KR20230010419A - Circulating salt waste treatment method and device - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a cyclic salt waste treating method and device and, more specifically, to a cyclic salt waste treating method, which comprises the following steps of: inputting salt waste, a desalination medium, and a carrier gas into a desalination device to fluidize the salt waste, desalination medium, and carrier gas; heating the desalination device to desalinate the salt waste and the desalination medium to produce a desalination reaction product and a chlorine gas; separating unreacted salt waste, an unreacted demineralization medium, the desalination reaction product, the carrier gas and the chlorine gas into a gaseous mixture and a solid mixture; and inputting the separated solid mixture to the desalination device again.

Description

순환식 염폐기물 처리방법 및 장치{CIRCULATING SALT WASTE TREATMENT METHOD AND DEVICE}Cyclic salt waste treatment method and device {CIRCULATING SALT WASTE TREATMENT METHOD AND DEVICE}

본 발명은 순환식 염폐기물 처리방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for treating cyclic salt waste.

파이로프로세싱은 사용후핵연료에서 유용한 성분인 TRU(Transuranium, 초우라늄)를 분리하여 재활용하는 공정이다. 이 공정은 전처리, 전해환원, 전해정련, 전해제련, 폐기물 처리 등의 단위 공정으로 이루어진다. 그 중에서, 전해환원 공정과 전해정련 공정은 각각 산화물과 금속에 전압을 인가하는 공정으로, 이를 위해 전해질의 사용이 필수적으로 요구된다. 일반적으로 전해환원 공정에는 LiCl 용융염이, 전해정련 공정에는 LiCl-KCl 혼합 공융염이 전해질로 사용된다. 이 두 전해 공정이 진행됨에 따라, 각각의 전해질에는 방사성 물질이 농축되며, 어느 단계에 이르러서는 이 전해질의 처분이 요구된다. Pyroprocessing is a process that separates and recycles TRU (transuranium), a useful component, from spent nuclear fuel. This process consists of unit processes such as pretreatment, electrolytic reduction, electrolytic refining, electrolytic smelting, and waste treatment. Among them, the electrolytic reduction process and the electrolytic refining process are processes of applying a voltage to an oxide and a metal, respectively, and for this purpose, the use of an electrolyte is essentially required. In general, LiCl molten salt is used in the electrolytic reduction process, and LiCl-KCl mixed eutectic salt is used as the electrolyte in the electrolytic refining process. As these two electrolytic processes proceed, radioactive materials are concentrated in each electrolyte, and at some stage, the electrolyte is required to be disposed of.

이러한 전해질의 처분은 크게 두 가지 방향으로 연구되고 있다. 이는 전해질의 주요 구성 성분인 염소 화합물에서 염소의 제거 여부에 따라 나뉘며, (1) 염소 화합물을 처분하는 방식과 (2) 염소 화합물에서 염소를 제거한 다음(탈염 반응) 처분하는 방식이다. 전해질은 염소가 제거되지 않거나 제거된 상태(탈염 상태)로 고화 매질을 통해 유리화되어 최종 처분될 수 있다. Disposal of these electrolytes has been studied in two directions. It is divided according to whether or not chlorine is removed from chlorine compounds, which are the main components of electrolytes, and is (1) a method of disposing of chlorine compounds and (2) a method of removing chlorine from chlorine compounds (desalination reaction) and then disposing of them. The electrolyte can be vitrified through a solidification medium in an unchlorinated or dechlorinated state (demineralized state) for final disposal.

처분 대상인 전해질에서 염소를 제거하지 않는 경우, 화학적 안정성 약화 및 폐기물의 부피 증가 등의 단점이 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위해 전해질에서 염소를 제거한 다음 (탈염 반응) 유리화하는 공정이 연구 및 개발되어 왔다. If chlorine is not removed from the electrolyte to be disposed of, there are disadvantages such as weakening chemical stability and increasing the volume of waste. In order to overcome these disadvantages, a process of removing chlorine from the electrolyte (desalination reaction) and then vitrifying it has been researched and developed.

예를 들어, 한국 공개 특허 KR10-2012-0071602A는 탈염매질을 이용한 탈염 반응을 제시한다. 그러나 기존의 공정은 배치 형태의 공정으로 용량의 증대가 어렵고, 긴 반응 시간을 요구한다. 본 발명에서는 기존의 배치 형태의 탈염 공정에서 탈피하여, 연속 공정 및 대량 생산이 가능한 탈염 공정을 제시하고자 한다. For example, Korean Patent Publication KR10-2012-0071602A suggests a desalination reaction using a desalination medium. However, the existing process is a batch-type process, and it is difficult to increase the capacity and requires a long reaction time. In the present invention, it is intended to present a desalination process capable of continuous process and mass production, breaking away from the existing batch-type desalination process.

본 발명의 목적은 파이로프로세싱 폐기물 처리 공정에서 발생하는 염폐기물을 처리할 수 있는 순환식 염폐기물 처리방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a cyclic salt waste treatment method capable of treating salt waste generated in a pyroprocessing waste treatment process.

본 발명의 다른 목적은 상기 염폐기물이 처리되는 순환식 염폐기물 처리장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a circulating salt waste treatment device in which the salt waste is treated.

본 발명의 일 측면은 탈염장치에 염폐기물, 탈염매질 및 운반기체를 투입하여 유동화하는 단계; 상기 탈염장치를 가열하여 염폐기물 및 탈염매질을 탈염반응시켜 탈염반응 생성물 및 염소기체를 생성하는 단계; 미반응 염폐기물, 미반응 탈염매질, 탈염반응 생성물, 운반기체 및 염소기체를 고상 혼합물 및 기상 혼합물로 분리하는 단계; 및 분리된 고상 혼합물을 탈염장치로 재투입하는 단계를 포함하는 순환식 염폐기물 처리방법을 제공한다. One aspect of the present invention comprises the steps of fluidizing salt waste, desalination medium and carrier gas into a desalination device; heating the desalination device to desalinate the salt waste and the desalination medium to produce a desalination reaction product and chlorine gas; Separating unreacted salt waste, unreacted desalination medium, desalination reaction products, carrier gas, and chlorine gas into a solid mixture and a gaseous mixture; and re-injecting the separated solid mixture into a desalination device.

본 발명의 다른 측면은 염폐기물, 탈염매질 및 운반기체가 투입되어 유동화되고, 가열에 의해 염폐기물 및 탈염매질이 반응하여 탈염반응 생성물 및 염소기체가 생성되는 탈염장치; 상기 탈염장치와 연결되고, 탈염장치로부터 배출된 미반응 염폐기물, 미반응 탈염매질, 탈염반응 생성물, 운반기체 및 염소기체를 이송하는 제1유로; 상기 제1유로와 연결되고, 상기 미반응 염폐기물, 상기 미반응 탈염매질, 상기 탈염반응 생성물, 상기 운반기체 및 상기 염소기체를 고상 혼합물 및 기상 혼합물로 분리하는 기상-고상 분리장치; 및 상기 기상-고상 분리장치와 연결되고, 분리된 고상 혼합물을 탈염장치로 재투입하기 위한 제2유로를 포함하는, 순환식 염폐기물 처리장치를 제공한다. Another aspect of the present invention is a desalination device in which salt waste, a desalination medium and a carrier gas are introduced and fluidized, and a desalination reaction product and chlorine gas are generated by reacting the salt waste and the desalination medium by heating; a first flow path connected to the desalination device and transporting unreacted salt waste, unreacted desalination medium, desalination reaction products, carrier gas, and chlorine gas discharged from the desalination device; a gas-solid-phase separator connected to the first flow path and separating the unreacted salt waste, the unreacted desalination medium, the desalination reaction product, the carrier gas, and the chlorine gas into a solid mixture and a gas mixture; and a second flow path connected to the gas-solid separation device and reintroducing the separated solid mixture into the desalination device.

본 발명의 순환식 염폐기물 처리방법에 따르면 염폐기물을 연속 공정에 의해 처리함으로써 염폐기물 처리 용량을 증대시킬 수 있다. According to the cyclic salt waste treatment method of the present invention, the salt waste treatment capacity can be increased by treating the salt waste in a continuous process.

또한, 본 발명의 순환식 염폐기물 처리방법에 따르면 각각의 공정을 단위 공정으로, 순차적으로 또는 연속적으로 수행할 수 있으므로 단위 공정 간의 긴밀성을 증대시킬 수 있으며 이에 따른 염폐기물 처리 용량을 증대시킬 수 있다. In addition, according to the cyclic salt waste treatment method of the present invention, since each process can be performed sequentially or continuously as a unit process, the closeness between unit processes can be increased, and thus the salt waste treatment capacity can be increased. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환식 염폐기물 처리장치를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing a circulating salt waste treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

본 발명에 따르면 연속 공정으로 염폐기물을 처리할 수 있으며, 또한 염폐기물 처리 용량 증대가 가능한 순환식 염폐기물 처리방법이 제공된다. According to the present invention, a cyclic salt waste treatment method capable of treating salt waste in a continuous process and increasing the capacity for treating salt waste is provided.

이하, 본 발명을 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 순환식 염폐기물 처리 공정이 수행되는 순환식 염폐기물 처리장치(100)를 나타낸 것이다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIG. 1 shows a cycle salt waste treatment apparatus 100 in which the cycle salt waste treatment process of the present invention is performed.

본 발명의 순환식 염폐기물 처리방법은 탈염장치(110)에 염폐기물, 탈염매질 및 운반기체를 투입하여 유동화하는 단계; 상기 탈염장치(110)를 가열하여 염폐기물 및 탈염매질을 반응시켜 탈염반응 생성물 및 염소기체를 생성하는 단계; 미반응 염폐기물, 미반응 탈염매질, 탈염반응 생성물, 운반기체 및 염소기체를 기상 혼합물 및 고상 혼합물로 분리하는 단계; 및 분리된 고상 혼합물을 탈염장치(110)로 재투입하는 단계를 포함할 수 있다. The circulating salt waste treatment method of the present invention includes the steps of fluidizing salt waste, a desalination medium, and a carrier gas into a desalination device 110; heating the desalination device 110 to react the salt waste and the desalination medium to produce a desalination reaction product and chlorine gas; Separating unreacted salt waste, unreacted demineralization medium, desalination reaction products, carrier gas and chlorine gas into a gaseous mixture and a solid mixture; and re-injecting the separated solid mixture into the desalination device 110.

본 발명에서 염폐기물과 탈염매질은 탈염장치(110)의 상부에서 투입될 수 있다. 상기 염폐기물은 파이로프로세싱에서 배출된 폐기물일 수 있으며, 예를 들어 염소 이온을 함유하는 전해질일 수 있다. 이러한 염소 이온을 함유하는 전해질은 LiCl, LiCl-KCl 혼합염, CsCl, SrCl2, BaCl2 및 RECl3로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. In the present invention, salt waste and desalination medium may be introduced from the top of the desalination device 110. The salt waste may be waste discharged from pyroprocessing, and may be, for example, an electrolyte containing chlorine ions. The electrolyte containing these chlorine ions may be at least one selected from the group consisting of LiCl, LiCl-KCl mixed salt, CsCl, SrCl 2 , BaCl 2 and RECl 3 , but is not limited thereto.

한편, 상기 탈염매질은 SiO2-Al2O3-P2O5 (SAP) 복합체를 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 SAP 복합체의 구조 및 SAP 복합체를 구성하는 각 성분의 함량은 특별히 한정되지 않는다.Meanwhile, the demineralization medium may include a SiO 2 -Al 2 O 3 -P 2 O 5 (SAP) composite. The structure of the SAP complex used in the present invention and the content of each component constituting the SAP complex are not particularly limited.

본 발명에서 운반기체는 탈염장치(110)의 하부에 구비된 운반기체입구를 통해 탈염장치(110) 내부로 유입될 수 있다. 탈염장치(110) 내로 유입된 운반기체는 탈염장치(110) 내에 공급되며, 운반기체에 의해 염폐기물과 탈염매질이 유동화될 수 있다. 상기 탈염장치는 분산판(150)을 추가로 포함할 수 있다. 이와 같은 분산판(150)은 운반기체가 보다 균일하게 투입되도록 하는 형태 및 재질이라면 특별히 제한되지 않으며, 고상 및 액상은 불투과성이나 기상은 투과성인 다공판 형태일 수 있다.In the present invention, the carrier gas may be introduced into the desalination apparatus 110 through the carrier gas inlet provided at the lower part of the desalination apparatus 110 . The carrier gas introduced into the desalination device 110 is supplied into the desalination device 110, and the salt waste and the desalination medium can be fluidized by the carrier gas. The demineralization device may further include a dispersion plate 150. The dispersion plate 150 is not particularly limited as long as it is shaped and made of a material that allows the carrier gas to be injected more uniformly.

이때 운반기체로는 아르곤 기체 등 탈염반응에 영향을 주지 않는 기체가 사용될 수 있다.At this time, as the carrier gas, a gas that does not affect the desalination reaction, such as argon gas, may be used.

유동화공정이 진행됨에 따라, 염폐기물과 탈염매질은 균일한 혼합물이 될 수 있다. As the fluidization process progresses, the salt waste and the demineralization medium can become a homogeneous mixture.

한편, 염폐기물과 탈염매질을 반응시키기 위해 탈염장치(110)가 가열될 수 있다. 이때 탈염장치(110)는 염폐기물의 녹는점 이상으로 가열될 수 있고, 바람직하게는 300℃~900℃로 가열될 수 있다. 가열온도가 300℃ 미만이면 탈염반응이 일어나지 않을 수 있고, 900℃를 초과하면 다량의 염폐기물이 기화되어 탈염반응의 효율이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다. Meanwhile, the desalination device 110 may be heated to react the salt waste with the desalination medium. At this time, the demineralization device 110 may be heated above the melting point of the salt waste, preferably at 300°C to 900°C. If the heating temperature is less than 300 ° C., the desalination reaction may not occur, and if it exceeds 900 ° C., a large amount of salt waste may be vaporized, which is not preferable because the efficiency of the desalination reaction may be reduced.

탈염장치(110)를 가열하면 염폐기물과 탈염매질이 반응하여 탈염반응 생성물과 염소기체가 생성될 수 있다. 이와 같이 염폐기물에 함유된 염소 성분이 제거되는 반응을 탈염반응이라고 한다. 탈염반응은 300℃~900℃에서 0.01 내지 100 시간 동안 수행될 수 있다.When the desalination device 110 is heated, the salt waste and the desalination medium react, resulting in a desalination reaction. Products and chlorine gas can be formed. The reaction in which the chlorine component contained in the salt waste is removed is called a desalination reaction. Desalination may be carried out at 300 ° C to 900 ° C for 0.01 to 100 hours.

SAP 복합체를 이용한 탈염반응은 하기 반응식 1~4에 따라 진행될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 금속 염화물에서 염소 성분을 염소 기체로 분리할 수 있는 화학 반응식이라면 어떠한 것도 적용될 수 있다. The desalination reaction using the SAP complex may proceed according to the following reaction schemes 1 to 4, but is not limited thereto, and any chemical reaction scheme capable of separating a chlorine component from a metal chloride into chlorine gas may be applied.

[반응식 1][Scheme 1]

LiCl + SAP → Li3PO4 + LixAlxSi1-xO2-x + Cl2 LiCl + SAP → Li 3 PO 4 + Li x Al x Si 1-x O 2-x + Cl 2

[반응식 2][Scheme 2]

LiCl + CsCl + SAP → Li3PO4 + Cs2AlP3O10 + (Li, Cs)-aluminosilicate + Cl2 LiCl + CsCl + SAP → Li 3 PO 4 + Cs 2 AlP 3 O 10 + (Li, Cs)-aluminosilicate + Cl 2

[반응식 3][Scheme 3]

LiCl + SrCl2 + SAP → Li3PO4 + LixAlxSi1-xO2-x + Sr5(PO4)3Cl + Cl2 LiCl + SrCl 2 + SAP → Li 3 PO 4 + Li x Al x Si 1-x O 2-x + Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl + Cl 2

[반응식 4][Scheme 4]

LiCl + BaCl2 + SAP → Li3PO4 + LixAlxSi1-xO2-x + Ba5(PO4)3Cl + Cl2 LiCl + BaCl 2 + SAP → Li 3 PO 4 + Li x Al x Si 1-x O 2-x + Ba 5 (PO 4 ) 3 Cl + Cl 2

탈염반응 후, 탈염장치(110)에는 미반응 염폐기물, 미반응 탈염매질, 탈염반응 생성물, 운반기체 및 염소기체가 존재하게 되고, 이들은 제1유로(210)를 통해 기상-고상 분리장치(120)로 이송될 수 있다. 이때 미반응 염폐기물은 고점도의 액체 상태일 수 있으나 제1유로(210)를 통과하면서 냉각되어 고체 상태가 될 수 있다.After the desalination reaction, unreacted salt waste, unreacted desalination medium, desalination reaction products, carrier gas, and chlorine gas exist in the desalination device 110, and they pass through the first flow path 210 to the gas-solid phase separator 120. ) can be transferred. At this time, the unreacted salt waste may be in a high-viscosity liquid state, but may be cooled while passing through the first flow path 210 and become a solid state.

미반응 염폐기물, 미반응 탈염매질, 탈염반응 생성물, 운반기체 및 염소기체는 기상-고상 분리장치(120)에서 고상 혼합물과 기상 혼합물로 분리될 수 있다. 기상 혼합물은 운반기체 및 염소기체를 포함할 수 있고, 고상 혼합물은 미반응 염폐기물, 미반응 탈염매질 및 탈염반응 생성물을 포함할 수 있다. Unreacted salt waste, unreacted demineralization medium, desalination reaction products, carrier gas, and chlorine gas may be separated into a solid mixture and a gas mixture in the gas-solid phase separator 120. The gaseous mixture may include a carrier gas and chlorine gas, and the solid mixture may include unreacted salt waste, unreacted desalination medium, and desalination reaction products.

상기 기상-고상 분리장치(120)는 미반응 염폐기물, 미반응 탈염매질, 탈염반응 생성물, 운반기체 및 염소기체를 고상 혼합물과 기상 혼합물로 분리할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 사이클론일 수 있다. The gas-solid phase separator 120 is not particularly limited as long as it can separate unreacted salt waste, unreacted desalination medium, desalination reaction product, carrier gas, and chlorine gas into a solid mixture and a gas mixture, but, for example, a cyclone can be

기상-고상 분리공정에서 분리된 고상 혼합물은 제2유로(220)를 통해 탈염장치(110)로 재투입될 수 있다. 탈염장치(110)로 재투입된 고상 혼합물은 탈염장치(110) 상부에서 투입된 염폐기물 및 탈염매질과 혼합되고, 운반기체에 의해 다시 유동화될 수 있다. 탈염장치(110)에 존재하는 염폐기물 및 탈염매질은 탈염반응하여 탈염반응 생성물 및 염소기체를 생성하고, 미반응 염폐기물, 미반응 탈염매질, 탈염반응 생성물, 운반기체 및 염소기체는 제1유로(210)를 통해 기상-고상 분리장치(120)로 이송되어 고상 혼합물 및 기상 혼합물로 분리된 후 고상 혼합물이 탈염장치(110)로 재투입되는 공정을 반복할 수 있다. The solid mixture separated in the gas-solid phase separation process may be reintroduced into the desalination device 110 through the second flow path 220 . The solid mixture reintroduced into the desalination device 110 may be mixed with salt waste and desalination medium introduced from the top of the desalination device 110, and then fluidized again by a carrier gas. Salt waste and desalination medium present in the desalination device 110 undergo a desalination reaction to produce desalination reaction products and chlorine gas, and unreacted salt wastes, unreacted desalination medium, desalination reaction products, carrier gas, and chlorine gas pass through a first flow path. After being transferred to the gas-solid separator 120 through 210 and separated into a solid mixture and a gas mixture, a process of re-injecting the solid mixture into the desalination apparatus 110 may be repeated.

한편, 기상-고상 분리공정에서 분리된 기상 혼합물은 제3유로(230)를 통해 염소재생장치(130)로 이송될 수 있다. 상기 염소재생장치(130)는 염소재생매질을 구비한 것일 수 있다. 이때 상기 염소재생장치는 분산판(150')을 추가로 포함할 수 있다.Meanwhile, the gas mixture separated in the gas-solid phase separation process may be transferred to the chlorine regeneration device 130 through the third flow path 230. The chlorine regeneration device 130 may have a chlorine regeneration medium. At this time, the chlorine regeneration device may further include a dispersion plate 150'.

염소재생매질은 염소기체와 반응하여 재생전해질을 생성할 수 있다. 이를 염소재생공정이라고 한다. The chlorine regeneration medium may react with chlorine gas to generate a regenerated electrolyte. This is called the chlorine recovery process.

염소재생공정에서 사용되는 염소재생매질은 LiOH 및 KOH 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는 염소재생매질은 염소재생공정에서 생산하고자 하는 재생전해질의 종류에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, LiCl를 생산하고자 하는 경우 LiOH를 염소재생매질로 사용하고, KCl을 생산하고자 하는 경우 KOH를 염소재생매질로 사용할 수 있다. 염소재생공정은 물 등의 매질 내에서 수행될 수도 있다. The chlorine regeneration medium used in the chlorine regeneration process may be at least one selected from LiOH and KOH. Preferably, the chlorine regeneration medium may be determined according to the type of regenerated electrolyte to be produced in the chlorine regeneration process. For example, LiOH may be used as a chlorine regeneration medium when LiCl is to be produced, and KOH may be used as a chlorine regeneration medium when KCl is to be produced. The chlorine regeneration process may be performed in a medium such as water.

염소재생공정 동안, 하기 반응식 5와 같이 염소 기체(Cl2)는 물(H2O)에 용해되어 염산(HCl)을 형성한다. During the chlorine regeneration process, as shown in Scheme 5 below, chlorine gas (Cl 2 ) is dissolved in water (H 2 O) to form hydrochloric acid (HCl).

[반응식 5][Scheme 5]

Cl2 + H2O → HCl + HOCl (25℃에서 염소 기체의 용해도: 6.3 mg/ml)Cl 2 + H 2 O → HCl + HOCl (solubility of chlorine gas at 25°C: 6.3 mg/ml)

상기 염산은 하기 화학식 6 또는 7에 따라 염소재생매질과 반응하여 재생전해질을 생성한다.The hydrochloric acid reacts with the chlorine regeneration medium according to Formula 6 or 7 to produce a regenerated electrolyte.

[반응식 6][Scheme 6]

Li+ + OH- + H+ + Cl- → Li+ + Cl- + H2OLi + + OH - + H + + Cl - → Li + + Cl - + H 2 O

[반응식 7][Scheme 7]

K+ + OH- + H+ + Cl- → K+ + Cl- + H2OK + + OH - + H + + Cl - → K + + Cl - + H 2 O

반응식 5~7에 따른 반응은 상온, 상압에서 자발적으로 일어나는 반응으로, 별도의 공정 조건이 요구되지는 않으나, 반응 속도를 증가시키기 위해 온도를 높이거나 압력을 가할 수 있다. 이때 온도 및 압력 범위와 승온 및 가압 방식은 특별히 제한되지 않는다. The reaction according to Schemes 5 to 7 is a reaction that occurs spontaneously at room temperature and normal pressure, and does not require separate process conditions, but temperature may be increased or pressure may be applied to increase the reaction rate. At this time, the temperature and pressure ranges and temperature raising and pressurization methods are not particularly limited.

염소재생공정을 통해 생성된 염화물은 염소재생장치(130)에 구비된 재생전해질출구를 통해 외부로 배출될 수 있다. 또한 상기 재생전해질은 파이로프로세싱의 전해환원 공정 또는 전해정련 공정에서 재활용될 수 있다. 한편, 운반기체는 운반기체출구를 통해 외부로 배출될 수 있다. Chloride generated through the chlorine regeneration process may be discharged to the outside through a regenerated electrolyte outlet provided in the chlorine regeneration device 130 . In addition, the regenerated electrolyte may be recycled in an electrolytic reduction process or an electrolytic refining process of pyroprocessing. Meanwhile, the carrier gas may be discharged to the outside through the carrier gas outlet.

상술한 바와 같이 탈염공정 및 기상-고상 분리공정이 반복하여 진행됨에 따라, 탈염장치(110) 내에 존재하는 탈염반응 생성물의 농도가 높아질 수 있다. 탈염장치(110) 내에 존재하는 탈염반응 생성물의 농도가 사전에 설정된 농도 이상이 되면 탈염반응 생성물은 탈염장치(110)에 연결된 제4유로(240)를 통해 유리화장치(140)로 이송될 수 있다. 이때 사전에 설정된 농도는 염폐기물, 탈염매질, 운반기체, 탈염반응 생성물의 종류와 양, 그리고 탈염장치 내에 존재하는 각 성분의 상대적인 비율에 따라 결정될 수 있다.As the desalination process and the gas-solid phase separation process are repeated as described above, the concentration of the desalination reaction product present in the desalination device 110 may increase. When the concentration of the desalination reaction product present in the desalination device 110 exceeds a preset concentration, the desalination reaction product may be transferred to the vitrification device 140 through the fourth flow path 240 connected to the desalination device 110. . At this time, the preset concentration may be determined according to the type and amount of salt waste, desalination medium, carrier gas, and desalination reaction product, and the relative ratio of each component present in the desalination device.

본 발명에서, 탈염반응의 완결 여부는 탈염장치(110)에서 시료를 채취한 후 XRD(X-Ray Diffraction) 분석을 실시하거나, 염소재생장치(130) 내 염소 이온 농도 또는 수소 이온 농도(pH)를 분석하여 판단할 수 있다.In the present invention, whether or not the desalination reaction is completed is determined by taking a sample from the desalination device 110 and then performing XRD (X-Ray Diffraction) analysis, or by determining the concentration of chlorine ions or the concentration of hydrogen ions (pH) in the chlorine regeneration device 130. can be determined by analyzing.

탈염반응이 완결되면, 탈염반응 생성물은 유리상의 고체, 액체, 또는 상기 고체 및 액체의 혼합물로 존재할 수 있다. 따라서 탈염반응 생성물에 대해 XRD 분석을 실시하여 피크(peak)가 관찰되는지 여부에 따라 탈염반응의 완결 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 탈염반응 생성물이 모두 유리상인 경우, XRD 분석 결과 피크가 관찰되지 않을 것이며, 이로부터 탈염장치 내에 존재하는 모든 염폐기물과 탈염매질이 탈염반응 생성물로 전환되었음을 알 수 있다.When the desalination reaction is completed, the desalination reaction product may exist as a glassy solid, liquid, or a mixture of the solid and liquid. Therefore, by performing XRD analysis on the desalination reaction product, the completion of the desalination reaction can be determined according to whether a peak is observed. For example, when all desalination reaction products are in the glass phase, no peak will be observed as a result of XRD analysis, and from this, it can be seen that all salt wastes and desalination medium present in the desalination device are converted into desalination reaction products.

한편, 탈염반응 생성물은 염폐기물 및 탈염매질의 종류와 양에 따라 결정상으로도 존재할 수 있다. 이 경우에는 염소재생장치(130) 내 염소 이온 농도 또는 수소 이온 농도(pH)를 분석하여 탈염반응의 완결 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 탈염장치(110)에서 발생한 염소 이온의 몰(mole) 수가 염소재생장치(130) 내 염소 이온의 몰(mole) 수와 동일한 경우, 탈염반응이 완결된 것으로 판단할 수 있다. Meanwhile, the desalination reaction product may also exist in a crystalline phase depending on the type and amount of salt waste and desalination medium. In this case, it is possible to determine whether the desalination reaction is completed by analyzing the concentration of chlorine ions or the concentration of hydrogen ions (pH) in the chlorine regeneration device 130. For example, when the number of moles of chlorine ions generated in the desalination device 110 is equal to the number of moles of chlorine ions in the chlorine regeneration device 130, it can be determined that the desalination reaction is completed.

유리화장치(140)로 이송된 탈염반응 생성물은 300℃~14OO℃에서 0.01 시간~1OO 시간 동안 열처리되어 유리화될 수 있으며 이를 유리화공정이라고 한다. The desalination reaction product transferred to the vitrification device 140 may be vitrified by heat treatment at 300° C. to 14OO° C. for 0.01 hour to 100 hours, which is referred to as a vitrification process.

유리화공정에서 열처리 온도가 3OO℃ 미만이면 탈염반응 생성물이 유리화되지 않을 수 있고, 14OO℃를 초과하면 탈염반응 생성물을 구성하는 성분이 휘발될 수 있으므로 바람직하지 않다. In the vitrification process, if the heat treatment temperature is less than 300°C, the desalination reaction product may not be vitrified, and if it exceeds 1400°C, components constituting the desalination reaction product may volatilize, which is not preferable.

또한, 열처리 시간이 0.01 시간 미만이면 탈염반응 생성물이 유리화되지 않을 수 있고, 1OO 시간을 초과하면 반응이 평형에 도달할 수 있는 시간을 초과할 수 있으므로 공정 경제상 바람직하지 않다. In addition, if the heat treatment time is less than 0.01 hour, the desalination reaction product may not be vitrified, and if the heat treatment time exceeds 100 hours, the time for the reaction to reach equilibrium may be exceeded, which is not preferable in terms of process economy.

보다 효율적으로 탈염반응 생성물을 유리화시키기 위해 유리화매질을 사용할 수 있다. 이때 유리화매질은 탈염반응 생성물을 유리화할 수 있는 물질이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 SiO2, Al2O3, P2O5, B2O3 및 Fe2O3를 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다. A vitrification medium may be used to more efficiently vitrify the demineralization reaction product. At this time, the vitrification medium is not particularly limited as long as it is a material capable of vitrifying the demineralization reaction product. For example, SiO 2 , Al 2 O 3 , P 2 O 5 , B 2 O 3 and Fe 2 O 3 It may be at least one.

유리화공정에서 사용된 상기 물질은 유리화장치(140)의 하단에 구비된 유리토출구를 통해 외부로 배출될 수 있다. The material used in the vitrification process may be discharged to the outside through a glass outlet provided at the lower end of the vitrification device 140 .

상술한 순환식 염폐기물 처리방법의 각각의 공정은 단위 공정으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 각각의 공정은 순차적으로 수행되거나 연속적으로 수행될 수 있다. Each process of the above-described cyclic salt waste treatment method may be performed as a unit process. In addition, each of the above processes may be performed sequentially or continuously.

한편, 본 발명의 순환식 염폐기물 처리장치(100)는 염폐기물, 탈염매질 및 운반기체가 투입되어 유동화되고, 가열에 의해 염폐기물 및 탈염매질이 반응하여 탈염반응 생성물 및 염소기체가 생성되는 탈염장치(110); 상기 탈염장치(110)와 연결되고, 탈염장치(110)로부터 배출된 미반응 염폐기물, 미반응 탈염매질, 탈염반응 생성물, 운반기체 및 염소기체를 이송하는 제1유로(210); 상기 제1유로(210)와 연결되고, 상기 미반응 염폐기물, 상기 미반응 탈염매질, 상기 탈염반응 생성물, 상기 운반기체 및 상기 염소기체를 기상 혼합물 및 고상 혼합물로 분리하는 기상-고상 분리장치(120); 및 상기 기상-고상 분리장치(120)와 연결되고, 분리된 고상 혼합물을 탈염장치(110)로 재투입하기 위한 제2유로(220)를 포함할 수 있다. On the other hand, in the circulating salt waste treatment apparatus 100 of the present invention, salt waste, desalination medium and carrier gas are introduced and fluidized, and salt waste and desalination medium react by heating to generate desalination reaction products and chlorine gas. device 110; a first flow path 210 connected to the desalination device 110 and transporting unreacted salt waste, unreacted desalination medium, desalination reaction products, carrier gas, and chlorine gas discharged from the desalination device 110; A gas-solid-phase separator ( 120); and a second flow path 220 connected to the gas-solid separation device 120 and reintroducing the separated solid mixture into the desalination device 110 .

또한, 상기 순환식 염폐기물 처리장치(100)는 제3유로(230)에 의해 기상-고상 분리장치(120)와 연결된 염소재생장치(130)를 더 포함할 수 있다. In addition, the circulating salt waste treatment device 100 may further include a chlorine regeneration device 130 connected to the gas-solid separation device 120 through the third flow path 230.

또한, 상기 순환식 염폐기물 처리장치(100)는 제4유로(240)에 의해 탈염장치(110)와 연결된 유리화장치(140)를 더 포함할 수 있다. In addition, the circulating salt waste treatment device 100 may further include a vitrification device 140 connected to the desalination device 110 through the fourth flow path 240 .

본 발명에 따르면 염폐기물 처리 공정의 규모가 탈염장치의 크기에 의해 한정되지 않으며, 연속 공정의 구현을 통해 탈염 공정의 용량 증대를 기대할 수 있다.According to the present invention, the scale of the salt waste treatment process is not limited by the size of the desalination device, and the capacity of the desalination process can be increased through the implementation of a continuous process.

100 순환식 염폐기물 처리장치
110 탈염장치
120 기상-고상 분리장치
130 염소재생장치
140 유리화장치
150, 150' 분산판
210 제1유로
220 제2유로
230 제3유로
240 제4유로
100 Circulating salt waste treatment system
110 demineralizer
120 Gas-Solid Separator
130 Chlorine Regeneration Device
140 vitrification apparatus
150, 150' dispersion plate
210 1st Euro
220 2nd Euro
230 third euro
240 4th Euro

Claims (10)

탈염장치에 염폐기물, 탈염매질 및 운반기체를 투입하여 유동화하는 단계;
상기 탈염장치를 가열하여 염폐기물 및 탈염매질을 탈염반응시켜 탈염반응 생성물 및 염소기체를 생성하는 단계;
미반응 염폐기물, 미반응 탈염매질, 탈염반응 생성물, 운반기체 및 염소기체를 기상 혼합물 및 고상 혼합물로 분리하는 단계; 및
분리된 고상 혼합물을 탈염장치로 재투입하는 단계
를 포함하는, 순환식 염폐기물 처리방법.
Fluidizing by introducing salt waste, desalination medium and carrier gas into a desalination device;
heating the desalination device to desalinate the salt waste and the desalination medium to produce a desalination reaction product and chlorine gas;
Separating unreacted salt waste, unreacted demineralization medium, desalination reaction products, carrier gas and chlorine gas into a gaseous mixture and a solid mixture; and
Re-introducing the separated solid mixture into the desalination device
Containing, cyclic salt waste treatment method.
제1항에 있어서,
탈염매질은 SiO2-Al2O3-P2O5 복합체를 포함하는, 순환식 염폐기물 처리방법.
According to claim 1,
The demineralization medium comprises a SiO 2 -Al 2 O 3 -P 2 O 5 complex, a cyclic salt waste treatment method.
제1항에 있어서,
염폐기물은 LiCl, LiCl-KCl 혼합염, CsCl, SrCl2, BaCl2 및 RECl3로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 순환식 염폐기물 처리방법.
According to claim 1,
The salt waste is at least one selected from the group consisting of LiCl, LiCl-KCl mixed salt, CsCl, SrCl 2 , BaCl 2 and RECl 3 , cyclic salt waste treatment method.
제1항에 있어서,
탈염장치는 300℃~900℃로 가열되는, 순환식 염폐기물 처리방법.
According to claim 1,
The demineralization device is heated to 300 ℃ ~ 900 ℃, circulating salt waste treatment method.
제1항에 있어서,
분리된 기상 혼합물을 염소재생매질이 구비된 염소재생장치로 이송하고, 염소재생매질 및 염소기체를 반응시켜 염화물을 생성하는 단계를 더 포함하는, 순환식 염폐기물 처리방법.
According to claim 1,
Cyclic salt waste treatment method further comprising the step of transferring the separated gaseous mixture to a chlorine regeneration device equipped with a chlorine regeneration medium, and reacting the chlorine regeneration medium and chlorine gas to produce chloride.
제5항에 있어서,
염소재생매질은 LiOH 및 KOH 중에서 선택되는 1종 이상인, 순환식 염폐기물 처리방법.
According to claim 5,
The chlorine regeneration medium is at least one selected from LiOH and KOH, circulating salt waste treatment method.
제1항에 있어서,
탈염장치로부터 이송된 탈염반응 생성물을 열처리하여 유리화시키는 단계를 더 포함하는, 순환식 염폐기물 처리방법.
According to claim 1,
Cyclic salt waste treatment method further comprising the step of heat-treating and vitrifying the desalination reaction product transferred from the desalination device.
염폐기물, 탈염매질 및 운반기체가 투입되어 유동화되고, 가열에 의해 염폐기물 및 탈염매질이 반응하여 탈염반응 생성물 및 염소기체가 생성되는 탈염장치;
상기 탈염장치와 연결되고, 탈염장치로부터 배출된 미반응 염폐기물, 미반응 탈염매질, 탈염반응 생성물, 염소기체 및 운반기체를 이송하는 제1유로;
상기 제1유로와 연결되고, 상기 미반응 염폐기물, 상기 미반응 탈염매질, 상기 탈염반응 생성물, 상기 염소기체 및 상기 운반기체를 기상 혼합물 및 고상 혼합물로 분리하는 기상-고상 분리장치; 및
상기 기상-고상 분리장치와 연결되고, 분리된 고상 혼합물을 탈염장치로 재투입하기 위한 제2유로
를 포함하는, 순환식 염폐기물 처리장치.
a desalination device in which salt waste, a desalination medium and a carrier gas are introduced and fluidized, and a desalination reaction product and chlorine gas are generated by reacting the salt waste and the desalination medium by heating;
a first flow path connected to the desalination device and transporting unreacted salt waste, unreacted desalination medium, desalination reaction products, chlorine gas, and carrier gas discharged from the desalination device;
a gas-solid phase separator connected to the first flow path and configured to separate the unreacted salt waste, the unreacted desalination medium, the desalination reaction product, the chlorine gas, and the carrier gas into a gas mixture and a solid mixture; and
A second flow path connected to the gas-solid separation device and reintroducing the separated solid mixture into the desalination device.
Containing, circulating salt waste treatment device.
제8항에 있어서.
염소재생장치를 더 포함하고, 상기 염소재생장치는 제3유로에 의해 기상-고상 분리장치와 연결된 것인, 순환식 염폐기물 처리장치.
According to claim 8.
Further comprising a chlorine regeneration device, wherein the chlorine regeneration device is connected to the gas-solid phase separation device by a third flow path.
제8항에 있어서.
유리화장치를 더 포함하고, 상기 유리화장치는 제4유로에 의해 탈염장치와 연결된 것인, 순환식 염폐기물 처리장치.
According to claim 8.
Further comprising a vitrification device, wherein the vitrification device is connected to the desalination device by a fourth flow path.
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