特許 6010629 電気精錬システムのための連続回収システム

(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】6010629

(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】電気精錬システムのための連続回収システム

(51)【国際特許分類】

   C25C 7/06 20060101AFI20161006BHJP

   C25C 7/00 20060101ALI20161006BHJP

   G21C 19/44 20060101ALI20161006BHJP

   B65G 19/04 20060101ALI20161006BHJP

【ＦＩ】

   C25C7/06 301A

   C25C7/00 302Z

   G21C19/44 L

   B65G19/04

【請求項の数】18

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-549039(P2014-549039)

(86)(22)【出願日】2012年10月4日

(65)【公表番号】特表2015-504975(P2015-504975A)

(43)【公表日】2015年2月16日

(86)【国際出願番号】US2012058664

(87)【国際公開番号】WO2013103407

(87)【国際公開日】20130711

【審査請求日】2015年9月28日

(31)【優先権主張番号】13/335,140

(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】ウィードメイヤー，スタンリー・ジー

(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】 特開昭５３−１２５９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２８００８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−０３９６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９７６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０７２５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２８５０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０１−１５６１１２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２５Ｃ ７／００ − ７／０６

Ｂ６５Ｇ １９／００ − １９／３０

Ｇ２１Ｃ １９／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リッジ部（１１７）および溝部（１１９）を含むトラフ（１１６）であり、前記溝部（１１９）は、第１のセクション（１１９ａ）および第２のセクション（１１９ｂ）を含むトラフ（１１６）と、
前記トラフ（１１６）に接続され、前記トラフ（１１６）の前記溝部（１１９）の前記第１のセクション（１１９ａ）に開放される出口開口部を含む入口パイプ（１１３）と、
前記トラフ（１１６）に接続され、前記トラフ（１１６）の前記溝部（１１９）の前記第２のセクション（１１９ｂ）に開放される入口開口部を含む出口パイプ（１１４）と、
前記入口パイプ（１１３）および前記出口パイプ（１１４）を通り、前記トラフ（１１６）の前記溝部（１１９）に沿って延びる、連続ループ形式のチェーンと、
前記チェーンに固定された複数の羽根（１２６）と、
を備え、
前記溝部（１１９）は、前記第１のセクション（１１９ａ）と前記第２のセクション（１１９ｂ）との間に曲線セクションを含み、
前記トラフ（１１６）は、第１の端部および対向する第２の端部を含み、前記入口パイプ（１１３）および前記出口パイプ（１１４）は、前記トラフ（１１６）の前記第１の端部に配置され、前記溝部（１１９）の前記曲線セクションは、前記トラフ（１１６）の前記第２の端部に配置される、
連続回収システム（１１２）。

【請求項2】

前記リッジ部（１１７）は、第１の傾斜面（１１７ａ）および対向する第２の傾斜面（１１７ｂ）を含み、前記溝部（１１９）は、前記第１の傾斜面（１１７ａ）から前記第２の傾斜面（１１７ｂ）まで前記リッジ部（１１７）の周囲を包む、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項3】

前記トラフ（１１６）の前記リッジ部（１１７）は、前記溝部（１１９）の前記第１のセクション（１１９ａ）と前記溝部（１１９）の前記第２のセクション（１１９ｂ）との間にある、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項4】

前記溝部（１１９）の前記第１のセクション（１１９ａ）は、前記溝部（１１９）の前記第２のセクション（１１９ｂ）に対して平行である、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項5】

前記溝部（１１９）は、前記入口パイプ（１１３）の前記出口開口部から前記出口パイプ（１１４）の前記入口開口部まで延びるＵ字形線路の形状である、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項6】

前記溝部（１１９）の前記第１のセクション（１１９ａ）および前記溝部（１１９）の前記第２のセクション（１１９ｂ）の少なくとも一方は、Ｖ字形断面を有する、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項7】

前記入口パイプ（１１３）は、前記トラフ（１１６）の前記溝部（１１９）の前記第１のセクション（１１９ａ）に対して、位置合わせされて垂直に配置され、前記出口パイプ（１１４）は、前記トラフ（１１６）の前記溝部（１１９）の前記第２のセクション（１１９ｂ）に対して、位置合わせされて垂直に配置される、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項8】

前記入口パイプ（１１３）は、前記出口パイプ（１１４）に対して平行である、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項9】

前記チェーンおよび前記複数の羽根（１２６）は、前記入口パイプ（１１３）および前記出口パイプ（１１４）を通過し、前記トラフ（１１６）の前記溝部（１１９）に沿って移動する無限の運動をするように構成される、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項10】

前記複数の羽根（１２６）は、前記チェーンの全体の長さにわたって、規則的な間隔で互いに間隔を置かれる、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項11】

前記複数の羽根（１２６）は、同じ方向に向けられる、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項12】

前記複数の羽根（１２６）は、前記チェーンに対して垂直に向けられる、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項13】

前記複数の羽根（１２６）は、前記入口パイプ（１１３）および前記出口パイプ（１１４）の内径に対応するサイズおよび形状を有する、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項14】

前記複数の羽根（１２６）は、円形形状を有する、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項15】

前記出口パイプ（１１４）に接続される排出シュート（１２８）をさらに備える、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項16】

前記排出シュート（１２８）は、前記トラフ（１１６）にオーバーラップしないように、前記出口パイプ（１１４）から離れて延びるように配置される、請求項１５に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項17】

前記複数の羽根（１２６）は、前記入口パイプ（１１３）および前記出口パイプ（１１４）の少なくとも一方の内部に付着する材料を除去するか、またはこすり取るように構成される、請求項１に記載の連続回収システム（１１２）。

【請求項18】

リッジ部（１１７）および溝部（１１９）を含むトラフ（１１６）であり、前記溝部（１１９）は、第１のセクション（１１９ａ）および第２のセクション（１１９ｂ）を含むトラフ（１１６）と、
前記トラフ（１１６）に接続され、前記トラフ（１１６）の前記溝部（１１９）の前記第１のセクション（１１９ａ）に開放される出口開口部を含む入口パイプ（１１３）と、 前記トラフ（１１６）に接続され、前記トラフ（１１６）の前記溝部（１１９）の前記第２のセクション（１１９ｂ）に開放される入口開口部を含む出口パイプ（１１４）と、 前記入口パイプ（１１３）および前記出口パイプ（１１４）を通り、前記トラフ（１１６）の前記溝部（１１９）に沿って延びる、連続ループ形式のチェーンと、
前記チェーンに固定された複数の羽根（１２６）と、
を備え、
前記入口パイプ（１１３）および前記出口パイプ（１１４）は、前記トラフ（１１６）から垂直に延びる、
連続回収システム（１１２）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

連邦によって援助された研究または開発
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。

【0002】

本発明は、電解システムから金属を回収するためのシステムに関する。

【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。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、次の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、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。さらにまた、金属生成物を収集することは比較的困難である。なぜなら、金属生成物にアクセスすることを可能にするために、電解プロセスは典型的に中断され、陽極および陰極は取り外されるからである。また、この非効率性によって、時間の遅れが生じ、熱応力が構造部材にもたらされ、グローブボックス環境に望ましくない熱が加えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１０／０２７６２５９号明細書

【発明の概要】

【0008】

連続回収システムは、リッジ部および溝部を有するトラフを含むことができる。溝部は、第１のセクションおよび第２のセクションを含むことができる。入口パイプおよび出口パイプは、トラフに接続することができる。入口パイプは、トラフの溝部の第１のセクションに開口する出口開口部を含むことができる。出口パイプは、トラフの溝部の第２のセクションに開口する入口開口部を含むことができる。チェーンは、入口パイプおよび出口パイプを通り、トラフの溝部に沿って延びることができる。チェーンは、連続ループ形式であってもよい。複数の羽根は、チェーンに固定することができる。

【0009】

本明細書における非限定的な実施形態の様々な特徴および利点は、添付の図面と共に「発明を実施するための形態」を精査することによって、より明確になり得る。添付の図面は、単に例示するためのものであって、特許請求の範囲を限定するために解釈されるべきではない。明示的に言及されない限り、添付の図面は一定の比率で描画されているとみなすべきではない。明確にするために、図面の様々な寸法を誇張した場合がある。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の非限定的な実施形態による連続回収システムを含む電気精錬システムの斜視図である。

【図2】本発明の非限定的な実施形態による連続回収システムを含む電気精錬システムの断面の斜視図である。

【図3】本発明の非限定的な実施形態による連続回収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4】本発明の非限定的な実施形態による連続回収システムを含む電気精錬システムの断面端面図である。

【図5】本発明の非限定的な実施形態による電気精錬システムの連続回収システムの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

ある構成要素もしくは層が、別の構成要素もしくは層の「上にある」、それらに「接続される」、それらに「結合される」、またはそれらを「覆う」と呼ばれる場合には、それが直接的に他の構成要素もしくは層の上にあるか、それらに接続されるか、それらに結合されるか、またはそれらを覆ってもよいし、あるいは介在する構成要素もしくは層が存在してもよいということを理解すべきである。対照的に、ある構成要素が、別の構成要素もしくは層の「直接上にある」、それらに「直接接続される」、それらに「直接結合される」、またはそれらを「直接覆う」と呼ばれる場合には、介在する構成要素もしくは層が存在しない。本明細書の全体にわたって、類似の符号は類似の構成要素を指す。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。

【0012】

様々な構成要素、構成部品、領域、層および／またはセクションを記載するために、第１、第２、第３などの用語を本明細書で用いることができるが、これらの構成要素、構成部品、領域、層および／またはセクションはこれらの用語によって限定されないことを理解するべきである。これらの用語は、１つの構成要素、構成部品、領域、層またはセクションを別の領域、層またはセクションから区別するために用いるに過ぎない。したがって、後述する第１の構成要素、構成部品、領域、層またはセクションは、例示的実施形態の教示を逸脱せずに第２の構成要素、構成部品、領域、層またはセクションと呼ぶことができる。

【0013】

図面に示す１つの構成要素または特徴と別の構成要素または特徴との関係を説明するための説明を容易にするために、空間的に相対的な用語（例えば、「の下に」、「下部の」、「の上に」、「上部の」など）を、本明細書で用いることができる。空間的に相対的な用語は、図面に示す方向に加えて、使用されるまたは動作するデバイスの異なる方向を含むことを意図していることを理解すべきである。例えば、図面のデバイスが反転した場合には、他の構成要素または特徴「の下に」と記述される構成要素は、他の構成要素または特徴「の上に」位置するであろう。したがって、「の下に」という用語は、上方および下方の両方の方向を含むことができる。さもなければ、デバイスは方向付けすることができ（９０度回転され、または他の方向に）、本明細書で用いられる空間的に相対的な記述語はそれに応じて解釈することができる。

【0014】

本明細書で用いられる用語は、様々な実施形態だけを記述する目的であって、例示的実施形態を限定することを意図しない。本明細書で用いられるように、単数形は、文脈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。「含む」および／または「備える」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。

【0015】

例示的実施形態は、例示的実施形態の理想的な実施形態（および中間的な構造）の概略図である断面図を参照して、本明細書に記載される。このように、例えば製造技術および／または許容誤差の、結果的に生じる図示した形状からの変化は、予想されるべきである。したがって、例示的実施形態は、本明細書に示す領域の形状に限定されると解釈するべきではなく、例えば、製造から結果的に生じる形状の偏差を含むべきである。例えば、長方形で図示された注入領域は、典型的には、丸いまたはカーブした特徴を有し、および／または、注入領域から非注入領域へ２値的に変化するのではなくその端部で注入濃度の勾配を有するであろう。同様に、注入によって形成される埋込み領域は、結果として、埋込み領域と注入が起こる表面との間の領域のいくつかの注入になり得る。したがって、図面に示される領域は事実上模式的なものであって、それらの形状はデバイスの領域の実際の形状を示すことを意図するものではなく、また例示的実施形態の範囲を限定することを意図するものでもない。

【0016】

定義されない限り、本明細書で用いられる全ての用語（技術的および科学的用語を含む）は、例示的実施形態が属する分野の当業者が通常理解するものと同じ意味を有する。さらに理解されるように、用語は、通常用いられる辞書で定義される用語を含むが、関連する技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味をもつと解釈されるべきであって、本明細書で明白に定義されない限り、理想化された、またはあまりに形式的な意味に解釈されない。

【0017】

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。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。

【0018】

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／または連続回収システムを含むことができる。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。電力システムは、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８５６４−０００２５４／ＵＳ、ＧＥ参照番号２４ＡＲ２５２７８３の「ＣＡＴＨＯＤＥ ＰＯＷＥＲ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ ＦＯＲ ＰＯＷＥＲ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ（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。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。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。本願と同日に出願され組込まれた特許出願の表を以下に提示する。

【0019】

【表1】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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、本発明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、本発明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、本発明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。

【0023】

図１は、本発明の非限定的な実施形態による連続回収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、本発明の非限定的な実施形態による連続回収システムを含む電気精錬システムの断面の透視図である。図３は、本発明の非限定的な実施形態による連続回収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４は、本発明の非限定的な実施形態による連続回収システムを含む電気精錬システムの断面端面図である。

【0024】

図１〜図４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／または連続回収システム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。連続回収システム１１２は、入口パイプ１１３、トラフ１１６、ターンアイドラー１２４、チェーン、複数の羽根１２６、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。連続回収システム１１２は、図５に関連してより詳細に記載される。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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４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。

【0028】

電気精錬システム１００では、電力システムは、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。電気精錬システム１００の動作中に、ウランイオンを形成するために、複数の陽極アセンブリ１０８において不純なウラン供給材料を酸化させるのに十分な電圧を供給するように、電力システムは構成され、ウランイオンは溶融塩電解液中を移動し、精製されたウランとして複数の陰極アセンブリ１０４の複数の陰極ロッド１０６に堆積する。

【0029】

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。

【0030】

連続回収システム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、連続回収システム１１２のトラフ１１６を容器１０２の底に配置することができる。連続回収システム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を通して運ぶように構成される。

【0031】

連続回収システム１１２は、入口パイプ１１３、トラフ１１６、ターンアイドラー１２４、チェーン、複数の羽根１２６（図４）、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。トラフ１１６は、複数の陰極アセンブリ１０４および陽極アセンブリ１０８の下にあるように、容器１０２に配置される。トラフ１１６のサイズは、トラフ１１６が容器１０２の底面の全部または実質的に全部をカバーするように、調整することができる。

【0032】

トラフ１１６はＶ字形断面を有することができる。ただし、例示的実施形態はそれに限定されない。あるいは、トラフ１１６はＵ字形断面を有してもよい。非限定的な実施形態では、トラフ１１６の上部はＶ字形断面を有してもよく、一方、トラフ１１６の底部はＵ字形または半円形の断面を有してもよい。さらに、トラフ１１６は、容器１０２の底に沿ってＵ字形線路を有してもよい。例えば、その線路は、入口パイプ１１３の出口開口部から直線的に延び、容器１０２の反対側の端部に対応する部分でカーブし、平面視においてＵ字形状を有するように、出口パイプ１１４の入口開口部まで直線的に延びることができる。

【0033】

連続回収システム１１２は、複数の陽極アセンブリ１０８によって保持される不純なウラン供給材料の酸化処理の間、複数の陰極アセンブリ１０４上に精製されたウランが堆積する間、および／またはスクレーパ１１０によって精製されたウランを取り出す間、連続的または断続的に動作するように構成される。連続回収システム１１２は、チェーンおよびチェーンに固定された複数の羽根１２６を含む。チェーンは、容器１０２の底に沿って、出口パイプ１１４を通って動くように構成される。チェーンおよび複数の羽根１２６は、容器１０２に入り、出て、再び入る無限の運動をするように構成される。例えば、チェーンおよび複数の羽根１２６は、入口パイプ１１３を通って容器１０２に入り、容器１０２の底でトラフ１１６によって定義されるＵ字形線路に沿って進み、出口パイプ１１４を通って容器１０２から出ることができ、入口パイプ１１３を通って容器１０２に再び入ることができる。

【0034】

チェーンに固定された複数の羽根１２６は、同じ方向に向けることができる。例えば、複数の羽根１２６は、チェーンに対して垂直に向けることができる。電気精錬システム１００が動作する間、容器１０２から精製されたウランを取り出すために、複数の羽根１２６は、スクレーパ１１０によって除去された精製されたウランを出口パイプ１１４内に押し入れ、出口パイプ１１４を通って排出シュート１２８の方へ押すように構成される。連続回収システム１１２は、図５に関連してより詳細に述べる。

【0035】

図５は、本発明の非限定的な実施形態による電気精錬システムの連続回収システムの斜視図である。図５を参照すると、連続回収システム１１２は、リッジ部１１７および溝部１１９を有するトラフ１１６を含む。溝部１１９は、第１のセクション１１９ａおよび第２のセクション１１９ｂ（図４）を含むことができる。入口パイプ１１３は、トラフ１１６に接続される。入口パイプ１１３は、トラフ１１６の溝部１１９の第１のセクション１１９ａに開口する出口開口部（チェーンが入口パイプ１１３から出てくる出口）を含む。出口パイプ１１４は、トラフ１１６に接続される。出口パイプ１１４は、トラフ１１６の溝部１１９の第２のセクション１１９ｂに開口する入口開口部（チェーンが出口パイプ１１４に入る入口）を含む。チェーンは、入口パイプ１１３および出口パイプ１１４を通り、トラフ１１６の溝部１１９に沿って延びる。チェーンは、連続ループ形式であってもよい。チェーンの方向は、非限定的な実施形態では、逆転することができる。複数の羽根１２６（図４）は、チェーンに固定することができる。

【0036】

リッジ部１１７は、第１の傾斜面１１７ａおよび対向する第２の傾斜面１１７ｂを含むことができる。第１の傾斜面１１７ａおよび第２の傾斜面１１７ｂは、交わって頂点を形成するように上方に延びることができ、一方、他の端はトラフ１１６の底まで下方に延びることができる。溝部１１９は、第１の傾斜面１１７ａから第２の傾斜面１１７ｂまでリッジ部１１７の周囲を包むことができる。非限定的な実施形態では、溝部１１９は、第１の傾斜面１１７ａおよび第２の傾斜面１１７ｂと直接に隣接してもよい。平面視において、トラフ１１６のリッジ部１１７は、溝部１１９の第１のセクション１１９ａと溝部１１９の第２のセクション１１９ｂとの間にあってもよい。

【0037】

溝部１１９の第１のセクション１１９ａは、溝部１１９の第２のセクション１１９ｂに対して平行であってもよい。溝部１１９は、第１のセクション１１９ａと第２のセクション１１９ｂとの間に曲線セクションを含んでもよい。例えば、曲線セクションの一端は第１のセクション１１９ａに接続することができ、曲線セクションの他端は第２のセクション１１９ｂに接続することができる。その結果、非限定的な実施形態では、溝部１１９は、入口パイプ１１３の出口開口部から出口パイプ１１４の入口開口部まで延びるＵ字形線路の形状であってもよい。

【0038】

トラフ１１６は、第１の端部および対向する第２の端部を含むことができる。入口パイプ１１３および出口パイプ１１４は、トラフ１１６の第１の端部に配置することができ、溝部１１９の曲線セクションは、トラフ１１６の第２の端部に配置することができる。溝部１１９の第１のセクション１１９ａおよび／または溝部１１９の第２のセクション１１９ｂは、Ｖ字形断面を有することができる。入口パイプ１１３および出口パイプ１１４は、トラフ１１６から垂直に延びることができる。例えば、入口パイプ１１３は、トラフ１１６の溝部１１９の第１のセクション１１９ａに対して、位置合わせして垂直に配置することができ、出口パイプ１１４は、トラフ１１６の溝部１１９の第２のセクション１１９ｂに対して、位置合わせして垂直に配置することができる。入口パイプ１１３は、出口パイプ１１４に対して平行であってもよい。

【0039】

チェーンおよび複数の羽根１２６は、入口パイプ１１３および出口パイプ１１４を通過し、トラフ１１６の溝部１１９に沿って移動する無限の運動をするように構成することができる。複数の羽根１２６は、チェーンの全体の長さにわたって、規則的な間隔で互いに間隔を置くことができる。複数の羽根１２６は、同じ方向に向けることができる。例えば、複数の羽根１２６は、チェーンに対して垂直に向けることができる。複数の羽根１２６は、入口パイプ１１３および出口パイプ１１４の内径に対応するサイズおよび形状を有してもよい。非限定的な実施形態では、複数の羽根１２６は、円形形状を有してもよい。また、複数の羽根１２６のいくつかは、入口パイプ１１３および／または出口パイプ１１４に付着し得る精製されたウラン生成物をこすり／除去するように設計することができる。

【0040】

連続回収システム１１２は、出口パイプ１１４に接続される排出シュート１２８をさらに含むことができる。排出シュート１２８は、トラフ１１６にオーバーラップしないように、出口パイプ１１４から離れて延びるように配置することができる。排出シュート１２８の後、チェーンおよび複数の羽根１２６は、さらに精製された製品ウランを収集し輸送するために、入口パイプ１１３を経由して容器１０２に戻る。さらに、排出シュート１２８の後、チェーンが容器１０２に戻る経路を開始する位置に、チェーンテンショナを設けることができる。入口パイプ１１３および出口パイプ１１４に対するトラフ１１６の末端に、ターンアイドラー１２４を設けることができる。電気モーターは、回路を通るチェーンおよび複数の羽根１２６を駆動し、チェーンおよび複数の羽根１２６は前方または後方に動作することができる。プロセスが溶融塩電解液を含むので、電気精錬システム１００の構成部品は、溶融塩電解液環境に耐えることができる好適な材料で形成するべきである。

【0041】

本発明の非限定的な実施形態による電気精錬の方法は、上述した電気精錬システムを用いて好適な供給材料を電解によって処理することを含むことができる。その結果、使用済み核燃料を再利用するか、または規格外の金属酸化物（例えば、二酸化ウラン）から金属（例えば、ウラン）を回収するために、本方法を用いることができる。さらにまた、電力を停止する必要なしに、ならびに／または陰極アセンブリおよび陽極アセンブリを取り外す必要なしに、電気精錬システムから所望の生成物（例えば、精製されたウラン）を連続的に収集することができる。

【0042】

いくつかの例示的実施形態が本明細書に開示されているが、他の変形例が可能であり得ることを理解すべきである。このような変形例は、本開示の趣旨および範囲から逸脱するもの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】

【0043】

１００ 電気精錬システム
１０２ 容器
１０４ 陰極アセンブリ
１０６ 陰極ロッド
１０８ 陽極アセンブリ
１１０ スクレーパ
１１２ 連続回収システム
１１３ 入口パイプ
１１４ 出口パイプ
１１６ トラフ
１１７ リッジ部
１１７ａ 第１の傾斜面
１１７ｂ 第２の傾斜面
１１９ 溝部
１１９ａ 第１のセクション
１１９ｂ 第２のセクション
１２４ ターンアイドラー
１２６ 羽根
１２８ 排出シュート
１３２ 電気フィードスルー
１３４ フロア構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】