KR20140093723A

KR20140093723A - 불순한 핵 원료로부터 정제 금속을 회수하기 위한 전해정련 시스템

Info

Publication number: KR20140093723A
Application number: KR1020147016808A
Authority: KR
Inventors: 존 에프 버거; 마크 에이 윌리엄슨; 스탠리 지 위드메이어; 제임스 엘 윌릿; 로렐 에이 반즈; 로버트 제이 블라스코비츠
Original assignee: 지이-히타치 뉴클리어 에너지 어메리카스 엘엘씨
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2014-07-28
Also published as: US9150975B2; KR101628588B1; JP2015503035A; US20130161186A1; WO2013103406A3; WO2013103406A2; EP2794958B1; EP2794958A2; JP6196632B2

Abstract

본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템은, 용융 염 전해질을 보유하도록 구성되고 복수의 교호 배치된 캐소드 및 애노드 조립체를 수용하도록 구성된 용기를 구비할 수 있다. 애노드 조립체는 불순한 핵 원료를 보유하도록 구성된다. 전력 시스템이 인가되면, 불순한 핵 원료는 애노드 용해되며, 정제 금속은 캐소드 조립체의 캐소드 봉에 부착된다. 스크레이퍼는 캐소드 봉에 부착된 정제 금속을 탈착시키도록 구성된다. 용기의 바닥에 배치되는 컨베이어 시스템은 탈착된 정제 금속을 용기로부터 제거하도록 구성된다.

Description

불순한 핵 원료로부터 정제 금속을 회수하기 위한 전해정련 시스템{ELECTROREFINER SYSTEM FOR RECOVERING PURIFIED METAL FROM IMPURE NUCLEAR FEED MATERIAL}

(연방 지원 연구 또는 개발)

본 발명은 미국 에너지부에 의해 수여된 계약 번호 DE-AC02-06CH11357 하에 정부 지원으로 이루어졌다.

본 발명은 불순한 원료로부터 금속을 회수하도록 구성된 전해 시스템에 관한 것이다.

불순한 원료로부터 금속을 회수하기 위해 및/또는 금속-산화물로부터 금속을 추출하기 위해 전기화학적 프로세스가 사용될 수 있다. (가용성 금속 산화물에 대한) 종래의 프로세스는 통상적으로, 금속-산화물을 전해질 내에서 용해시키고 이후 전기분해식 분해 또는 (불용성 금속 산화물의 경우) 선택적 전계확산시킴으로써 금속-산화물을 그 대응 금속으로 환원시키는 것을 포함한다. 불용성 금속-산화물을 그 대응 금속 상태로 환원시키기 위한 종래의 전기화학적 프로세스는 단단계 또는 다단계 방식을 채용할 수 있다.

다단계 방식은 두 개의 개별 용기(vessel)를 사용하는 2단계 프로세스일 수 있다. 예를 들어, 소모된 핵연료의 우라늄 산화물로부터 우라늄을 추출하는 것은 용융 LiCl 전해질에 용해되어 있는 리튬에 의해 우라늄 산화물을 환원시켜 제 1 용기에서 우라늄 금속과 Li₂O를 생성하는 초기 단계를 포함하며, 여기에서 Li₂O는 용융 LiCl 전해질에 용해된 상태로 남아있다. 상기 프로세스는 이후 제 2 용기에서 전해채취(electrowinning)하는 후속 단계를 포함하며, 여기에서 용융 LiCl 중의 용해된 Li₂O는 전기분해식으로 분해되어 산소를 형성하고 리튬을 재생시킨다. 따라서, 결과적인 우라늄 금속은 전해정련 프로세스에서 추출될 수 있지만, 재생된 리튬을 갖는 용융 LiCl은 다른 배치(batch)의 환원 단계에 사용하기 위해 재활용될 수 있다.

그러나, 다단계 방식은 고온의 용융 염 및 환원제를 하나의 용기에서 다른 용기로 이동시키는 것에 관한 문제와 같은 여러가지 공학적 복잡성을 수반한다. 추가로, 용융 염에서의 산화물 환원은 전해질-환원제 시스템에 따라서 열역학적으로 억제될 수 있다. 특히, 이 열역학적 억제는 주어진 배치에서 환원될 수 있는 산화물의 양을 제한할 것이다. 그 결과, 생산 요건을 충족하기 위해서는 용융 전해질 및 환원제의 보다 빈번한 이동이 필요할 것이다.

한편, 단단계 방식은 일반적으로 금속 산화물을 캐소드 및 애노드와 함께 친화성 용융 전해질에 침지시키는 것을 포함한다. 애노드와 캐소드를 대전시킴으로써, 금속 산화물(캐소드와 전기 접촉됨)은 용융 전해질을 통한 이온 교환 및 전해 변환을 통해서 그 대응 금속으로 환원될 수 있다. 그러나, 종래의 단단계 방식은 다단계 방식보다 덜 복잡할 수 있지만, 금속 생성물의 수율이 상대적으로 낮다. 또한, 금속 생성물이 불필요한 불순물을 여전히 함유하고 있다.

본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템은 용기, 복수의 캐소드 조립체, 복수의 애노드 조립체, 전력 시스템, 스크레이퍼(scraper) 및/또는 컨베이어 시스템을 구비할 수 있다. 용기는 용융 염 전해질을 보유하도록 구성될 수 있다. 복수의 캐소드 조립체는 용기 내로 연장되어 용융 염 전해질에 적어도 부분적으로 침지되도록 구성될 수 있다. 각각의 캐소드 조립체는, 동일한 배향을 갖고 동일 평면 내에 있도록 배치되는 복수의 캐소드 봉(rod)을 구비할 수 있다. 복수의 애노드 조립체는 각각의 애노드 조립체의 양쪽에 두 개의 캐소드 조립체가 위치하도록 복수의 캐소드 조립체와 교호적으로 배치될 수 있다. 각각의 애노드 조립체는 불순한 금속 우라늄 원료를 보유하고 이를 용융 염 전해질에 침지시키도록 구성될 수 있다. 전력 시스템은 복수의 캐소드 및 애노드 조립체에 연결될 수 있다. 전력 시스템은, 용융 염 전해질을 통해서 이동하여 복수의 캐소드 봉 상에 정제 우라늄으로서 부착되는 우라늄 이온을 형성하기 위해 불순한 우라늄 원료를 산화시키는데 적당한 전압을 공급하도록 구성될 수 있다. 스크레이퍼는 복수의 캐소드 봉에 부착된 정제 우라늄을 탈착(dislodge)시키도록 구성될 수 있다. 컨베이어 시스템은 용기의 바닥에 배치될 수 있다. 컨베이어 시스템은 스크레이퍼에 의해 탈착된 정제 우라늄을 용기로부터 제거하기 위해 유출 파이프를 통해서 이송하도록 구성될 수 있다.

본 명세서의 비제한적 실시예의 다양한 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 상세한 설명을 검토할 때 보다 명확해질 수 있다. 첨부 도면은 단지 예시적인 목적으로 제시된 것이며, 청구범위의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 첨부 도면은 명시하지 않는 한 실척 도시로 간주되지 않아야 한다. 명료함을 위해, 도면의 다양한 치수는 과장될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 단면의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 단면 측면도이다.
도 4는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 단면 단부도이다.
도 5는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 컨베이어 시스템의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 애노드 조립체의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 복수의 캐소드 조립체의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 스크레이퍼의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른, 상승 위치에 있는 리프트 시스템을 갖는 전해정련 시스템의 사시도이다.

하나의 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층에 대해 "그 위에 존재(on)"하거나, 그것에 "연결" 또는 "결합"되거나, 이를 "커버"하는 것으로 언급될 때, 이는 다른 요소 또는 층에 대해 바로(directly) 그 위에 존재하거나, 그것에 직접 연결 또는 직접 결합되거나, 이를 직접 커버하는 것일 수도 있고, 또는 중개 요소 또는 중개 층이 존재할 수도 있음을 알아야 한다. 대조적으로, 하나의 요소가 다른 요소 또는 층에 대해 "바로 그 위에 존재"하거나, "직접 연결" 또는 "직접 결합"되는 것으로 언급될 때는, 중개 요소 또는 중개 층이 전혀 존재하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐서 유사한 요소는 유사한 도면부호로 지칭된다. 본 명세서에 사용되는 용어 "및/또는"은 관련 열거된 항목들 중 하나 이상의 항목의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함한다.

본 명세서에서는 다양한 요소, 부품(components), 구역, 층 및/또는 섹션을 기술하기 위해 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 사용될 수 있지만, 이들 요소, 부품, 구역, 층 및/또는 섹션은 이들 용어에 의해 제한되지 않아야 함을 알아야 한다. 이들 용어는 하나의 요소, 부품, 구역, 층 또는 섹션을 다른 구역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해 사용될 뿐이다. 따라서, 예시적 실시예의 교시 내용으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서, 이하에서 논의되는 제 1 요소, 부품, 구역, 층 또는 섹션은 제 2 요소, 부품, 구역, 층 또는 섹션으로 명명될 수 있다.

도면에 도시되어 있는 다른 요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 하나의 요소 또는 특징부의 관계를 설명하기 위해 본 명세서에서는 설명의 편의상 공간적 상대 용어[예를 들면, "밑(beneath)", "아래(below)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등]가 사용될 수 있다. 공간적 상대 용어는 도면에 도시된 배향뿐 아니라 사용 또는 작동 시의 장치의 다른 배향을 망라하도록 의도된 것임을 알아야 한다. 예를 들어, 도면에서의 장치가 뒤집어지면, 다른 요소 또는 특징부의 "밑" 또는 "아래"의 것으로 기술된 요소는 다른 요소 또는 특징부의 "위"에 배향될 것이다. 따라서, 용어 "아래"는 위와 아래의 배향을 모두 망라할 수 있다. 장치는 달리 배향될 수도 있으며(90도로 회전되거나 다른 배향에 있을 수 있음), 본 명세서에 사용되는 공간적 상대 용어는 그에 따라서 해석될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 용어는 다양한 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이며, 예시적 실시예를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 명세서에 사용되는 단수형 관사 및 정관사는 달리 명시되지 않는 한 복수형도 포함하도록 의도된다. 또한, 본 명세서에 사용되는 용어 "구비한다", "구비하는", "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급되는 특징부, 정수, 단계, 작동, 요소 및/또는 부품의 존재를 특정하지만 하나 이상의 다른 특징부, 정수, 단계, 작동, 요소, 부품 및/또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않음을 알 것이다.

본 명세서에서 예시적 실시예는, 예시적 실시예의 이상적 실시예(및 중간 구조물)의 개략도인 단면도를 참조하여 설명된다. 따라서, 예를 들어 제조 기술 및/또는 공차로 인한 도시 형상으로부터의 변경이 예상된다. 따라서, 예시적 실시예는 본 명세서에 도시된 구역의 형상에 한정되는 것으로 간주되지 않아야 하지만, 예들 들어 제조에 기인하는 형상의 편차를 포함해야 한다. 예를 들어, 장방형으로 도시되는 식립(implanted) 구역은 통상, 식립 구역에서 비식립 구역으로의 이원적 변화보다는 그 에지에서 라운드형 또는 곡선형 특징부 및/또는 식립 농도의 구배를 가질 것이다. 마찬가지로, 식립에 의해 형성되는 매립(buried) 구역은 상기 매립 구역과 식립이 발생하는 표면 사이의 구역에서 일부 식립을 초래할 수 있다. 따라서, 도면에 도시된 구역들은 속성상 개략적이며, 그 형상은 장치의 구역의 실제 형상을 도시하도록 의도되지 않고 예시적 실시예의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 모든 용어(기술 용어 및 과학 용어를 포함)는 당업자에 의해 보편적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 또한, 보편적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어를 포함하는 용어들은 관련 기술 분야에서의 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 그렇게 명확히 정의되지 않는 한 이상적이거나 지나치게 정형화된 의미로 해석되지 않을 것임을 알 것이다.

본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템은 비교적 불순한 핵 원료(예를 들면, 불순한 우라늄 원료)로부터 정제 금속(예를 들면, 우라늄)을 회수하기 위해 사용될 수 있다. 불순한 핵 원료는 전해 산화물 환원 시스템의 금속 생성물일 수 있다. 전해 산화물 환원 시스템은 산화물이 그 금속 형태로 환원되는 것을 촉진하여 금속의 후속 회수가 가능하도록 구성될 수 있다. 전해 산화물 환원 시스템은, 2010년 12월 23일자로 출원되고 발명의 명칭이 "전해 산화물 환원 시스템(ELECTROLYTIC OXIDE REDUCTION SYSTEM)"이며 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되는 미국 출원 제12/978,027호, HDP Ref.: 8564-000228/US, GE Ref.: 24AR246140에 기재된 것일 수 있다.

일반적으로, 전해정련 시스템은 용기, 복수의 캐소드 조립체, 복수의 애노드 조립체, 전력 시스템, 스크레이퍼 및/또는 컨베이어 시스템을 구비할 수 있다. 전력 시스템은, 본원과 동일자로 출원되고 발명의 명칭이 "캐소드 배전 시스템 및 배전을 위한 그 사용 방법(CATHODE POWER DISTRIBUTION SYSTEM AND METHOD OF USING THE SAME FOR POWER DISTRIBUTION)"이며 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되는 미국 출원 제XX/XXX,XXX호, HDP Ref. 8564-000254/US, GE Ref. 24AR252783에 기재된 것일 수 있다. 스크레이퍼는, 본원과 동일자로 출원되고 발명의 명칭이 "캐소드 스크레이퍼 시스템 및 우라늄 제거를 위한 그 사용 방법(CATHODE SCRAPER SYSTEM AND METHOD OF USING THE SAME FOR REMOVING URANIUM)"이며 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되는 미국 출원 제XX/XXX,XXX호, HDP Ref. 8564-000255/US, GE Ref. 24AR252787에 기재된 것일 수 있다. 컨베이어 시스템은, 본원과 동일자로 출원되고 발명의 명칭이 "전해정련 시스템용 연속 회수 시스템(CONTINUOUS RECOVERY SYSTEM FOR ELECTROREFINER SYSTEM)"이며 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되는 미국 출원 제XX/XXX,XXX호, HDP Ref. 8564-000260/US, GE Ref. 24AR256355에 기재된 것일 수 있다. 그러나, 전해정련 시스템은 이것에 제한되지 않으며, 본 명세서에서 구체적으로 확인되지 못할 수도 있는 다른 부품을 구비할 수도 있음을 알아야 한다. 또한, 전해정련 시스템 및/또는 전해 산화물 환원 시스템은 노심용융물(corium) 및 사용된 핵연료 안정화 처리용 방법을 수행하기 위해 사용될 수도 있다. 이 방법은, 모년모월모일(MM/DD/YYYY)에 출원되고 발명의 명칭이 "노심용융물 및 사용된 핵연료 안정화 처리용 방법(METHOD FOR CORIUM AND USED NUCLEAR FUEL STABILIZATION PROCESSING)"이며 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되는 미국 출원 제XX/XXX,XXX호, HDP Ref. 8564-000262/US, GE Ref. 24AR253193에 기재된 것일 수 있다. 본원과 동일자로 출원되고 원용된 출원들의 표 1이 하기에 제공된다.

원용된 관련 출원
미국 출원 번호	HDP/GE Ref.	출원일	명칭
XX/XXX,XXX	8564-000253/US 24AR252782	본원과 동일자	BUS BAR ELECTRICAL FEEDTHROUGH FOR ELECTROREFINER SYSTEM
XX/XXX,XXX	8564-000254/US 24AR252783	본원과 동일자	CATHODE POWER DISTRIBUTION SYSTEM AND METHOD OF USING THE SAME FOR POWER DISTRIBUTION
XX/XXX,XXX	8564-000255/US 24AR252787	본원과 동일자	CATHODE SCRAPER SYSTEM AND METHOD OF USING THE SAME FOR REMOVING URANIUM
XX/XXX,XXX	8564-000260/US 24AR256355	본원과 동일자	CONTINUOUS RECOVERY SYSTEM FOR ELECTROREFINER SYSTEM
XX/XXX,XXX	8564-000262/US 24AR253193	MM/DD/YYYY	METHOD FOR CORIUM AND USED NUCLEAR FUEL STABILIZATION PROCESSING

전술했듯이, 전해정련 시스템용 불순한 핵 원료는 전해 산화물 환원 시스템의 금속 생성물일 수 있다. 전해 산화물 환원 시스템의 작동 중에, 복수의 애노드 및 캐소드 조립체는 용융 염 전해질 내에 침지된다. 전해 산화물 환원 시스템의 비제한적 실시예에서, 용융 염 전해질은 염화 리튬(LiCl)일 수 있다. 용융 염 전해질은 약 650℃(+50℃, -30℃)의 온도로 유지될 수 있다. 전기화학적 프로세스는 산화물 원료(예를 들면, 금속 산화물)를 함유하는 캐소드 조립체에서 환원 전위가 발생되도록 이루어진다. 환원 전위의 영향 하에, 금속 산화물의 금속 이온이 환원되고 금속 산화물(MO: metal oxide) 원료로부터의 산소(O)가 용융 염 전해질 내에 산화물 이온으로서 용해되며, 따라서 금속(M)이 캐소드 조립체에 남겨진다. 캐소드 반응은 하기와 같을 수 있다:

MO + 2e^- → M + O² ^-

애노드 조립체에서, 산화물 이온은 산소 가스로 변환된다. 애노드 조립체 각각의 애노드 보호 슈라우드(shroud)는 프로세스 중에 전해 산화물 환원 시스템으로부터 산소 가스를 희석, 냉각 및 제거하는데 사용될 수 있다. 애노드 반응은 하기와 같을 수 있다:

O² ^- → ½O₂ + 2e^-

금속 산화물은 우라늄 이산화물(UO₂)일 수 있으며, 환원 생성물은 우라늄 금속일 수 있다. 그러나, 다른 형태의 산화물도 전해 산화물 환원 시스템에 의해 그 대응 금속으로 환원될 수 있음을 알아야 한다. 마찬가지로, 전해 산화물 환원 시스템에 사용되는 용융 염 전해질은 그것에 특별히 제한되지 않으며, 환원될 산화물 원료에 따라 달라질 수 있다.

전해 산화물 환원 이후, 전해 산화물 환원 시스템에 금속 생성물을 함유하는 바스켓은 금속 생성물로부터 정제 금속을 얻기 위한 추가 처리를 위해서 본 발명에 따른 전해정련 시스템으로 이동된다. 보다 명확히 말해서, 전해 산화물 환원 시스템으로부터의 금속 생성물은 본 발명에 따른 전해정련 시스템을 위한 불순한 핵 원료로서 작용할 것이다. 특히, 금속 생성물을 함유하는 바스켓은 전해 산화물 환원 시스템에서 캐소드 조립체이지만, 금속 생성물을 함유하는 바스켓은 전해정련 시스템에서 애노드 조립체이다. 종래 장치에 비해서, 본 발명에 따른 전해정련 시스템은 정제 금속의 상당히 높은 수율을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 단면의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 단면 측면도이다. 도 4는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 단면 단부도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 전해정련 시스템(100)은 용기(102), 복수의 캐소드 조립체(104), 복수의 애노드 조립체(108), 전력 시스템, 스크레이퍼(110) 및/또는 컨베이어 시스템(112)을 구비한다. 복수의 캐소드 조립체(104)의 각각은 복수의 캐소드 봉(106)을 구비할 수 있다. 전력 시스템은 플로어 구조물(134)을 통해서 연장되는 전기 피드스루(feedthrough)(132)를 구비할 수 있다. 플로어 구조물(134)은 글러브박스의 글러브박스 플로어일 수 있다. 대안적으로, 플로어 구조물(134)은 핫셀(hot-cell) 설비의 지지판일 수도 있다. 컨베이어 시스템(112)은 유입 파이프, 홈통(trough)(116), 턴 아이들러(turn idler)(124), 체인, 복수의 플라이트(flight)(126), 유출 파이프(114) 및/또는 토출 슈트(chute)(128)를 구비할 수 있다. 컨베이어 시스템(112)은 도 5와 관련하여 보다 상세히 설명될 것이다. 복수의 애노드 조립체(108)는 도 6과 관련하여 보다 상세히 설명될 것이다. 복수의 캐소드 조립체(104)와 전력 시스템은 도 7과 관련하여 보다 상세히 설명될 것이다. 스크레이퍼(110)는 도 8과 관련하여 보다 상세히 설명될 것이다.

용기(102)는 용융 염 전해질을 보유하도록 구성된다. 비제한적 실시예에서, 용융 염 전해질은 LiCl, LiCl-KCl 공정(eutectic), 또는 다른 적합한 매체일 수 있다. 용기(102)는 그 대부분이 플로어 구조물(134) 아래에 있도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 용기(102)의 상부는 플로어 구조물(134)의 개구를 통해서 플로어 구조물(134) 위로 연장될 수 있다. 플로어 구조물(134)의 개구는 용기(102)의 치수와 일치할 수 있다. 용기(102)는 복수의 캐소드 조립체(104) 및 복수의 애노드 조립체(108)를 수용하도록 구성된다.

복수의 캐소드 조립체(104)는 용기(102) 내로 연장되어 용융 염 전해질에 적어도 부분적으로 침지되도록 구성된다. 예를 들어, 복수의 캐소드 조립체(104) 및/또는 용기(102)의 치수는 복수의 캐소드 조립체(104)의 길이의 대부분이 용기(102) 내의 용융 염 전해질에 침지되도록 조절될 수 있다. 각각의 캐소드 조립체(104)는, 동일한 배향을 갖고 동일 평면 내에 있도록 배치되는 복수의 캐소드 봉(106)을 구비할 수 있다.

복수의 애노드 조립체(108)는 각각의 애노드 조립체(108)의 양쪽에 두 개의 캐소드 조립체(104)가 위치하도록 복수의 캐소드 조립체(104)와 교호적으로 배치될 수 있다. 복수의 캐소드 조립체(104) 및 애노드 조립체(108)는 평행하게 배치될 수도 있다. 각각의 애노드 조립체(108)는 불순한 우라늄 원료를 보유하고 이를 용기(102)에 보유되는 용융 염 전해질에 침지시키도록 구성될 수 있다. 복수의 애노드 조립체(108) 및/또는 용기(102)의 치수는 복수의 애노드 조립체(108)의 길이의 대부분이 용기(102) 내의 용융 염 전해질에 침지되도록 조절될 수 있다. 전해정련 시스템(100)은 도 1 내지 도 4에서 11개의 캐소드 조립체(104)와 10개의 애노드 조립체(108)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명의 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않음을 알아야 한다.

전해정련 시스템(100)에서, 전력 시스템은 복수의 캐소드 조립체(104) 및 애노드 조립체(108)에 연결된다. 전해정련 시스템(100)의 작동 중에, 전력 시스템은, 용융 염 전해질을 통해서 이동하여 복수의 캐소드 조립체(104)의 복수의 캐소드 봉(106) 상에 정제 우라늄으로서 부착되는 우라늄 이온을 형성하기 위해 불순한 우라늄 원료를 복수의 애노드 조립체(108)에서 산화시키는데 적당한 전압을 공급하도록 구성된다.

정제 우라늄의 제거를 시작하기 위해, 스크레이퍼(110)는 복수의 캐소드 조립체(104)의 복수의 캐소드 봉(106)에 부착된 정제 우라늄을 탈착시키기 위해 복수의 캐소드 봉(106)의 길이를 따라서 상하로 이동하도록 구성된다. 스크레이핑의 결과로서, 탈착된 정제 우라늄은 용융 염 전해질을 통해서 용기(102)의 바닥으로 가라앉는다.

컨베이어 시스템(112)은 그 적어도 일부가 용기(102)의 바닥에 배치되도록 구성된다. 예를 들어, 컨베이어 시스템(112)의 홈통(116)은 복수의 캐소드 봉(106)으로부터 탈착된 정제 우라늄이 홈통(116)에 축적되도록 용기(102)의 바닥에 배치될 수 있다. 컨베이어 시스템(112)은 홈통(116)에 축적된 정제 우라늄을 용기(102)로부터 제거하기 위해 유출 파이프(114)를 통해서 이송하도록 구성된다.

도 5는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 컨베이어 시스템의 사시도이다. 도 5를 참조하면, 컨베이어 시스템(112)은 유입 파이프(113), 홈통(116), 턴 아이들러(124), 상기 턴 아이들러(124)와 결합되는 체인, 복수의 플라이트(126)(도 4), 유출 파이프(114) 및/또는 토출 슈트(128)를 구비할 수 있다. 홈통(116)은 복수의 캐소드 조립체(104) 및 애노드 조립체(108) 아래에 있도록 용기(102) 내에 배치된다. 홈통(116)의 크기는 홈통(116)이 용기(102)의 바닥면의 전부 또는 거의 전부를 커버하도록 조절될 수 있다.

홈통(116)은 V형 단면을 갖지만, 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않는다. 대안적으로, 홈통(116)은 U형 단면을 가질 수도 있다. 비제한적 실시예에서, 홈통(116)의 상부는 V형 단면을 가질 수 있지만, 홈통(116)의 저부는 U형 또는 반원형 단면을 가질 수 있다. 또한, 홈통(116)은 용기(102)의 바닥을 따라서 U형 트랙을 가질 수 있다. 예를 들어, 트랙은 평면도로 볼 때 U-형상을 갖도록 유입 파이프의 유출구로부터 직선 연장되고, 용기(102)의 대향 단부에 대응하는 부분에서 구부러지며, 유출 파이프(114)의 유입구로 직선 연장될 수 있다.

컨베이어 시스템(112)은 복수의 애노드 조립체(108)에 의해 보유되는 불순한 우라늄 원료의 산화 중에, 복수의 캐소드 조립체(104) 상의 정제 우라늄 부착 중에, 및/또는 스크레이퍼(110)에 의한 정제 우라늄의 탈착 중에 연속적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 컨베이어 시스템(112)은 전해정련 시스템(100)의 작동 중에 단속적으로 작동하도록 구성될 수 있다. 컨베이어 시스템(112)은 체인 및 상기 체인에 고정되는 복수의 플라이트(126)를 구비한다. 체인은 용기(102)의 바닥을 따라서 및 유출 파이프(114)를 통해서 주행하도록 구성된다. 체인과 복수의 플라이트(126)는 용기(102)에 진입, 이탈 및 재진입하는 무한 동작으로 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 체인과 복수의 플라이트(126)는 유입 파이프(113)를 통해서 용기(102)에 진입할 수 있고, 용기(102)의 바닥에 홈통(116)에 의해 형성된 U형 트랙을 따라서 이동할 수 있으며, 유출 파이프(114)를 통해서 용기(102)를 이탈할 수 있고, 유입 파이프(113)를 통해서 용기(102)에 재진입할 수 있다.

체인에 고정된 복수의 플라이트(126)는 동일한 방향으로 배향될 수 있다. 예를 들어, 복수의 플라이트(126)는 체인에 수직하게 배향될 수 있다. 전해정련 시스템(100)의 작동 중에, 복수의 플라이트(126)는 스크레이퍼(110)에 의해 탈착된 정제 우라늄을 용기(102)로부터 제거하기 위해 유출 파이프(114) 내로 푸시하고 유출 파이프(114)를 통해서 토출 슈트(128)로 푸시하도록 구성된다.

도 6은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 애노드 조립체의 사시도이다. 도 6을 참조하면, 애노드 조립체(108)는 불순한 핵 원료를 보유하고 이를 용기(102)에 보유된 용융 염 전해질에 침지시키도록 구성된다.

애노드 조립체(108)는 상부 바스켓, 하부 바스켓, 및 상기 상부 바스켓과 하부 바스켓 내에 수용되는 애노드 판을 구비할 수 있다. 조립 시에, 애노드 판은 상부 바스켓의 상단부로부터 하부 바스켓의 하단부로 연장될 것이다. 애노드 판의 측부 에지는 강성을 제공하기 위해 둘러싸일(hemming) 수 있다. 추가 강성을 위해 애노드 판의 중심 아래에 리버스 벤드(reverse bend)도 제공될 수 있다. 하부 바스켓은 네 개의 고강도 리벳에 의해 상부 바스켓에 부착될 수 있다. 하부 바스켓이나 상부 바스켓의 어느 것에 손상이 생기는 경우, 리벳을 드릴 제거하고, 손상된 바스켓을 교체한 후, 지속적인 작동을 위해 다시 리벳 결합될 수 있다.

애노드 바스켓(상부 바스켓과 하부 바스켓을 포함)은 애노드 판에 전기적으로 연결될 수 있다. 각각의 애노드 조립체(108)는 적절한 전원으로부터 전력을 수용하기 위해 한 쌍 이상(예를 들면, 두 쌍)의 칼날 접점(네 개의 칼날 접점)과 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 각각의 애노드 조립체(108)는 전용 전원으로부터 전력을 수용할 수 있다. 대안적으로, 애노드 조립체(108) 전체는 단일의 전용 전원으로부터 전력을 수용할 수 있다. 애노드 바스켓은, 프로세스 중에 용융 염 전해질이 출입할 수 있도록 충분히 개방되어 있지만 불순한 핵 원료를 보유하기에 충분히 미세한 다공성 금속판으로 형성될 수 있다.

뒤틀림을 감소 또는 방지하기 위해 애노드 바스켓 내부에는 강화 리브가 제공될 수 있다. 하부 바스켓에 수직 강화 리브가 제공되는 경우, 애노드 판은, 애노드 판이 애노드 바스켓에 삽입될 때 강화 리브 주위에 간극을 허용하기 위해 대응 슬롯을 가질 것이다. 예를 들어, 하부 바스켓에 두 개의 수직 강화 리브가 제공되면, 애노드 판은 두 개의 강화 리브 주위에 간극을 허용하기 위해 두 개의 대응 슬롯을 가질 것이다. 또한, 불순한 핵 원료를 장입(loading)할 때 애노드 판이 애노드 바스켓의 중심에 유지되도록 보장하기 위해 애노드 판의 양면의 중간 섹션 근처에 위치 스페이서가 제공될 수 있다. 위치 스페이서는 세라믹 재질일 수 있으며 수직-배향될 수 있다. 또한, 애노드 조립체(108) 상부로의 방사성 및 전도성 열전달에 대한 써멀 브레이크(thermal break)를 제공하기 위해 애노드 판의 양면의 상부 섹션에는 지그재그형 스페이서가 제공될 수 있다. 지그재그형 스페이서는 세라믹 재질일 수 있으며 수평-배향될 수 있다. 애노드 조립체(108)는 또한, 단부에 리프트 탭이 배치된 리프트 브래킷을 구비할 수 있다. 리프트 탭은 전해정련 시스템(100)의 리프트 시스템(130)(도 9)과 상호작용하도록 설계된다.

도 7은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 복수의 캐소드 조립체의 사시도이다. 도 7을 참조하면, 복수의 캐소드 조립체(104)의 각각은 캐소드 버스 바에 연결되는 복수의 캐소드 봉(106)을 구비한다. 복수의 캐소드 조립체(104)는 공통 버스 바(118)에 연결된다. 전해정련 시스템(100)의 용기(102) 내에 배치될 때, 복수의 캐소드 조립체(104)의 캐소드 버스 바는 상호 평행하게 및 공통 버스 바(118)에 수직하게 배치될 수 있다. 공통 버스 바(118)는 전기 피드스루(132)에 연결된다.

각각의 캐소드 봉(106)의 상측 부분과 하측 부분은 상이한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 캐소드 봉(106)의 상측 부분은 니켈 합금으로 형성될 수 있고 캐소드 봉(106)의 하측 부분은 스틸로 형성될 수 있지만, 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않는다. 캐소드 봉(106)의 하측 부분은 전해정련 시스템(100)의 작동 중에 용융 염 전해질 레벨 아래에 놓일 수 있으며, 하측 부분이 다른 재료로 교체 또는 변경될 수 있도록 분리될 수 있다.

캐소드 버스 바는 열 팽창을 줄이기 위해 분절화(segmented)될 수 있으며, 여기에서 캐소드 버스 바의 각 세그먼트는 구리로 형성될 수 있다. 캐소드 버스 바의 여러 세그먼트는 슬립(slip) 커넥터에 의해 결합될 수 있다. 또한, 슬립 커넥터는 캐소드 봉(106)이 용융 염 전해질 내로 떨어지지 않도록 보장하기 위해 캐소드 봉(106)의 상부에 부착될 수 있다. 캐소드 조립체(104)는 상기 예들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않아야 한다. 오히려, 다른 적합한 구성 및 재료도 사용될 수 있음을 알아야 한다.

캐소드 조립체(104)가 전해정련 시스템(100) 내로 하강될 때, 캐소드 봉(106)은 용기(102) 내의 용융 염 전해질 내로 연장될 것이다. 복수의 캐소드 조립체(104)는 일곱 개의 캐소드 봉(106)을 각각 갖는 것으로 도시되어 있지만, 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않음을 알아야 한다. 따라서, 전해정련 시스템(100)에 충분한 전류가 제공된다면, 각각의 캐소드 조립체(104)는 일곱 개보다 적은 수의 캐소드 봉(106) 또는 일곱 개보다 많은 수의 캐소드 봉(106)을 구비할 수도 있다.

전해정련 시스템(100)의 작동 중에, 캐소드 조립체(104)는 적절한 온도로 유지될 수 있다. 적절한 작동 온도를 유지하기 위해, 캐소드 조립체(104)는 냉각 가스를 공급하는 냉각 라인을 구비할 수 있다. 냉각 가스는 캐소드 조립체 헤더의 각 측부에 공급될 수 있고 글러브박스, 핫셀 설비 또는 기타 적합한 환경으로 토출될 수 있으며 여기에서 냉각 가스가 냉각 및 재순환된다. 냉각 가스는 비활성 가스(예를 들면, 아르곤)일 수 있다. 그 결과, 오프-가스의 온도가 저하될 수 있다.

냉각 가스는 글러브박스 분위기에 의해 제공될 수 있다. 비제한적 실시예에서는, 글러브박스 외부의 압축 가스가 전혀 사용되지 않는다. 이러한 경우에, 가스 공급은 글러브박스 내부의 송풍기를 사용하여 압축될 수 있다. 가스 공급을 조작하기 위한 모든 모터 및 제어기는 보다 쉬운 접근 및 정비를 위해서 글러브박스 외부에 설치될 수 있다.

전해정련 시스템(100)용 전력 시스템은 복수의 캐소드 조립체(104)를 위한 공통 버스 바(118)를 구비할 수 있다. 전술했듯이, 본 명세서의 개시 내용에 추가적으로, 전력 시스템은, 본원과 동일자로 출원되고 발명의 명칭이 "캐소드 배전 시스템 및 배전을 위한 그 사용 방법(CATHODE POWER DISTRIBUTION SYSTEM AND METHOD OF USING THE SAME FOR POWER DISTRIBUTION)"이며 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되는 미국 출원 제XX/XXX,XXX호, HDP Ref. 8564-000254/US, GE Ref. 24AR252783에 기재된 것일 수 있다. 전력은 전기 피드스루(132)를 거쳐서 플로어 구조물(134)을 통해서 공통 버스 바(118)에 공급될 수 있다. 전술했듯이, 본 명세서의 개시 내용에 추가적으로, 전기 피드스루(132)는, 본원과 동일자로 출원되고 발명의 명칭이 "전해정련 시스템용 버스 바 전기 피드스루(BUS BAR ELECTRICAL FEEDTHROUGH FOR ELECTROREFINER SYSTEM)"이며 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되는 미국 출원 제XX/XXX,XXX호, HDP Ref. 8564-000253/US, GE Ref. 24AR252782에 기재된 것일 수 있다.

도 8은 본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 시스템의 스크레이퍼의 사시도이다. 도 8을 참조하면, 스크레이퍼(110)는 전해정련 시스템(100)에 설치될 때 복수의 캐소드 조립체(104)와 교합하도록 구성된다. 설치 시에, 복수의 캐소드 조립체(104)의 복수의 캐소드 봉(106)은 스크레이퍼(110)를 통해서 연장된다. 스크레이퍼(110)는 전해정련 시스템(100)의 작동 중에 복수의 캐소드 봉(106)에 부착된 정제 우라늄을 탈착시키기 위해 복수의 캐소드 봉(106)의 길이를 따라서 이동한다.

스크레이퍼(110)는 복수의 스크레이핑 유닛(120)을 구비한다. 복수의 스크레이핑 유닛(120)의 각각은 복수의 캐소드 조립체(104)의 복수의 캐소드 봉(106)의 각각과 교합하도록 구성된다. 예를 들어, 복수의 스크레이핑 유닛(120)의 각각은 대응 캐소드 봉(106)을 수용하도록 구성된 구멍을 갖는다. 각각의 캐소드 조립체(104)에 대응하는 복수의 스크레이핑 유닛(120)은 공통 프레임(122)에 연결된다. 스크레이퍼(110)는 11개의 공통 프레임(122)을 갖고 각각의 공통 프레임(122)이 일곱 개의 스크레이핑 유닛(120)에 연결되는 것으로 도시되어 있지만, 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않는다. 공통 프레임(122)의 개수는 필요에 따라 캐소드 조립체(104)의 개수에 일치하도록 조정될 수 있고, 스크레이핑 유닛(120)의 개수는 필요에 따라 캐소드 봉(106)의 개수에 일치하도록 조정될 수 있음을 알아야 한다.

전해정련 시스템(100)은 스크레이퍼(110)를 복수의 캐소드 봉(106)의 길이를 따라서 이동시키도록 구성된 나사 메카니즘을 추가로 구비할 수 있지만, 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않는다. 스크레이퍼(110)를 복수의 캐소드 봉(106)의 길이를 따라서 상하로 이동시키기 위해 다른 적절한 메카니즘이 사용될 수도 있음을 알아야 한다. 전술했듯이, 본 명세서의 개시 내용에 추가적으로, 스크레이퍼(110)는, 본원과 동일자로 출원되고 발명의 명칭이 "캐소드 스크레이퍼 시스템 및 우라늄 제거를 위한 그 사용 방법(CATHODE SCRAPER SYSTEM AND METHOD OF USING THE SAME FOR REMOVING URANIUM)"이며 그 전체 내용이 본 명세서에 원용되는 미국 출원 제XX/XXX,XXX호, HDP Ref. 8564-000255/US, GE Ref. 24AR252787에 기재된 것일 수 있다.

도 9는 본 발명의 비제한적 실시예에 따른, 상승 위치에 있는 리프트 시스템을 갖는 전해정련 시스템의 사시도이다. 도 9를 참조하면, 전해정련 시스템(100)은, 제거되지 않아야 하는 복수의 애노드 조립체(108)의 하나 이상은 제 자리에 남아있을 수 있게 하면서 제거되어야 하는 복수의 애노드 조립체(108)의 임의의 조합의 동시 리프팅을 촉진하기 위해 복수의 애노드 조립체(108)의 임의의 조합과 선택적으로 결합하도록 구성된 리프트 시스템(130)을 추가로 구비할 수 있다.

리프트 시스템(130)은 전해정련 시스템(100)의 길이 방향을 따라서 배치되는 한 쌍의 리프트 빔을 구비할 수 있다. 리프트 빔은 평행하게 배치될 수 있다. 샤프트 및 기계식 액추에이터가 리프트 빔의 각각의 단부 부분과 연관된다. 리프트 시스템(130)은 복수의 애노드 조립체(108)의 전체와 결합하여 이를 리프트시키는 것으로 도시되어 있지만, 복수의 애노드 조립체(108) 중 일부만 리프트될 수 있고 복수의 애노드 조립체(108)의 임의의 조합은 전해정련 시스템(100)의 용기(102)에 남아있을 수 있음을 알아야 한다. 따라서, 애노드 조립체(108)의 전부가 리프트 시스템(130)에 의해 동시에 제거될 수 있거나, 또는 하나의 애노드 조립체(108)만 제거될 수 있다. 또한, 도 9에는 전해정련 시스템(100)이 10개의 애노드 조립체(108)와 11개의 캐소드 조립체(104)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 전해정련 시스템(100)의 모듈형 설계는 보다 많거나 적은 개수의 애노드 및 캐소드 조립체(108, 104)의 사용을 허용하기 때문에 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않음을 알아야 한다.

리프트 시스템(130)의 두 개의 평행한 리프트 빔은 복수의 애노드 및 캐소드 조립체(108, 104)의 교호 배치 방향을 따라서 연장된다. 복수의 애노드 및 캐소드 조립체(108, 104)는 두 개의 평행한 리프트 빔 사이에 배치된다. 두 개의 평행한 리프트 빔은 수평 방향으로 연장될 수 있다. 리프트 시스템(130)의 샤프트는 각각의 리프트 빔의 양 단부 부분 아래에 고정된다. 예를 들어, 샤프트는 각각의 리프트 빔의 양 단부 부분에 수직하게 고정될 수 있다. 리프트 시스템(130)의 기계식 액추에이터는 두 개의 평행한 리프트 빔을 샤프트를 거쳐서 수직 방향으로 구동하도록 구성된다. 기계식 액추에이터는 두 개의 평행한 리프트 빔의 각각의 단부 부분 아래에 제공된다.

샤프트는 밀폐 슬라이드 베어링에 의해 플로어 구조물(134)을 통해서 연장될 수 있다. 밀폐 슬라이드 베어링은 두 개의 베어링 슬리브와 두 개의 글랜드(gland) 시일을 구비할 수 있다. 베어링 슬리브는 고분자량의 폴리에틸렌으로 형성될 수 있다. 두 개의 글랜드 시일 사이의 공간은 포트를 사용하여 비활성 가스(예를 들면, 아르곤)에 의해 1.5 내지 3"(3.81 내지 7.62cm) 수주 정압으로 가압될 수 있다[1.5"(3.81cm) 수주 부압의 최대 글러브박스 분위기를 가정할 때]. 글랜드 시일은 글러브박스 분위기의 저하 없이 교체되도록 설계된다. 플로어 구조물(134)의 온도를 허용가능한 온도로 제한하면서 밀폐 시일을 유지하기 위해 외부 수냉식 플랜지가 용기(102)를 플로어 구조물(134)에 연결할 수 있다.

리프트 시스템(130)은 각각의 리프트 빔의 종방향을 따라서 분산되는 복수의 리프트 컵을 구비할 수 있다. 전해정련 시스템(100)이 10개의 애노드 조립체(108)를 갖는다고 가정하면(예시적 실시예는 이것에 한정되지 않지만), 각각의 애노드 조립체(108)에 두 개의 리프트 컵을 제공하기 위해 각각의 리프트 빔 상에 10개의 리프트 컵이 배치될 수 있다. 리프트 컵은 평행한 리프트 빔의 내측면 상에 배치된다. 리프트 컵은 단부가 외측으로 벌어지는 U형일 수 있다. 그러나, 리프트 컵은 이러한 것에 한정되지 않으며, 대신에 애노드 조립체(108)의 리프트 핀과 결합하기에 적합한 다른 형상 및 형태(예를 들면, 후크)를 갖도록 의도됨을 알아야 한다.

각각의 리프트 컵에 솔레노이드가 제공될 수 있지만, 예시적 실시예는 이것에 한정되지 않는다. 각각의 솔레노이드는 리프트 빔의 대향 외측면 상에 장착될 수 있으며, 대응 리프트 컵을 구동(예를 들면, 회전)시키도록 구성된다. 각각의 리프트 컵에 솔레노이드가 제공됨으로써, 각각의 리프트 컵은 독립적으로 구동될 수 있다. 그러나, 리프트 컵(다른 형상 및 형태일 수 있음)은 애노드 조립체(108)의 리프트 핀과 결합하도록 다른 방식으로 작동될 수도 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 회전되는 대신에, 리프트 컵은 애노드 조립체(108)의 리프트 핀과 결합/결합해제되기 위해 신장/후퇴하도록 구성될 수도 있다.

리프트 컵은, 한 쌍의 리프트 컵이 복수의 애노드 조립체(108)의 각각과 연관되도록 각각의 리프트 빔을 따라서 배치될 수 있다. "한 쌍"이란 하나의 리프트 빔으로부터의 리프트 컵과 다른 리프트 빔으로부터의 대응 리프트 컵을 지칭한다. 리프트 컵은, 한 쌍의 리프트 컵이 전해정련 시스템(100)의 각각의 애노드 조립체(108)의 측부 단부로부터 돌출하는 리프트 탭과 정렬되도록 각각의 리프트 빔을 따라서 이격된다. 리프트 컵은 대응 리프트 탭과 수직으로 정렬될 수 있다. 각 쌍의 리프트 컵은 대응 애노드 조립체(108)의 측부 단부로부터 돌출하는 리프트 탭 아래에 배치되어 회전할 수 있도록 구성된다. 그렇지 않으면, 리프트 컵은 리프트 탭 위에 배치되도록 회전될 수도 있다. 한 쌍의 리프트 컵이 대응 애노드 조립체(108)의 리프트 탭 위에 위치할 때는, 리프트 빔이 상승할 때 그 애노드 조립체(108)에 대해 리프팅이 발생하지 않을 것이다.

리프트 시스템(130)은 전해정련 시스템(100)의 작동 또는 정비 중에 채용될 수 있다. 예를 들어, 전해정련 프로세스 이후에, 애노드 조립체(108)의 신규 배치(batch)가 처리될 수 있도록 애노드 조립체(108)의 기존 배치가 리프트 시스템(130)을 갖는 전해정련 시스템(100)으로부터 제거될 수 있다. 상승 위치에서, 애노드 조립체(108)의 일부는 제거 대기시까지 히트 블록(heat block)으로서 작용하기 위해 용기(102)의 커버 아래에 남아있을 수 있다.

전해정련 프로세스 중에, 리프트 컵은 애노드 조립체(108)의 리프트 탭 위에서 역전될 수 있다. 하나 이상의 애노드 조립체(108)가 제거되어야 할 때, 리프트 빔은 하강되며, 리프트 빔 상의 리프트 컵은 제거될 애노드 조립체(108)의 리프트 탭 아래에 위치하도록 솔레노이드에 의해 회전된다. 다음으로, 기계식 액추에이터는 샤프트를 수직 상방으로 구동하며, 따라서 평행한 리프트 빔을 관련 애노드 조립체(108)와 함께 상승시킨다. 상승 위치에 있는 동안, 전기적 로크-아웃은 리프트 빔이 완전히 하강될 때까지 리프트 컵을 작동하지 못하게 할 수 있다. 이 특징은 상승 위치에 있는 동안 애노드 조립체(108)가 결합해제되도록 보장할 것이다. 애노드 조립체(108)의 기존 배치가 철회되고, 불순한 핵 원료를 함유하는 애노드 조립체(108)의 신규 배치로 교체되면, 불순한 핵 원료를 갖는 애노드 조립체(108)는 리프트 시스템(130)을 거쳐서 전해정련 시스템(100)의 용기(102) 내의 용융 염 전해질 내로 하강될 수 있다.

대안적으로, 애노드 조립체(108)는 부분들의 검사, 수리, 교체가 가능하도록 또는 통상 애노드 조립체(108)에 의해 점유되는 용기(102) 부분에 대한 접근이 가능하도록 전해정련 시스템(100)으로부터 제거될 수 있다. 리프트 프로세스는 전술한 바와 같을 수 있다. 관련 정비 또는 기타 활동이 이루어지면, 애노드 조립체(108)는 리프트 시스템(130)을 거쳐서 전해정련 시스템(100)의 용기(102) 내의 용융 염 전해질 내로 하강될 수 있다. 도 9는 리프트 시스템(130)이 상승 위치에 있을 때 애노드 조립체(108) 전부가 동시에 제거되고 있는 것을 도시하지만, 리프트 시스템(130)은 어디에서나 애노드 조립체(108)의 하나 내지 전부를 제거할 수 있도록 구성되며, 애노드 조립체(108)는 인접하거나 비인접할 수 있음을 알아야 한다. 소정의 애노드 조립체(108)가 상승 위치에 있으면, 리프트 시스템(130)으로부터의 그 제거는 글러브박스 또는 핫셀 설비 내의 다른 메카니즘(예를 들면, 크레인)에 의해 달성될 수도 있다.

본 발명의 비제한적 실시예에 따른 전해정련 방법은 적절한 원료를 상기 전해정련 시스템으로 전기분해 처리하는 것을 포함할 수 있다. 그 결과, 이 방법은 사용된 핵연료를 재생시키거나 규격-미달 금속 산화물(예를 들면, 우라늄 이산화물)로부터 금속(예를 들면, 우라늄)을 회수하기 위해 사용될 수 있다.

이상 여러가지 예시적 실시예를 설명했지만, 다른 변형예가 있을 수 있음을 알아야 한다. 이러한 변형예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 하며, 당업자에게 자명한 이러한 모든 수정예는 하기 청구범위의 범위에 포함되도록 의도된다.

Claims

전해정련 시스템에 있어서,
용융 염 전해질을 보유하도록 구성된 용기;
용기 내로 연장되어 용융 염 전해질에 적어도 부분적으로 침지되도록 구성되는 복수의 캐소드 조립체로서, 각각의 캐소드 조립체는 동일한 배향을 갖고 동일 평면 내에 있도록 배치되는 복수의 캐소드 봉을 구비하는, 복수의 캐소드 조립체;
각각의 애노드 조립체의 양쪽에 두 개의 캐소드 조립체가 위치하도록 상기 복수의 캐소드 조립체와 교호적으로 배치되는 복수의 애노드 조립체로서, 각각의 애노드 조립체는 불순한 금속 우라늄 원료를 보유하고 이를 용융 염 전해질에 침지시키도록 구성되는 복수의 애노드 조립체;
상기 복수의 캐소드 및 애노드 조립체에 연결되는 전력 시스템으로서, 용융 염 전해질을 통해서 이동하여 복수의 캐소드 봉 상에 정제 우라늄으로서 부착되는 우라늄 이온을 형성하기 위해 불순한 우라늄 원료를 산화시키는데 적당한 전압을 공급하도록 구성되는 전력 시스템;
복수의 캐소드 봉에 부착된 정제 우라늄을 탈착시키도록 구성되는 스크레이퍼; 및
상기 용기의 바닥에 배치되는 컨베이어 시스템으로서, 상기 스크레이퍼에 의해 탈착된 정제 우라늄을 용기로부터 제거하기 위해 유출 파이프를 통해서 이송하도록 구성되는 컨베이어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 용기의 바닥은 홈통을 구비하는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 홈통은 복수의 캐소드 및 애노드 조립체 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 홈통은 V형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 홈통은 용기의 바닥을 따라서 U형 트랙을 갖는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 캐소드 및 애노드 조립체는 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 전력 시스템은 복수의 캐소드 조립체를 위한 공통 버스 바를 구비하는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 스크레이퍼는 스크레이퍼가 복수의 캐소드 봉의 길이를 따라서 이동할 때 복수의 캐소드 봉이 스크레이퍼를 통해서 연장되도록 복수의 캐소드 조립체와 교합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 스크레이퍼는 복수의 스크레이핑 유닛을 구비하고, 상기 복수의 스크레이핑 유닛의 각각은 복수의 캐소드 봉의 각각과 교합하도록 구성되며, 각각의 캐소드 조립체에 대응하는 복수의 스크레이핑 유닛은 공통 프레임에 연결되는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 8 항에 있어서,
스크레이퍼를 복수의 캐소드 봉의 길이를 따라서 이동시키도록 구성된 나사 메카니즘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 컨베이어 시스템은 복수의 애노드 조립체에 의해 보유되는 불순한 우라늄 원료의 산화 중에, 복수의 캐소드 조립체 상의 정제 우라늄 부착 중에, 및 스크레이퍼에 의한 정제 우라늄의 탈착 중에 연속적으로 또는 단속적으로 작동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 컨베이어 시스템은 체인 및 상기 체인에 고정되는 복수의 플라이트를 구비하는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 체인 및 상기 복수의 플라이트는 용기에 진입, 이탈 및 재진입하는 무한 동작으로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 체인은 용기의 바닥을 따라서 및 유출 파이프를 통해서 주행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 복수의 플라이트는 동일한 방향으로 배향되는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 복수의 플라이트는 체인에 수직하게 배향되는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 복수의 플라이트는 스크레이퍼에 의해 탈착된 정제 우라늄을 유출 파이프 내로 푸시하고 유출 파이프를 통해서 토출 슈트로 푸시하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.
제 1 항에 있어서,
제거되지 않아야 하는 복수의 애노드 조립체의 하나 이상은 제 자리에 남아있을 수 있게 하면서 제거되어야 하는 복수의 애노드 조립체의 임의의 조합의 동시 리프팅을 촉진하기 위해 복수의 애노드 조립체의 임의의 조합과 선택적으로 결합하도록 구성된 리프트 시스템을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는
전해정련 시스템.