KR20210131029A - 액체 음극의 증류 장치 및 그 증류 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치는, 파이로프로세스의 전해제련 공정에서 발생한 액체 음극 전착물로부터 액체 음극을 증류하는 액체 음극 증류 장치에 있어서, 상기 액체 음극 전착물을 용융시키고, 용융된 액체 음극과 용융염이 수용되는 도가니; 상기 도가니의 상측을 덮는 커버; 및 상기 커버를 관통하여 상기 도가니의 내부와 외부를 연결하는 가스 배출관; 을 포함하고, 상기 용융된 액체 음극의 기화 시, 상기 가스 배출관은 상기 기화된 액체 음극을 상기 도가니의 외부로 배출시킬 수 있다.

Description

액체 음극의 증류 장치 및 그 증류 방법{DISTILLATING APPARATUS FOR LIQUID CATHODE AND DISTILLATING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 파이로프로세서 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 파이로프로세스의 전해제련공정에서 발생된 전착물로부터 액체 음극을 분리하는 액체 음극의 증류 장치 및 그 증류 방법에 관한 것이다.
파이로프로세스(pyroprocess)의 전해제련 공정에서는 용융염 전해질 속에 녹아있는 악티나이드(actinide) 금속을 세라믹 도가니에 담긴 액체음극에 전기를 인가하여 전착시킨다. 이후 제련 공정이 끝난 후 액체 음극(카드뮴)에 들어 있는 전착물을 회수하기 위해서는 액체 금속인 카드뮴을 분리해야 하며, 일반적으로는 진공 증류에 의해 카드뮴을 분리한다.
진공 증류는 탑 상부에 전착물이 함유된 액체 음극(LCC, Liquid Cadmium Cathode) 도가니를 넣고 외부에 설치된 히터를 이용하여 가열하며, 냉각되는 하부 응축 부위에 카드뮴 및 공융염 회수 도가니를 두어 증발된 카드뮴 및 염을 응축 회수하는 공정이다. 도가니에 남아 있는 분말 상태의 전착물은 온도를 추가로 올려 용융시키거나 잉곳제조장치로 옮긴 후 용융시켜서 잉곳으로 제조한다.
카드뮴의 진공 증류는 염의 증류와 달리 증기압이 매우 높아 증류 과정에서 끓어 넘치거나 액체 방울이 튀어 올라 액체 속의 악티나이드 성분이 손실될 위험이 있다. 또한, 액체금속 도가니의 상단에는 전해질인 염이 덮여 있어서 함께 증류해야 하므로 악티나이드의 손실이 없이 조업하기가 매우 어려운 한계가 있다.
액체 카드뮴이 넘치는 것을 막기 위해서는 증류 온도를 낮추는 것이 중요하지만, 상부에 염 층이 있으면 증발이 잘 일어나지 않아서 증발속도가 너무 낮아지고, 이에 따라 증류 온도를 올려야 할 필요성이 있다. 그러나 증류 온도가 높으면 액체의 끓어 넘치는 현상이 발생하게 되며 원활한 조업이 어려워진다. 즉, 카드뮴보다 염의 증기압이 낮아 증발을 위해 더 높은 온도로 올리게 되면 카드뮴이 도가니 밖으로 더 잘 넘칠 수 있고, 카드뮴을 덮고 있는 염 층으로 인해 카드뮴 층 내에서 발생한 증기가 갇혀 있다가 일시에 분출되면서 넘치기도 하는 문제도 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 카드뮴 상부의 염을 제거하는 방법이 제안되기도 하지만, 고온의 액체 상태에서 염의 제거가 어렵고, 염이 고체 상태로 굳어진 후에 카드뮴과의 분리도 쉽지 않은 문제가 있다.
일본 공개특허공보 제1996-054493호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액체 음극 전착물로부터 액체 음극을 분리하는 액체 음극의 증류 장치 및 그 증류 방법을 제공하고자 한다.
또한, 액체 음극 전착물로부터 액체 음극을 분리한 후에, 전착물로부터 염을 분리하는 액체 음극의 증류 장치 및 그 증류 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치는, 파이로프로세스의 전해제련 공정에서 발생한 액체 음극 전착물로부터 액체 음극을 증류하는 액체 음극 증류 장치에 있어서, 상기 액체 음극 전착물을 용융시키고, 용융된 액체 음극과 용융염이 수용되는 도가니; 상기 도가니의 상측을 덮는 커버; 및 상기 커버를 관통하여 상기 도가니의 내부와 외부를 연결하는 가스 배출관; 을 포함하고, 상기 용융된 액체 음극의 기화 시, 상기 가스 배출관은 상기 기화된 액체 음극을 상기 도가니의 외부로 배출시킬 수 있다.
상기 용융염의 기화 시, 상기 가스 배출관은 상기 기화된 염을 상기 도가니의 외부로 배출시킬 수 있다.
상기 액체 음극 증류 장치는, 상기 가스 배출관의 일단과 탈착 가능하게 결합되고, 상기 가스 배출관에 비활성기체를 공급하여 상기 가스 배출관에 수용된 상기 용융염을 배출시키는 비활성기체 공급부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 비활성기체 공급부는, 상기 비활성기체를 펌핑하는 펌프; 및 상기 펌프로부터 연장되고, 상기 가스 배출관의 일단에 탈착 가능하게 결합되는 결합 부재를 포함할 수 있다.
상기 비활성기체는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 네온(Ne) 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 가스 배출관은 복수로 구성되고, 상기 액체 음극 증류 장치는, 상기 복수의 가스 배출관을 연결하는 연결 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 액체 음극 증류 장치는, 상기 커버의 아래에 배치되고, 상기 용융된 액체 음극과 상기 용융염이 상측 방향으로 분출되는 것을 차단하는 제1 차단판을 더 포함할 수 있다.
상기 액체 음극 증류 장치는, 상기 제1 차단판과 상기 가스 배출관의 타단 사이에 배치되고, 상기 기화된 액체 음극이 상측 방향으로 이동되는 것을 차단하는 제2 차단판을 더 포함하고, 상기 제2 차단판은 돔(dome) 형태로 이루어질 수 있다.
상기 제1 차단판 및 상기 제2 차단판은 상기 염이 용융되는 용융점보다 높은 용융점을 가지는 재질로 이루어질 수 있다.
상기 액체 음극은 카드뮴(Cd) 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 방법은, 파이로프로세스의 전해제련 공정에서 발생한 액체 음극 전착물로부터 액체 음극을 증류하는 액체 음극 증류 방법에 있어서, 상기 액체 음극 전착물을 도가니에 투입하는 투입 단계; 가스 배출관이 장착된 커버를 상기 도가니의 상측에 장착하는 커버 장착 단계; 상기 액체 음극 전착물을 용융하여 용융된 액체 음극과 용융염을 도가니에 수용하는 용융 단계; 상기 가스 배출관을 통해 비활성기체를 공급하여 상기 가스 배출관에 수용된 상기 용융염을 제거하는 염 제거 단계; 상기 도가니를 제1 온도로 가열하여 상기 용융된 액체 음극을 기화시키는 액체 음극 기화 단계; 상기 기화된 액체 음극을 상기 가스 배출관을 통해 상기 도가니의 외부로 배출하는 액체 음극 배출 단계; 상기 도가니를 제2 온도로 가열하여 상기 용융염을 기화시키는 염 기화 단계; 및 상기 기화된 염을 상기 가스 배출관을 통해 상기 도가니의 외부로 배출하는 염 배출 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 액체 음극 증류 방법은, 상기 용융 단계 이후, 상기 도가니의 내부를 진공 상태로 변화시켜 상기 도가니의 내부의 압력을 낮추는 압력 감소 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 액체 음극 증류 방법은, 상기 염 배출 단계 이후, 상기 도가니를 냉각시키는 도가니 냉각 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기화된 액체 음극이 가스 배출관을 통해 도가니의 외부로 배출되므로, 종래와 같이 액체 음극의 상측에 놓은 용융염에 의한 액체 음극의 증류가 방해받지 않고도 액체 음극의 증류를 원활하게 진행할 수 있다.
또한, 종래와 달리 낮은 온도에서 액체 음극을 증류하기 되므로, 액체 음극 전착물에 포함된 악티나이드 원소들의 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 용융된 액체 음극의 상측을 덮고 있는 용융염의 영향을 받지 않고도 액체 음극을 증류하게 되므로, 종래의 액체 음극의 증류 시 액체 음극이 간헐적으로 끓어오르는 현상을 방지하므로, 낮은 온도에서 안정적으로 액체 음극을 증류시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치의 비활성기체 공급부에 의해 비활성기체가 공급되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 표시된 P부분을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치를 통해 기화된 액체 음극이 가스 배출관을 통해 이동되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 방법을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 실시예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시예는 다양한 실시예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명의 실시예에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 발명의 실시예에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 발명의 실시예에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치(100)는 도가니(110), 커버(120) 및 가스 배출관(130)을 포함할 수 있다. 상기 액체 음극 증류 장치(100)는 파이로프로세스의 전해제련 공정에서 발생한 액체 음극 전착물로부터 액체 음극을 증류할 수 있다.
상기 파이로프로세스에서는 용융염을 전해질로 하여 고체 음극으로 사용한 후 핵연료 중의 우라늄 성분을 제거하고, 잔여 우라늄과 TRU((TRans Uranic) 금속의 합인 악티나이드 금속을 액체 음극을 이용하여 회수한다. 상기 액체 음극은 예를 들어, 카드뮴(Cd)으로 이루어질 수 있다.
상기 도가니(110)는 상기 액체 음극 전착물을 수용할 수 있다. 상기 도가니(110)의 상측이 개방되어, 상기 액체 음극 전착물이 상기 도가니(110)의 상측을 통해 상기 도가니(110)의 내부(111)으로 투입될 수 있다. 상기 도가니(110)는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 도가니(110)는 금속 재질로 한정되지 않고, 내열성과 열전도성이 강한 다양한 재질로 이루어질 수 있다.
상기 도가니(110)가 가열되면, 상기 도가니(110)에 수용된 상기 액체 음극 전착물은 용융될 수 있다. 상기 용융된 액체 음극 전착물은 용융된 액체 음극(L1)과 용융염(L2)으로 층분리될 수 있다. 상기 용융염(L2)은 상기 용융된 액체 음극(L1)의 상측에 배치될 수 있다.
상기 커버(120)는 상기 도가니(110)의 상측을 덮을 수 있다. 상기 커버(120)는 상기 도가니(110)와 마찬가지로, 금속 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 커버(120)는 상기 금속 재질로 한정되지 않고, 내열성과 열전도성이 강한 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 상기 커버(120)는 상기 커버(120)의 하측면으로부터 상기 도가니(110)의 내측벽과 평행하게 연장된 연장부(121)를 가질 수 있다. 상기 연장부(121)는 상기 도가니(110)의 내측벽에 접할 수 있다. 이에 따라, 상기 연장부(121)가 상기 도가니(110)와 상기 커버(120) 사이를 실링하여, 상기 도가니(110)의 내부(111)를 밀폐시킬 수 있다.
상기 가스 배출관(130)은 상기 커버(120)를 관통하면서 상기 커버(120)에 결합될 수 있다. 상기 가스 배출관(130)은 상기 커버(120)와 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 상기 가스 배출관(130)은 상기 도가니(110)의 내부(111)와 외부를 연결할 수 있다. 예를 들면, 상기 가스 배출관(130)의 일단은 상기 도가니(110)의 외부에 배치되고, 상기 가스 배출관(130)의 타단은 상기 도가니(110)의 내부에 배치될 수 있다. 또한, 상기 가스 배출관(130)의 타단의 길이는 상기 도가니(110)의 높이보다 작을 수 있다. 또한, 상기 가스 배출관(130)은 복수로 구성될 수 있다. 상기 복수의 가스 배출관(130) 사이에는 연결 부재(135)가 배치될 수 있다. 상기 연결 부재(135)는 상기 복수의 가스 배출관(130)을 연결할 수 있다.
상기 용융된 액체 음극의 기화 시, 상기 가스 배출관(130)은 상기 기화된 액체 음극을 상기 도가니의 외부로 배출시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치(100)는 비활성기체 공급부(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 비활성기체 공급부(140)는 상기 가스 배출관(130)의 일단과 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 상기 비활성 기체 공급부(140)가 상기 가스 배출관(130)과 결합 시, 상기 가스 배출관(130)에 비활성기체를 공급할 수 있다. 상기 비활성기체는 상기 가스 배출관(130)을 통해 이동될 수 있다. 이에 따라, 상기 가스 배출관(130)에 수용된 용융염은 상기 비활성기체와 함께 이동하여 상기 가스 배출관(130)으로부터 배출될 수 있다. 상기 비활성기체는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 네온(Ne) 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 비활성기체 공급부(140)는 펌프(141) 및 결합 부재(143)를 포함할 수 있다.
상기 펌프(141)는 상기 도가니(110)의 외부에 배치될 수 있다. 상기 펌프(141)는 상기 비활성기체를 공급받아 펌핑할 수 있다. 상기 펌프(141)는 전기 펌프일 수 있으며, 이외에 상기 비활성기체를 펌핑하는 다양한 장치일 수 있다.
상기 결합 부재(143)는 상기 펌프(141)로부터 연장될 수 있다. 상기 결합 부재(143)는 상기 가스 배출관(130)의 일단과 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 가스 배출관(130)이 복수로 구성되는 경우, 상기 결합 부재(143)도 복수로 구성될 수 있다. 상기 결합 부재(143)는 상기 가스 배출관(130)의 일단에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 상기 결합 부재(143)는 금속 또는 고무 재질로 이루어질 수 있다. 상기 결합 부재(143)가 고무 재질로 이루어진 경우, 상기 결합 부재(143)는 호스 형태일 수 있다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 결합 부재(143)와 상기 펌프(141) 사이에는 연장 부재(142)가 배치될 수 있다. 상기 결합 부재(143)가 복수로 구성되는 경우, 상기 연장 부재(142)는 상기 복수의 결합 부재(143) 각각과 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치는 히터(115a, 115b), 증류탑(미도시) 및 진공 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 히터(115a, 115b)는 상기 도가니(110)의 측벽 또는 하측에 설치될 수 있다. 상기 히터(115a, 115b)는 제1 히터(115a) 및 제2 히터(115b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 히터(115a)는 상기 도가니(110)의 측벽에 설치될 수 있다. 또한, 상기 제1 히터(115a)는 상기 도가니(110)의 측벽을 따라 감싸는 코일 형태로 배치될 수 있다.
상기 제2 히터(115b)는 상기 도가니(110)의 하측에 설치될 수 있다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 히터(115a, 115b)는 전원 공급부(미도시)와 제어부(미도시)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전원 공급부는 상기 히터(115a, 115b) 각각에 전원을 공급할 수 있다. 그리고, 상기 제어부는 상기 제1 히터(115a)와 상기 제2 히터(115b)에 공급되는 전원을 제어할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부는 상기 제2 히터(115b)로부터 발생되는 열이 상기 제1 히터(115a)로부터 발생되는 열보다 클 수 있도록 상기 제1 히터(115a)와 상기 제2 히터(115b)를 개별적으로 제어할 수 있다. 상기 제2 히터(115b)로부터 발생되는 열이 상기 제1 히터(115a)로부터 발생되는 열보다 크게 되면, 상기 용융된 액체 음극(L1)이 상기 용융염(L2)에 보다 더 많은 열을 공급받을 수 있다. 즉, 상기 제어부는 상기 용융된 액체 음극(L1)이 상기 용융염(L2)보다 먼저 기화되도록 제어할 수 있다.
상기 증류탑(미도시)은 상기 도가니(110)를 수용할 수 있다. 상기 증류탑은 상기 가스 배출관(130)으로부터 증발된 액체 음극을 포집할 수 있다. 상기 포집된 액체 음극은 응축부(미도시)로 이동되어 회수될 수 있다.
상기 진공 장치(미도시)는 상기 도가니(110)의 내부(111)를 진공 상태로 변화시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 증류탑을 진공 상태로 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치(100)는 제1 차단판(160)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 차단판(160)은 상기 커버(120)의 아래에 배치될 수 있다. 상기 제1 차단판(160)은 상기 용융된 액체 음극과 상기 용융염이 상측 방향으로 분출되는 것을 차단할 수 있다. 또한, 상기 제1 차단판(160)은 상기 기화된 액체 음극 또는 기화된 염이 상기 도가니(110)의 상측으로 이동되는 차단하면서 상기 가스 배출관(130)으로 이동되도록 유도할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치의 비활성기체 공급부에 의해 비활성기체가 공급되는 모습을 나타내는 도면이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2에 표시된 P부분을 확대한 도면이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하여, 상기 기화된 액체 음극이 상기 가스 배출관(130)을 통해 배출되기 전에, 상기 가스 배출관(130)에 수용된 용융염(L2)을 제거하는 과정을 먼저 살펴보기로 한다.
상기 도가니(110)가 상기 용융된 액체 음극(L1)과 상기 용융염(L2)을 수용한 상태에서, 상기 가스 배출관(130)과 함께 상기 커버(120)가 상기 도가니(110)의 상측에 장착된다.
상기 가스 배출관(130)의 타단은 상기 도가니(110)의 내부에 배치되고, 상기 가스 배출관(130)에는 상기 용융된 액체 음극(L1)과 상기 용융염(L2)이 수용된다. 상기 가스 배출관(130)에 수용된 상기 용융된 액체 음극(L1)과 상기 용융염(L2)은 상기 기화된 액체 음극이 상기 가스 배출관(130)이 이동되는 것을 방해한다. 특히, 상기 용융된 액체 음극(L1)과 상기 용융염(L2) 사이에 형성된 제1 막(S1)과 상기 가스 배출관(130)에 수용된 상기 용융염의 상측의 형성되는 막(S2)은 상기 기화된 액체 음극이 상기 가스 배출관(130)이 이동되는 것을 방해한다.
이러한 가스 배출관(130)에 수용된 상기 용융된 액체 음극(L1)과 상기 용융염(L2)을 제거하기 위해서, 전술한 비활성기체 공급부(140, 도 1)에 의해 공급되는 상기 비활성기체(A)가 상기 가스 배출관(130)의 일단에 공급된다.
상기 비활성기체(A)는 상기 가스 배출관(130)을 통해 이동하고, 상기 가스 배출관(130)에 수용된 상기 용융된 액체 음극(L1)과 상기 용융염(L2)을 상기 가스 배출관(130)의 타단으로 배출시킨다. 즉, 상기 가스 배출관(130)의 타단에서는 상기 비활성기체(A), 상기 용융된 액체 음극(L1)과 상기 용융염(L2)이 혼합된 배출물(B)이 배출된다.
그리고, 상기 비활성기체(A)가 상기 가스 배출관(130)의 일단에 공급이 중지되면, 상기 용융된 액체 음극만이 상기 가스 배출관(130)으로 유입될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치를 통해 기화된 액체 음극이 가스 배출관을 통해 이동되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 도가니(110)에는 상기 용융된 액체 음극(L1)과 상기 용융염(L2)이 수용된다.
상기 도가니(110)가 상기 히터(115a, 115b)에 의해 제1 온도로 가열되면, 상기 용융된 액체 음극(L1)은 기화될 수 있다.
상기 기화된 액체 음극(C)은 상기 가스 배출관(130)을 통해 이동되어 상기 가스 배출관(130)의 일단에서 배출된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 장치(100)는 제2 차단판(150)을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 차단판(150)은 상기 제1 차단판(160)과 상기 가스 배출관(130)의 타단 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 차단판(150)은 상기 기화된 액체 음극이 상측 방향으로 이동되는 것을 차단할 수 있다. 상기 제2 차단판은 돔(dome) 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 제1 차단판(160) 및 상기 제2 차단판(150)은 상기 염이 용융되는 용융점보다 높은 용융점을 가지는 재질로 이루어질 수 있다.
상기 용융된 액체 음극(L1)의 대부분이 기화되어 배출된 후에, 상기 도가니(110)가 상기 히터(115a, 115b)에 의해 제2 온도로 가열되면, 상기 용융염(L2)은 기화될 수 있다. 상기 제2 온도는 상기 제1 온도보다 크다.
상기 기화된 염은 상기 가스 배출관(130)을 통해 이동되어 상기 가스 배출관(130)의 일단에서 배출된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 방법은 상기 액체 음극 전착물을 도가니에 투입하는 투입 단계(S110), 가스 배출관이 장착된 커버를 상기 도가니의 상측에 장착하는 커버 장착 단계(S120), 상기 액체 음극 전착물을 용융하여 용융된 액체 음극과 용융염을 도가니에 수용하는 용융 단계(S130), 상기 가스 배출관을 통해 비활성기체를 공급하여 상기 가스 배출관에 수용된 상기 용융염을 제거하는 염 제거 단계(S140), 상기 도가니를 제1 온도로 가열하여 상기 용융된 액체 음극을 기화시키는 액체 음극 기화 단계(S150), 상기 기화된 액체 음극을 상기 가스 배출관을 통해 상기 도가니의 외부로 배출하는 액체 음극 배출 단계(S160), 상기 도가니를 제2 온도로 가열하여 상기 용융염을 기화시키는 염 기화 단계(S170) 및 상기 기화된 염을 상기 가스 배출관을 통해 상기 도가니의 외부로 배출하는 염 배출 단계(S180)를 포함할 수 있다.
상기 투입 단계(S110)에서는 파이로프로세스의 전해제련 공정에서 발생한 액체 음극 전착물을 상기 도가니의 내부로 투입한다.
상기 커버 장착 단계(S120)에서는 상기 커버를 상기 도가니의 상측에 장착하여 상기 도가니의 내부를 밀폐시킬 수 있다.
상기 용융 단계(S130)에서는 히터에 의해 발생되는 열에 의해 상기 액체 음극 전착물을 용융한다. 상기 용융된 액체 음극 전착물은 상기 도가니에서 용융된 액체 음극과 용융염으로 층분리된다.
상기 염 제거 단계(S140)에서는 상기 가스 배출관의 일단에 비활성기체 공급부를 연결한 후, 상기 가스 배출관에 공급되는 비활성기체를 이용하여 상기 가스 배출관에 수용된 상기 용융염을 제거한다.
상기 액체 음극 기화 단계(S150)에서는 상기 용융염이 기화되지 않는 제1 온도에서 상기 용융된 액체 음극을 기화시킨다.
상기 액체 음극 배출 단계(S160)에서는 상기 기화된 액체 음극이 상기 가스 배출관의 일단으로부터 상기 가스 배출관의 타단으로 이동되어 상기 도가니의 외부로 배출된다.
상기 염 기화 단계(S170)에서는 상기 용융염이 기화되는 제2 온도로 가열한다.
상기 염 배출 단계(S180)에서는 상기 기화된 염이 상기 가스 배출관의 일단으로부터 상기 가스 배출관의 타단으로 이동되어 상기 도가니의 외부로 배출된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 방법은 상기 용융 단계 이후, 상기 도가니의 내부를 진공 상태로 변화시켜 상기 도가니의 내부의 압력을 낮추는 압력 감소 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 압력 감소 단계는 상기 도가니의 내부를 진공 상태로 변화시키는 것에 한정되지 않고, 상기 도가니가 수용된 증류탑의 내부를 진공 상태로 변화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 액체 음극 증류 방법은 상기 염 배출 단계 이후, 상기 도가니를 냉각시키는 도가니 냉각 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 도가니 냉각 단계 이후에는, 상기 도가니 내의 악타나이드 원소들을 획득할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 액체 음극 증류 장치 110: 도가니
120: 커버 130: 가스 배출관
140: 비활성기체 공급부

Claims (13)

  1. 파이로프로세스의 전해제련 공정에서 발생한 액체 음극 전착물로부터 액체 음극을 증류하는 액체 음극 증류 장치에 있어서,
    상기 액체 음극 전착물을 용융시키고, 용융된 액체 음극과 용융염이 수용되는 도가니;
    상기 도가니의 상측을 덮는 커버; 및
    상기 커버를 관통하여 상기 도가니의 내부와 외부를 연결하는 가스 배출관; 을 포함하고,
    상기 용융된 액체 음극의 기화 시, 상기 가스 배출관은 상기 기화된 액체 음극을 상기 도가니의 외부로 배출시키는 액체 음극 증류 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 용융염의 기화 시, 상기 가스 배출관은 상기 기화된 염을 상기 도가니의 외부로 배출시키는 액체 음극 증류 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 배출관의 일단과 탈착 가능하게 결합되고, 상기 가스 배출관에 비활성기체를 공급하여 상기 가스 배출관에 수용된 상기 용융염을 배출시키는 비활성기체 공급부; 를 더 포함하는 액체 음극 증류 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 비활성기체 공급부는,
    상기 비활성기체를 펌핑하는 펌프; 및
    상기 펌프로부터 연장되고, 상기 가스 배출관의 일단에 탈착 가능하게 결합되는 결합 부재를 포함하는 액체 음극 증류 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 비활성기체는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 또는 네온(Ne) 중 적어도 하나인 액체 음극 증류 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 가스 배출관은 복수로 구성되고,
    상기 복수의 가스 배출관을 연결하는 연결 부재를 더 포함하는 액체 음극 증류 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 커버의 아래에 배치되고, 상기 용융된 액체 음극과 상기 용융염이 상측 방향으로 분출되는 것을 차단하는 제1 차단판을 더 포함하는 액체 음극 증류 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 차단판과 상기 가스 배출관의 타단 사이에 배치되고, 상기 기화된 액체 음극이 상측 방향으로 이동되는 것을 차단하는 제2 차단판을 더 포함하고,
    상기 제2 차단판은 돔(dome) 형태로 이루어지는 액체 음극 증류 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 차단판 및 상기 제2 차단판은 상기 염이 용융되는 용융점보다 높은 용융점을 가지는 재질로 이루어지는 액체 음극 증류 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 액체 음극은 카드뮴(Cd) 재질로 이루어지는 액체 음극 증류 장치.
  11. 파이로프로세스의 전해제련 공정에서 발생한 액체 음극 전착물로부터 액체 음극을 증류하는 액체 음극 증류 방법에 있어서,
    상기 액체 음극 전착물을 도가니에 투입하는 투입 단계;
    가스 배출관이 장착된 커버를 상기 도가니의 상측에 장착하는 커버 장착 단계;
    상기 액체 음극 전착물을 용융하여 용융된 액체 음극과 용융염을 도가니에 수용하는 용융 단계;
    상기 가스 배출관을 통해 비활성기체를 공급하여 상기 가스 배출관에 수용된 상기 용융염을 제거하는 염 제거 단계;
    상기 도가니를 제1 온도로 가열하여 상기 용융된 액체 음극을 기화시키는 액체 음극 기화 단계;
    상기 기화된 액체 음극을 상기 가스 배출관을 통해 상기 도가니의 외부로 배출하는 액체 음극 배출 단계;
    상기 도가니를 제2 온도로 가열하여 상기 용융염을 기화시키는 염 기화 단계; 및
    상기 기화된 염을 상기 가스 배출관을 통해 상기 도가니의 외부로 배출하는 염 배출 단계;
    를 포함하는 액체 음극 증류 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 용융 단계 이후,
    상기 도가니의 내부를 진공 상태로 변화시켜 상기 도가니의 내부의 압력을 낮추는 압력 감소 단계를 더 포함하는 액체 음극 증류 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 염 배출 단계 이후,
    상기 도가니를 냉각시키는 도가니 냉각 단계를 더 포함하는 액체 음극 증류 방법.
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