KR20200122927A - Apparatus for Electrolytic Reduction and Method for Electrolytic Reduction - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전해환원을 이용하여 (준)금속 산화물로부터 고체 (준)금속을 제조하기 위한 전해환원 장치 및 전해환원 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolytic reduction device and an electrolytic reduction method for producing a solid (semi) metal from a (semi) metal oxide using electrolytic reduction.
원자로에서 연료로 사용되고 난 후의 핵연료인 사용후 핵연료(Spent Nuclear Fuel)의 재활용은 사용후 핵연료에 포함된 우라늄 및 플루토늄 등을 분리해 뽑아내는 과정으로, 크게 습식처리와 건식처리로 구분된다. 먼저, 습식처리 기술은 핵무기를 제조할 수 있는 플루토늄을 단독으로 분리해 낼 수 있어서 국제적으로 엄격히 통제되고 있는 반면, 건식처리기술은 사용후 핵연료에 포함된 플루토늄만을 순수하게 분리할 수 없어 핵무기로의 전용이 어려운 기술이다. 이러한 건식처리기술 중 하나로 '파이로프로세싱 (Pyro-processing) 기술'이 있다.The recycling of spent nuclear fuel, which is a nuclear fuel after being used as fuel in a nuclear reactor, is a process of separating and extracting uranium and plutonium contained in spent nuclear fuel, and is largely divided into wet treatment and dry treatment. First, wet processing technology is strictly controlled internationally because it can separate plutonium that can produce nuclear weapons alone, whereas dry processing technology cannot purely separate plutonium contained in spent nuclear fuel. It is a difficult technique to use. One of these dry processing technologies is'Pyro-processing'.
파이로프로세싱(Pyro-processing) 기술은 경수로에서 발생하는 산화물 형태의 사용후 핵연료를 (준)금속 형태로 전환하여서 소듐 냉각 고속로의 핵연료로 재활용하고자 하는 기술이다. 파이로프로세싱 기술은 일반적으로 기계적 전처리 공정-휘발성 산화(Voloxidation) 공정-산화물 전해환원 공정-전해정련 공정-전해제련 공정-전착물 회수 공정-우라늄 주조 공정-폐기가스 처리 공정-염 재생 공정-폐기물 처리 공정을 포함한다.Pyro-processing technology is a technology that converts spent nuclear fuel in the form of oxides generated in light water reactors into (semi)metal form and recycles it as nuclear fuel for sodium-cooled high-speed reactors. In general, pyroprocessing technology is a mechanical pretreatment process-volatile oxidation (Voloxidation) process-oxide electrolytic reduction process-electrorefining process-electro smelting process-electrodeposit recovery process-uranium casting process-waste gas treatment process-salt recovery process-waste Includes a treatment process.
파이로프로세싱 기술에 있어서, 산화물의 전해환원 공정은 (준)금속 산화물로 이루어진 연료물질, 즉 사용후 핵연료를 전해정련에 앞서 환원시키기 위한 공정이다. 이 때 용융염이 음극에서 전기분해 되어 용융염 유래의 환원 금속이 생성되고, 이 용융염 유래의 환원 금속이 (준)금속 산화물을 환원시켜서 고체 (준)금속이 생성된다.In the pyroprocessing technology, the electrolytic reduction process of oxides is a process for reducing fuel materials composed of (semi)metal oxides, that is, spent nuclear fuel prior to electrorefining. At this time, the molten salt is electrolyzed at the cathode to generate a reduced metal derived from the molten salt, and the reduced metal derived from the molten salt reduces the (semi)metal oxide to produce a solid (semi)metal.
기존에 흔히 사용되는 용융염으로 소량의 Li2O가 녹아있는 LiCl를 이용하는 전해환원 공정에서는 Li2O 또는 LiCl이 전기분해 되어 Li와 O2 또는 Cl2가 생성되고, Li는 (준)금속 산화물을 환원시키게 된다. 이렇게 전해환원 반응을 수행하는 경우 산소 기체 또는 염소 기체 등의 기체가 발생하기 때문에, 종래의 전해환원 장치는 양극 소재로 내산화성이 우수한 소재, 특히 백금 소재를 사용하였다. 그러나, 내산화성이 우수한 백금 양극은 고가이며, 전해환원 공정 중에서 생성되는 액체 Li 금속에 의해 용해되고, Li2PtO3 형태로 산화될 뿐만 아니라, 특히 LiCl-Li2O 용융염 내에서 Li2O의 농도가 0.5 wt% 이하인 경우 백금 양극이 녹아 내리는 현상이 관찰되어 공정 중 안정성이 떨어지는 문제가 발견되었다.In the electrolytic reduction process using LiCl in which a small amount of Li 2 O is dissolved as a commonly used molten salt, Li 2 O or LiCl is electrolyzed to produce Li and O 2 or Cl 2 , and Li is a (semi)metal oxide Is reduced. When the electrolytic reduction reaction is performed in this way, gas such as oxygen gas or chlorine gas is generated, so that the conventional electrolytic reduction device uses a material having excellent oxidation resistance as a cathode material, especially a platinum material. However, the oxidation resistance is excellent platinum anode is expensive, and delivered in a reducing step is dissolved by the liquid Li metal produced, Li 2 PtO not only oxidized to the third embodiment, particularly LiCl-Li Li 2 O in the 2 O molten salt When the concentration of is less than 0.5 wt%, a phenomenon in which the platinum anode melts was observed, resulting in a problem of poor stability during the process.
이에, 백금 소재의 양극 대신 탄소계 양극을 적용하였으나, 탄소계 양극에서 발생하는 이산화탄소가 용융염(Li2O)의 산소 이온(O2-)과 반응하여 탄산리튬(Li2CO3)의 카보네이트 이온을 생성하고, 생성된 카보네이트 이온은 Li 금속과 반응하거나, 음극에서 전자를 받아서 탄소 입자들과 산소를 생성하는 기생반응을 일으키는 부반응을 일으킬 수 있다. 이와 같은 부반응들은 전류효율을 저하시켜 (준)금속 산화물이 (준)금속으로 환원되는 효율을 감소시키는 문제를 야기하였고, 생성된 탄소 입자들은 환원되어 생성되는 금속의 품질을 저하시키는 문제를 야기하였다.Thus, a carbon-based anode was applied instead of a platinum-based anode, but the carbon dioxide generated from the carbon-based anode reacted with oxygen ions (O 2- ) of molten salt (Li 2 O), resulting in a carbonate of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ). Ions are generated, and the generated carbonate ions may react with Li metal or cause side reactions that cause a parasitic reaction to generate oxygen with carbon particles by receiving electrons at the cathode. These side reactions lowered the current efficiency and caused a problem of reducing the efficiency of reducing the (semi) metal oxide to (semi) metal, and the produced carbon particles were reduced to lower the quality of the generated metal. .
특히 종래의 전해환원 장치에서는 음극에서 발생하는 Li 금속이 자유로운 용융염 내부를 사방으로 돌아다닐 수 있어서, Li 금속이 양극까지 도달함에 따라 전술한 것과 같은 부반응을 일으키는 문제가 있었다.In particular, in the conventional electrolytic reduction apparatus, since the Li metal generated in the cathode can move in all directions inside the free molten salt, as the Li metal reaches the anode, there is a problem of causing a side reaction as described above.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 탄소계 양극을 사용하면서도 음극에서 발생하는 용융염 유래의 환원 금속(예를 들어, Li 금속)이 용융염 내부로 확산되는 것을 방지하고, 양극에서 발생되는 탄소계 불순물(예를 들어, 탄소 입자 등)이 최종 생성되는 고체 (준)금속의 품질을 저하시키는 현상을 예방하며, 궁극적으로는 전해환원의 효율을 높일 수 있는 전해환원 장치 및 전해환원 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above problems, and while using a carbon-based anode, it prevents the diffusion of the reduced metal (eg, Li metal) derived from the molten salt generated in the cathode into the molten salt, and occurs at the anode. An electrolytic reduction device and electrolytic reduction method that prevents the phenomenon that the carbon-based impurities (for example, carbon particles, etc.) deteriorate the quality of the final produced solid (semi) metal, and ultimately increases the efficiency of electrolytic reduction. Want to provide.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 바닥부와 측벽부를 포함하고, 내부 공간에 (준)금속 산화물을 충진하기 위한 상부 개구형 용기 모양의 음극부; 상기 음극부의 측벽부의 내측을 따라서 이격되어 배치된 지지벽부; 상기 지지벽부의 하부의 내측면에 배치된 다공성 판상부; 및 상기 지지벽부와 상기 다공성 판상부로 이루어지는 내부 공간에서 용융염과 접촉하도록 배치된 탄소계 양극부;를 포함하는 것인 전해환원 장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, a cathode portion having a bottom portion and a side wall portion, and a cathode portion in the shape of an upper opening type container for filling (semi) metal oxides into the inner space; A support wall portion spaced apart from and disposed along the inside of the side wall portion of the cathode portion; A porous plate portion disposed on an inner surface of a lower portion of the support wall portion; And a carbon-based anode portion disposed to contact the molten salt in an inner space consisting of the support wall portion and the porous plate portion.
또한, 본 발명의 또 하나의 실시형태에 따르면, 전술한 전해환원 장치의 상기 측벽부, 바닥부, 지지벽부 및 다공성 판상부로 이루어진 내부 공간의 적어도 일부에 (준)금속 산화물을 충진하는 단계; 상기 지지벽부 및 다공성 판상부로 이루어진 내부 공간의 적어도 일부에 용융염을 수용하는 단계; 및 상기 음극부 및 탄소계 양극부에 전류를 공급하여 전해환원을 수행하는 단계;를 포함하는 것인 전해환원 방법을 제공한다.In addition, according to another embodiment of the present invention, the step of filling (semi) metal oxide into at least a portion of the inner space consisting of the side wall portion, the bottom portion, the support wall portion and the porous plate portion of the electrolytic reduction device described above; Accommodating molten salt in at least a portion of the inner space formed of the support wall portion and the porous plate portion; And performing electrolytic reduction by supplying current to the cathode and the carbon-based anode.
본 발명의 전해환원 장치는 내부 공간에 (준)금속 산화물을 충진하기 위한 상부 개구형의 용기 모양의 음극부를 포함함으로써, 음극부에서 발생하는 용융염 유래의 환원 금속(예를 들어, Li 금속 등)의 발생을 음극부 외측이 아닌 음극부 내측의 바닥부와 측벽부로만 한정하고, 위와 같이 용융염 유래의 환원 금속이 발생되는 부분에 (준)금속 산화물을 충진함으로써 Li 금속 등의 용융염 유래의 환원 금속이 곧바로 용융염 내부로 확산되어 전해환원 반응의 전류효율이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.The electrolytic reduction device of the present invention includes a cathode portion in the shape of a container with an upper opening for filling the inner space with (semi) metal oxide, and thus reduced metals derived from molten salts (eg, Li metal, etc.) ) Generation is limited to the bottom and sidewalls of the inside of the cathode, not the outside of the cathode, and the molten salt of Li metal is derived by filling the portion where the reduced metal derived from the molten salt is generated as above. There is an effect of preventing the current efficiency of the electrolytic reduction reaction from deteriorating due to the diffusion of the reduced metal of the molten salt directly into the molten salt.
또한 음극부 내부에 배치된 지지벽부의 하부의 내측면에 다공성 판상부를 포함함에 따라, 상기 음극부의 내측에서 발생되는 Li 금속 등과 같은 용융염 유래의 환원 금속이 탄소계 양극부에 도달되는 것을 방지하고, 탄소계 양극부에서 발생되는 탄소계 불순물(예를 들어, 탄소 입자 등)이 용융염을 통해 음극부로 도달하여 고체 금속의 품질을 저하시키는 것을 방지함으로써 궁극적으로는 전해환원의 효율을 향상시키는 효과가 있다.In addition, by including a porous plate portion on the inner surface of the lower portion of the support wall portion disposed inside the cathode portion, reducing metal derived from molten salt such as Li metal generated inside the cathode portion is prevented from reaching the carbon-based anode portion. , The effect of ultimately improving the efficiency of electrolytic reduction by preventing carbon-based impurities (for example, carbon particles, etc.) generated from the carbon-based anode from reaching the cathode through the molten salt and deteriorating the quality of the solid metal. There is.
나아가 (준)금속 산화물로부터 생성되는 고체 (준)금속 대비 많은 양의 용융염(전해질)을 수용하기 위해 장치의 대형화가 불가피했던 기존의 전해환원 장치와는 달리, 본 발명은 (준)금속 산화물과 용융염을 수용하기 위한 용기 자체를 음극부로 이용함에 따라서 장치의 소형화가 가능한 효과도 있다.Furthermore, unlike the conventional electrolytic reduction device in which the enlargement of the device was inevitable in order to accommodate a large amount of molten salt (electrolyte) compared to the solid (semi) metal generated from the (semi) metal oxide, the present invention is There is also an effect that the apparatus can be downsized by using the container itself for receiving the over-molten salt as the cathode.
이에 더해 탄소계 양극부를 상기 지지벽부와 다공성 판상부로 이루어진 내부 공간의 상부에 배치하고 산소 기체 또는 염소 기체의 배출을 위한 유로를 상기 탄소계 양극부의 내부에 포함함에 따라, 별도의 커버 부재(예를 들어, 쉬라우드(shroud)) 없이도 산소 기체 또는 염소 기체에 의한 전해환원 효율의 감소를 예방할 수 있는 효과가 있다.In addition, as the carbon-based anode part is disposed above the inner space composed of the support wall part and the porous plate part, and a flow path for discharging oxygen gas or chlorine gas is included inside the carbon-based anode part, a separate cover member (e.g. For example, there is an effect of preventing a decrease in electrolytic reduction efficiency due to oxygen gas or chlorine gas without a shroud.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전해환원 장치를 개략적으로 나타낸 도시이다.
도 2는 종래 기술에 따른 전해환원 장치를 개략적으로 나타낸 도시이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 음극부의 바닥부와 측벽부, 지지벽부 및 다공성 판상부로 이루어진 내부 공간의 적어도 일부에 (준)금속 산화물이 충진되고 용융염이 수용되어 있는 구조의 단면을 개략적으로 나타낸 도시이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 탄소계 양극부의 구조를 개략적으로 나타낸 도시이다.1 is a schematic view showing an electrolytic reduction device according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic view showing an electrolytic reduction device according to the prior art.
3 is a cross-sectional view of a structure in which a (semi)metal oxide is filled and molten salt is accommodated in at least a part of an internal space composed of a bottom portion, a sidewall portion, a support wall portion, and a porous plate portion of a cathode according to an embodiment of the present invention. It is a city schematically showing.
4 is a schematic view showing the structure of a carbon-based anode according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 전해환원 장치를 제공한다.The present invention provides an electrolytic reduction device.
본 발명의 일 실시형태에 따른 전해환원 장치를 도 1에 개략적으로 나타내었다.1 schematically shows an electrolytic reduction device according to an embodiment of the present invention.
상기 전해환원 장치는 바닥부(102)와 측벽부(101)를 포함하고, 내부 공간에 (준)금속 산화물(10)을 충진하기 위한 상부 개구형 용기 모양의 음극부(100); 상기 음극부(100)의 측벽부(101)의 내측을 따라서 이격되어 배치된 지지벽부(200); 상기 지지벽부(200)의 하부의 내측면에 배치된 다공성 판상부(300); 및 상기 지지벽부(200)와 상기 다공성 판상부(300)로 이루어지는 내부 공간에서 용융염(20)과 접촉하도록 배치된 탄소계 양극부(400);를 포함할 수 있다.The electrolytic reduction device includes a
상기 음극부(100)는 (준)금속 산화물(10)을 충진하기 위한 내부 공간을 가지며, 상부 개구형의 기둥형 용기 모양일 수 있다. 따라서 상기 음극부(100)는 (준)금속 산화물(10)과 용융염(20)을 수용할 수 있어서 전해환원 반응조로서의 역할을 하며, 동시에 전극으로서의 역할도 할 수 있다. 이에 따라 (준)금속 산화물(10)로부터 환원시켜 제조되는 고체 (준)금속의 함량 대비 적은 양의 용융염만으로도 전해환원 반응을 가능하게 함으로써, 전해환원 장치의 소형화가 가능한 이점이 있다.The
상기 음극부(100)에서는 용융염(20)이 전기분해되어 인시츄(in-situ)로 환원되어 용융염(20) 유래의 환원 금속을 형성하고, 상기 용융염(20) 유래의 환원 금속이 상기 (준)금속 산화물(10)과 화학반응하여 고체 (준)금속으로 환원된다.In the
종래의 전기환원 장치는 도 2에 나타낸 바와 같이 용융염에 일부 침지되어 나란히 마주보는 음극부와 양극부로 구성되어서, 음극부에서 발생하는 용융염 유래의 환원 금속이 사방으로 확산되어 용융염 내의 환원 금속이 양극부를 닳게 하거나, 또는 양극부에서 산화되거나 탄소계 불순물을 형성하는 부반응을 일으켜서 (준)금속 산화물의 고체 (준)금속으로의 환원을 저해하는 문제가 있었다.As shown in FIG. 2, the conventional electroreduction device is composed of a cathode portion and an anode portion facing side by side by being partially immersed in the molten salt. There is a problem in that the reduction of (semi)metal oxides to solid (semi)metals is inhibited by wearing out the anode or causing a side reaction of oxidizing or forming carbon-based impurities at the anode.
본 발명의 전해환원 장치는 상기 측벽부(101), 바닥부(102), 지지벽부(200) 및 다공성 판상부(300)로 이루어진 내부 공간의 적어도 일부에 (준)금속 산화물(10)이 충진되어 있을 수 있다. 이에 따라, 상기 음극부(100)의 외측이 아닌 음극부(100)의 내측의 바닥부(102)와 측벽부(101)에서만 용융염 유래의 환원 금속이 발생할 수 있게 되고, 충진된 상기 (준)금속 산화물(10)은 상기 용융염 유래의 환원 금속이 용융염(20) 내부로 자유롭게 확산되는 것을 방지하여서 위와 같은 기존의 문제점을 해결할 수 있다.In the electrolytic reduction device of the present invention, (semi)
상기 (준)금속 산화물(10)은 파이로프로세싱에 이용하는 사용후 핵연료일 수 있고 구체적으로는 우라늄 산화물(UO2)을 포함할 수 있다.The (semi)
상기 (준)금속 산화물(10)은 금속 산화물 또는 준금속 산화물을 모두 포함하는 것으로서, 구체적으로는 우라늄 산화물, 티타늄 산화물, 실리콘 산화물, 탄탈륨 산화물 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The (semi)
상기 (준)금속 산화물(10)은 최대 직경이 1 cm 이하인 분말, 알갱이, 분쇄 펠릿(pellet), 다공성 펠릿, 고밀도 펠릿 등의 형태일 수 있다.The (semi)
상기 (준)금속 산화물(10)은 상기 용융염(20)의 액위(level)와 동일하거나 더 높은 위치까지 충진될 수 있다. 상기 (준)금속 산화물(10)이 상기 용융염(20)의 액위보다 더 낮은 위치까지만 충진되는 경우에는, 상기 용융염(20)이 (준)금속 산화물(10) 쪽으로 스며들어서 상기 음극부(100)의 측벽부(101)와 상기 지지벽부(200)의 사이에 충진된 (준)금속 산화물 부분을 통과하여 그 위로 스며나와서, 용융염의 액위와 동일한 높이만큼 용융염(20)이 채워질 수 있게 되며, 이로써 상기 (준)금속 산화물(10)이 접하지 않은 상기 음극부(100)의 측벽부(101)에서 발생한 용융염 유래의 환원 금속이 상기 (준)금속 산화물(10) 부분의 위에 채워진 용융염(20) 쪽으로 자유롭게 이동될 수 있는 문제가 있다.The (semi)
또한 상기 (준)금속 산화물(10)은 상기 용융염(20)의 액위와 동일하거나 약 0.5 cm 이하의 높이만큼 더 높은 위치까지 충진될 수 있다. 상기 지지벽부(200) 및 다공성 판상부(300)로 이루어진 내부 공간의 적어도 일부에 수용된 용융염(20)은 상술한 바와 같이, 상기 음극부(100)의 측벽부(101)와 상기 지지벽부(200)의 사이에 충진된 (준)금속 산화물(10) 쪽으로도 스며들 수 있는데, 본 발명자의 실험에 의하면, 용융염의 액위보다 약 0.5 cm 높은 위치로까지 충진된 (준)금속 산화물까지도 용융염이 스며드는 것을 확인하였다.In addition, the (semi)
상기 음극부(100)는 스테인리스 스틸(304, 316 L), 인코넬 등의 재질로 형성될 수 있다.The
상기 지지벽부(200)는 상기 음극부(100)의 측벽부(101)의 내측을 따라서 이격되어 배치될 수 있다. 상기 지지벽부(200)는 상기 음극부(100)에 정합되도록 중공형 기둥 모양일 수 있다.The
상기 지지벽부(200)는 상기 음극부(100) 또는 상기 탄소계 양극부(400)와 독립적으로 분리된 형태로 배치될 수도 있고, 이 중의 어느 하나에 착탈 가능하게 연결된 형태로 배치될 수도 있다. 예컨대, 상기 지지벽부(200)는 상기 음극부(100)의 측벽부(101) 상단에 일체화되어 연결되거나, 걸쇄 형태와 같은 연결부(30)를 통하여 착탈 가능하게 연결될 수 있다.The
상기 지지벽부(200)는 절연성 재질로 형성되어서, 상기 탄소계 양극부(400)와 음극부(100)를 전기적으로 절연시키기 위한 역할을 할 수 있다. 또한 상기 지지벽부(200)는 상기 음극부(100)의 측벽부(101)와 상기 지지벽부(200) 사이의 내부 공간의 적어도 일부에 충진된 (준)금속 산화물(10)이 상기 용융염(20) 내부로 흘러내려 유입되는 것을 방지해주는 지지대 역할을 할 수도 있다. 따라서, 상기 지지벽부(200)는 상기 (준)금속 산화물(10)이 충진되는 높이보다 더 높은 높이를 가지도록 배치되는 것일 수 있다.Since the
또한 상기 지지벽부(200)의 하부의 일부의 내측면은 (준)금속 산화물(10)과 용융염(20)과 접해있고, 상기 지지벽부(200)의 하부의 일부의 외측면은 (준)금속 산화물(10)과 접해있을 수 있다. 즉, 상기 지지벽부(200)의 하부의 일부의 내부 공간은 (준)금속 산화물(10)로 충진되어 있을 수 있고, 상기 지지벽부(200)의 하부의 일부의 내부 공간에 충진된 (준)금속 산화물(10) 위로 용융염(20)이 수용될 수 있다.In addition, the inner surface of a part of the lower part of the
상기 지지벽부(200)는 상기 (준)금속 산화물(10) 또는 상기 용융염(20)이 통과되지 않는 재질일 수 있고, 특히 고온의 용융염에서 부식 저항성이 있으면서도 기계적 안정성이 있는 재질을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 지지벽부(200)의 재질은 마그네시아(MgO), 이트리아(Y2O3), 알루미나(Al2O3) 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 마그네시아(MgO), 이트리아(Y2O3), 알루미나(Al2O3), 또는 이들의 혼합물로 코팅한 금속 재료에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
상기 다공성 판상부(300)는 상기 지지벽부(200)의 하부의 내측면에 배치될 수 있다. 구체적으로는 상기 다공성 판상부(300)는 상기 지지벽부(200)의 하부의 일부의 내측면에 배치될 수 있고, 상기 지지벽부(200)의 하부의 일부의 내부 공간에 수용된 용융염(20) 내에 배치될 수 있다.The
상기 다공성 판상부(300)는 용융염(20)은 통과시킬 수 있으나, 전해환원 반응에 의해 음극부(100)에서 생성된 상기 용융염 유래의 환원 금속이 탄소계 양극부(400)로 이동되는 것을 억제하고, 반대로 상기 탄소계 양극부(400)에서 생성된 탄소계 불순물이 상기 (준)금속 산화물(10)로 이동되는 것을 억제할 수 있어서, 전해환원의 효율을 높이는 역할을 할 수 있다.The
상기 다공성 판상부(300)는 메쉬 다이어프램으로 형성될 수 있으며, 복수로 겹쳐진 메쉬 구조, 예컨대, 오겹의 메쉬 구조를 가지는 다이어프램으로 형성되는 것일 수 있다.The
상기 다공성 판상부(300)의 재질은 스테인리스 스틸, 인코넬 등의 내부식성이 강한 재질이기만 하면, 이에 한정되는 것은 아니다.The material of the
상기 지지벽부(200) 및 다공성 판상부(300)로 이루어진 내부 공간의 적어도 일부에는 용융염(20)이 수용되어 있을 수 있다. 또한 상기 용융염(20) 중의 일부는 상기 (준)금속 산화물(10) 중에 함침되어 있을 수 있다. 상기 용융염(20)은 액체상태일 수 있다.The
상기 용융염(20)은 알칼리 금속 원소 또는 알칼리 토금속 원소를 함유하는 전해질일 수 있으며, 구체적으로는 염화리튬, 염화칼슘, 산화리튬, 산화칼슘 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 하나의 전해질을 포함할 수 있다.The
상기 용융염(20)은 상기 염화리튬, 염화칼슘, 산화리튬, 산화칼슘 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 하나를 550℃ 이상, 구체적으로는 550 내지 650 ℃로 가열하여 얻을 수 있다.The
또한 상기 지지벽부(200) 및 다공성 판상부(300)로 이루어진 내부 공간의 적어도 일부 중, 상기 용융염(20)이 수용된 내부 공간 외에는 비활성 기체, 예를 들어 아르곤(Ar) 등을 수용할 수 있다.In addition, an inert gas, for example, argon (Ar), etc., may be accommodated other than the inner space in which the
상기 용융염 유래의 환원 금속은 상기 음극부(100)에서 상기 용융염(20)이 전기 분해되어 생성되는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 예컨대, 리튬 또는 칼슘일 수 있다.The reduced metal derived from the molten salt may be an alkali metal or alkaline earth metal, such as lithium or calcium, generated by electrolysis of the
상기 전해환원 장치는, 상기 지지벽부(200)의 하부의 말단에 (준)금속 산화물(10) 유래의 산소 이온을 상기 탄소계 양극부(400)가 접촉하고 있는 용융염(20)으로 이동시키기 위한 다공성 유로부(500)를 더 포함할 수 있다.The electrolytic reduction device moves oxygen ions derived from (semi)
상기 다공성 유로부(500)는 다공성의 2중판으로 이루어진 중공형 바스켓으로서, 상기 (준)금속 산화물(10)이 충진된 공간 내에 배치될 수 있다.The porous
상기 중공형 바스켓이란, 상기 다공성 유로부(500)가 다공성의 2중판으로 되어 있어서 상기 2중판 사이에 중공(내부 공간)을 포함하는 것일 수 있다.The hollow basket may include a hollow (internal space) between the double plates since the porous
상기 다공성 유로부(500)의 다공성 2중판은 (준)금속 산화물(10)로부터 환원되어 얻어지는 고체 (준)금속은 통과시키지 못하며, 상기 (준)금속 산화물(10) 유래의 산소 이온은 통과시킴에 따라 산소 이온의 통로 역할을 할 수 있다. 이에 따라 (준)금속 산화물(10)만 충진되어 있는 경우에 비하여, 산소 이온의 이동 속도가 훨씬 더 빠르게 일어나서, 탄소계 양극부(400)로 보다 빠르게 이동할 수 있다.The porous double plate of the
이 때 상기 다공성 유로부(500)의 2중판 사이의 중공(내부 공간)에는 상기 용융염(20)이 수용될 수 있다.In this case, the
상기 탄소계 양극부(400)는 상기 지지벽부(200)와 상기 다공성 판상부(300)로 이루어지는 내부 공간에서 용융염(20)과 접촉하도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 탄소계 양극부(400)는 전해환원 반응에서 발생되는 산소 기체 또는 염소 기체의 배출을 위한 유로를 내부에 포함할 수 있다.The carbon-based
본 발명의 일 실시형태에 따른 탄소계 양극부(400) 및 상기 탄소계 양극부(400) 내부에서 일어나는 산소 기체 또는 염소 기체의 흐름을 도 4에 개략적으로 표시하였다.The flow of oxygen gas or chlorine gas occurring in the carbon-based
상기 탄소계 양극부(400)는 상기 용융염(20)에 침지되는 상기 탄소계 양극부(400)의 하부 또는 용융염(20)에 침지되지 않는 탄소계 양극부(400)의 측부에 복수개의 유로(중공)를 포함할 수 있다. 상기 복수개의 유로(중공)을 통해 발생되는 산소 기체 또는 염소 기체의 배출을 용이하게 할 수 있다.The carbon-based
상기 탄소계 양극부(400)는 상기 탄소계 양극부(400)에 부착된 플랜지(401)를 더 포함할 수 있다. 상기 플랜지(401)는 상기 탄소계 양극부(400)의 상부에 배치되어서, 상기 탄소계 양극부(400)가 상기 음극부(100)의 상부를 밀폐하기 위한 덮개(600)에 고정되도록 한다.The carbon-based
상기 플랜지(401)는 고온에 강한 스테인리스 스틸 등과 같은 금속 등의 재질로 구성될 수 있다.The
기존에는 전해환원 반응에 따라 발생되는 산소 기체 또는 염소 기체가 장치 내부를 부식시키거나 반응물과 생성물과 반응하는 것을 억제하기 위하여 양극 주변에 커버 부재(예를 들어, 쉬라우드(shroud))를 별도로 설치함으로써, 기체가 양극부에 격납된 채로 장치 외부로 배출되도록 하였다.Conventionally, a cover member (for example, a shroud) is separately installed around the anode to prevent the oxygen gas or chlorine gas generated by the electrolytic reduction reaction from corroding the interior of the device or reacting with reactants and products. Thus, the gas was discharged to the outside of the apparatus while being stored in the anode.
그러나 본 발명에 따른 전해환원 장치는 특히 상기 탄소계 양극부(400)를 상기 지지벽부(200)와 다공성 판상부(300)로 이루어진 내부 공간의 상부에 배치하고 기체의 배출을 위한 유로를 내부에 포함함에 따라, 상기 탄소계 양극부(400)가 쉬라우드와 같은 커버 부재의 역할을 함으로써, 별도의 커버 부재 없이도 산소 기체 또는 염소 기체에 의한 전해환원 효율의 감소를 예방할 수 있다.However, in the electrolytic reduction device according to the present invention, in particular, the carbon-based
즉, 상기 탄소계 양극부(400)는 전해환원 반응에서 발생되는 산소 기체 또는 염소 기체의 배출을 위한 별도의 커버 부재를 실질적으로 포함하지 않는 것일 수 있다. 상기 별도의 커버 부재를 실질적으로 포함하지 않는 것이란, 상기 탄소계 양극부(400)가 커버 부재의 역할을 함에 따라 상기 전해환원 장치에는 쉬라우드와 같은 별도의 커버 부재를 더 이상 포함하지 않는 것을 의미할 수 있다.That is, the carbon-based
상기 전해환원 장치는 상기 음극부(100)의 상부를 밀폐하기 위한 덮개(600)를 더 포함할 수 있고, 상기 덮개(600)의 일부는 상기 탄소계 양극부(400)를 포함하기 위한 내부 공간을 포함할 수 있다.The electrolytic reduction device may further include a
상기 탄소계 양극부(400)의 일단이 상기 덮개(500)의 적어도 일부에 접하는 부분에는 기체의 배출을 용이하게 하기 위한 배출부(40)를 더 포함할 수 있다.A
상기 전해환원 장치는 상기 (준)금속 산화물(10) 및 용융염(20)의 가열을 위한 가열부(도면에 미기재)를 더 포함할 수 있고, 상기 가열부는 전해환원 반응에 영향을 미치는 것이 아니면, 통상의 가열을 위한 전기로 등과 같은 가열부를 제한 없이 이용할 수 있다.The electrolytic reduction device may further include a heating unit (not shown in the drawing) for heating the (semi)
또한 상기 전해환원 장치는 상기 음극부(100)를 지지하기 위한 지지부(도면에 미기재)를 더 포함할 수 있으며, 상기 지지부는 전해환원 반응에 영향을 미치는 것이 아니고, 상기 음극부(100)를 지지할 수 있기만 하면, 그 재질 또는 그 형태는 제한되지 않는다.In addition, the electrolytic reduction device may further include a support part (not shown in the drawing) for supporting the
상기 지지부는 상기 전해환원 반응의 온도를 조절하기 위한 온도 조절 부재를 더 포함할 수 있다.The support may further include a temperature control member for controlling the temperature of the electrolytic reduction reaction.
상기 전해환원 장치는 상기 음극부(100)와 상기 탄소계 양극부(400)에 전류를 공급하여 줄 수 있는 전기 장치(도면에 미기재)를 더 포함할 수 있으며, 상기 전기 장치는 상기 음극부(100)와 상기 탄소계 양극부(400)에 전압을 인가하여 전류를 공급하게 하는 것이면, 통상적인 전기 장치가 제한 없이 이용될 수 있다.The electrolytic reduction device may further include an electric device (not shown in the drawing) capable of supplying current to the
또한 본 발명은 전해환원 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides an electrolytic reduction method.
상기 전해환원 방법은 전술한 전해환원 장치의 상기 측벽부, 바닥부, 지지벽부 및 다공성 판상부로 이루어진 내부 공간의 적어도 일부에 (준)금속 산화물을 충진하는 단계; 상기 지지벽부 및 다공성 판상부로 이루어진 내부 공간의 적어도 일부에 용융염을 수용하는 단계; 및 상기 음극부 및 탄소계 양극부에 전류를 공급하여 전해환원을 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.The electrolytic reduction method includes the steps of filling (semi) metal oxide into at least a portion of an inner space composed of the sidewall part, the bottom part, the support wall part, and the porous plate part of the electrolytic reduction device described above; Accommodating molten salt in at least a portion of the inner space formed of the support wall portion and the porous plate portion; And performing electrolytic reduction by supplying current to the cathode and the carbon-based anode.
이 때, 상기 (준)금속 산화물은 상기 용융염의 액위(level)와 동일하거나 더 높은 위치까지 충진될 수 있다.At this time, the (semi)metal oxide may be filled to a position equal to or higher than the level of the molten salt.
상기 (준) 금속 산화물, 용융염, 음극부, 지지벽부, 다공성 판상부, 탄소계 양극부에 관해서는 전해환원 장치에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.For the (semi) metal oxide, molten salt, cathode portion, support wall portion, porous plate portion, and carbon-based anode portion, the same descriptions of the electrolytic reduction apparatus may be applied.
또한 상기 전해환원 방법은, 상기 염화리튬, 염화칼슘, 산화리튬, 산화칼슘 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 하나를 550℃ 이상, 구체적으로는 550 내지 650 ℃로 가열하여 얻을 수 있다.In addition, the electrolytic reduction method may be obtained by heating at least one selected from the lithium chloride, calcium chloride, lithium oxide, calcium oxide, and mixtures thereof to 550°C or higher, specifically 550 to 650°C.
상기 음극부 및 탄소계 양극부에 전류를 공급하는 단계는, 상기 음극부에 상기 용융염 양이온 및 (준)금속 산화물 양이온의 환원 전위보다 음의 전압을 인가하는 단계; 및 상기 탄소계 양극부에 상기 용융염 음이온의 산화 전위 및/또는 상기 (준)금속 산화물 유래의 산소 이온의 산화 전위보다 양의 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.The step of supplying current to the cathode and the carbon-based anode may include applying a voltage negative to the reduction potential of the molten salt cation and the (semi) metal oxide cation to the cathode; And applying a voltage positive to the oxidation potential of the molten salt anion and/or the oxygen ion derived from the (semi)metal oxide to the carbon-based anode.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 용융염으로 LiCl-Li2O 전해질을 사용할 수 있고, 상기 (준)금속 산화물로 UO2를 사용하는 파이로프로세싱을 위한 전해환원 장치 및 전해환원 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, a LiCl-Li 2 O electrolyte may be used as the molten salt, and an electrolytic reduction device and an electrolytic reduction method for pyroprocessing using UO 2 as the (semi) metal oxide are provided. do.
위와 같은 전해환원 공정에서는 하기 식(1)과 같이 Li2O가 상기 음극부에서 전기분해 되어 용융염 유래의 환원 금속(Li)과 산소 기체(O2)가 생성되고, 하기 식(2)와 같이 Li는 UO2를 환원시키면서 다시 새로운 Li2O를 생성하게 되어, 전해환원 장치 내의 Li2O의 양을 일정하게 유지할 수 있어서, LiCl을 지속적으로 사용할 수 있으며 Li 금속의 추가가 필요하지 않은 장점이 있다.In the above electrolytic reduction process, Li 2 O is electrolyzed at the cathode portion as shown in Equation (1) below to generate a reduced metal (Li) and oxygen gas (O 2 ) derived from a molten salt, as shown in Equation (2) below. Likewise, Li reduces UO 2 and generates new Li 2 O again, so that the amount of Li 2 O in the electrolytic reduction device can be kept constant, so that LiCl can be used continuously and the addition of Li metal is not required. There is this.
[식(1)][Equation (1)]
2Li2O ⇔ 4Li + O2 (전기분해)2Li 2 O ⇔ 4Li + O 2 (electrolysis)
[식(2)][Equation (2)]
UO2 + 4Li ⇔ U + 2Li2O (환원)UO 2 + 4Li ⇔ U + 2Li 2 O (reduced)
[식(3)][Equation (3)]
UO2 ⇔ U + O2 (전체 반응)UO 2 ⇔ U + O 2 (total reaction)
한편, 상기 탄소계 양극부에서는 (준)금속 산화물에서 유래된 산소 이온과 반응하여, 하기 식(4)와 같이 이산화탄소(CO2)를 발생시키며, 상기 음극부에서 생성된 Li은 상기 용융염으로 확산되어 상기 탄소계 양극부에서 발생된 이산화탄소(CO2)와 반응하여 탄소계 불순물(탄소 입자(C) 등)을 생성하는 하기 식(5)와 같은 부반응을 일으킬 수 있다.Meanwhile, in the carbon-based anode part, by reacting with oxygen ions derived from (semi) metal oxide, carbon dioxide (CO 2 ) is generated as shown in the following formula (4), and Li generated in the cathode part is converted into the molten salt. It is diffused and reacts with carbon dioxide (CO 2 ) generated in the carbon-based anode portion to generate carbon-based impurities (carbon particles (C), etc.).
[식(4)][Equation (4)]
C(탄소) + 2O2- ⇔ CO2 + 4e- C (carbon) 2O 2- + CO ⇔ 2 + 4e -
[식(5)][Equation (5)]
2Li + CO2 ⇔ 2Li2O + C(탄소)2Li + CO 2 ⇔ 2Li 2 O + C (carbon)
또한 하기 식(6)과 같이 상기 탄소계 양극에서 발생된 이산화탄소(CO2)가 Li2O의 산소 이온(O2-)와 반응하여 탄산리튬(Li2CO3)의 카보네이트 이온(CO3 2-)을 생성할 수 있고, 상기 카보네이트 이온은 하기 식(7)과 같이 Li 금속과 반응하거나, 하기 식(8)과 같이 상기 음극부에서 전자(e-)를 받아서 탄소 입자(C)들과 산소(O2)를 생성하는 부반응이 일어날 수 있다.In addition, carbon dioxide (CO 2 ) generated from the carbon-based anode reacts with oxygen ions (O 2- ) of Li 2 O as shown in Equation (6) below, and the carbonate ions (CO 3 2 ) of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) -) a can be produced, the carbonate ion is the following formula (7) to react with Li metal, or as in equation (8) e (e in the cathode part as shown - and s) for receiving carbon particles (C) Side reactions that generate oxygen (O 2 ) may occur.
[식(6)][Equation (6)]
CO2 + Li2O ⇔ Li2CO3 ⇔ 2Li+ + CO3 2- CO 2 + Li 2 O ⇔ Li 2 CO 3 ⇔ 2 Li + + CO 3 2-
[식(7)][Equation (7)]
CO3 2- + 2Li ⇔ Li2CO3 + 2e- CO 3 2- + 2Li ⇔ Li 2
[식(8)][Equation (8)]
2CO3 2- + 2e- ⇔ 2C + 3O2 2CO 3 2- + 2e - ⇔ 2C + 3O 2
전술한 바와 같이 본 발명의 전해환원 장치 및 전해환원 방법에 따르면, 상기 음극부가 (준)금속 산화물(UO2)을 충진하기 위한 내부 공간을 가지며, 상부 개구형의 기둥형 용기 모양을 가짐에 따라, 음극부의 외측이 아닌 음극부의 내측의 바닥부와 측벽부에서만 용융염 유래의 환원 금속(Li)이 발생하고, 충진된 상기 (준)금속 산화물(UO2)로 인해 상기 용융염 유래의 환원 금속(Li)이 용융염(LiCl-Li2O) 내부로의 자유로운 확산을 방지하는 효과가 있다.As described above, according to the electrolytic reduction device and the electrolytic reduction method of the present invention, as the cathode has an inner space for filling (semi) metal oxide (UO 2 ), and has a columnar container shape of an upper opening , Reduced metal (Li) derived from molten salt is generated only at the bottom and sidewalls of the inside of the cathode, not outside of the cathode, and the reduced metal derived from the molten salt due to the (semi) metal oxide (UO 2 ) filled (Li) has the effect of preventing free diffusion into the molten salt (LiCl-Li 2 O).
나아가 상기 다공성 판상부를 포함함에 따라, 용융염(LiCl-Li2O)은 통과시키면서도, 전해환원 반응에 의해 상기 음극부에서 생성된 상기 용융염 유래의 환원 금속(Li)이 상기 탄소계 양극부로 이동되는 현상을 억제하고, 반대로 상기 탄소계 양극부에서 생성된 탄소계 불순물(탄소 입자(C))이 상기 (준)금속 산화물(UO2)로 이동되는 것을 억제할 수 있어서, 상기 용융염 유래의 환원 금속(Li) 및 탄소계 불순물(탄소 입자(C))에 따른 부반응을 억제하여 전해환원의 효율을 높이는 효과도 있다.Further, as the porous plate-shaped portion is included, the molten salt (LiCl-Li 2 O) is passed through, while the reduced metal (Li) derived from the molten salt generated in the cathode portion is moved to the carbon-based anode portion by an electrolytic reduction reaction. In contrast, the carbon-based impurities (carbon particles (C)) generated in the carbon-based anode portion can be prevented from being transferred to the (semi)metal oxide (UO 2 ), and thus the molten salt-derived There is also an effect of increasing the efficiency of electrolytic reduction by suppressing side reactions caused by reducing metal (Li) and carbon-based impurities (carbon particles (C)).
100: 음극부
101: 측벽부
102: 바닥부
200: 지지벽부
300: 다공성 판상부
400: 탄소계 양극부
401: 플랜지
500: 다공성 유로부
600: 덮개
10: (준)금속 산화물
20: 용융염
30: 연결부
40: 배출부
1: 음극 바스켓
2: 음극
3: 가열로
4: 기체배출관
5: 방열판
6: 전해조
7: 양극
8: 양극 쉬라우드100: cathode
101: side wall portion
102: bottom
200: support wall portion
300: porous plate portion
400: carbon-based anode portion
401: flange
500: porous flow path portion
600: cover
10: (semi) metal oxide
20: molten salt
30: connection
40: discharge unit
1: cathode basket
2: cathode
3: heating furnace
4: gas discharge pipe
5: heat sink
6: electrolyzer
7: anode
8: anode shroud
Claims (20)
상기 음극부의 측벽부의 내측을 따라서 이격되어 배치된 지지벽부;
상기 지지벽부의 하부의 내측면에 배치된 다공성 판상부; 및
상기 지지벽부와 상기 다공성 판상부로 이루어지는 내부 공간에서 용융염과 접촉하도록 배치된 탄소계 양극부;
를 포함하는 것인 전해환원 장치.A cathode portion in the shape of an upper opening type container including a bottom portion and a side wall portion, and for filling (semi) metal oxides in the inner space;
A support wall portion spaced apart from and disposed along the inside of the side wall portion of the cathode portion;
A porous plate portion disposed on an inner surface of a lower portion of the support wall portion; And
A carbon-based anode portion disposed to contact the molten salt in an inner space consisting of the support wall portion and the porous plate portion;
Electrolytic reduction device comprising a.
상기 측벽부, 바닥부, 지지벽부 및 다공성 판상부로 이루어진 내부 공간의 적어도 일부에 (준)금속 산화물이 충진되어 있는 것인 전해환원 장치.The method according to claim 1,
An electrolytic reduction device in which (semi)metal oxide is filled in at least a part of an inner space consisting of the side wall part, the bottom part, the support wall part, and the porous plate part.
상기 지지벽부 및 다공성 판상부로 이루어진 내부 공간의 적어도 일부에는 용융염이 수용되어 있는 것인 전해환원 장치.The method according to claim 2,
The electrolytic reduction device in which molten salt is accommodated in at least a part of the inner space composed of the support wall portion and the porous plate portion.
상기 (준)금속 산화물은 상기 용융염의 액위(level)와 동일하거나 더 높은 위치까지 충진되는 것인 전해환원 장치.The method of claim 3,
The (semi)metal oxide is filled to a position equal to or higher than the level of the molten salt.
상기 (준)금속 산화물은 우라늄 산화물, 티타늄 산화물, 실리콘 산화물, 탄탈륨 산화물 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것인 전해환원 장치.The method according to claim 1,
The (semi) metal oxide is an electrolytic reduction device comprising at least one selected from uranium oxide, titanium oxide, silicon oxide, tantalum oxide, and mixtures thereof.
상기 용융염은 염화리튬, 염화칼슘, 산화리튬, 산화칼슘 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 하나의 전해질을 포함하는 것인 전해환원 장치.The method according to claim 1,
The molten salt includes at least one electrolyte selected from lithium chloride, calcium chloride, lithium oxide, calcium oxide, and mixtures thereof.
상기 음극부는 기둥형 용기 모양인 것인 전해환원 장치.The method according to claim 1,
The electrolytic reduction device that the cathode part has a columnar container shape.
상기 지지벽부는 상기 음극부에 정합되도록 중공형 기둥 모양인 것인 전해환원 장치.The method of claim 7,
The electrolytic reduction device in which the support wall portion has a hollow column shape to match the cathode portion.
상기 지지벽부를 상기 음극부에 고정시키기 위한 연결부를 더 포함하는 것인 전해환원 장치.The method according to claim 1,
Electrolytic reduction device further comprising a connection portion for fixing the support wall portion to the cathode portion.
상기 지지벽부는 절연성 재질로 형성된 것인 전해환원 장치.The method according to claim 1,
The electrolytic reduction device that the support wall portion is formed of an insulating material.
상기 다공성 판상부는 전해환원 반응에 의해서 상기 음극부에서 생성된 상기 용융염 유래의 환원 금속이 상기 양극부로 이동되는 것을 억제하고, 상기 탄소계 양극부에서 생성된 탄소계 불순물이 상기 (준)금속 산화물로 이동되는 것을 억제하기 위한 것인 전해환원 장치.The method according to claim 1,
The porous plate portion inhibits the transfer of the reduced metal derived from the molten salt generated in the cathode portion to the anode portion by an electrolytic reduction reaction, and the carbon-based impurities generated in the carbon-based anode portion is the (semi)metal oxide Electrolytic reduction device for suppressing the movement to.
상기 다공성 판상부는 메쉬 다이어프램으로 형성되어 있는 것인 전해환원 장치.The method of claim 11,
The electrolytic reduction device of the porous plate portion is formed of a mesh diaphragm.
상기 지지벽부의 하부의 말단에는 (준)금속 산화물 유래의 산소 이온을 상기 탄소계 양극부가 접촉하고 있는 용융염으로 이동시키기 위한 다공성 유로부를 더 포함하는 것인 전해환원 장치.The method according to claim 1,
The electrolytic reduction device further comprises a porous flow path for moving oxygen ions derived from (semi)metal oxides to the molten salt in contact with the carbon-based anode at the lower end of the support wall.
상기 다공성 유로부는 다공성의 2중판으로 이루어진 중공형 바스켓인 것인 전해환원 장치.The method of claim 13,
The electrolytic reduction device in which the porous flow path part is a hollow basket made of a porous double plate.
상기 탄소계 양극부는 전해환원 반응에서 발생되는 산소 기체 또는 염소 기체의 배출을 위한 유로를 포함하는 것인 전해환원 장치.The method according to claim 1,
The electrolytic reduction device of the carbon-based anode unit comprising a flow path for discharging oxygen gas or chlorine gas generated in the electrolytic reduction reaction.
상기 탄소계 양극부는 전해환원 반응에서 발생되는 염소 기체의 배출을 위한 별도의 커버 부재를 실질적으로 포함하지 않는 것인 전해환원 장치.The method according to claim 1,
The electrolytic reduction device of the carbon-based anode part substantially does not include a separate cover member for discharging chlorine gas generated in the electrolytic reduction reaction.
상기 음극부의 상부를 밀폐하기 위한 덮개를 더 포함하는 것인 전해환원 장치.The method according to claim 1,
Electrolytic reduction device further comprising a cover for sealing the upper portion of the cathode.
상기 지지벽부 및 다공성 판상부로 이루어진 내부 공간의 적어도 일부에 용융염을 수용하는 단계; 및
상기 음극부 및 탄소계 양극부에 전류를 공급하여 전해환원을 수행하는 단계;
를 포함하는 것인 전해환원 방법.Filling (semi) metal oxide into at least a portion of the inner space consisting of the sidewall portion, the bottom portion, the support wall portion, and the porous plate portion of the electrolytic reduction device of claim 1;
Accommodating molten salt in at least a portion of the inner space formed of the support wall portion and the porous plate portion; And
Performing electrolytic reduction by supplying current to the cathode and the carbon-based anode;
Electrolytic reduction method comprising a.
상기 (준)금속 산화물은 상기 용융염의 액위(level)와 동일하거나 더 높은 위치까지 충진되는 것인 전해환원 방법.The method of claim 18,
The electrolytic reduction method of the (semi) metal oxide is filled to a position equal to or higher than the level of the molten salt.
상기 음극부 및 탄소계 양극부에 전류를 공급하는 단계는, 상기 음극부에 상기 용융염의 양이온 및 상기 (준)금속 산화물의 양이온의 환원 전위보다 음의 전압을 인가하는 단계; 및 상기 탄소계 양극부에 상기 용융염 음이온의 산화 전위 또는 상기 (준)금속 산화물 유래의 산소 이온의 산화 전위보다는 양의 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것인 전해환원 방법.The method of claim 18,
The step of supplying current to the negative electrode and the carbon-based positive electrode may include applying a voltage negative to the reduction potential of the cation of the molten salt and the cation of the (semi) metal oxide to the negative electrode; And applying a positive voltage to the carbon-based anode portion rather than the oxidation potential of the molten salt anion or the oxygen ion derived from the (semi)metal oxide.
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