KR101598851B1 - Separation method of dissolvable material from spent nuclear fuel and pyroprocessing having the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전해환원공정의 전 단계에서 사용후핵연료로부터 용존성원소를 분리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for separating dissolved elements from spent fuel at all stages of an electrolytic reduction process.
사용후핵연료 금속전환기술은 원자력발전 후 남은 사용후핵연료를 재활용하여 다시 이용할 수 있도록 하는 기술이다. 사용후핵연료 금속전환기술은 소듐고속냉각로 기술과 더불어 차세대 원자력발전 기술개발의 일환으로 연구되고 있다.The spent fuel metal conversion technology is a technology that enables the spent fuel remaining after nuclear power generation to be recycled and reused. Spent fuel metal conversion technology is being studied as part of the development of next generation nuclear power technology along with sodium fast cooling furnace technology.
전해환원공정은 파이로공정을 구성하는 전기화학공정 중 금속산화물의 금속전환을 위한 전단 공정으로 연구되고 있으며, 금속전환된 원료는 후속공정인 전해정련공정으로 인계된다. 전해환원공정은, 일반적으로 Li2O의 촉매와 LiCl의 용융염을 이용한 전기화학공정이다. 전해환원공정에서 생성되는 Li 금속은 다양한 금속산화물을 환원시킬 수 있기 때문에, 전해환원공정은 사용후핵연료로부터 TiO2, Ta2O5, UO2 등 다양한 금속의 생산에 적용될 수 있다.The electrolytic reduction process has been studied as a shear process for the metal conversion of metal oxides in an electrochemical process that constitutes a pyrolytic process, and the metal-converted raw material is taken over by an electrolytic refining process, which is a subsequent process. The electrolytic reduction process is generally an electrochemical process using a Li 2 O catalyst and a molten salt of LiCl. Since the Li metal produced in the electrolytic reduction process can reduce various metal oxides, the electrolytic reduction process can be applied to the production of various metals such as TiO 2 , Ta 2 O 5 and UO 2 from spent nuclear fuel.
전해환원공정의 일 예로 UO2를 설명하면, Li2O-LiCl 용융염을 이용한 전해환원공정은 다음과 같은 주요 반응에 의하여 이루어진다.Explaining UO 2 as an example of an electrolytic reduction process, an electrolytic reduction process using a Li 2 O-LiCl molten salt is performed by the following main reaction.
식 (1) 2O2 - → O2 + 4e- 2O 2 - > O 2 + 4e -
식 (2) 4Li+ + 4e- → 4Li(2) 4Li + + 4e - ? 4Li
식 (3) 4Li + UO2 → 2Li2O + UEquation (3) 4Li + UO 2 → 2Li 2 O + U
식 (1)은 백금과 같은 비활성전극을 산화전극으로 사용할 경우의 반응이다. 산화전극에서는 산소이온의 산화를 통해 전자가 발생하고. 환원전극에서는 식 (2)와 같은 반응에 의해 Li 금속이 생성된다. 일반적으로 환원전극은 바스켓 타입의 격납용기가 사용되고, 격납용기에 포함된 산화물(예를 들어 UO2)과 환원전극에서 생성된 Li은 식 (3)과 같이 반응하여 U 금속과 Li2O를 생성시킨다. 이러한 기작에 의해 산화물이 환원되는 동안에는 이론적으로 Li2O 촉매의 농도가 일정하게 유지되게 된다. Equation (1) is the reaction when an inert electrode such as platinum is used as an oxidation electrode. In the oxidation electrode, electrons are generated through the oxidation of oxygen ions. In the reduction electrode, Li metal is produced by the reaction as shown in formula (2). Generally, a basket type containment vessel is used as the reduction electrode, and the oxide (for example, UO 2 ) contained in the containment vessel and the Li produced in the reduction electrode react as shown in equation (3) to produce U metal and Li 2 O . By such a mechanism, the concentration of Li 2 O catalyst is theoretically kept constant while the oxide is being reduced.
문제는 이 공정을 다양한 금속산화물을 포함하고 있는 사용후핵연료에 대해 적용할 경우 발생한다. 대표적으로 다음의 2가지 문제가 발생한다. The problem arises when this process is applied to spent fuel containing various metal oxides. Typically, the following two problems arise.
첫 번째 문제는 전극의 손상이다. 전기화학공정은 제어가 가능하여 부반응을 최소화할 수 있는 조건에서 운전되는 것이 일반적이다. 사용후핵연료에 함유된 대부분의 금속산화물은 LiCl 용융염에서 용해도가 극히 낮기때문에 대부분 위 식 (1) 내지 식 (3)의 반응처럼 격납용기에 금속전환체(예를 들어 U)로 회수된다. 그러나 LiCl에 대한 용해도가 높은 미량의 용존성원소들은 전해환원공정의 진행 시 LiCl 염에 농축되고, 그 중 일부는 전기화학반응 또는 화학반응을 통해 백금과 같은 전극의 손상 또는 비활성화를 유발할 수 있는 원인을 제공하기도 한다. 예를 들어 사용후핵연료에 함유된 원소 중 Cs, Ba, Rb, Sr, Te은 대부분 사용후핵연료로부터 용출되어 용융염내에 존재한다. 이 중 Te는 Pt와 합금을 형성하거나 Li을 수반하는 복합산화물을 형성하여 양극의 손상을 초래한다. 희토류 원소 중에서도 Eu의 경우 LiCl에서 용해도가 높아 대부분 용출되고, 전기화학적 활성도가 높아 Te와 같이 양극을 손상시키는 원인으로 작용할 수 있다.The first problem is electrode damage. The electrochemical process is generally controllable and operates under conditions that minimize side reactions. Since most of the metal oxides contained in the spent nuclear fuel are extremely low in solubility in the LiCl molten salt, they are mostly recovered as a metal conversion material (for example, U) in the containment vessel as in the reactions of the above formulas (1) to (3). However, a very small amount of dissolved solute in LiCl is concentrated in the LiCl salt during the electrolytic reduction process, and some of them are caused by electrochemical reaction or chemical reaction, which causes damage or inactivation of electrodes such as platinum . For example, Cs, Ba, Rb, Sr, and Te among the elements contained in the spent nuclear fuel are mostly released from the spent nuclear fuel and exist in the molten salt. Among them, Te forms an alloy with Pt or forms a composite oxide involving Li, resulting in damage of the anode. Of the rare earth elements, Eu has a high solubility in LiCl and elutes most of them, and has high electrochemical activity, which can act as a cause of damage to the anode like Te.
양극의 손상은 1차적인 문제점이고, 또 하나의 문제점은 전해환원공정의 반복에 따라 용존성원소들이 LiCl에 농축되기 때문에 주기적으로 전해환원공정의 용융염을 폐기하고 교체하여야 한다는 것이다. 사용후핵연료의 전해환원공정이 아닌 일반적인 전해환원공정에서는 용융염의 추가주입은 있어도 특별한 경우가 아니면 용융염 전체를 교체하지 않는다. 그러나 사용후핵연료의 특성상 현재의 기술 수준으로는 용융염의 폐기 및 교체가 필수적인 사항이라 할 수 있다. 용융염의 폐기 및 교체는 방사성 폐기물의 증가를 의미하며, 또한 전해환원공정의 건전성을 저하시키는 원인이라 할 수 있다. The damage of the anode is a primary problem. Another problem is that the dissolved salts of the electrolytic reduction process should be discarded and replaced periodically because the dissolved sources are concentrated in LiCl as the electrolytic reduction process is repeated. In a general electrolytic reduction process other than the electrolytic reduction process of the spent fuel, the molten salt is not replaced unless the molten salt is further injected. However, due to the nature of the spent fuel, disposal and replacement of the molten salt are indispensable for the present level of technology. The disposal and replacement of molten salt means an increase in radioactive waste, and it can also be considered as a cause of deteriorating the integrity of the electrolytic reduction process.
따라서, 전해환원공정에 도입되기 전에 상기와 같은 문제점을 유발하는 용존성원소를 제거한 후 금속전환공정을 수행할 수 있는 방안이 마련되어야 한다. 그를 통해 금속전환을 위한 Li 생성 및 금속산화물의 환원을 주요 반응으로 국한시키고, 용융염에 농축될 수 있는 원소들은 별도로 분리 및 제거할 수 있는 시스템적 접근 방법을 도출하여야 한다.
추가적으로 발명의 배경이 되는 기술은 아래의 선행특허문헌을 참조한다.
등록특허공보 제10-0766516호(2007.10.15.)Accordingly, a method for performing the metal conversion process after removal of the dissolution source causing the above-described problems must be provided before introduction into the electrolytic reduction process. Through this, a systematic approach should be developed that limits the formation of Li and the reduction of metal oxides for the metal conversion to the main reaction, and separates and removes the elements that can be concentrated in the molten salt.
In addition, the technology of the background of the invention refers to the following prior patent documents.
Patent Registration No. 10-0766516 (Oct. 15, 2007)
본 발명의 일 목적은 전해환원공정의 전 단계에서 사용후핵연료로부터 용존성원소를 분리하여, 용존성원소가 전해환원공정에 미치는 악영향을 미연에 방지할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for separating dissolved elements from spent nuclear fuel at the previous stage of the electrolytic reduction process and preventing adverse effects of the dissolved elements on the electrolytic reduction process in advance.
본 발명의 다른 일 목적은 전해환원공정의 전 단계에서 사용후핵연료로부터 용존성원소를 분리하여, 용존성원소의 농축에 의한 전해환원공정의 용융염을 교체해야 하는 문제점을 방지할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for separating dissolved resources from spent nuclear fuel at the previous stage of the electrolytic reduction process and preventing the problem of replacing the molten salt in the electrolytic reduction process by concentration of the dissolved source .
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 용존성원소의 분리방법은, (a) 용존성원소가 함유된 사용후핵연료를 공정염에 투입하여 상기 사용후핵연료로부터 상기 용존성원소를 용출시키는 단계; (b) 상기 용존성원소가 용출되고 남은 사용후핵연료를 고상으로 유지하고 상기 용존성원소가 용해된 공정염을 액상으로 유지하면서 상기 고상과 상기 액상을 서로 분리하는 단계; 및 (c) 상기 용존성원소를 상기 공정염에 침전시키는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for separating a dissolved source from a spent fuel by adding spent fuel containing dissolved elements to a process salt, Eluting the dissolved source; (b) separating the solid phase and the liquid phase from each other while maintaining the spent nuclear fuel eluted and remaining in the solid phase and maintaining the process salt in which the dissolved source is dissolved in a liquid phase; And (c) precipitating the dissolved source in the process salt.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 (a) 용출시키는 단계는, (a1) 전해환원공정의 음극으로 사용될 음극바스켓에 상기 사용후핵연료를 투입하는 단계; (a2) 공정염으로 채워진 용존성원소 분리장치에 상기 음극바스켓을 장입하는 단계; 및 (a3) 상기 용존성원소 분리장치의 교반기를 가동하여 상기 사용후핵연료로부터 상기 용존성원소의 용출을 촉진하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step (a) includes the steps of: (a1) introducing the spent nuclear fuel into a cathode basket to be used as a cathode of an electrolytic reduction process; (a2) charging the cathode basket into a dissolved source separation device filled with a process salt; And (a3) activating an agitator of the dissolved-organic separator to promote dissolution of the dissolved source from the spent nuclear fuel.
상기 용존성원소 분리장치는, 상기 공정염을 수용하도록 형성되는 반응기; 복수의 방열판을 구비하고, 상기 공정염의 열 손실을 제한하도록 상기 반응기를 덮는 플랜지; 및 상기 용존성원소의 용출을 촉진하도록 이루어지는 교반기를 포함하며, 상기 (a2) 장입하는 단계에서는, 상기 음극바스켓에 연결된 홀더를 상기 플랜지를 통과해 상기 반응기로 삽입하고, 상기 홀더를 상기 플랜지에 거치하여 상기 음극바스켓을 상기 공정염에 침지시킬 수 있다.Wherein the dissolved source separation apparatus comprises: a reactor formed to receive the process salt; A flange having a plurality of heat sinks to cover the reactor to limit heat loss of the process salt; And a stirrer for promoting dissolution of the dissolvable material. In the step (a2), a holder connected to the negative electrode basket is inserted into the reactor through the flange, and the holder is mounted on the flange The negative basket may be immersed in the process salt.
상기 음극바스켓은 상기 (b) 분리하는 단계에서 상기 고상을 내부에 가두고 상기 액상을 통과시키도록 메쉬 형태로 형성될 수 있다.The negative electrode basket may be formed in a mesh shape so as to pass the liquid phase through the solid phase in the separating step (b).
상기 (b) 분리하는 단계는, 상기 액상의 계면과 상기 방열판 사이에 형성되는 기상부(gas phase part)의 온도를 상기 공정염의 녹는점보다 높은 온도 범위로 유지한 상태에서 이루어지며, 상기 고상을 단계적으로 상기 액상의 계면 위로 노출시키도록 상기 음극바스켓을 단계적으로 들어올릴 수 있다.The separating step (b) is performed while maintaining the temperature of the gas phase part formed between the interface of the liquid phase and the heat dissipation plate at a temperature higher than the melting point of the process salt, The cathode basket may be stepped up to expose it stepwise above the interface of the liquid phase.
상기 홀더는 상기 음극바스켓의 장입 방향으로 배열되는 복수의 핀홀을 구비하고, 상기 (b) 분리하는 단계에서는, 상기 음극바스켓을 들어올리고 상기 플랜지 위로 노출되는 핀홀에 고정핀을 삽입하여 일정 시간 동안 유지하는 과정을 각각의 핀홀에 대하여 반복할 수 있다.Wherein the holder comprises a plurality of pinholes arranged in a loading direction of the cathode basket, and in the separating step (b), the cathode basket is lifted and a fixing pin is inserted into the pinhole exposed on the flange, Can be repeated for each pinhole.
상기 음극바스켓이 상기 액상의 계면 위로 완전히 노출되면, 상기 음극바스켓을 전해환원공정으로 인계하도록 이루어질 수 있다.When the cathode basket is completely exposed to the interface of the liquid phase, the cathode basket may be transferred to the electrolytic reduction process.
상기 (c) 침전시키는 단계는, (c1) 상기 액상에 상기 용존성원소를 인화 및 침전시킬 수 있는 인화물을 첨가하는 단계; (c2) 상기 액상에 아르곤 가스를 분산시켜 상기 인화물과 상기 용존성원소의 반응을 유도하는 단계; 및 (c3) 상기 액상의 온도를 상승시킨 후 산소 가스를 분산시켜 상기 용존성원소를 산화시키고 상기 공정염에 침전시키는 단계를 포함할 수 있다.(C) precipitating (c) a step of (c1) adding a phosphite capable of phosphating and precipitating the dissolved source to the liquid phase; (c2) dispersing argon gas in the liquid phase to induce a reaction between the phosphide and the dissolved source; And (c3) raising the temperature of the liquid phase, and then dispersing the oxygen gas to oxidize the dissolved source and precipitate in the process salt.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 용존성원소의 분리방법을 포함하는 사용후핵연료의 금속전환방법을 개시한다. 사용후핵연료의 금속전환방법은, 전해환원공정을 포함하는 사용후핵연료의 금속전환방법에 있어서, 상기 전해환원공정의 전극손상을 유발하고 상기 전해환원공정의 공정염에 농축되는 용존성원소를 상기 전해환원공정의 전 단계에서 상기 사용후핵연료로부터 분리하도록 이루어지는 용존성원소의 분리방법을 포함하고, 상기 용존성원소의 분리방법은, (a) 용존성원소가 함유된 사용후핵연료를 공정염에 투입하여 상기 사용후핵연료로부터 상기 용존성원소를 용출시키는 단계; (b) 상기 용존성원소가 용출되고 남은 사용후핵연료를 고상으로 유지하고 상기 용존성원소가 용해된 공정염을 액상으로 유지하면서 상기 고상과 상기 액상을 서로 분리하는 단계; 및 (c) 상기 용존성원소를 상기 공정염에 침전시키는 단계를 포함한다.Further, in order to realize the above-mentioned problem, the present invention discloses a method for converting spent fuel into a spent fuel including a method for separating dissolved resources. A method for converting a spent fuel into a metal is a method for converting a spent fuel into a spent fuel including an electrolytic reduction step to cause an electrode damage in the electrolytic reduction step and to remove dissolved elements concentrated in the process salt of the electrolytic reduction step And separating the spent nuclear fuel from the spent nuclear fuel at the previous stage of the electrolytic reduction process, wherein the method for separating the dissolved nuclear fuel comprises the steps of: (a) adding the spent nuclear fuel containing the dissolved raw material to the process salt Eluting the dissolved source from the spent nuclear fuel; (b) separating the solid phase and the liquid phase from each other while maintaining the spent nuclear fuel eluted and remaining in the solid phase and maintaining the process salt in which the dissolved source is dissolved in a liquid phase; And (c) precipitating the dissolved source in the process salt.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 전해환원공정에서 화학적 또는 전기화학적 거동을 하는 용존성원소를 전해환원공정의 전 단계에서 미리 제거하여 전해환원공정에서의 부반응을 억제할 수 있다. 이에 따라 전해환원공정 이후의 후속공정에서도 용존성원소의 영향을 최소화할 수 있다.According to the present invention having such a constitution as described above, it is possible to remove the dissolved elements that perform chemical or electrochemical behavior in the electrolytic reduction step before the electrolytic reduction step before the electrolytic reduction step, thereby suppressing the side reaction in the electrolytic reduction step. Thus, the influence of the dissolved elements can be minimized even in the subsequent process after the electrolytic reduction process.
또한 본 발명은, 전해환원공정에서 발생하는 용존성원소의 농축을 최소화할 수 있으므로 전해환원공정에 사용되는 공정염의 교체주기를 늘어나게 할 수 있다. 공정염의 교체 주기가 늘어난다는 것은 염폐기물의 발생량이 감소하는 것을 의미한다. 따라서 본 발명은 사용후핵연료 금속전환공정의 건전성을 향상시킬 수 있다.Further, the present invention can minimize the concentration of the dissolved source generated in the electrolytic reduction process, thereby increasing the replacement cycle of the process salt used in the electrolytic reduction process. Increasing the replacement cycle of the process salt means that the amount of salt waste is reduced. Therefore, the present invention can improve the soundness of the spent fuel metal conversion process.
또한 본 발명은, 사용후핵연료를 처리하는 여러 공정을 거치면서 분산될 수 있는 용존성핵종을 최초 단계에서 일괄적으로 제거 및 관리하여 핵종 관리의 효율성을 향상시킬 수 있다.In addition, the present invention can improve the efficiency of the radionuclide management by collectively removing and managing the dissolved nuclides which can be dispersed while being subjected to various processes for processing spent nuclear fuel at the initial stage.
도 1은 본 발명을 이용하여 사용후핵연료로부터 용존성원소의 분리를 구현할 수 있는 분리장치의 예시도.
도 2는 본 발명을 이용하여 사용후핵연료로부터 용존성원소의 분리를 구현할 수 있는 분리장치의 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관련된 용존성원소의 분리방법에 대한 흐름도.
도 4는 사용후핵연료로부터 용존성원소를 용출시키는 단계를 보인 개념도.
도 5는 고상과 액상을 서로 분리하는 단계를 보인 개념도.
도 6은 용존성원소를 공정염에 침전시키는 단계를 보인 개념도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an illustration of a separation apparatus capable of separating dissolved elements from spent nuclear fuel using the present invention; FIG.
FIG. 2 is an illustration of a separation apparatus capable of separating dissolved elements from spent nuclear fuel using the present invention; FIG.
FIG. 3 is a flow chart of a method of separating dissolvable sources according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a step of eluting a dissolved source from spent nuclear fuel. FIG.
5 is a conceptual view showing a step of separating a solid phase from a liquid phase.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a step of precipitating dissolved elements into a process salt. FIG.
이하, 본 발명에 관련된 용존성원소의 분리방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a method of separating a dissolved source material according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
도 1과 도 2는 본 발명을 이용하여 사용후핵연료로부터 용존성원소의 분리를 구현할 수 있는 분리장치(100)의 예시도다. 도 1은 플랜지(110)가 반응기에 결합되는 과정을 도시한 것이며, 도 2는 플랜지(110)가 반응기에 결합 완료된 상태를 도시한 것이다.FIG. 1 and FIG. 2 are illustrations of a
분리장치(100)는 공정염과 같은 고온의 반응물을 수용하도록 이루어지며, 특히 고온의 반응물로부터 외부로 열 손실이 발생하는 것을 제한할 수 있도록 이루어진다. 분리장치(100)는 반응기(120), 플랜지(110) 및 교반기(140)를 포함한다.The
반응기(120)는 공정염을 수용하도록 중공부를 구비하는 제1반응기(124)와 상기 제1반응기(124)를 감싸도록 형성되는 제2반응기(122)를 포함한다.The
제1반응기(124)는 제2반응기(122)의 내부에 배치된다.The first reactor (124) is disposed inside the second reactor (122).
제2반응기(122)는 히터(130)와 접하도록 배치되며, 걸림부(127)를 구비할 수 있다. 걸림부(127)는 제2반응기(122)의 일부를 단차지게 형성한 것으로 도시되었으나, 이동식 방열판(113)의 하부면과 대응되도록 요철 등의 다른 형태로도 형성될 수도 있다. 또한, 이동식 방열판(113)은 상기 걸림부(127)에 거치될 수 있도록 그 하부가 단차지게 형성될 수 있다.The
히터(130)는 제2반응기(122)의 외주면을 감싸도록 이루어지며, 히터(130)로부터 전달되는 열은 제1반응기(124) 내부에 채워지는 공정염을 녹는점 이상의 온도로 유지하는 열원이 된다.The
반응기(120)에 수용되는 공정염은 본 발명에서 고상과 액상의 분리를 구현하기 위해 외부로의 열손실을 최소화하는 것이 매우 중요하다. 플랜지(110)는 반응기(120)에 채워진 공정염으로부터 외부로 열 손실이 발생하는 것을 제한하도록 상기 반응기(120)를 덮는다. 플랜지(110)는 덮개부(111), 로드(112), 고정식 방열판(115, 117) 및 이동식 방열판(113)을 포함한다.The process salt contained in the
덮개부(111)는 하중에 의해 상기 반응기(120)의 입구를 덮도록 형성된다. 덮개부(111)는 별도의 체결부재를 이용하여 반응기(120)와 결합될 수 있다.The
로드(112)는 덮개부(111)의 일면으로부터 돌출되어 형성된다. 플랜지(110)가 반응기(120)에 결합되어 있을 때를 기준으로, 로드(112)는 플랜지(110)로부터 공정염을 향해 연장된다. 로드(112)의 단면은 이동식 방열판(113)의 상하 이동을 원활하게 하도록 원형으로 형성되는 것이 바람직하지만, 원형이 아닌 다른 형태의 단면으로 형성될 수도 있다. 또한, 도면에서는 두 개의 로드(112)가 플랜지(110)에 구비되나, 이동식 방열판(113) 및 고정식 방열판(115, 117)이 로드(112)에 안정적으로 결합될 수 있도록 로드(112)의 수가 늘어날 수 있다.The
고정식 방열판(115, 117)은 복수로 구비될 수 있으며, 이동식 방열판(113)의 이탈을 방지하도록 상기 이동식 방열판(113)의 양측에 배치될 수 있다. 고정식 방열판(115, 117)의 제2반응기(122)의 중공부와 대응되는 크기로 형성될 수 있으며, 복수의 고정식 방열판(115, 117)끼리의 크기도 서로 다를 수 있다. 특히 복수의 고정식 방열판(115, 117)은 열전도도가 낮은 공기층을 복수로 형성하여 공정염의 열손실을 보다 감소시키도록, 서로 이격되게 배치될 수 있다.The fixed
이동식 방열판(113)은 로드(112)를 따라 이동 가능하게 형성된다. 이동식 방열판(113)은 하중에 의해 로드(112)를 따라 하강하여 반응기(120)를 밀폐시키도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 이동식 방열판(113)과 로드(112)는 서로 접하는 면에서 미끄럼이 발생하도록 공차가 형성되어 있다. 이에 따라, 도 1과 같이 플랜지(110)가 반응기(120)에 완전히 결합되지 않은 상태에서는 하중에 의해 아래 방향으로 내려가 바로 아래의 고정식 방열판(115)에 접촉될 수 있다.The
반면, 플랜지(110)가 상기 반응기(120)에 완전히 결합된 상태에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 이동식 방열판(113)의 하부면이 이와 대응되는 걸림부(127)에 거치된다. 이에 따라, 하중에 의해 상기 바로 아래의 고정식 방열판(115)에 접촉되어 있던 이동식 방열판(113)은 로드(112)를 따라 상대 이동하여 걸림부(127)에 거치되고 반응기(120)의 밀폐가 이루어질 수 있다. 반응기(120)의 밀폐는 열손실을 감소시키는 것을 의미한다.On the other hand, when the flange 110 is fully engaged with the
이동식 방열판(113)의 바로 아래에 있는 고정식 방열판(115)과 바로 위에 있는 고정식 방열판(117 중 가장 아래에 배치되는 방열판)은 상기 이동식 방열판(113)의 상하 이동 가능 범위를 정의한다. 이동식 방열판(113)의 상하 이동 범위는 두 고정식 방열판(115, 117 중 가장 아래에 배치되는 방열판)에 의해 결정될 수 있다. 이동식 방열판(113)은 바로 아래에 배치된 고정식 방열판(115)에 의해 지지될 수 있다. 이에 따라 이동식 방열판(113)의 이탈이 방지될 수 있다.The fixed
도 1을 참조하면, 플랜지(110)가 반응기(120)에 결합될 때, 이동식 방열판(113)에 형성된 단차부가 걸림부(127)에 거치되면서 이동식 방열판(113)의 이동은 정지된다. 그러나 이동식 방열판(113)을 제외한 플랜지(110)의 다른 구성요소는 덮개부(111)가 제2반응기(122)에 거치될 때까지 계속해서 이동하게 된다. 이러한 구조는 플랜지(110)가 반응기(120)에 완전히 결합되었을 때뿐만 아니라 플랜지(110)가 반응기에 결합되는 과정에서도 공정염의 열손실을 최소화할 수 있는 것이다.Referring to FIG. 1, when the flange 110 is coupled to the
반대로 플랜지(110)가 반응기(120)로부터 분리될 때에도 이동식 방열판(113)은 바로 아래의 고정식 방열판(115)에 의해 들어 올려지기 전까지 걸림부(127)에 거치된 상태로 유지된다. 따라서 이러한 구조는 플랜지(110)가 반응기(120)에 완전히 결합되었을 때뿐만 아니라 플랜지(110)가 반응기(120)로부터 분리되는 과정에서도 공정염의 열손실을 최소화할 수 있는 것이다.When the flange 110 is separated from the
교반기(140)는 공정염을 교반시킬 수 있도록 이루어진다. 교반기(140)는 적어도 일부가 공정염에 침지된 상태에서 회전 가능하도록 형성된다.The
음극바스켓(150)은 사용후핵연료를 수용하도록 형성된다. 음극바스켓(150)은 음극이라는 명칭을 제외하고 바스켓으로 명명될 수 있으나, 우라늄산화물 전해환원공정으로 인계되어 음극으로 사용되기 때문에 음극바스켓(150)으로 명명하였다. 그러나 이로 인하여 사용후핵연료를 수용하는 음극바스켓(150)의 기능이 달라지는 것은 아니다.The
음극바스켓(150)은 홀더(160)와 연결된다. 홀더(160)는 적어도 일부가 플랜지(110)의 덮개부(111)에 거치 가능하도록 이루어진다. 홀더(160)는 덮개부(111)와 방열판에 형성되는 홀을 통해 분리장치(100)의 내부로 삽입될 수 있다. 홀더(160)가 분리장치(100)에 삽입되면, 홀더(160)에 연결된 음극바스켓(150)은 제1반응기(124)에 채워진 공정염에 침지될 수 있다.The
홀더(160)에는 복수의 핀홀(161)이 형성된다. 핀홀(161)은 복수로 구비되어 홀더(160)를 분리장치(100)에 삽입하거나 인출하는 방향을 따라 배열된다. 홀더(160)의 손잡이(162)를 당겨 핀홀(161)에 고정핀(미도시)을 삽입하면 고정핀이 덮개부(111)에 거치되어 홀더(160)의 위치를 고정할 수 있다.
A plurality of
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관련된 용존성원소의 분리방법에 대한 흐름도다. 도 4 내지 도 6은 도 3의 각 단계에 대응되는 개념도이므로, 도 3의 설명을 위해 필요한 부분에서 도 4 내지 도 6의 도면을 참조할 수 있다.FIG. 3 is a flowchart of a method of separating a source of dissolved matter according to an embodiment of the present invention. 4 to 6 are conceptual diagrams corresponding to the respective steps of FIG. 3, and therefore, reference may be made to the drawings of FIG. 4 to FIG. 6 in a portion necessary for the explanation of FIG.
본 발명에서 개시하는 용존성원소의 분리방법은 도 1과 도 2에서 설명한 분리장치(100)를 이용하여 이루어질 수 있다. 그러나, 도 1과 도 2에서 설명한 것은 용존성원소의 분리방법을 구현할 수 있는 예시에 불과하므로, 본 발명이 반드시 상기 분리장치(100)에 의해 구현되어야만 하는 것은 아니고, 다른 장치에 의해서도 구현될 수 있다.The dissociative element separation method disclosed in the present invention can be carried out using the
용존성원소의 분리방법은, 용존성원소를 용출시키는 단계(S100), 고상과 액상을 고액분리하는 단계(S200) 및 용존성원소를 침전시키는 단계(S300)를 포함한다.The method of separating the dissolved source material includes a step (S100) of eluting the dissolved source, a step (S200) of solid-liquid separation of the solid phase and the liquid phase, and a step (S300) of precipitating the dissolved source material.
먼저 용존성원소를 용출시키는 단계(S100)에서는, 전해환원공정의 음극으로 사용될 음극바스켓(150)에 사용후핵연료를 투입한다. 이 단계는 도 4를 참조하여 설명할 수 있다.First, in step S100 of dissolving the dissolved elements, the spent nuclear fuel is charged into the
도 4는 사용후핵연료로부터 용존성원소를 용출시키는 단계(S100)를 보인 개념도다.FIG. 4 is a conceptual diagram showing a step (S100) of eluting dissolved elements from spent nuclear fuel.
도 4에서 A는 사용후핵연료, B는 사용후핵연료로부터 용출되는 용존성원소, C는 공정염을 가리킨다.In FIG. 4, A indicates spent fuel, B indicates a dissolved source eluting from spent fuel, and C indicates a process salt.
사용후핵연료에는 공정염에 용해될 수 있는 용존성원소가 함유되어 있다. 용존성원소란 공정염에 대한 용해도가 높은 원소를 의미하며, 염을 포함하는 공정염에서 약 99% 이상이 용해되어 염화물로 존재하는 원소들을 가리킨다. 용존성원소는 예를 들어 Cs, Ba, Rb, Sr, Te 등을 포함한다.The spent nuclear fuel contains soluble elements that can be dissolved in the process salt. Dissolve source dissociation refers to an element with high solubility in a process salt, and refers to an element in which about 99% or more of the salt is dissolved in the process salt to be present as a chloride. Dissociative elements include, for example, Cs, Ba, Rb, Sr, Te, and the like.
공정염은 LiCl 용융염과 LiCl-KCl 공융염 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 공정염의 선택은 고액분리하는 단계(S200)에서의 온도 설정에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 LiCl-KCl 공융염을 이용하는 공정은 LiCl 용융염을 이용하는 공정의 온도보다 더 낮은 온도로 설정될 수 있다.The process salt may comprise at least one of a LiCl molten salt and a LiCl-KCl eutectic salt. The selection of the process salt may vary depending on the temperature setting in the solid-liquid separation step (S200). For example, the process using LiCl-KCl eutectic salt may be set to a temperature lower than the temperature of the process using LiCl molten salt.
이어서 공정염으로 채워진 용존성원소 분리장치(100)에 음극바스켓(150)을 장입한다.Next, the
음극바스켓(150)을 용존성원소 분리장치(100)에 장입하기 위해서는, 사용후핵연료가 투입된 음극바스켓(150)을 홀더(160)에 연결한다. 그리고 플랜지(110)의 덮개부(111)와 방열판(113, 115, 117)의 홀을 통해 음극바스켓(150)을 분리장치(100)의 내부로 삽입한다. 홀더(160)를 플랜지(110)의 덮개부(111)에 거치하면, 홀더(160)와 연결된 음극바스켓(150)은 공정염에 침지된다.In order to charge the
음극바스켓(150)은 고상을 내부에 가두고 액상을 통과시키도록 메쉬 형태로 형성될 수 있다. 이 경우 음극바스켓(150)이 공정염에 침지되면, 공정염이 음극바스켓(150)의 구멍을 통해 음극바스켓(150)의 내부로 유입된다. 이에 따라 사용후핵연료는 공정염에 침지될 수 있다.The
사용후핵연료가 공정염에 침지되면, 사용후핵연료에 포함된 용존성원소들은 공정염에 대한 용해도가 높기 때문에 고온의 공정염으로 자연스럽게 용출된다. 이 과정에서 용존성원소의 용출을 촉진하기 위해 선택적으로 교반기(140)를 가동할 수 있다. 교반기(140)를 가동하면 용존성원소의 용출에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.When the spent nuclear fuel is immersed in the process salt, the dissolved elements contained in the spent nuclear fuel are naturally eluted into the high temperature process salt because of the high solubility in the process salt. In this process, the
다시 도 3을 참조하면, 용존성원소의 용출을 유도한 후에는 고상과 액상을 서로 분리하는 단계(S200)로 이어진다. 이 단계는 용존성원소가 용출되고 남은 사용후핵연료를 고상으로 유지하고, 용존성원소가 용해된 공정염을 액상으로 유지하면서, 고상과 액상을 서로 분리하는 단계이다. 설명의 편의를 위해 고상이란 용존성원소가 용출되고 남은 사용후핵연료를 의미하고, 액상이란 용존성원소와 상기 용존성원소가 용해된 공정염을 의미하는 것으로 전제하여 설명한다. 이 단계는 도 5를 참조하여 설명한다.Referring again to FIG. 3, after the dissolution of the dissolution source is induced, the solid phase and the liquid phase are separated from each other (S200). This step separates the solid phase and the liquid phase while maintaining the remaining spent fuel in a solid phase and keeping the dissolved process solute dissolved in the liquid phase. For convenience of explanation, the solid phase means the spent fuel remaining after elution of the dissolved components, and the liquid phase means that the dissolved components and the dissolved salts are dissolved. This step will be described with reference to Fig.
도 5는 고상과 액상을 서로 분리하는 단계(S200)를 보인 개념도다.5 is a conceptual view showing a step S200 of separating the solid phase and the liquid phase from each other.
고상과 액상을 서로 분리하기 위해서는 고상을 단계적으로 액상의 계면 위로 노출시키도록 음극바스켓(150)을 단계적으로 들어올린다.To separate the solid phase from the liquid phase, the
홀더(160)에는 음극바스켓(150)의 장입 방향 또는 삽입 방향으로 배열되는 복수의 핀홀(161)이 형성된다. 홀더(160)를 이용하여 음극바스켓(150)을 들어올리고, 덮개부(111) 위로 노출되는 핀홀(161)에 고정핀(163)을 삽입하면 고상을 액상의 계면 위로 노출시킨 상태로 유지할 수 있다. 그리고 각각의 핀홀(161)에 대하여 이 과정을 반복하면, 고상을 단계적으로 액상의 계면 위로 노출시킬 수 있다. 음극바스켓(150)이 액상의 계면 위로 올라가면, 고상을 따라 계면 위로 올라간 액상이 음극바스켓(150)에 형성된 구멍을 통해 분리장치(100)에 채워진 액상의 계면 위로 흘러내리면서 고액분리가 이루어진다.The
고액분리를 위해서는, 먼저 공정염의 온도가 상기 공정염의 녹는점보다 높게 유지되어야 함은 물론이고, 액상의 계면과 방열판 사이에 형성되는 기상부(gas phase part)의 온도도 공정염의 녹는점보다 높은 온도 범위로 유지되어야 한다.For solid-liquid separation, the temperature of the process salt must first be maintained above the melting point of the process salt, and the temperature of the gas phase part formed between the liquid interface and the heat sink must be higher than the melting point of the process salt .
공정염의 온도가 공정염의 녹는점보다 높게 유지되어야 용존성원소가 용해된 공정염을 액상으로 유지할 수 있다. 그리고 기상부의 온도가 공정염의 녹는점보다 높은 온도로 유지되어야 음극바스켓(150)을 들어올리는 과정에서 고상을 따라 공정염의 계면 위로 올라간 액상(일시적으로 기상부에 위치하게 되는 액상)이 액체 상태를 유지하면서 다시 제1반응기(124)에 채워진 액상의 계면 위로 흘러내릴 수 있으며, 이러한 제어를 통해 고상과 액상의 분리가 이루어질 수 있다.The temperature of the process salt must be maintained above the melting point of the process salt so that the process salt in which the dissolved source is dissolved can be maintained in the liquid phase. The temperature of the gas phase is maintained at a temperature higher than the melting point of the process salt so that the liquid phase (the liquid phase temporarily located in the gas phase) rising above the interface of the process salt along the solid phase in the process of lifting the
또한 고상과 액상의 분리는 단계적으로 이루어지는 것이 바람직하다. 음극바스켓(150)은 금속으로 이루어지기 때문에 열전도도가 높다. 따라서 기상부의 온도가 공정염의 녹는점보다 낮으면, 고액분리하는 단계에서 고상을 따라 기상부로 올라가게 되는 액상이 냉각에 의해 고화될 수 있다. 핀홀(161)과 고정핀(163)을 이용하여 고상과 액상을 단계적으로 분리하면, 기상부에 취하는 액상의 고화를 방지할 수 있으며 고상을 따라 기상부로 올라갔던 액상은 액체 상태를 유지하면서 분리장치(100)에 채워진 액상의 계면 위로 흘러내릴 수 있다.It is preferable that the solid phase and the liquid phase are separated stepwise. Since the
고액분리를 위한 공정염은 설정 온도에 따라 LiCl 용융염이나 LiCl-KCl 공융염이 사용될 수 있다. LiCl 용융염의 녹는점이 사용되는 경우는 공정염의 온도가 약 650℃로 설정될 수 있고, LiCl-KCl 공융염이 사용되는 경우는 공정염의 온도가 약 500℃로 설정될 수 있다.The process salt for solid-liquid separation may be a LiCl molten salt or a LiCl-KCl eutectic salt depending on the set temperature. If the melting point of the LiCl molten salt is used, the temperature of the process salt may be set at about 650 ° C, and if the LiCl-KCl eutectic salt is used, the temperature of the process salt may be set at about 500 ° C.
본 발명에서는 고액 분리 과정에서 단열성을 향상시키기 위해 상하 방향으로 이동 가능한 이동식 방열판(113)을 구비하는 용존성원소 분리장치(100)를 사용할 수 있다. 6kg의 LiCl 용융염을 공정염으로 사용한 고액분리 실험에서 용융염의 온도를 650℃로 유지할 때 기상부의 온도가 614~645℃로 유지됨을 확인하였고, 이 온도는 LiCl 용융염의 온도보다 높다. 고액분리 후 음극바스켓(150)의 고상을 환원시켰을 때 환원체 내의 염함량은 5wt% 정도로 확인되었다.
In the present invention, it is possible to use a dissolvable inorganic separator (100) having a movable heat sink (113) that can move up and down in order to improve the heat insulating property in the solid-liquid separation process. In the solid-liquid separation experiments using 6 kg of LiCl molten salt as a process salt, it was confirmed that the temperature of the gaseous phase was maintained at 614 to 645 ° C when the temperature of the molten salt was maintained at 650 ° C, which is higher than the temperature of the LiCl molten salt. When the solid phase of the
다시 도 3을 참조하면, 고액분리 이후에는 용존성원소를 침전시키는 단계(S300)가 이어진다. 아울러 음극바스켓(150)이 액상의 계면 위로 완전히 노출되면, 음극바스켓(150)을 전해환원공정으로 인계할 수 있다. 음극바스켓(150)은 전해환원공정의 음극으로 사용된다. 음극바스켓(150) 내에는 용존성원소가 대부분 제거되었기 때문에 전해환원공정에서 문제로 지적되었던 것들을 해결할 수 있다.Referring again to FIG. 3, after the solid-liquid separation, a step S300 of precipitating the dissolved elements follows. In addition, when the
용존성원소를 공정염에 침전시키는 단계(S300)에 대하여는 도 6을 참조하여 설명한다.The step S300 of precipitating the dissolved source in the process salt will be described with reference to Fig.
도 6은 용존성원소를 공정염에 침전시키는 단계(S300)를 보인 개념도다.FIG. 6 is a concept showing a step (S300) of precipitating a dissolved source in a process salt.
고액분리가 반복됨에 따라 공정염에는 핵종의 농축이 계속 진행된다. 고액분리를 반복할수록 공정염에는 고농도의 핵종이 존재하게 된다. 그로 인해 음극바스켓(150)은 고농도의 핵종이 존재하는 공정염에 노출되게 된다. As the solid-liquid separation is repeated, the enrichment of the nuclides continues in the process salt. As the solid-liquid separation is repeated, a high concentration of nuclear species is present in the process salt. As a result, the
공정염에 용존상으로 존해는 핵종을 안정화하기 위해서는 용존성원소를 공정염에 침전시키는 과정이 필요하다.In order to stabilize the nuclides, it is necessary to precipitate the dissolved source in the process salt.
이 단계에서는 고액분리가 진행되고 남은 액상에 용존성원소를 인화 및 침전시킬 수 있는 인화물을 첨가한다. 이어서 액상에 아르곤 가스를 분산시켜 인화물과 용존성원소의 반응을 유도한다. 마지막으로 액상의 온도를 상승시킨 후 산소 가스를 분산시켜 용존성원소를 산화시키고 공정염에 침전시킨다. 도 6에서 B는 침전된 용존성원소를 가리킨다.In this step, the solid-liquid separation is carried out and a phosphite capable of printing and precipitating the dissolved source is added to the remaining liquid phase. Then, the argon gas is dispersed in the liquid phase to induce the reaction between the phosphite and the dissolved oxygen. Finally, the temperature of the liquid phase is raised, and then the oxygen gas is dispersed to oxidize the dissolved source and precipitate in the process salt. In Fig. 6, B indicates the precipitated dissolution source.
이 과정을 통해 용존상로 존재하는 핵종을 산화 및 공정염에 침전시킬 수 있으며, 이후 반복되는 고액 분리 과정에서 사용후핵연료가 고농도의 핵종에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
Through this process, the nuclides present in the dissolved phase can be precipitated in the oxidation and process salts, and the spent nuclear fuel can be prevented from being exposed to the high concentration nuclides in the subsequent solid-liquid separation process.
이상에서 설명된 용존성원소의 분리방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The above-described dissociative element separation method is not limited to the configuration and the method of the embodiments described above, but the embodiments may be configured such that all or some of the embodiments are selectively combined have.
Claims (10)
(b) 상기 용존성원소가 용출되고 남은 사용후핵연료를 고상으로 유지하고 상기 용존성원소가 용해된 공정염을 액상으로 유지하면서 상기 고상과 상기 액상을 서로 분리하는 단계; 및
(c) 상기 용존성원소를 상기 공정염에 침전시키는 단계를 포함하고,
상기 (a) 용출시키는 단계는,
(a1) 전해환원공정의 음극으로 사용될 음극바스켓에 상기 사용후핵연료를 투입하는 단계;
(a2) 공정염으로 채워진 용존성원소 분리장치에 상기 음극바스켓을 장입하는 단계; 및
(a3) 상기 용존성원소 분리장치의 교반기를 가동하여 상기 사용후핵연료로부터 상기 용존성원소의 용출을 촉진하는 단계를 포함하는 용존성원소의 분리방법.(a) injecting a spent fuel containing dissolved elements into a process salt to elute the dissolved source from the spent nuclear fuel;
(b) separating the solid phase and the liquid phase from each other while maintaining the spent nuclear fuel eluted and remaining in the solid phase and maintaining the process salt in which the dissolved source is dissolved in a liquid phase; And
(c) precipitating the dissolved source in the process salt,
The step (a)
(a1) injecting the spent nuclear fuel into a cathode basket to be used as a cathode of an electrolytic reduction process;
(a2) charging the cathode basket into a dissolved source separation device filled with a process salt; And
(a3) activating an agitator of the dissolved-organic separator to promote dissolution of the dissolved source from the spent nuclear fuel.
상기 용존성원소 분리장치는,
상기 공정염을 수용하도록 형성되는 반응기;
복수의 방열판을 구비하고, 상기 공정염의 열 손실을 제한하도록 상기 반응기를 덮는 플랜지; 및
상기 용존성원소의 용출을 촉진하도록 이루어지는 교반기를 포함하며,
상기 (a2) 장입하는 단계에서는, 상기 음극바스켓에 연결된 홀더를 상기 플랜지를 통과해 상기 반응기로 삽입하고, 상기 홀더를 상기 플랜지에 거치하여 상기 음극바스켓을 상기 공정염에 침지시키는 것을 특징으로 하는 용존성원소의 분리방법.The method according to claim 1,
Wherein the dissolved source separator comprises:
A reactor formed to receive the process salt;
A flange having a plurality of heat sinks to cover the reactor to limit heat loss of the process salt; And
And an agitator configured to promote dissolution of the dissolution source,
(A2), the holder connected to the cathode basket is inserted into the reactor through the flange, and the holder is mounted on the flange to immerse the cathode basket in the process salt. Method of separation of members.
상기 음극바스켓은 상기 (b) 분리하는 단계에서 상기 고상을 내부에 가두고 상기 액상을 통과시키도록 메쉬 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 용존성원소의 분리방법.The method of claim 3,
Wherein the negative electrode basket is formed in a mesh shape so as to pass the liquid phase through the solid phase in the separating step (b).
상기 (b) 분리하는 단계는, 상기 액상의 계면과 상기 방열판 사이에 형성되는 기상부(gas phase part)의 온도를 상기 공정염의 녹는점보다 높은 온도 범위로 유지한 상태에서 이루어지며, 상기 고상을 단계적으로 상기 액상의 계면 위로 노출시키도록 상기 음극바스켓을 단계적으로 들어올리는 것을 특징으로 하는 용존성원소의 분리방법. The method of claim 3,
The separating step (b) is performed while maintaining the temperature of the gas phase part formed between the interface of the liquid phase and the heat dissipation plate at a temperature higher than the melting point of the process salt, Wherein the negative electrode basket is stepwise lifted so as to expose the negative electrode on the interface of the liquid phase stepwise.
상기 홀더는 상기 음극바스켓의 장입 방향으로 배열되는 복수의 핀홀을 구비하고,
상기 (b) 분리하는 단계에서는, 상기 음극바스켓을 들어올리고 상기 플랜지 위로 노출되는 핀홀에 고정핀을 삽입하여 일정 시간 동안 유지하는 과정을 각각의 핀홀에 대하여 반복하는 것을 특징으로 하는 용존성원소의 분리방법.6. The method of claim 5,
Wherein the holder includes a plurality of pinholes arranged in a loading direction of the cathode basket,
Wherein the separating step repeats the step of lifting the negative electrode basket and inserting a fixing pin into a pinhole exposed on the flange and holding the pinhole for a predetermined period of time for each pinhole .
상기 음극바스켓이 상기 액상의 계면 위로 완전히 노출되면, 상기 음극바스켓을 전해환원공정으로 인계하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 용존성원소의 분리방법.6. The method of claim 5,
Wherein when the negative electrode basket is completely exposed on the interface of the liquid phase, the negative electrode basket is handed over to the electrolytic reduction process.
(b) 상기 용존성원소가 용출되고 남은 사용후핵연료를 고상으로 유지하고 상기 용존성원소가 용해된 공정염을 액상으로 유지하면서 상기 고상과 상기 액상을 서로 분리하는 단계; 및
(c) 상기 용존성원소를 상기 공정염에 침전시키는 단계를 포함하고,
상기 (c) 침전시키는 단계는,
(c1) 상기 액상에 상기 용존성원소를 인화 및 침전시킬 수 있는 인화물을 첨가하는 단계;
(c2) 상기 액상에 아르곤 가스를 분산시켜 상기 인화물과 상기 용존성원소의 반응을 유도하는 단계; 및
(c3) 상기 액상의 온도를 상승시킨 후 산소 가스를 분산시켜 상기 용존성원소를 산화시키고 상기 공정염에 침전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용존성원소의 분리방법.(a) injecting a spent fuel containing dissolved elements into a process salt to elute the dissolved source from the spent nuclear fuel;
(b) separating the solid phase and the liquid phase from each other while maintaining the spent nuclear fuel eluted and remaining in the solid phase and maintaining the process salt in which the dissolved source is dissolved in a liquid state; And
(c) precipitating the dissolved source in the process salt,
The step (c)
(c1) adding a phosphite capable of phosphorizing and precipitating the dissolved source to the liquid phase;
(c2) dispersing argon gas in the liquid phase to induce a reaction between the phosphide and the dissolved source; And
(c3) raising the temperature of the liquid phase, and then dispersing the oxygen gas to oxidize the dissolved source and precipitate in the process salt.
상기 전해환원공정의 전극손상을 유발하고 상기 전해환원공정의 공정염에 농축되는 용존성원소를 상기 전해환원공정의 전 단계에서 상기 사용후핵연료로부터 분리하도록 이루어지는 용존성원소의 분리방법을 포함하고,
상기 용존성원소의 분리방법은,
(a) 용존성원소가 함유된 사용후핵연료를 공정염에 투입하여 상기 사용후핵연료로부터 상기 용존성원소를 용출시키는 단계;
(b) 상기 용존성원소가 용출되고 남은 사용후핵연료를 고상으로 유지하고 상기 용존성원소가 용해된 공정염을 액상으로 유지하면서 상기 고상과 상기 액상을 서로 분리하는 단계; 및
(c) 상기 용존성원소를 상기 공정염에 침전시키는 단계를 포함하고,
상기 (a) 용출시키는 단계는,
(a1) 전해환원공정의 음극으로 사용될 음극바스켓에 상기 사용후핵연료를 투입하는 단계;
(a2) 공정염으로 채워진 용존성원소 분리장치에 상기 음극바스켓을 장입하는 단계; 및
(a3) 상기 용존성원소 분리장치의 교반기를 가동하여 상기 사용후핵연료로부터 상기 용존성원소의 용출을 촉진하는 단계를 포함하는 사용후핵연료의 금속전환방법.A method for converting a spent fuel into a metal containing an electrolytic reduction process,
And a separation step of separating the dissolved source from the spent fuel at the previous stage of the electrolytic reduction step by causing an electrode damage in the electrolytic reduction process and concentrating the dissolved source in the process salt of the electrolytic reduction process,
The dissociative element separation method may further comprise:
(a) injecting a spent fuel containing dissolved elements into a process salt to elute the dissolved source from the spent nuclear fuel;
(b) separating the solid phase and the liquid phase from each other while maintaining the spent nuclear fuel eluted and remaining in the solid phase and maintaining the process salt in which the dissolved source is dissolved in a liquid phase; And
(c) precipitating the dissolved source in the process salt,
The step (a)
(a1) injecting the spent nuclear fuel into a cathode basket to be used as a cathode of an electrolytic reduction process;
(a2) charging the cathode basket into a dissolved source separation device filled with a process salt; And
(a3) activating an agitator of the dissolved-source separator to promote elution of the dissolved source fuel from the spent nuclear fuel.
상기 전해환원공정의 전극손상을 유발하고 상기 전해환원공정의 공정염에 농축되는 용존성원소를 상기 전해환원공정의 전 단계에서 상기 사용후핵연료로부터 분리하도록 이루어지는 용존성원소의 분리방법을 포함하고,
상기 용존성원소의 분리방법은,
(a) 용존성원소가 함유된 사용후핵연료를 공정염에 투입하여 상기 사용후핵연료로부터 상기 용존성원소를 용출시키는 단계;
(b) 상기 용존성원소가 용출되고 남은 사용후핵연료를 고상으로 유지하고 상기 용존성원소가 용해된 공정염을 액상으로 유지하면서 상기 고상과 상기 액상을 서로 분리하는 단계; 및
(c) 상기 용존성원소를 상기 공정염에 침전시키는 단계를 포함하고,
상기 (c) 침전시키는 단계는,
(c1) 상기 액상에 상기 용존성원소를 인화 및 침전시킬 수 있는 인화물을 첨가하는 단계;
(c2) 상기 액상에 아르곤 가스를 분산시켜 상기 인화물과 상기 용존성원소의 반응을 유도하는 단계; 및
(c3) 상기 액상의 온도를 상승시킨 후 산소 가스를 분산시켜 상기 용존성원소를 산화시키고 상기 공정염에 침전시키는 단계를 포함하는 사용후핵연료의 금속전환방법.A method for converting a spent fuel into a metal containing an electrolytic reduction process,
And a separation step of separating the dissolved source from the spent fuel at the previous stage of the electrolytic reduction step by causing an electrode damage in the electrolytic reduction process and concentrating the dissolved source in the process salt of the electrolytic reduction process,
The dissociative element separation method may further comprise:
(a) injecting a spent fuel containing dissolved elements into a process salt to elute the dissolved source from the spent nuclear fuel;
(b) separating the solid phase and the liquid phase from each other while maintaining the spent nuclear fuel eluted and remaining in the solid phase and maintaining the process salt in which the dissolved source is dissolved in a liquid phase; And
(c) precipitating the dissolved source in the process salt,
The step (c)
(c1) adding a phosphite capable of phosphorizing and precipitating the dissolved source to the liquid phase;
(c2) dispersing argon gas in the liquid phase to induce a reaction between the phosphide and the dissolved source; And
(c3) raising the temperature of the liquid phase, and then dispersing the oxygen gas to oxidize the dissolved source and precipitate in the process salt.
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