해주는 증류접시 받힘대(49), 열적 처리가 가능한 증류접시(34)를 포함하고 있다. 증류접시(34)는 사각형의 모양을 가지며 그 높이는 제한하지 않는다.

구동부의 모습은 톱니 모양의 기어를 사용하며 이동속도에 상관하여 그 크기 조율은 제한하지 않으며, 구동부의 모터는 한쪽 방향으로 회전함이 바람직하며, 그 회전속도는 제한하지 아니한다.

컨베이어 벨트는 체인형태가 바람직하며, 벨트 판 단면 중앙에 탈부착이 가능한 증류접시 받힘대(49)를 장착하고 그 가운데에 방열판을 설치함으로서 구동부로의 열 전달성을 최소화 해주어야 한다.

증류접시 받힘대(49)의 한쪽 끝에는 탈부착이 가능한 증류접시를 연결하며, 증류접시의 면적은 처리용량에 따라 제한되지 않으나, 높이는 최소 50 mm 이상으로 함이 바람직하고 증류접시의 바닥은 기둥을 중심으로 최대 5도 정도의 기울기를 가져야 한다. 또한, 필요성에 따라서 세라믹이나 알루미나 코팅을 시도할 수 있다.

이때, 증류접시(34)와 반응기(32) 사이는 최대 1mm의 간격이 바람직하나 그 간격은 제한되는 것은 아니다.

증류접시에 우라늄전착물이 투입되면 측면부 및 증류접시 가열 히터(42)(44)(45)를 작동시켜 반응기 내부의 온도를 공융염의 증발점 이상으로 올리고, 증발점 이상으로 온도가 오르면 동시에 컨베이어 구동장치를 작동시켜 우라늄전착물을 이송시킴으로서 기체 상태로 변한 공융염과 고체의 우라늄으로 분리시킨다.

대부분의 염들은 기체가 되어 반응기 상부의 구배를 따라 공융염 수집용기(41)가 있는 응축조 방향으로 이동하게 되고 응축조 방열판(43)에 의하여 녹는점 온도에서 액체화되어 공융염 수집용기(41)에 모이게 되고, 고체의 우라늄은 컨베이어 증류접시(34)에 그대로 남게 되고 최종적으로 우라늄 수집용기(39)에 모이게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 실린더와 컨베이어 장치를 이용하여 바스켓에 수집회수된 우라늄과 공융염을 회수 장치를 나타낸 예시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제3장치(300)는 우라늄 및 공융염 회수 장치로서, 우라늄 및 공융염 회수 바스켓(51,52)을 제2장치(200)로부터 분리해주는 바스켓 주입 실린더(56), 회수 바스켓(51,52)을 이송 컨베이어 장치로 이동시키는 바스켓 주입판(53) 및 실린더(54), 회수 바스켓을 외부로 이동시켜주는 이송 컨베이어 장치(55); 상기 이송 컨베이어 장치(55)가 앞쪽에 위치하며, 이 모든 장치를 내부에 포함하는 글러브 박스(미도시)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

제3장치(300)는 이송 컨베이어 장치(55)를 이용하여 수집된 공융염과 우라늄을 회수하는 장치로서; 회수 바스켓을 컨베이어 장치로 밀어주는 실린더(54)와 이와 결합하여 회수 바스켓의 옆면의 표면형태와 같은 모양을 가지는 바스켓 주입판(53)을 포함하며, 바스켓 주입판(53)의 모양은 직사각형의 모습을 가지나 이에 제한하지 않는다.

이송 컨베이어 장치(55)는 제3장치(300)의 정면에서 우라늄 및 공융염 회수 바스켓(51,52)이 아래로 내려와 있을 때의 높이와 같은 위치에 있으며 회수 바스켓 앞부분에 위치하며, 글러브 박스 외부 연결부까지 도달함이 바람직하나 그 길이는 제한하지 않는다.

또한 상기 회수 바스켓(51,52)을 제2장치(200) 외부로 꺼낼 때 작용되는 바스케 주입 실린더(56)는 상하운동을 하며, 바스켓 무게와 수집된 우라늄 및 공융염 무게를 각각 포함하는 무게를 견딜 수 있어야 하며, 그 무게는 제한되지 않으나 60 ~ 100 kg가 적당하다.

상기 제1장치(100), 제 2장치(200) 및 제3장치(300)의 재질은 스테인레스 스틸인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제1장치(100), 제2장치(200) 및 제3장치(300)의 재질이 스테인레스 스틸인 경우 부식성이 적으며, 상대적으로 장치 제조 가격이 저렴하다는 장점이 있다.

상기 제1장치(100), 제2장치(200) 및 제3장치(300)의 컨베이어 접시는 사각형인 것이 바람직하고, 일정한 높이를 가지는 것을 원칙으로 하나 그 높이는 제한되는 것은 아니다.

상기 컨베이어 접시가 사각형일 경우 접시와 접시 사이의 접점부분의 컨트롤이 쉬우며, 일정한 높이를 가지는 것은 우라늄전착물 내의 공융염이 기체의 형상변화 시 먼저 액체화되는데, 이때 액체화된 공융염이 접시 외부로 흘러내림을 방지할 수 있다.

상기 우라늄전착물 염 제거장치는 우라늄전착물을 연속적으로 주입할 수 있어 대용량 처리가 가능하며, 일정한 양의 처리에 있어 회분식보다 처리속도가 빨라 조업시간을 단축시킬 수 있다.

그리고 컨베이어에 탈부착이 가능한 증류접시의 용량조절에 따라 우라늄 전착물의 퇴적 높이를 조절할 수 있으며, 이에 따라 히터의 열원으로부터 발생한 열이 우라늄전착물 내부로의 열전달 효율이 높아 비교적 낮은 온도에서 조업이 가능하다.

또한 회분식 장치는 증류 온도에 도달하기 위한 승온 부분과 증류 후 우라늄전착물을 회수하기 위해 상온 이하로 온도를 떨쳐야하는 부분이 존재함으로써 1회 운전 시 외부 에너지 소비가 많고, 조업시간이 장시간임에 비해서, 본 발명의 장치는 한번 증류온도에 도달시키면 연속적으로 고온의 상태를 유지할 수 있어 외부 에너지의 사용량을 감소할 수 있다.

그리고 외부에서 생성된 우라늄전착물 공급장치인 제1장치(100)를 이용하여 외부의 우라늄전착물을 염 증류장치인 제2장치(200)로 이송함에 있어 수작업이 필요 없어 장비의 자동화를 실현할 수 있고, 외부 ER 공정 등과 같은 장치들과 연계성을 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명의 장치를 이루는 장비의 고장 시 일부 구성만을 교체함으로서 장치의 유지보수비용이 감소되며, 교체된 부품의 폐기물 양을 감축시킬 수 있다는 장점을 가진다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거 방법을 나타낸 플로우 차트이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물 염 제거 방법은 단계 1(S10) 내지 단계 4(S40)을 포함한다.

상기 단계 1(S10)은 외부의 우라늄전착물을 반응기 내로 연속적으로 공급 및 이동시키는 단계이다.

상기 단계 2(S20)는 반응기 내로의 이동된 우라늄전착물을 진공상태에서 가열하여 공융염을 증류하는 단계이다.

상기 단계 3(S30)은 상기 단계 2(S20)에서 분리된 공융염과 우라늄을 회수하는 단계이다.

상기 단계 4(S40)는 상기 우라늄전착물을 진공상태에서 증류하여 공융염을 증류하는 단계이다.

보다 구체적으로, 상기 단계 1(S10)은, 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1장치(100)를 이용하여 외부의 공정에서 생성된 우라늄전착물을 제2장치(S200)에 공급하는 단계이다.

먼저, 제1장치(100)의 외부 우라늄전착물 투입구 개폐 덮게(19)을 열고, 외부 우라늄전착물 이송 컨베이어 장치(11)를 외부 우라늄전착물 투입구(18) 중앙에 오도록 실린더를 이용하여 밀어 준다. 실린더의 작동 가스는 불활성 기체인 아르곤(Ar) 가스가 적합하나, 제2장치(200)의 사용 불활성 가스와 동일한 가스를 사용하며 가스의 종류는 제한하지 아니한다.

이후, 외부의 우라늄전착물을 컨베이어 접시에 투입하면서 컨베이어를 작동하면 우라늄전착물은 내부의 우라늄전착물 이송 컨베이어 장치(14) 위로 투입이 완료된다.

투입이 완료되면, 외부 우라늄전착물 이송 컨베이어 장치의 실린더를 이용하여 원위치 시킨 후 외부 우라늄전착물 투입구 개폐 덮게를 닫는다.

진공펌프를 작동시켜 공급장치 내부(글러브 박스)의 수분 및 기타 오염가스를 제거한 후 불활성가스를 주입하며, 이 과정을 2~3회 반복하며, 반복회수는 제한하지 않는다. 공급장치 내부의 환경을 불활성 가스가 채워지도록 한 후 내부 우라늄전착물 투입구 개폐 덮게(16)를 열고 내부 컨베이어 장치(14)를 작동하여 제2장치(200) 내부로 우라늄전착물을 이송한다. 이 과정이 끝나면 내부 우라늄전착물 투입구 개폐 덮게를 닫고, 위의 과정을 반복한다.

상기 단계 2(S20)는, 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 단계 1(S10)에서 공급된 우라늄전착물에서 제2장치(200)를 이용하여 공융염과 우라늄을 분리하는 단계이다.

제2장치(200)의 외부 히터(42)(44) 및 증류접시 가열히터(45)를 작동하여 반응기(32)의 내부 온도를 미리 공융염 증발 온도까지 올린다. 공융염 증발 온도에 도달하면 증류 컨베이어 장치를 가동하고, 작동되고 있는 증류 컨베이어의 증류접시(34)에 제1의 장치(100)를 이용하여 우라늄전착물을 공급한다.

공급된 우라늄전착물은 컨베이어 증류접시(34)에 일정량씩 공급이 되며, 이때 제1장치(100)의 내부 우라늄전착물 투입구 개폐 덮게가 열려 있어 제2장치(200) 내부의 열이 제1장치(100)의 내부로 이동이 일어날 수 있으나, 공급되는 우라늄전착물에 의해 차단된다.

우라늄 전착물이 공급된 증류접시(34)는 컨베이어 이송속도에 따라 우라늄 수집 장치 및 바스켓(39)쪽으로 이동하며, 이동하는 동안 공융염은 액체기체 등의 상변화가 이루어지며, 최종 기체로 변화되어 증발하게 된다.

기체화되어 열에너지를 보유한 공융염은 반응기 상부로 상승하고, 고체의 우라늄은 컨베이어 증류접시에 그대로 남게 되어 고체의 우라늄과 기체의 공융염으로 분리가 일어난다. 기체화된 공융염의 이송은 반응기 상부에 기울기를 둠으로서 자연적으로 공융염 수집 장치 및 바스켓(41) 쪽으로 이동하게 된다. 반응기 상부의 기울기는 기체가 열에너지를 가지면 상승하려고 하는 원리를 이용함으로서, 그 기울기는 제한하지 않으나 일반적으로 45도 이하의 기울기가 적합하다.

기체 상태로 분리되어 이송되는 공융염은 응축조 방열판(13)에 의하여 방열판 상부와 하부의 온도차가 발생하며, 비교적 낮은 온도의 방열판 하부로 기체화된 공융염이 이동하게 되며 응축조 내부에서 기체가 액체화 되는 상변화가 일어난 후 공융염 수집 장치에 모이게 된다.

상기 단계 3(S30)은, 도 5를 참조하면, 수집된 고체의 우라늄과 공융염 등을 수집하는 회수 바스켓을 제2장치(200)로부터 분리회수하는 단계이다.

이 단계는 우라늄전착물에서 공융염이 제거된 상태로 회수된 우라늄은 수 cm에서 수 um까지의 크기를 가질 수 있고, 이에 따라 우라늄의 입자가 작을수록 산화에 의한 발열이 생길 수 있어 각별한 주의가 필요한 단계이다. 따라서 완벽한 산소와의 단절이 요구된다.

단계 3(S30)은 우선적으로 아르곤(Ar) 가스와 같은 불활성 가스로 충진 된 글러브 박스 내에서 이루어진다. 먼저 글러브 박스 내부의 대기환경을 불활성 가스로 충진한 후 바스켓 주입 실린더(56)를 작동시켜 우라늄회수 바스켓 제2장치(200)의 아래로 이동시켜 외부로 꺼낸다.

이후, 실린더에 결합된 바스켓 주입판을 작동시켜 회수 바스켓을 이송 컨베이어 장치 위로 이동시킨 후 이송 컨베이어를 작동시켜 글러브 박스 외부까지 이동시킨다. 불활성 가스는 아르곤(Ar) 가스에 제한하는 것은 아니며, 수집용기의 개방 시 진공펌프의 가동으로 열의 이동을 최소함이 바람직하다.

상기 단계 1(S10)의 글러브 박스(13)는 스테인레스 스틸 재질이여야 하며, 장치 내부의 온도는 상온에서 30 ~ 400℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하며, 필요에 따라 냉각 장치를 설치할 수 있다.

이는 제1장치(100)의 내부 우라늄전착물 투입구 개폐 덮게(16)가 개폐될 때 제2장치(200)에서 발생한 열이 제1장치(100) 내부로 들어올 수 있으나 투입되는 우라늄 전착물이 투입관에 쌓이게 됨으로서 열의 유입은 적을 수 있다.

일반적으로 400℃ 이하의 온도에서는 투입되는 우라늄 전착물(공융염이 포함된)이 액체와 기체와 같은 상적변화 없이 고체로 존재하며, 장치의 내부에 설치된 실린더와 컨베이어 장치의 물리적 손실을 제한할 수 있다.

그러나 400℃ 이상일 경우에는 용융염이 녹아(액체화) 컨베이어 외부로 유출될 수 있으며, 600℃ 이상일 때는 공융염의 증발손실이 발생하는 문제가 있을 수 있다.

또한 내부 우라늄전착물 이송 컨베이어(14)는 그 구동모터가 글러브 박스 외부에 장착되어야 하며, 컨베이어 이동 받힘대(24)에는 컨베이어 이동받힘 바퀴(25)가 1/3이상 들어갈수록 홈이 존재함이 바람직하고 컨베이어 이동받힘 바퀴(25)는 글러브 박스 바닥면에 고정 설치되어야 하며 탈부착이 가능하여야 한다.

상기 제1장치(100) 내의 온도에 대한 조절은 내부 우라늄전착물 투입구 개폐 덮게(16)의 개폐시간에 의해 조절할 수 있으며, 컨베이어 이송 속도는 최소 8.0 mm/sec 의 속도를 유지해 줌이 바람직하나, 그 속도는 제한하지 않는다.

상기 단계 2(S20)의 가열온도는 700 ~ 900 의 온도범위에서 수행되는 것이 바람직하다. 증발온도가 700 미만일 경우 공융염의 증발 속도가 느리며, 따라서 제 2장치의 증류 컨베이어의 이송 속도를 매우 느리게 조절해야 하는 문제점이 발생할 수 있다. 또한 900를 초과하는 경우에는 높은 온도로 인하여 증류 속도는 증가하나 컨베이어 및 반응기 벽면의 내구성에 문제가 발생할 수 있으며, 단계 1(S10)의 우라늄 투입장치(100) 및 단계 3(S30)의 장치 내부 온도 유지에 문제를 발생시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 컨베이어 벨트를 이용한 우라늄전착물 염 제거장치 및 그 운전방법은 연속적인 염 증류를 수행할 수 있어 그에 따른 처리용량이 증가되고, 장치의 크기가 회분식 장치에 비해 축소되어 장치의 설치 공간을 절약할 뿐만 아니라, 히터로부터 발생한 열이 우라늄전착물 내로 열전달성이 증가하여 열 효율성 면에서 이로워 진공증류장치의 가동 활용성도가 높으며, 컨베이어 벨트 면적에 얇게 퍼짐으로서 비교적 낮은 온도에서 염 증류 속도 증가뿐만 아니라 조업시간을 단축시킬 수 있다.

또한 회분식 방식은 1회 운전하는데 반응기 내부의 온도를 염 증류 온도까지 올리고 염 증류가 종결된 후 상온으로 냉각시켜야 함으로서 에너지 소비가 많으나, 본 발명에 의한 장치는 상온까지 냉각시키지 않음으로서 에너지 사용량이 감축되고, 우라늄 전착물의 연속적 주입 및 회수에 따라 다른 공정들과의 연계성이 좋아지는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명의 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터 염 제거 장치 및 이를 이용한 염 제거방법을 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 응용될 수 있다.

11 : 외부 우라늄전착물 이송 컨베이어
12 : Ar 가스 주입부
13 : 글러브 박스
14 : 내부 우라늄전착물 이송 컨베이어
15 : 내부 우라늄전착물 투입구
16 : 내부 우라늄전착물 투입구 개폐 덮게
17 : 진공 펌프 연결부
18 : 외부 우라늄전착물 투입구
19 : 내부 우라늄전착물 투입구 개폐뚜껑
20 : 실린더 받힘대
21 : 실린더
22 : 실린더와 컨베이어 이동 받힘대 연결고리
23 : 컨베이어 이동받힘대 멈춤대
24 : 컨베이어 이동 받힘대
25 : 컨베이어 이동받힘대 이동바퀴
26 : 컨베이어 구동축
27 : 컨베이어 접시
31 : 외부 우라늄전착물 투입장치
32 : 반응기
33 : 증류 컨베이어 구동축
34 : 증류 접시
35 : 외부 Ar 가스 주입부
36 : 진공펌프
37 : 냉각장치
38 : 힙팝 필터
39 : 우라늄 수집장치 및 바스켓
40 : 실린더
41 : 공융염 수집장치 및 바스켓
42 : 응축조 온도유지 히터
43 : 응축조 방열판
44 : 반응기 가열 히터
45 : 증류 접시 가열 히터
46 : 컨베이어 보호 방열판
47 : 컨베이어 벨트
48 : 컨베이어 구동모터
49 : 증류접시 받힘대
51 : 우라늄 회수 바스켓
52 : 공융염 회수 바스켓
53 : 바스켓 주입판
54 : 실린더
55 : 이송 컨베이어
56 : 바스켓 주입 실린더

Claims (9)

1. 컨베이어 장치를 이용하여 우라늄전착물로부터 연속적으로 공융염을 제거하기 위한 우라늄 전착물 투입 컨베이어를 포함하는 제1장치;
   상기 투입된 우라늄 전착물로부터 공융염을 진공증류를 통하여 제거하기 위한 증류 컨베이어 장치를 포함하는 제2장치; 및
   상기 공융염이 제거된 우라늄 및 회수된 공융염 수집장치에서 수집 바스켓을 제거하는 제3장치를 포함하되,
   상기 제1장치 및 제3장치는 상기 제2장치와 연계되어 사용하는 것을 특징으로 하는 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1장치는,
   우라늄전착물 이송 컨베이어를 우라늄전착물 투입구까지 이동시키는 실린더와 이에 결합하되 탈착이 가능한 이송장치;
   구동 모터를 포함하는 우라늄전착물 이송 컨베이어;
   상기 우라늄전착물 투입구의 개폐가 가능하도록 하는 우라늄전착물 투입구 개폐 덮게;
   직사각형의 형태를 가지는 우라늄전착물 투입구; 및
   투입 라인을 포함하는 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2장치는,
   상기 이송 컨베이어 연결축의 말반부분에 탈착이 가능하도록 연결되는 증류 컨베이어 접시와 컨베이어 구동축 연결판, 그리고 이송 컨베이어 벨트 구동축, 구동축 보호 방열판 및 구동모터를 포함하는 염증류 이송 컨베이어;
   상기 하부 플랜지에 탈착이 가능하도록 연결된 공융염 수집용기 및 우라늄 수집용기;
   상기 공융염 수집용기 및 우라늄 수집용기를 내부에 포함하는 반응기 및 반응기 상하좌우 및 증류 이송컨베이어 하단부위에 위치한 가열부가 구비되고, 증류 이송컨베이어 말단에 위치한 방열판을 포함하는 응축조; 및
   상기 공융염 수집바스켓 하단부에 연결되는 진공펌프 및 진공펌프를 이용하여 반응기 내부로 재순환시키는 가스라인 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거장치.
   
4. 제1항에 있어서
   상기 제3장치는,
   우라늄 수집 바스켓 및 공융염 수집 바스켓을 분리할 수 있도록 해주는 실린더 및 수집 바스켓을 이송 컨베이어로 밀어주는 실린더, 이송 컨베이어로 이동된 수집 바스켓을 외부로 이송시켜주는 컨베이어를 포함하는 바스켓 분리 장치; 및
   상기 바스켓 분리 장치 외부에 냉각기능을 가지는 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 증류 컨베이어 접시는,
   스테인레스 스틸인 것을 특징으로 하고, 증류 컨베이어 접시 내부에 세라믹 코팅이나 알루미나 코팅을 수행할 수 있는 것을 특징으로 하는 컨베이어 장치를 이용한 우라늄전착물로부터의 염 제거장치.
   
6. 외부의 공정에서 생성된 우라늄전착물을 이송 컨베이어를 이용하여 제2장치에 공급하는 단계(단계 1);
   공급된 우라늄전착물을 증류 이송 컨베이어를 이용하여 가열 및 이동시키고 공융염과 우라늄을 분리하는 단계(단계 2);
   증류되어 기체 상태로 존재하는 공융염을 냉각시켜 수집시키고, 공융염과 분리된 우라늄을 수집 및 수집 바스켓을 플랜지로부터 분리ㆍ회수하는 단계 (단계 3); 및
   상기 우라늄전착물을 진공상태에서 증류하여 공융염을 증류하는 단계(단계 4)를 포함하는 우라늄전착물로부터의 염 제거장치를 이용한 염 제거 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 단계 1은,
   염증류 온도를 30 ~ 400 ℃ 온도범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 우라늄전착물로부터의 염 제거장치를 이용한 염 제거 방법.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 단계 2는,
   염증류 온도를 600 ~ 900 ℃ 온도범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 우라늄전착물로부터의 염 제거장치를 이용한 염 제거 방법.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 단계 3은,
   염증류 온도를 30 ~ 500 ℃ 온도범위에서 수행하는 것을 특징으로 하는 우라늄전착물로부터의 염 제거장치를 이용한 염 제거 방법.

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