特許 6010627 陰極電力分配システムおよび電力分配のために同システムを用いる方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6010627

(24)【登録日】2016年9月23日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】陰極電力分配システムおよび電力分配のために同システムを用いる方法

(51)【国際特許分類】

   C25C 7/02 20060101AFI20161006BHJP

   C25C 7/06 20060101ALI20161006BHJP

   G21C 19/44 20060101ALN20161006BHJP

【ＦＩ】

   C25C7/02 308Z

   C25C7/06 302

   !G21C19/44 L

【請求項の数】15

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-549035(P2014-549035)

(86)(22)【出願日】2012年10月3日

(65)【公表番号】特表2015-505343(P2015-505343A)

(43)【公表日】2015年2月19日

(86)【国際出願番号】US2012058531

(87)【国際公開番号】WO2013109321

(87)【国際公開日】20130725

【審査請求日】2015年9月28日

(31)【優先権主張番号】13/335,121

(32)【優先日】2011年12月22日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】508177046

【氏名又は名称】ジーイー−ヒタチ・ニュークリア・エナジー・アメリカズ・エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】ＧＥ−ＨＩＴＡＣＨＩ ＮＵＣＬＥＡＲ ＥＮＥＲＧＹ ＡＭＥＲＩＣＡＳ， ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100137545

【弁理士】

【氏名又は名称】荒川 聡志

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】ウィリアムソン，マーク・エイ

(72)【発明者】

【氏名】ウィードメイヤー，スタンリー・ジー

(72)【発明者】

【氏名】コール，ユージーン・アール

(72)【発明者】

【氏名】ベイリー，ジェームズ・エル

(72)【発明者】

【氏名】ウィリット，ジェームズ・エル

(72)【発明者】

【氏名】バーンズ，ローレル・エイ

(72)【発明者】

【氏名】ブラスコヴィッツ，ロバート・ジェイ

【審査官】 大塚 徹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−２１２４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１１３７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１００１４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２５Ｃ ７／００ − ７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各陰極アセンブリ（１０４）が複数の陰極ロッド（１０６）を含む複数の陰極アセンブリ（１０４）と、
前記複数の陰極アセンブリ（１０４）の各々に電流を分配するように構成される複数のバスバー（１５２）と、
前記複数の陰極アセンブリ（１０４）の温度が低下させる冷却ガスを移送するように構成されるマニホールド（１５４）と、
を備え、
前記複数のバスバー（１５２）は、前記電流を前記複数の陰極アセンブリ（１０４）の第１の端部に分配するように構成される第１のバスバー（１５２−１）、および前記電流を前記複数の陰極アセンブリ（１０４）の第２の端部に分配するように構成される第２のバスバー（１５２−２）を含み、
前記マニホールド（１５４）は、複数のチューブ（１５８）を経由して前記複数の陰極アセンブリ（１０４）に接続される、
陰極電力分配システム。

【請求項2】

前記複数の陰極ロッド（１０６）は、電気精錬装置の溶融塩電解液中に達するように構成される、請求項１に記載の陰極電力分配システム。

【請求項3】

前記複数の陰極ロッド（１０６）は、同じ方向を向き、同じ平面内にあるように配置される、請求項１に記載の陰極電力分配システム。

【請求項4】

前記第１のバスバー（１５２−１）および前記第２のバスバー（１５２−２）は、複数の陰極ロッド（１０６）の同じ平面に対して垂直になるように配置され、第１のバスバー（１５２−１）は第２のバスバー（１５２−２）と平行である、請求項３に記載の陰極電力分配システム。

【請求項5】

前記第１のバスバー（１５２−１）および前記第２のバスバー（１５２−２）に前記電流を供給するように構成される複数の陰極電力フィードスルーユニット（１３２）をさらに備える、請求項１に記載の陰極電力分配システム。

【請求項6】

前記複数の陰極電力フィードスルーユニット（１３２）は、
前記第１のバスバー（１５２−１）の第１の端部に接続される第１の陰極電力フィードスルーユニット（１３２−１）と、
前記第２のバスバー（１５２−２）の第２の端部に接続される第２の陰極電力フィードスルーユニット（１３２−２）と、
を含み、
前記第２の端部は前記第１の端部の反対側にある、
請求項５に記載の陰極電力分配システム。

【請求項7】

前記第１の陰極電力フィードスルーユニット（１３２−１）および前記第２の陰極電力フィードスルーユニット（１３２−２）は、それぞれ、前記第１のバスバー（１５２−１）および前記第２のバスバー（１５２−２）に前記電流を供給するように構成される、請求項６に記載の陰極電力分配システム。

【請求項8】

前記複数の陰極アセンブリ（１０４）は、陰極アセンブリ（１０４）が陽極アセンブリ（１０８）の両側面に位置するように配置される、請求項１に記載の陰極電力分配システム。

【請求項9】

前記複数の陰極アセンブリ（１０４）の各々は、アセンブリヘッダーバス（１５０）を含み、前記複数の陰極ロッド（１０６）は、前記アセンブリヘッダーバス（１５０）に接続される、請求項１に記載の陰極電力分配システム。

【請求項10】

前記マニホールド（１５４）は、前記複数の陰極アセンブリ（１０４）を含む領域の外側に配置される、請求項１に記載の陰極電力分配システム。

【請求項11】

各陰極アセンブリ（１０４）は、前記複数のチューブ（１５８）のうちの２本のチューブ（１５８）を経由して前記マニホールド（１５４）に接続される、請求項１に記載の陰極電力分配システム。

【請求項12】

前記マニホールド（１５４）は複数のパイプを含み、前記複数のパイプのうちの１本は、前記冷却ガスを受け取るように構成される取入れ開口部（１５６）を含む、請求項１に記載の陰極電力分配システム。

【請求項13】

陰極電力分配システムにおける電流を分配するための方法であって、
電流を、複数のバスバー（１５２）を経由して、複数の陰極アセンブリ（１０４）の各々に分配するステップと、
前記複数の陰極アセンブリ（１０４）の温度が低下するように、マニホールド（１５４）によって、冷却ガスを移送するステップと、
を含み、
各陰極アセンブリ（１０４）は複数の陰極ロッド（１０６）を含み、
前記複数のバスバー（１５２）は、前記電流を前記複数の陰極アセンブリ（１０４）の第１の端部に分配する第１のバスバー（１５２−１）、および前記電流を前記複数の陰極アセンブリ（１０４）の第２の端部に分配する第２のバスバー（１５２−２）を含み、
前記マニホールド（１５４）は、複数のチューブ（１５８）を経由して前記複数の陰極アセンブリ（１０４）に接続される、
方法。

【請求項14】

複数の陰極電力フィードスルーユニット（１３２）によって、前記第１のバスバー（１５２−１）および前記第２のバスバー（１５２−２）に前記電流を供給するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記電流を供給するステップは、
第１の陰極電力フィードスルーユニット（１３２−１）によって、前記第１のバスバー（１５２−１）の第１の端部に前記電流を供給するステップと、
第２の陰極電力フィードスルーユニット（１３２−２）によって、前記第２のバスバー（１５２−２）の第２の端部に前記電流を供給するステップと、
をさらに含み、
前記第２の端部は前記第１の端部の反対側にある、
請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

政府による援助
本発明は、米国エネルギー省によって与えられた契約番号ＤＥ−ＡＣ０２−０６ＣＨ１１３５７に基づく政府援助によって成された。政府は、本発明における一定の権利を有する。

【0002】

本発明は、陰極電力分配システムおよび電力分配のために同システムを用いる方法に関する。

【背景技術】

【0003】

不純な供給材料から金属を回収するために、および／または金属酸化物から金属を抽出するために、電気化学的プロセスを用いることができる。従来のプロセス（可溶性金属酸化物のための）は、金属酸化物をその対応する金属に還元するために、電解液に金属酸化物を溶解し、その後の電気分解または（不溶性金属酸化物のための）選択的なエレクトロトランスポートを典型的に含む。不溶性金属酸化物をそれらの対応する金属状態に還元するための従来の電気化学的プロセスは、単一工程または複数工程のアプローチを用いることができる。

【0004】

複数工程アプローチは、２つの分離した容器を利用する２工程プロセスとすることができる。例えば、使用済み核燃料の酸化ウランからのウランの抽出は、第１の容器に金属ウランおよびＬｉ₂Ｏを生成するために、融解ＬｉＣｌ電解液に溶解されたリチウムを用いて酸化ウランを還元する初期工程を含む。ここで、Ｌｉ₂Ｏは融解ＬｉＣｌ電解液に溶けたままである。それから、そのプロセスは第２の容器における電解採取の次の工程を含む。そこでは、融解ＬｉＣｌに溶解されたＬｉ₂Ｏが電気分解されて酸素ガスを発生し、リチウムを再生する。したがって、結果として生じる金属ウランは、電気精錬プロセスで抽出することができる。一方、再生されたリチウムを含む融解ＬｉＣｌは、別のバッチの還元工程用に再利用することができる。

【0005】

しかしながら、複数工程アプローチは、いくつかの工学的な複雑さ、例えば溶融塩および還元体を高温で１つの容器から別の容器へ移送することに関する問題などを含んでいる。さらにまた、溶融塩中の酸化物の還元は、電解液−還元体システムによって熱力学的に制約されるおそれがある。特に、この熱力学的制約は、所与のバッチで還元することができる酸化物の量を制限する。その結果、要求される生産量を満たすためには、融解電解液および還元体のより頻繁な移送が必要である。

【0006】

他方で、単一工程アプローチは、陰極および陽極と共に金属酸化物を互換性のある融解電解液に浸漬することを一般的に含む。陽極および陰極を充電することによって、金属酸化物（陰極と電気的に接触する）は、融解電解液による電解変換およびイオン交換によってその対応する金属に還元することができる。しかし、従来の単一工程アプローチは複数工程アプローチより複雑でなくてもよいにもかかわらず、金属生成物の収量は比較的低い。さらにまた、その金属生成物は望ましくない不純物を依然として含んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】国際公開第２００９／０６２００５号

【発明の概要】

【0008】

実施形態は、陰極電力分配システムおよび／または電力分配のために同システムを用いる方法を含む。

【0009】

陰極電力分配システムは、複数の陰極アセンブリを含む。複数の陰極アセンブリの各陰極アセンブリは、複数の陰極ロッドを含む。本システムは、複数の陰極アセンブリの各々に電流を分配するように構成される複数のバスバーを含む。複数のバスバーは、電流を複数の陰極アセンブリの第１の端部に分配するように構成される第１のバスバー、および電流を複数の陰極アセンブリの第２の端部に分配するように構成される第２のバスバーを含む。

【0010】

複数の陰極ロッドは、電気精錬装置の溶融塩電解液中に達することができる。一実施形態では、複数の陰極ロッドは、同じ方向を向き、同じ平面内にあるように配置される。また、第１のバスバーおよび第２のバスバーは、複数の陰極ロッドの同じ平面に対して垂直になるように配置され、第１のバスバーは第２のバスバーと平行である。

【0011】

陰極電力分配システムは、第１のバスバーおよび第２のバスバーに電流を供給するように構成される複数の陰極電力フィードスルーユニットをさらに含むことができる。一実施形態では、複数の陰極電力フィードスルーユニットは、第１のバスバーの第１の端部に接続される第１の陰極電力フィードスルーユニットと、第２のバスバーの第２の端部に接続される第２の陰極電力フィードスルーユニットと、を含む。第２の端部は第１の端部の反対側にある。

【0012】

第１の陰極電力フィードスルーユニットおよび第２の陰極電力フィードスルーユニットは、それぞれ、第１のバスバーおよび第２のバスバーに電流を供給する。複数の陰極アセンブリは、陰極アセンブリが陽極アセンブリの両側面に位置するように配置される。一実施形態では、複数の陰極アセンブリの各々は、アセンブリヘッダーバスを含み、複数の陰極ロッドは、アセンブリヘッダーバスに接続される。

【0013】

陰極電力分配システムは、複数の陰極アセンブリの温度が低下するように、冷却ガスを移送するように構成されるマニホールドをさらに含むことができる。一実施形態では、マニホールドは、複数の陰極アセンブリを含む領域の外側に配置される。一実施形態では、複数のチューブを経由して複数の陰極アセンブリに接続される。各陰極アセンブリは、複数のチューブのうちの２本のチューブを経由してマニホールドに接続されてもよい。マニホールドは複数のパイプを含むことができ、複数のパイプのうちの１本は、冷却ガスを受け取るように構成される取入れ開口部を含む。

【0014】

本方法は、電流を複数の陰極アセンブリの各々に分配するステップを含む。各陰極アセンブリは複数の陰極ロッドを含む。分配するステップは、複数のバスバーを経由して電流を複数の陰極アセンブリの各々に分配する。複数のバスバーは、電流を複数の陰極アセンブリの第１の端部に分配する第１のバスバー、および電流を複数の陰極アセンブリの第２の端部に分配する第２のバスバーを含む。

【0015】

本方法は、複数の陰極電力フィードスルーユニットによって、第１のバスバーおよび第２のバスバーに電流を供給するステップをさらに含む。一実施形態では、供給するステップは、第１のバスバーの第１の端部に電流を供給するステップと、第２のバスバーの第２の端部に電流を供給するステップと、をさらに含む。第２の端部は第１の端部の反対側にある。本方法は、複数の陰極アセンブリの温度が低下するように、マニホールドによって、冷却ガスを移送するステップをさらに含む。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】例示的実施形態による陰極電力分配システムを含む電気精錬システムの斜視図である。

【図2】例示的実施形態による陰極電力分配システムを含む電気精錬システムの断面側面図である。

【図3】例示的実施形態による陰極電力分配システムを示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、例示的実施形態について、添付の図面を参照して詳述する。しかし、本明細書に開示される特定の構造および機能の詳細は、単に例示的実施形態を説明するための代表例に過ぎない。例示的実施形態は、多くの代替的形式で実施することができ、本明細書に記載された例示的実施形態だけに限定されると解釈するべきではない。

【0018】

第１、第２などの用語を様々な構成要素を記述するために本明細書で用いることができるが、これらの構成要素がこれらの用語によって限定されてはならないことが理解されよう。これらの用語は、１つの構成要素を別の構成要素から区別するために用いるだけである。例えば、例示的実施形態の範囲を逸脱せずに、第１の構成要素は第２の構成要素と呼ぶことができ、同様に、第２の構成要素を第１の構成要素と呼ぶことができる。本明細書で用いられるように、「および／または」という用語は、関係する列挙された要素の１つまたは複数のあらゆる組合せを含む。

【0019】

ある構成要素が別の構成要素に「接続される」、「結合される」、「嵌合される」、「取り付けられる」、または「固定される」と呼ばれる場合には、それが他の構成要素に直接接続されるか、または直接結合されてもよく、あるいは介在する構成要素が存在してもよいことが理解されよう。対照的に、ある構成要素が別の構成要素に「直接接続される」または「直接結合される」と呼ばれる場合には、介在する構成要素が存在しない。構成要素間の関係を記述するために用いる他の語は、類似の方法で解釈されるべきである（例えば、「の間に」と「直接〜の間に」、「隣接して」と「直接隣接して」など）。

【0020】

本明細書で用いられるように、単数形は、言語が明白に示さない限り、複数形も含むことを意図している。「備える」および／または「含む」という用語は、本明細書で用いられる場合には、記述された特徴、整数、工程、動作、構成要素、および／または構成部品の存在を明示するものであって、１つまたは複数の他の特徴、整数、工程、動作、構成要素、および／または構成部品の存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。

【0021】

また、いくつかの代替的実装では、機能／動作が、図示されまたは本明細書に記載された順序とは異なる順序で生じてもよいことに留意すべきである。例えば、連続して示される２つの図または工程は、実際には、逐次的に、そして並行して実行することができる。あるいは、時には、含まれる機能性／動作に応じて逆の順序で、または反復して実行することができる。

【0022】

本発明の非限定的な実施形態による電気精錬システムは、比較的不純な核供給材料（例えば、不純なウラン供給材料）から精製された金属（例えば、ウラン）を回収するために用いることができる。電気精錬システムは、本願と同日に出願された米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ参照番号８５６４−０００２５２／ＵＳ、ＧＥ参照番号２４ＮＳ２５０９３１の「ＥＬＥＣＴＲＯＲＥＦＩＮＥＲ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＲＥＣＯＶＥＲＩＮＧ ＰＵＲＩＦＩＥＤ ＭＥＴＡＬ ＦＲＯＭ ＩＭＰＵＲＥ ＮＵＣＬＥＡＲ ＦＥＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬ（不純な核供給材料から精製された金属を回収するための電気精錬システム）」に記載されたものであり得る。上記の全内容は参照によって本明細書に組込まれる。不純な核供給材料は、電解酸化物還元システムの金属生成物であってもよい。電解酸化物還元システムは、金属の次の回収を可能にするために、酸化物をその金属形式に還元することを容易にするように構成することができる。電解酸化物還元システムは、２０１０年１２月２３日に出願された米国特許出願第１２／９７８，０２７号、ＨＤＰ参照番号８５６４−０００２２８／ＵＳ、ＧＥ参照番号２４ＡＲ２４６１４０の「ＥＬＥＣＴＲＯＬＹＴＩＣ ＯＸＩＤＥ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ（電解酸化物還元システム）」に記載されたものであり得る。上記の全内容は参照によって本明細書に組込まれる。

【0023】

一般に、電気精錬システムは、容器、複数の陰極アセンブリ、複数の陽極アセンブリ、電力システム、スクレーパ、および／またはコンベアシステムを含むことができる。電気精錬システムのための電力システムは、複数の陰極アセンブリのための共通のバスバーを含むことができ、それについては図３を参照して以下でさらに説明する。電力は、電気フィードスルーユニットを経由し、フロア構造を通って、共通のバスバーに供給することができる。本明細書の開示に加えて、電気フィードスルーユニットは、本願と同日に出願された米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ参照番号８５６４−０００２５３／ＵＳ、ＧＥ参照番号２４ＡＲ２５２７８２の「ＢＵＳ ＢＡＲ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＦＥＥＤＴＨＲＯＵＧＨ ＦＯＲ ＥＬＥＣＴＲＯＲＥＦＩＮＥＲ ＳＹＳＴＥＭ（電気精錬システムのためのバスバー電気フィードスルー）」に記載されたものであり得る。上記の全内容は参照によって本明細書に組込まれる。

【0024】

スクレーパは、本願と同日に出願された米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ参照番号８５６４−０００２５５／ＵＳ、ＧＥ参照番号２４ＡＲ２５２７８７の「ＣＡＴＨＯＤＥ ＳＣＲＡＰＥＲ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ ＦＯＲ ＲＥＭＯＶＩＮＧ ＵＲＡＮＩＵＭ（陰極スクレーパシステムおよびウラン除去のために同システムを用いる方法）」に記載されたものであり得る。上記の全内容は参照によって本明細書に組込まれる。コンベアシステムは、本願と同日に出願された米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ参照番号８５６４−０００２６０／ＵＳ、ＧＥ参照番号２４ＡＲ２５６３５５の「ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ ＲＥＣＯＶＥＲＹ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＥＬＥＣＴＲＯＲＥＦＩＮＥＲ ＳＹＳＴＥＭ（電気精錬システムのための連続回収システム」に記載されたものであり得る。上記の全内容は参照によって本明細書に組込まれる。しかし、電気精錬システムはそれに限定されず、本明細書において特に識別されなかった他の構成要素を含んでもよいことを理解すべきである。さらにまた、電気精錬システムおよび／または電解酸化物還元システムは、炉心溶融物および使用済み核燃料の安定化処理のための方法を実行するために用いることができる。この方法は、ＹＹＹＹ年ＭＭ月ＤＤ日に出願された米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ参照番号８５６４−０００２６２／ＵＳ、ＧＥ参照番号２４ＡＲ２５３１９３の「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＣＯＲＩＵＭ ＡＮＤ ＵＳＥＤ ＮＵＣＬＥＡＲ ＦＵＥＬ ＳＴＡＢＩＬＩＺＡＴＩＯＮ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ（炉心溶融物および使用済み核燃料の安定化処理のための方法）」に記載されたものであり得る。上記の全内容は参照によって本明細書に組込まれる。

【0025】

上述したように、電気精錬システムのための不純な核供給材料は、電解酸化物還元システムの金属生成物であってもよい。電解酸化物還元システムの動作の間、複数の陽極および陰極アセンブリは、溶融塩電解液に浸漬される。電解酸化物還元システムの非限定的な実施形態では、溶融塩電解液は塩化リチウム（ＬｉＣｌ）であってもよい。溶融塩電解液は、約６５０℃の温度に維持することができる（＋５０℃、−３０℃）。電気化学的プロセスは、還元ポテンシャルが陰極アセンブリで発生するように実行され、陰極アセンブリは酸化物供給材料（例えば、金属酸化物）を収容する。還元ポテンシャルの影響を受けて、金属酸化物の金属イオンは金属に還元され、金属酸化物（ＭＯ）供給材料からの酸素（Ｏ）は酸化物イオンとして溶融塩電解液に溶解し、それによって、陰極アセンブリに金属（Ｍ）が残る。陰極反応は、以下の通りであり得る。

【0026】

ＭＯ＋２ｅ^-→Ｍ＋Ｏ^2-
陽極アセンブリでは、酸化物イオンが酸素ガスに変換される。プロセス中に酸素ガスを希釈し、冷却し、電解酸化物還元システムから取り除くために、陽極アセンブリの各々の陽極シュラウドを用いることができる。陽極反応は、以下の通りであり得る。

【0027】

Ｏ^2-→１／２Ｏ₂＋２ｅ^-
金属酸化物は二酸化ウラン（ＵＯ₂）であってもよいし、還元生成物は金属ウランであってもよい。しかし、電解酸化物還元システムを用いて、他のタイプの酸化物をそれらの対応する金属に還元することもできることを理解すべきである。同様に、電解酸化物還元システムで使用する溶融塩電解液は、特にそれに限定されるわけではなく、還元される酸化物供給材料応じて異なってもよい。

【0028】

電解酸化物還元の後、電解酸化物還元システムの金属生成物を収容するバスケットは、金属生成物から精製された金属を得るためのさらなる処理のために、例示的実施形態による電気精錬システムへ移送される。より明確に述べると、電解酸化物還元システムからの金属生成物は、例示的実施形態による電気精錬システムのための不純な核供給材料として役立つ。特に、電解酸化物還元システムでは、金属生成物を収容するバスケットは陰極アセンブリであるが、電気精錬システムでは、金属生成物を収容するバスケットは陽極アセンブリである。先行技術による装置と比較して、例示的実施形態による電気精錬システムは、精製された金属の著しくより大きな収量を可能にする。

【0029】

図１は、例示的実施形態の非限定的な実施形態による陰極電力分配システムを含む電気精錬システムの斜視図である。図２は、例示的実施形態の非限定的な実施形態による陰極電力分配システムを含む電気精錬システムの断面側面図である。

【0030】

図１、図２を参照すると、電気精錬システム１００は、容器１０２、複数の陰極アセンブリ１０４、複数の陽極アセンブリ１０８、電力システム、スクレーパ１１０および／またはコンベアシステム１１２を含む。複数の陰極アセンブリ１０４の各々は、複数の陰極ロッド１０６を含むことができる。電力システムは、フロア構造１３４を通って延びる電気フィードスルーユニット１３２を含むことができる。フロア構造１３４は、グローブボックスのグローブボックスフロアであってもよい。あるいは、フロア構造１３４は、ホットセル設備の支持プレートであってもよい。コンベアシステム１１２は、入口パイプ１１３、トラフ１１６、チェーン、複数の羽根、出口パイプ１１４、および／または排出シュート１２８を含むことができる。

【0031】

容器１０２は、溶融塩電解液を保持するように構成される。非限定的な実施形態では、溶融塩電解液は、ＬｉＣｌ、ＬｉＣｌ−ＫＣｌ共晶、または別の好適な媒体とすることができる。容器１０２は、容器１０２の大部分がフロア構造１３４の下になるように位置することができる。例えば、容器１０２の上部は、フロア構造１３４の開口部を通ってフロア構造１３４の上に延びることができる。フロア構造１３４の開口部は、容器１０２の寸法に対応することができる。容器１０２は、複数の陰極アセンブリ１０４および複数の陽極アセンブリ１０８を受け取るように構成される。

【0032】

複数の陰極アセンブリ１０４は、容器１０２内に延長し、溶融塩電解液に少なくとも部分的に浸漬するように構成される。例えば、複数の陰極アセンブリ１０４の長さの大部分が容器１０２の溶融塩電解液に浸漬するように、複数の陰極アセンブリ１０４および／または容器１０２の寸法を調整することができる。各陰極アセンブリ１０４は、同じ方向を向き、同じ平面内にあるように配置される複数の陰極ロッド１０６を含むことができる。

【0033】

複数の陽極アセンブリ１０８は、各陽極アセンブリ１０８の側面に２つの陰極アセンブリ１０４が並ぶように、複数の陰極アセンブリ１０４と共に配列することができる。複数の陰極アセンブリ１０４および陽極アセンブリ１０８は、平行に配列することができる。各陽極アセンブリ１０８は、容器１０２によって保持される溶融塩電解液に不純なウラン供給材料を保持し浸漬するように構成することができる。複数の陽極アセンブリ１０８の長さの大部分が容器１０２の溶融塩電解液に浸漬するように、複数の陽極アセンブリ１０８および／または容器１０２の寸法を調整することができる。図１、図２では、電気精錬システム１００が１１個の陰極アセンブリ１０４および１０個の陽極アセンブリ１０８を有するように示しているが、本明細書の例示的実施形態はそれに限定されないことを理解すべきである。

【0034】

電気精錬システム１００では、陰極電力分配システムは、複数の陰極アセンブリ１０４および陽極アセンブリ１０８に接続される。陰極電力分配システムについては、図３を参照してさらに説明する。

【0035】

精製されたウランの除去を開始するために、スクレーパ１１０は、複数の陰極ロッド１０６の長さ方向に沿って上下に移動し、複数の陰極アセンブリ１０４の複数の陰極ロッド１０６に堆積した精製されたウランを除去するように構成される。削り落とした結果、除去された精製されたウランは、溶融塩電解液を通って容器１０２の底に沈む。

【0036】

コンベアシステム１１２は、それの少なくとも一部が容器１０２の底に配置されるように構成される。例えば、複数の陰極ロッド１０６から除去された精製されたウランがトラフ１１６に蓄積するように、コンベアシステム１１２のトラフ１１６を容器１０２の底に配置することができる。コンベアシステム１１２は、容器１０２から精製されたウランを取り出すために、トラフ１１６に蓄積された精製されたウランを、出口パイプ１１４を通して排出シュート１２８に運ぶように構成される。

【0037】

図３は、例示的実施形態による陰極電力分配システムを示す。陰極電力分配システムは、電気精錬システム１００（図１、図２）からの、およびそれと共に用いられる構成要素と共に示される。しかし、例示的実施形態が他の電気精錬システムで用いることができることが理解される。

【0038】

図３に示すように、陰極電力分配システムは、複数の陰極アセンブリ１０４を含む。複数の陰極アセンブリ１０４は、図１、図２の複数の陰極アセンブリであってもよい。各陰極アセンブリ１０４は、同一または類似の構成であって、特別な道具を用いずに精製セルから容易に取り外すことができる。複数の陰極アセンブリ１０４は、第１の陰極アセンブリ１０４−１から第Ｎの陰極アセンブリ１０４−Ｎまでを含む。ここで、Ｎの値は２以上の任意の整数である。上述したように、複数の陰極アセンブリ１０４は、陽極アセンブリ１０８と交互に配置することができる。言い換えれば、陰極アセンブリ１０４は、陰極アセンブリ１０４が陽極アセンブリ１０８の両側面に位置するように配置される。各陰極アセンブリ１０４は、複数の陰極ロッド１０６を含む。複数の陰極ロッド１０６は、第１の陰極ロッド１０６−１から第Ｍの陰極ロッド１０６−Ｍまでを含む。ここで、Ｍの値は２以上の任意の整数である。上述したように、複数の陰極ロッド１０６は、電気精錬システム１００の容器１０２の溶融塩電解液中に達する。

【0039】

各陰極アセンブリ１０４について、陰極ロッド１０６は、同じ方向を向き、同じ平面内にあるように配置される。各陰極アセンブリ１０４は、アセンブリヘッダーバス１５０を含む。陰極ロッド１０６は、アセンブリヘッダーバス１５０に接続される。

【0040】

陰極電力分配システムは、複数の陰極アセンブリ１０４の各々に電流を分配するように構成される複数のバスバー１５２を含む。バスバー１５２は、電流を陰極アセンブリ１０４の第１の端部に分配するように構成される第１のバスバー１５２−１、および電流を陰極アセンブリ１０４の第２の端部に分配するように構成される第２のバスバー１５２−２を含む。第１のバスバー１５２−１は、第２のバスバー１５２−２と平行であってもよい。また、第１のバスバー１５２−１および第２のバスバー１５２−２は、陰極ロッド１０６の同じ平面に対して垂直になるように配置される。第１のバスバー１５２−１は、各陰極アセンブリ１０４のアセンブリヘッダーバス１５０の端部に接続することができる。第２のバスバー１５２−２は、各陰極アセンブリ１０４のアセンブリヘッダーバス１５０の他の端部に接続することができる。

【0041】

陰極電力分配システムは、バスバー１５２に電流を供給するように構成される複数の陰極電力フィードスルーユニット１３２を含む。上記のように、陰極電力フィードスルーユニットは、米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ参照番号８５６４−０００２５３／ＵＳ、ＧＥ参照番号２４ＡＲ２５２７８２に記載されたものであり得る。

【0042】

バスバー１５２は、陰極アセンブリ１０４の各々に均一に電流を分配するように構成される。陰極電力フィードスルーユニット１３２は、第１の陰極電力フィードスルーユニット１３２−１および第２の陰極電力フィードスルーユニット１３２−２を含む。第１の陰極電力フィードスルーユニット１３２−１は第１のバスバー１５２−１の第１の端部に接続され、第２の陰極電力フィードスルーユニット１３２−２は第２のバスバー１５２−２の第２の端部に接続される。ここで、第２の端部は第１の端部の反対側にある。また、第１の陰極電力フィードスルーユニット１３２−１および第２の陰極電力フィードスルーユニット１３２−２は、グローブボックスの外側に位置する外部の電力システムに接続される。外部の電力システムは、電流を発生および／または供給するいかなるタイプの電力システムであってもよい。このように、第１の陰極電力フィードスルーユニット１３２−１および第２の陰極電力フィードスルーユニット１３２−２は、それぞれ第１のバスバー１５２−１および第２のバスバー１５２−２に電流を供給する。

【0043】

陰極電力分配システムは、陰極アセンブリ１０４の温度が低下するように、冷却ガスを移送するように構成されるマニホールド１５４を含む。例えば、マニホールド１５４は、陰極アセンブリ１０４を含む領域の外側に配置されてもよい。マニホールド１５４は、取入れ開口部１５６を有する複数のパイプを含むことができる。取入れ開口部１５６は冷却ガスを受け取るように構成され、冷却ガスはパイプを経由して移送される。マニホールド１５４は、複数のチューブ１５８を経由して陰極アセンブリ１０４に接続される。例えば、各陰極アセンブリ１０４は、第１のチューブ１５８−１および第２のチューブ１５８−２を経由してマニホールド１５４に接続される。第１のチューブ１５８−１の一端は各陰極アセンブリ１０４のアセンブリヘッダーバス１５０に接続され、第１のチューブ１５８−１の他端はマニホールド１５４に接続される。第２のチューブ１５８−２の一端は各陰極アセンブリ１０４のアセンブリヘッダーバス１５０に接続され、第２のチューブ１５８−２の他端はマニホールド１５４に接続される。冷却ガスは、アセンブリヘッダーバス１５０からグローブボックスまたは類似のエンクロージャに排出される。それから、ガスは、リサイクルの前に、グローブボックス（または類似のエンクロージャ）の雰囲気制御システムによって冷却され浄化される。

【0044】

所望の電力レベルは、電流または電圧で測定されるが、複数の陰極ロッド１０６を充電するように、陰極電力分配システムを経由して陰極アセンブリ１０４に印加される。この充電は、陽極アセンブリ１０８が電解液と接触する間に、陽極アセンブリに含まれる不純な金属ウランを酸化させて、溶融塩に溶解するウランイオンを形成する。それらが形精製された金属ウランに還元される場合に、ウランイオンは、同じ電解液と接触して、陰極ロッド１０６に輸送する。例示する方法は、修理またはシステム構成の必要性に基づいて、電気精錬システム内のアセンブリのモジュラー部分またはアセンブリ全体をさらに交換することができ、そうすることで、精製される金属の量を可変にすることができ、ならびに／または、所望の電力レベル、電解液温度、および／もしくはモジュラー構成に基づく他の任意のシステムパラメータで動作することができる柔軟なシステムを提供することができる。精製の後、精製された金属は取り出されて、精製された金属のアイデンティティに基づく様々な化学的プロセスで用いることができる。例えば、還元され精製された金属ウランは、核燃料に再処理することができる。

【0045】

このように例示的実施形態について記載したが、当業者によって、例示的実施形態が、日常的な実験によって、さらなる発明のアクティビティを伴わずに変更され得ることは、当業者には明らかであろう。例えば、電気的接触が例示する還元システムの一面における例示的実施形態で示されているが、予想される陰極および陽極アセンブリ配置、電力レベル、必要な陽極処理ポテンシャルなどに基づいて、電気的接触の他の数および構成を用いることができることは、当然に理解される。変形例は、例示的実施形態の趣旨および範囲からの逸脱とみなされるべきではなく、当業者にとって明らかである全てのこのような修正は、以下の請求項の範囲内に含まれることを意図している。

【符号の説明】

【0046】

１００ 電気精錬システム
１０２ 容器
１０４ 陰極アセンブリ
１０４−１ 第１の陰極アセンブリ
１０４−Ｎ 第Ｎの陰極アセンブリ
１０６ 陰極ロッド
１０６−１ 第１の陰極ロッド
１０６−Ｍ 第Ｍの陰極ロッド
１０８ 陽極アセンブリ
１１０ スクレーパ
１１２ コンベアシステム
１１３ 入口パイプ
１１４ 出口パイプ
１１６ トラフ
１２８ 排出シュート
１３２ 陰極電力フィードスルーユニット
１３２−１ 第１の陰極電力フィードスルーユニット
１３２−２ 第２の陰極電力フィードスルーユニット
１３４ フロア構造
１５０ アセンブリヘッダーバス
１５２ バスバー
１５２−１ 第１のバスバー
１５２−２ 第２のバスバー
１５４ マニホールド
１５６ 取入れ開口部
１５８ チューブ
１５８−１ 第１のチューブ
１５８−２ 第２のチューブ

【図1】

【図2】

【図3】