KR20140042405A - 전해 회수 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융염 전해 매질(110)에 일부가 잠기도록 형성된 회전 양극 바스켓(120)과, 상기 회전 양극 바스켓(120)이 회전되면서 용융염 전해 매질(110)에 잠긴 부분이 용융염 전해 매질(110) 위로 이동되도록 회전 양극 바스켓(120)에 형성된 중심회전축(130) 및 상기 회전 양극 바스켓(120) 중 용융염 전해 매질(110)에 잠긴 부분과 인접되게 형성되는 음극판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전해 회수 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 물질전달에 의해 제한받는 전해 분극을 최소화하여 처리속도를 향상시킬 수 있는 효과가 발생된다.

Description

전해 회수 장치{Electrolytic Recovery Device}
본 발명은 처리 속도를 향상시킬 수 있는 전해 회수 장치에 관한 것이다.
사용 후 핵연료 건식처리공정에서 부산물로 얻어지는 폐피복관은 내부층으로 사용 후 핵연료 및 Pu, Cs, I, Tc 및 Co 등의 핵분열 및 방사화생성물이 미량 침투되어 포함되기 때문에 고준위 폐기물로 분류된다.
폐피복관 내부 약 10∼25 ㎛에 분포되고 있는 고준위 방사성 핵종들을 제거하기 위한 종래 방법은 습식 방법으로 표면 산화층을 용해시키거나, 기계적 방법으로 플라즈마 또는 레이저에 의해 일정 깊이까지 표면을 연마하는 기술이 있다.
그리고 최근에는 고온 용융염 전해 매질을 사용하는 건식제염 방법으로 전해 정련하는 기술이 주목받고 있으며 이 공법은 선택적으로 지르코늄을 회수하는 장점이 있다.
그러나 종래 건식제염 방법은 바스켓 내에 고정된 양극체가 전해질과 접촉되는 부분이 일정하며, 부분적인 염소가스 발생으로 인한 기체막을 형성하여 처리속도를 제한하는 전해 분극을 최소화하는데 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 물질전달에 의해 제한받는 전해 분극을 최소화하여 처리속도를 향상시킬 수 있고 음극으로부터 제염된 지르코늄을 효율적으로 회수할 수 있는 전해 회수 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 용융염 전해 매질(110)에 일부가 잠기도록 형성된 회전 양극 바스켓(120)과, 상기 회전 양극 바스켓(120)이 회전되면서 용융염 전해 매질(110)에 잠긴 부분이 용융염 전해 매질(110) 위로 이동되도록 회전 양극 바스켓(120)에 형성된 중심회전축(130) 및 상기 회전 양극 바스켓(120) 중 용융염 전해 매질(110)에 잠긴 부분과 인접되게 형성되는 음극판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전해 회수 장치를 제공한다.
상기 중심회전축(130)은 회전 양극 바스켓(120)이 수직면상에서 회전되도록 회전 양극 바스켓(120)의 중심부에서 수평면상에 형성된다.
그리고 상기 중심회전축(130)은 용융염 전해 매질(110)의 상방에 위치되며, 상기 회전 양극 바스켓(120)은 원통형 형상으로 형성된다.
상기 음극판을 통하여 지르코늄을 회수할 수 있고, 상기 회전 양극 바스켓(120)의 배면부(126)에는 스크레이퍼(128a, 128b, 128c, 128d)가 형성된다.
상기 음극판은 복수개의 음극판(152, 154)들로 구성되며 회전 양극 바스켓(120)의 만곡면과 동일하게 만곡진다.
상기 스크레이퍼(128a, 128b, 128c, 128d)를 지지하기 위해 회전 양극 바스켓(120)의 양측면판(122, 124)에 지지부재(172)가 형성되며, 상기 음극판의 하부에는 전착물 회수 바스켓(160)이 형성된다.
상기 지지부재(172)는 중심회전축(130)을 중심으로 "+" 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면 회전하는 드럼형 양극 바스켓 내에서 회동되는 폐피복관 조각은 용융염 전해 매질과 접촉하는 양극의 계면이 계속 새롭게 변하여 넓고 고른 전극면적을 제공하는 효과가 발생된다.
따라서, 본 발명은 물질전달에 의해 제한받는 전해 분극을 최소화하여 처리속도를 향상시킬 수 있고 음극으로부터 제염된 지르코늄을 효율적으로 회수할 수 있는 효과가 발생된다.
그리고 용융염 전해 매질 상부에 아르곤 가스가 형성되어 염소 기체를 원활하게 상부 쪽으로 확산시켜 염소 분극의 가능성을 최소화하는 효과가 발생된다.
또한 본 발명에 의하면 전류인가에 의한 전해운전 동안 계속 회동되는 폐피복관 조각의 요동으로 전해질과의 계면에서 난류 흐름을 촉진시켜 물질 전달 제한의 분극을 최소화하는 효과가 있다.
본 발명은 양극 바스켓 프레임 외주면에 결속된 스크레이퍼가 음극면의 전착물을 긁어 내릴 수 있으며, 음극면으로부터 스크레이핑되어 하부로 낙하하는 전착물을 수집할 수 있는 철제 그물망 형상의 전착물 회수 바스켓을 구비하여, 효율적으로 전해질로부터 전착물을 걸러낼 수 있는 구조로써 전착물로부터 염을 제거하는 후속 처리 공정에 부담을 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 양극 바스켓, 음극판 그리고 전착물 수집 그물망을 일체형으로 하여 처리용량에 따라 모듈형 확장이 가능하며, 회분식 전해 정련 조작 있어서 처리량을 증대시킬 수 있는 효과가 발생된다.
도 1은 본 발명인 전해 회수 장치를 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 투시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 수용액을 사용하지 않은 건식 파이로프로세싱(Pyroprocessing) 기술과 가장 호환성을 갖는 공정기술에 초점을 두어, 사용 후 핵연료의 물리화학적 탈피복 공정에서 분리된 지르칼로이 피복관 조각에 대한 제염과 지르코늄 전해회수에 대한 것이며, 우라늄 등의 다른 물질의 전해회수에도 적용될 수 있다.
그리고 본 발명은 고온의 용융염 전해 매질을 사용하는 건식 전해정련 공법을 활용하는 공정장치로서 전해조는 지르칼로이 폐피복관을 장입할 수 있는 드럼형 양극 바스켓과 이것이 전해질에 잠기는 하부 영역을 감싸는 음극판, 그리고 전착물 회수용 그물망으로 구비된 것이 주요 특징이다.
상기 전해정련(Electrorefining) 공법은 고온의 용융염 전해 매질에서 전류인가를 조절하여 용융염에 대한 활성이 높은 독성 원소를 전해질에 남기고 상대적으로 산화환원 전위가 높은 순수한 지르코늄(Zirconium; Zr)만 음극으로 회수하는 방식이다.
도 1은 본 발명인 전해 회수 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 투시도이다.
본 발명인 전해 회수 장치는 용융염 전해 매질(110)이 일정 높이까지 채워져 있는 수조(100)와, 상기 용융염 전해 매질(110)에 일부가 잠기도록 형성된 회전 양극 바스켓(Basket)(120)과, 상기 회전 양극 바스켓(120)이 수직면상에서 회전되도록 회전 양극 바스켓(120)의 중심부에서 수평면상에 형성된 중심회전축(130)과, 상기 중심회전축(130)의 양측에 연결되는 바스켓 지지체(142, 144)와, 상기 회전 양극 바스켓(120) 중 용융염 전해 매질(110)에 잠긴 부분의 주위를 인접되게 감싸도록 형성되는 2개의 음극판(152, 154)들과, 상기 음극판(152, 154)들의 하부에 형성되는 전착물 회수 바스켓(160)을 포함하여 구성된다.
상기 수조(100)는 직육면체 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 수조(100) 내부 중 용융염 전해 매질(110) 상부에 아르곤과 같은 비활성 기체를 채운다.
상기 비활성 기체는 회전 양극 바스켓(120)의 상부가 용융염 전해 매질(110) 위로 주기적으로 노출되므로, 회전 양극 바스켓(120) 내에서 국부적인 전극 전위 상승으로 인한 발생 염소 기체를 지르칼로이 폐피복관 표면으로부터 용이하게 제거하므로 염소 기체막에 의한 전해 분극을 감소시킨다.
그리고 상기 회전 양극 바스켓(120)은 원통형 형상으로 형성되며, 그 표면이 망(Mesh) 형태로 형성되고 내부에는 폐피복관 조각이 위치된다.
또한, 상기 회전 양극 바스켓(120)은 중심회전축(130)이 위치된 부분이 용융염 전해 매질(110) 위에 위치되도록 바스켓 지지체(142, 144)에 의해 지지된다.
상기 중심회전축(130)의 장착 구조에 의해 회전 양극 바스켓(120)이 회전되면서 용융염 전해 매질(110)에 잠긴 부분이 용융염 전해 매질(110) 위로 이동된다.
상기 2개의 음극판(152, 154)들은 회전 양극 바스켓(120)의 중심회전축(130)을 지나는 수직면을 중심으로 서로 대향되게 이격되어 회전 양극 바스켓(120)의 만곡면과 동일하게 만곡지는 형상으로 형성된다.
그리고 2개의 음극판(152, 154)들은 상부가 용융염 전해 매질(110) 위로 노출되고, 음극판(152, 154)의 상부 중앙에는 음극판 지지체(156, 158)가 음극판(152, 154)을 지지하도록 연결된다.
상기 전착물 회수 바스켓(160)은 테두리가 상방으로 절곡된 직사각형 트레이(Tray) 형태이며, 2개의 음극판(152, 154)들의 하방에서 2개의 음극판(152, 154)들이 차지하는 면적보다 더 큰 면적으로 형성된다.
한편, 상기 원통형 형상의 회전 양극 바스켓(120)은 원판 형상의 양측면판(122, 124)과, 상기 양측면판(122, 124) 원주위 사이를 연결하는 배면부(126)로 구분되며, 상기 배면부(126)에는 4개 지점에 배면부(126)의 폭 방향으로 형성되는 스크레이퍼(128a, 128b, 128c, 128d)가 형성된다.
상기 스크레이퍼(128a, 128b, 128c, 128d)는 회전 양극 바스켓(120)이 회전함에 따라서 음극판(152, 154)에 전착된 지르코늄인 분말상의 전착물을 긁어 내리는 작용을 한다.
필요한 경우에는 상기 회전 양극 바스켓(120)에 사용후핵연료 조각을 장입하고 전류량을 조절하여 분말상의 전착물로 지르코늄 대신 우라늄을 취득하는 것도 가능하다.
그리고 상기 양측면판(122, 124)에는 중심회전축(130)을 중심으로 "+" 형상의 지지부재(172)가 스크레이퍼(128a, 128b, 128c, 128d)를 지지하기 위해 형성된다.
상기 전착물 회수 바스켓(160)은 구동장치(미도시)와 제어부(미도시)에 의해 일정 시간 간격마다 시계 방향과 반시계 방향으로 방향을 전환하면서 회전된다.
본 발명에 의하면 탈피복된 폐피복관 조각이 전해 매질과 원활하게 접촉하여 물질전달이 향상되므로 정련공정의 율속단계인 양극산화 속도를 극대화시켜 처리량을 증대할 수 있는 효과가 발생된다.
그리고 철망 형상인 양극 바스켓(120)은 하부가 전해 매질에 잠긴 채로 회전하는 드럼형으로써 내부에 절편된 폐피복관 스크랩을 장입할 수 있는 공간이 충분히 구비되어, 바스켓이 회전함에 따라 폐피복관 스크랩 들이 내부에서 분산되는 환경을 제공할 수 있는 효과가 발생된다.
또한, 본 발명은 양극 바스켓(120)의 주기적 회전에 의해 내부에 절편된 폐피복관 스크랩 표면과 전해질 사이의 난류 흐름을 증가시켜 물질전달을 극대화할 수 있는 효과가 발생된다.
본 발명에 있어서 양극 바스켓(120)은 상부가 전해 매질 위로 노출되기 때문에 바스켓 내에서 국부적인 전극 전위 상승으로 염소 기체가 발생할 수 있어 이로 인한 전해 분극을 줄이기 위해 아르곤과 같은 비활성 분위기 기체로 신속히 퍼지될 수 있는 구조가 형성된 특징이 있다.
그리고 본 발명에 있어서 회전하는 양극 바스켓(120)의 중심회전축(130)은 용융염 전해질 상부로 노출되어 고온 상태에서도 회전부의 건전성이 유지되며, 바스켓 지지체(142, 144)는 전극 리더 선을 포함하여 전해 공정의 회분 조업 후 상부로 인출이 가능한 구조로 형성된다.
본 발명에 있어서 양극 바스켓(120)은 주기적인 양방향 회전이 가능하여 여기에 장착된 스크레이퍼(128a, 128b, 128c, 128d)에 의해 하부에 둥근 통판 모양의 음극판(152, 154)에 전착된 분말상의 전착물을 긁어 내릴 수 있는 효과가 발생된다.
또한, 음극판(152, 154)으로부터 스크레이핑되어 하부로 낙하하는 전착물을 수집할 수 있는 철제 그물망 형상의 전착물 회수 바스켓을 구비하여, 효율적으로 전해질로부터 전착물을 걸러낼 수 있는 구조로써 전착물로부터 염을 제거하는 후속 처리 공정에 부담을 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 양극 바스켓, 음극판 그리고 전착물 수집 그물망을 일체형으로 하여 처리용량에 따라 모듈형 확장이 가능하며, 회분식 전해 정련 조작 있어서 처리량을 증대시킬 수 있는 효과가 발생된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 용융염 전해 매질 120: 회전 양극 바스켓
126: 배면부 128a, 128b, 128c, 128d: 스크레이퍼
130: 중심회전축 152, 154: 음극판
160: 전착물 회수 바스켓

Claims (10)

  1. 용융염 전해 매질(110)에 일부가 잠기도록 형성된 회전 양극 바스켓(120)과,
    상기 회전 양극 바스켓(120)이 회전되면서 용융염 전해 매질(110)에 잠긴 부분이 용융염 전해 매질(110) 위로 이동되도록 회전 양극 바스켓(120)에 형성된 중심회전축(130) 및
    상기 회전 양극 바스켓(120) 중 용융염 전해 매질(110)에 잠긴 부분과 인접되게 형성되는 음극판
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전해 회수 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중심회전축(130)은 회전 양극 바스켓(120)이 수직면상에서 회전되도록 회전 양극 바스켓(120)의 중심부에서 수평면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 전해 회수 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 중심회전축(130)은 용융염 전해 매질(110)의 상방에 위치되는 것을 특징으로 하는 전해 회수 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전 양극 바스켓(120)은 원통형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해 회수 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 음극판을 통하여 지르코늄을 회수하는 것을 특징으로 하는 전해 회수 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 회전 양극 바스켓(120)의 배면부(126)에는 스크레이퍼(128a, 128b, 128c, 128d)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전해 회수 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 음극판은 복수개의 음극판(152, 154)들로 구성되며 회전 양극 바스켓(120)의 만곡면과 동일하게 만곡지는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해 회수 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 스크레이퍼(128a, 128b, 128c, 128d)를 지지하기 위해 회전 양극 바스켓(120)의 양측면판(122, 124)에 지지부재(172)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전해 회수 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 음극판의 하부에는 전착물 회수 바스켓(160)이 형성되는 것을 특징으로 하는 전해 회수 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 지지부재(172)는 중심회전축(130)을 중심으로 "+" 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전해 회수 장치.
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