JP6196632B2 - 不純核供給材料から精製金属を回収する電解精製システム - Google Patents

Description

本発明は不純物供給材料から金属を回収するよう構成された電解精製システムに関する。

電気化学処理は不純物供給原料から金属を回収する及び／又は金属酸化物から金属を抽出するのに使用される。従来の処理（可溶性金属酸化物のための）は通常、金属酸化物を電解質内で溶解させ、その後電解又は（可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行い、金属酸化物を対応する金属に還元することを含む。不溶性金属酸化物を対応する金属状態に還元する従来の電気化学処理は単一の工程又は複数工程の方法を採用する。

複数工程の方法は２つの別個の容器を使用する２つの工程の処理である。例えば、使用済み核燃料の酸化ウランからウランを抽出することは、酸化ウランを溶融塩化リチウム電解質に溶解したリチウムで還元し、酸化リチウムが溶融塩化リチウム電解質に溶解したままで第１の容器に金属ウラン及び酸化リチウムを生成する最初の工程を含む。その処理は第２の容器で電解採取をする次の工程を含み、溶融塩化リチウムに溶解した酸化リチウムは電解され酸素を形成しリチウムを再生する。その結果、得られた金属ウランは電解精製処理において抽出され、再生されたリチウムを有する溶融塩化リチウムは他の一群の還元工程での使用のため再利用される。

しかし、複数工程の方法は、例えば溶融塩及び還元剤を１つの容器から他の容器へ高温で移動することに関する問題等の多数の工学的複雑さを含む。更に、溶融塩内の酸化物の還元は電解還元システムにより熱力学的に抑制されている。特に、この熱力学的抑制は所与の一群において還元された酸化物の量を限定するであろう。その結果、溶融電解質及び還元剤をより頻繁に移動させることが製造要件を満たすのに必要となる。

一方、単一の工程の方法は一般に、金属酸化物を陰極及び陽極と共に相溶性のある溶融電解質に浸すことを含む。陽極及び陰極を帯電させることにより、金属酸化物（陰極と電気的に接触する）は電解質の転換及び溶融電解質を通じたイオン交換を経由して対応する金属に還元される。しかし、従来の単一工程の方法は複数工程の方法より複雑ではないが、金属製品の生産量は比較的低い。更に、金属製品は望ましくない不純物を含む。

英国特許第５０６５９０号公報

本発明による限定しない実施形態による電解精製システムは、容器、複数の陰極アセンブリ、複数の陽極アセンブリ、電力系統、スクレーパー及び／又はコンベヤーシステムを含む。容器は溶融塩電解質を維持するよう構成される。複数の陰極アセンブリは溶融塩電解質に少なくとも部分的に沈められるよう容器に延伸するよう構成される。各陰極アセンブリは、同じ向きであり同一平面内にあるよう配置される複数の陰極ロッドを含む。複数の陽極アセンブリは複数の陰極アセンブリと交互に配置され、その結果２つの陰極アセンブリが各陽極アセンブリの側面に位置する。各陽極アセンブリは不純ウラン供給材料を保持し溶融塩電解質に沈めるよう構成される。電力系統は複数の陰極アセンブリ及び複数の陽極アセンブリと連結される。電力系統は、不純ウラン供給材料を酸化させるのに適切な電圧を供給し、溶融塩電解質を通って移動し且つ複数の陰極ロッドに精製ウランとして堆積するウランイオンを形成するよう構成される。スクレーパーは複数の陰極ロッドに堆積した精製ウランを除去するように構成される。コンベヤーシステムは容器の底部に配置される。コンベヤーシステムは出口管を通してスクレーパーにより除去された精製ウランを移送し、精製ウランを容器から取り除くよう構成される。

本明細書の限定しない実施形態の様々な特徴及び利点は、添付の図面と共に詳細な説明を参照することにより、より明白になる。添付の図面は単に例示の目的で提供され、特許請求の範囲を限定すると解釈してはならない。添付の図面は明示的に記載されていない限り、一定の縮尺で描かれていると見なしてはならない。明確さのため、図面の様々な寸法が誇張して描かれている。

本発明の限定しない実施形態による電解精製システムの斜視図である。 本発明の限定しない実施形態による電解精製システムの断面の斜視図である。 本発明の限定しない実施形態による電解精製システムの側面断面図である。 本発明の限定しない実施形態による電解精製システムの端部断面図である。 本発明の限定しない実施形態による電解精製システムのコンベヤーシステムの斜視図である。 本発明の限定しない実施形態による電解精製システムの陽極アセンブリの斜視図である。 本発明の限定しない実施形態による電解精製システムの複数の陰極アセンブリの斜視図である。 本発明の限定しない実施形態による電解精製システムのスクレーパーの斜視図である。 本発明の限定しない実施形態による持ち上げ位置のリフトシステムを有する電解精製システムの斜視図である。

要素又は層が他の要素又は層に「接触して」、「連結して」、「結合して」又は「覆う」と記載されている時、その要素又は層は、他の要素又は層に直接接触するか、連結するか、結合するかもしくは覆う、又は介在する要素又は層が存在しても良いと理解されるべきである。それとは対照的に、要素が他の要素又は層に「直接接触して」、「直接連結して」、「直接結合して」と記載されている時、介在する要素又は層が存在しない。明細書を通して、同一の参照番号が同一の要素を指す。本明細書で使用されるように、用語「及び／又は」は１つ以上の関連する列挙された項目の何れか及び全ての組み合わせを含む。

本明細書中で第１、第２及び第３等の用語が様々な要素、部品、領域、層及び／又は部分を記載するのに用いられても良いが、これらの要素、部品、領域、層及び／又は部分はこれらの用語により限定されるべきではないことが理解されるべきである。これらの用語は１つの要素、部品、領域、層又は部分を他の領域、層又は部分と区別するためにのみ使用される。よって、以下に議論される第１の要素、部品、領域、層又は部分は例としての実施形態の教示から逸脱することなく第２の要素、部品、領域、層又は部分と呼ばれても良い。

空間の相対的用語（例えば、「真下」、「下」、「下側」、「上」、「上側」等）は、本明細書において、図面に示された１つの要素又は特徴の、他の要素又は特徴に対する関係を記載するため、説明を容易にする目的で使用されても良い。空間の相対的用語は、図面で描かれる方向に加え、使用又は稼働中の装置の異なる方向を包含することを意図すると理解されるべきである。例えば、図面の装置が回転すれば、他の要素又は特徴の「下」又は「真下」として記載されていた要素は他の要素又は特徴の「上」の方向となるであろう。よって、「下」の用語は上及び下の両方の方向を包含しても良い。装置は他の方向に向けられても良く（９０°回転又は他の方向）、本明細書で使用される空間の相対的用語はそれに応じて解釈される。

本明細書で使用される専門用語は様々な実施形態を記載する目的のためのみであり、例としての実施形態を限定することを意図していない。本明細書で使用されるように、単数の形式の「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈で明確に別の指摘がなければ複数の形式も含むことを意図する。用語「含む」、「含んでいる」、「備える」及び／又は「備えている」は、本明細書で使用される時、述べられた特徴、整数、工程、作用、要素及び／又は部品の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、作用、要素、部品及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除しないことが更に理解されるであろう。

例としての実施形態は、本明細書において、例としての実施形態の理想の実施形態（及び介在する構造）の概略的な図示である断面図を参照して記載される。そのため、例えば製造技術及び／又は許容誤差の結果として図の形状の変更が考えられる。よって、例としての実施形態は本明細書で図示された形状又は領域に限定されると解釈されるべきではなく、例えば製造の結果として形状のずれを含むべきである。例えば、矩形で示された埋め込み領域は通常、埋め込みのある領域から埋め込みのない領域への２値の変化ではなく、丸い又は湾曲した特徴及び／又は端部の埋め込みが集中する箇所の勾配を有するであろう。同様に、埋め込みにより形成された埋められた領域は、埋められた領域と埋め込みが起こる表面の間の領域においていくらかの埋め込みが発生しても良い。よって、図面に示された領域は概略的な性質を有し、その形状は装置の領域の実際の形状を示す意図はなく、例としての実施形態の範囲を限定する意図もない。

別段の記載がない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、例としての実施形態が属する業界の当業者により普通に理解されるのと同じ意味を有する。普通に使用される辞書に規定されるものを含む用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明確にその様に規定されない限り、理想化した又は過度に形式的な意味として解釈されないことが更に理解される。

本発明の限定しない実施形態による電解精製システムは、相対的な不純核供給材料（例えば不純ウラン供給材料）から精製金属（例えばウラン）を回収するのに使用される。不純核供給材料は電解酸化物還元システムの金属製品であっても良い。電解酸化物還元システムは酸化物を金属構造に還元するのを容易にし、後の金属の回収を可能にするよう構成される。電解酸化物還元システムは米国特許出願第１２／９７８，０２７号に記載されたものであり、この文献は２０１０年１２月２３日出願、名称が「電解酸化物還元システム」、ＨＤＰ整理番号：８５６４−０００２２８／ＵＳ、ＧＥ整理番号：２４ＡＲ２４６１４０であって、その全体が参照として本明細書に援用される。

一般的に、電解精製システムは容器、複数の陰極アセンブリ、複数の陽極アセンブリ、電力系統、スクレーパー及び／又はコンベヤーシステムを含む。電力系統は米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ整理番号８５６４−０００２５４／ＵＳ、ＧＥ整理番号２４ＡＲ２５２７８３、本明細書と同日に出願された、「陰極電力分配システム及び電力分配のためにそのシステムを使用する方法」という名称の文献に記載されており、その全体が参照として本明細書に援用される。スクレーパーは米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ整理番号８５６４−０００２５５／ＵＳ、ＧＥ整理番号２４ＡＲ２５２７８７、本明細書と同日に出願された、「陰極スクレーパーシステム及びウラン除去のためにそのシステムを使用する方法」という名称の文献に記載されており、その全体が参照として本明細書に記載される。コンベヤーシステムは米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ整理番号８５６４−０００２６０／ＵＳ、ＧＥ整理番号２４ＡＲ２５６３５５、本明細書と同日に出願された、「電解精製システムのための連続回収システム」という名称の文献に記載されており、その全体が参照として本明細書に援用される。しかし、電解精製システムはこれに限定されず本明細書に特に記載されていない他の部品を含んでも良いことは理解されるべきである。更に、電解精製システム及び／又は電解酸化物還元システムは、コリウム及び使用済み核燃料安定化処理のための方法を行うのに使用される。この方法は米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ整理番号８５６４−０００２６２／ＵＳ、ＧＥ整理番号２４ＡＲ２５３１９３、ＭＭ／ＤＤ／ＹＹＹＹ付で出願された、「コリウム及び使用済み核燃料安定化処理のための方法」という名称の文献に記載されており、その全体が参照として本明細書に援用される。本明細書と同日に出願され援用された出願の表を以下に示す。

上述の通り、電解精製システムのための不純核供給材料は電解酸化物還元システムの金属製品であっても良い。電解酸化物還元システムが稼働する間、複数の陽極アセンブリ及び陰極アセンブリが溶融塩電解質に沈められる。電解酸化物還元システムの限定しない実施形態では、溶融塩電解質は塩化リチウム（ＬｉＣｌ）である。溶融塩電解質は約６５０℃（＋５０℃、−３０℃）の温度で維持される。電気化学的処理は、還元電位が酸化物供給材料（例えば金属酸化物）を含む陰極アセンブリで発生されるように行われる。還元電位の影響下で、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）は酸素イオンとして溶融塩電解質内に溶解し、それにより金属（Ｍ）を陰極アセンブリの後ろに残す。陰極反応は以下のようになる。
ＭＯ＋２ｅ^-→Ｍ＋Ｏ^2-
陽極アセンブリでは、酸素イオンは酸素気体に変換される。各陽極アセンブリの陽極の覆いは、処理の間、酸素気体を希薄にし、冷却し、及び電解酸化物還元システムから除去するために使用されても良い。陽極反応は以下のようになる。
Ｏ^2-→１／２Ｏ₂＋２ｅ^-
金属酸化物は二酸化ウラン（ＵＯ₂）でも良く、還元製品はウラン金属でも良い。しかし、他の種類の酸化物も電解酸化物還元システムを使用して対応する金属に還元されても良い。同様に、電解酸化物還元システムで使用される溶融塩電解質も特にこれに限定されず、還元される酸化物供給材料により変化しても良い。

電解酸化物還元の後、電解酸化物還元システムにおける金属製品を含むバスケットは本発明による電解精製システムに移送され、更に処理されて金属製品から精製金属を得る。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製品は本発明による電解精製システムの不純核供給材料の役割を果たす。特に、金属製品を含むバスケットは電解酸化物還元システムにおける陰極アセンブリであり、金属製品を含むバスケットは電解精製システムの陽極アセンブリである。従来技術の装置に比べ、本発明の電解精製システムは精製金属の大幅に高い産出量を可能にする。

図１は本発明の限定しない実施形態による電解精製システムの斜視図である。図２は本発明の限定しない実施形態による電解精製システムの断面斜視図である。図３は本発明の限定しない実施形態による電解精製システムの断面側面図である。図４は本発明の限定しない実施形態による電解精製システムの断面端面図である。

図１から図４を参照すると、電解精製システム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、電力系統、スクレーパー１１０及び／又はコンベヤーシステム１１２を含む。複数の陰極アセンブリ１０４のそれぞれは複数の陰極ロッド１０６を含む。電力系統は床構造１３４を延伸する電気フィードスルー１３２を含む。床構造１３４はグローブボックスのグローブボックスフロアである。又は、床構造１３４はホットセル施設の支持板であっても良い。コンベヤーシステム１１２は入口管、谷部１１６、回転アイドラー１２４、鎖、複数の段部１２６、出口管１１４及び／又は排出シュート１２８を含む。コンベヤーシステム１１２は図５に関連してより詳細に記載される。複数の陽極アセンブリ１０８は図６に関連してより詳細に記載される。複数の陰極アセンブリ１０４及び電力系統は図７に関連してより詳細に記載される。スクレーパー１１０は図８に関連してより詳細に記載される。

容器１０２は溶融塩電解質を維持するよう構成される。限定しない実施形態において、溶融塩電解質は塩化リチウム、塩化リチウム−塩化カリウム共晶又は他の適切な媒体である。容器１０２は、容器１０２の大部分が床構造１３４の下にあるように配置される。例えば、容器１０２の上部は床構造１３４の開口を通って床構造１３４の上に延伸する。床構造１３４の開口は容器１０２の寸法に一致する。容器１０２は複数の陰極アセンブリ１０４と複数の陽極アセンブリ１０８を収容するように構成される。

複数の陰極アセンブリ１０４は、容器１０２内に延伸して少なくとも一部が溶融塩電解質に沈められるよう構成される。例えば、複数の陰極アセンブリ１０４及び／又は容器１０２の寸法は、複数の陰極アセンブリ１０４の長さの大部分が容器１０２内の溶融塩電解質に沈められるよう調節される。陽極アセンブリ１０４のそれぞれは、同じ向きであり同じ平面内にあるよう配置される複数の陰極ロッド１０６を含む。

複数の陽極アセンブリ１０８は複数の陰極アセンブリ１０４と交互に配置され、その結果２つの陰極アセンブリ１０４が各陽極センブリ１０８の側面に位置する。複数の陰極アセンブリ１０４と陽極アセンブリ１０８は平行に配置されても良い。各陽極アセンブリ１０８は、不純ウラン供給物質を保持し、容器１０２に維持された溶融塩電解質に浸すよう構成される。複数の陽極アセンブリ１０８及び／又は容器１０２の寸法は、複数の陽極アセンブリ１０８の長さの大部分が容器１０２内の溶融塩電解質に沈められるように調節される。電解精製システム１００は図１から図４において１１個の陰極アセンブリ１０４と１０個の陽極アセンブリ１０８を有すると示されているが、本明細書の例としての実施形態はこれに限定されない。

電解精製システム１００において、電力系統は複数の陰極アセンブリ１０４と複数の陽極アセンブリ１０８に連結されている。電解精製システム１００が稼働する間、電力系統は複数の陽極アセンブリ１０８の不純ウラン供給材料を酸化させるのに適切な電圧を供給し、溶融塩電解質を通って移動し且つ精製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に堆積するウランイオンを形成するよう構成される。

精製ウランの除去を開始するため、スクレーパー１１０は、複数の陰極ロッド１０６の長さに沿って上下に移動して複数の陰極アセンブリ１０４の複数の陰極ロッド１０６に堆積した精製ウランを取り除くよう構成される。この擦り落としの結果、取り除かれた精製ウランは溶融塩電解質を通って容器１０２の底まで沈む。

コンベヤーシステム１１２は少なくともその一部が容器１０２の底部に配置されるよう構成される。例えば、コンベヤーシステム１１２の谷部１１６は容器１０２の底部に配置され、その結果複数の陰極ロッド１０６から移動した精製ウランが谷部１１６に蓄積する。コンベヤーシステム１１２は精製ウランを容器１０２から除去するため、谷部１１６に蓄積された精製ウランを、出口管１１４を通して移動させるよう構成される。

図５は本発明の限定しない実施形態による電解精製システムのコンベヤーシステムの斜視図である。図５を参照すると、コンベヤーシステム１１２は、入口管１１３、谷部１１６、回転アイドラー１２４、回転アイドラー１２４に係合した鎖、複数の段部１２６（図４）、出口管１１４及び／又は排出シュート１２８を含む。谷部１１６は複数の陰極アセンブリ１０４及び複数の陽極アセンブリ１０８の下にあるように容器１０２内に配置される。谷部１１６の大きさは、谷部１１６が容器１０２の底面の全て又はほぼ全てをカバーするように調節される。

例としての実施形態はこれに限定されないが、谷部１１６はＶ形の断面を有する。又は、谷部１１６はＵ型の断面を有していても良い。限定しない実施形態では、谷部１１６の上部はＶ形の断面を有し、一方谷部１１６の底部はＵ形又は半円形の断面を有する。尚、谷部１１６は容器１０２の底部に沿ってＵ形の進路を有しても良い。例えば、進路は入口管の出口開口から直線的に延伸し、容器１０２の反対の端部に相当する部分で湾曲し、出口管１１４の入口開口へ直線状に延伸して平面図においてＵ形となっても良い。

コンベヤーシステム１１２は、複数の陽極アセンブリ１０８により保持される不純ウラン供給材料の酸化の間、精製ウランを複数の陰極アセンブリ１０４に堆積する間、及び／又はスクレーパー１１０により精製ウランを除去する間に連続して稼働するように構成される。又は、コンベヤーシステム１１２は電解精製システム１００が稼働する間、間欠的に稼働するように構成されても良い。コンベヤーシステム１１２は鎖と鎖に固定された複数の段部１２６とを含む。鎖は容器１０２の底部に沿って出口管１１４を通って延伸するように構成される。鎖及び複数の段部１２６は、容器１０２に入り、そこから出て、再び入るという絶え間のない動きで係合する。例えば、鎖及び複数の段部１２６は入口管１１３を通って容器１０２に入り、容器１０２の底部で谷部１１６に画定されたＵ形の進路にそって移動し、出口管１１４を通して容器１０２から出て、入口管１１３を通して容器１０２に再び入る。

鎖に固定された複数の段部１２６は同じ方向に向けられる。例えば、複数の段部１２６は鎖に垂直に向けられる。電解精製システム１００が稼働する間、複数の段部１２６はスクレーパー１１０により除去された精製ウランを押し出して出口管１１４を通して排出シュート１２８へ運び、容器１０２から精製ウランを除去するよう構成される。

図６は本発明の限定しない実施形態による電解精製システムの陽極アセンブリの斜視図である。図６を参照すると、陽極アセンブリ１０８は不純核供給材料を保持し、容器１０２により維持された溶融塩電解質へ浸すように構成される。

陽極アセンブリ１０８は上部バスケットと、下部バスケットと、上部バスケット及び下部バスケット内に収容された陽極プレートを含む。組み立てられると、陽極プレートは上部バスケットの上端から下部バスケットの下端に延伸する。陽極プレートの側端は縁が作られており剛性を提供する。折り返しの曲げ部が陽極プレートの中央の下部に設けられ、更なる剛性を提供する。下部バスケットは４つの強度の高いリベットで上部バスケットに取り付けられる。上部バスケット又は下部バスケットの何れかが損傷した場合、リベットが取り外されて損傷したバスケットが取り替えられ、再びリベット留めされて稼働が継続される。

陽極バスケット（上部バスケット及び下部バスケットを含む）は陽極プレートに電気的に接続される。各陽極アセンブリ１０８は１つ以上の対（例えば２対）のナイフの刃の接触（例えば４つのナイフの刃の接触）に係合し、適切な電源から電力を受け取るように構成される。例えば、各陽極アセンブリ１０８は専用の電源から電力を受け取っても良い。又は、陽極アセンブリ１０８の全てが単一の専用電源から電力を受け取っても良い。陽極バスケットは、処理の間に融塩電解質を出し入れするのに十分開いているが、不純核供給材料を保持するのに十分細かい多孔金属プレートから形成される。

補強リブが陽極バスケット内に設けられ、歪みを減少又は防止する。垂直の補強リブが下部バスケットに設けられた場合、陽極プレートは、陽極プレートが陽極バスケットに挿入された時に補強リブの周りに隙間を形成する対応するスロットを有するであろう。例えば、２つの垂直な補強リブが下部バスケットに設けられれば、陽極プレートは２つの補強リブの周りに隙間を形成する２つの対応するスロットを有するであろう。尚、位置スペーサが陽極プレートの両面の中間部近くに設けられ、不純核供給材料を装填した際、陽極プレートが陽極バスケットの中央に確実に留まるようにする。位置スペーサはセラミックであり、垂直の向きである。更に、陽極プレートの両面の上部にジグザクスペーサを配置し、陽極アセンブリ１０８の上部に放射性及び導電性熱伝導のための熱断層を設ける。ジグザグスペーサはセラミックであり、垂直の向きである。陽極アセンブリ１０８は、端部に設けられたリフトつまみを有するリフトブラケットを含む。リフトつまみは電解精製システム１００のリフトシステム１３０（図９）と連動するように設計されている。

図７は本発明の限定しない実施形態による電解精製システムの複数の陰極アセンブリの斜視図である。図７を参照すると、複数の陰極アセンブリ１０４のそれぞれは陰極バスバーに連結された複数の陰極ロッド１０６を含む。複数の陰極アセンブリ１０４は共通のバスバー１１８に連結される。電解精製システム１００の容器１０２内に配置されると、複数の陰極アセンブリ１０４の陰極バスバーは互いに平行に且つ共通バスバー１１８に垂直に配置される。共通のバスバー１１８は電気フィードスルー１３２に連結される。

陰極ロッド１０６の上部及び下部は異なる材料で形成される。例えば、陰極ロッド１０６の上部はニッケル合金で形成され、陰極ロッド１０６の下部は鋼鉄で形成されるが、例としての実施形態はこれに限定されない。陰極ロッド１０６の下部は、電解精製システム１００が稼働する間、溶融塩電解質の水位より下に位置し、下部が取り替え、又は他の材料に変更できるように取り外し可能である。

陰極バスバーは熱膨張を減らすために分割され、陰極バスバーの各部分は銅で形成される。陰極バスバーの部分はスリップコネクタと結合される。尚、スリップコネクタは陰極ロッド１０６の上部に取り付けられ、陰極ロッド１０６が溶融塩電解質に落下しないことを確実にする。陰極アセンブリ１０４は上記の例の何れにも限定されない。むしろ、他の適切な構造及び材料が使用されても良いことが理解されるべきである。

陰極アセンブリ１０４が電解精製システム１００に沈められた時、陰極ロッド１０６は容器１０２の溶融塩電解質に延伸する。複数の陰極アセンブリ１０４がそれぞれ７つの陰極ロッド１０６を有すると示されるが、例としての実施形態はこれに限定されないことが理解されるべきである。よって、各陰極アセンブリ１０４は、十分な電流が電解精製システム１００に提供されれば、７個より少ない陰極ロッド１０６か、７個より多い陰極ロッド１０６を含んでも良い。

電解精製システム１００が稼働する間、陰極アセンブリ１０４は適切な温度に保たれる。適切な稼働温度を維持するため、陰極アセンブリ１０４は冷却ガスを供給する冷却管を含む。冷却ガスは陰極アセンブリの排気多岐管の両側に供給され、グローブボックス、ホットセル施設、又は冷却ガスが冷却されて再利用される他の適切な環境に排出される。冷却ガスは不活性ガス（例えばアルゴン）であっても良い。その結果、排気の温度は低くなる。

冷却ガスはグローブボックスの空気により提供される。限定しない実施形態において、グローブボックスの外の加圧ガスは使用されない。その様な場合、ガス供給はグローブボックスの中の送風機を使用して加圧可能である。ガス供給を作動させるための全てのモータ及び制御装置はアクセス及びメンテナンスを容易にするため、グローブボックスの外に配置される。

電解精製システム１００の電力系統は、複数の陰極アセンブリ１０４のための共通のバスバー１１８を含む。前に記載した通り、本明細書の開示に加え、電力系統は米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ整理番号８５６４−０００２５４／ＵＳ、ＧＥ整理番号２４ＡＲ２５２７８３の、本明細書と同日付で出願された、「陰極電力分配システム及び電力分配のためにそのシステムを使用する方法」という名称の文献に開示されているものであり、その全体が参照として本明細書に援用される。電力は電気フィードスルー１３２を介し、床構造１３４を通って共通のバスバー１１８に供給される。前に記載した通り、本明細書の開示に加え、電気フィードスルー１３２は米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ整理番号８５６４−０００２５３／ＵＳ、ＧＥ整理番号２４ＡＲ２５２７８２の、本明細書と同日付で出願された、「電解精製システムのためのバスバー電気フィードスルー」という名称の文献に開示されているものであり、その全体が参照として本明細書に援用される。

図８は本発明の限定しない実施形態による電解精製システムのスクレーパーの斜視図である。図８を参照すると、スクレーパー１１０は、スクレーパー１１０が電解精製システム１００に設置された時、複数の陰極アセンブリ１０４と係合するように構成されている。設置された時、複数の陰極アセンブリ１０４の複数の陰極ロッド１０６はスクレーパー１１０を通って延伸する。スクレーパー１１０は、電解精製システム１００が稼働する間、複数の陰極ロッド１０６の長さに沿って移動し、陰極ロッドに堆積した精製ウランを除去する。

スクレーパー１１０は複数の削りユニット１２０を含む。複数の削りユニット１２０のそれぞれは、複数の陰極アセンブリ１０４の複数の陰極ロッド１０６と係合するように構成される。例えば、複数の削りユニット１２０のそれぞれは対応する陰極ロッド１０６を収容するように構成された穴を有する。各陰極アセンブリ１０４に対応する複数の削りユニット１２０は共通枠１２２に連結される。スクレーパー１１０は１１個の共通枠１２２を有し、共通枠１２２のそれぞれは７個の削りユニット１２０を連結すると示されているが、例としての実施形態はこれに限定されない。共通枠１２２の数は陰極アセンブリ１０４の数に一致するよう必要に応じて調節されても良く、削りユニット１２０の数は陰極ロッド１０６の数に一致するよう必要に応じて調節されても良いことが理解されるべきである。

電解精製システム１００は更に複数の陰極ロッド１０６の長さに沿ってスクレーパー１１０を動かすよう構成されたねじ機構を有するが、例としての実施形態はこれに限定されない。他の適切な機構が、複数の陰極ロッド１０６の長さに沿ってスクレーパー１１０を上方及び下方に動かすために使用されても良いことが理解されるべきである。前に記載された通り、本明細書の開示に加え、スクレーパー１１０は米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、ＨＤＰ整理番号８５６４−０００２５５／ＵＳ、ＧＥ整理番号２４ＡＲ２５２７８７の、本明細書と同日に出願された、「陰極スクレーパーシステム及びウラン除去のためにそのシステムを使用する方法」という名称の文献に開示されているものであり、その全体が参照として本明細書に援用される。

図９は本発明の限定しない実施形態による持ち上げ位置のリフトシステムを有する電解精製システムの斜視図である。図９を参照すると、電解精製システム１００は更に、除去されない複数の陽極アセンブリ１０８の１つ以上を定位置に留まらせたまま、除去される複数の陽極アセンブリ１０８の何れかの組み合わせを同時に持ち上げることを容易にするため、複数の陽極アセンブリ１０８の何れかの組み合わせと選択的に係合するよう構成されたリフトシステム１３０を含む。

リフトシステム１３０は電解精製システム１００の長さ方向に沿って配置される１対のリフト梁を含む。リフト梁は平行に配置される。シャフト及び機械的アクチュエータがリフト梁の各端部に結合している。リフトシステム１３０は係合し、複数の陽極アセンブリ１０８の全てを持ち上げるものとして示されるが、複数の陽極アセンブリ１０８の一部のみが持ち上げられ、複数の陽極アセンブリ１０８の何れかの組み合わせが電解精製システム１００の容器１０２に留まっても良いと理解すべきである。よって、陽極アセンブリ１０８の全てが同時にリフトシステム１３０と共に除去されるか、又は１つの陽極アセンブリ１０８のみが除去されても良い。尚、図９は電解精製システム１００が１０個の陽極アセンブリ１０８と１１個の陰極アセンブリ１０４を有すると示すが、例としての実施形態はこれに限定されない。その理由は電解精製システム１００の標準寸法設計はより多くの、又はより少ない陽極アセンブリ１０８と陰極アセンブリ１０４の使用を許可するためである。

リフトシステム１３０の２つの平行なリフト梁は、複数の陽極アセンブリ１０８と複数の陰極アセンブリ１０４が交互に配置された方向に沿って延伸する。複数の陽極アセンブリ１０８と複数の陰極アセンブリ１０４は２つの平行なリフト梁の間に配置される。２つの平行なリフト梁は水平方向に延伸する。リフトシステム１３０のシャフトは各リフト梁の両端部の下に固定される。例えば、シャフトは各リフト梁の両端部に垂直に固定される。リフトシステム１３０の機械的アクチュエータは、シャフトを介して２つの平行なリフト梁を垂直方向に駆動するよう構成される。機械的アクチュエータは２つの平行なリフト梁の各端部の下に設けられる。

シャフトは、密封スライド軸受により床構造１３４を通って延伸する。密封スライド軸受は２つの軸受スリーブと２つのグランドシールを含む。軸受スリーブは高分子量のポリエチレンから作製される。２つのグランドシールの間の空間は、水柱１．５から３インチ正圧（最大のグローブボックス空気を水柱１．５インチ負圧と仮定する）のポートを使用して不活性ガス（例えばアルゴン）により加圧される。グランドシールは、グローブボックス空気を危険にさらすことなく取り換えられるよう設計されている。外部の水冷フランジは、床構造１３４の温度を許容できる温度に限定しながら、密封シールを維持するために床構造１３４へ容器１０２を連結する。

リフトシステム１３０は各リフト梁の長さ方向に沿って分散した複数のリフトカップを含む。電解精製システム１００が１０個の陽極アセンブリ１０８を有すると仮定すると（例としての実施形態はこれに限定されないが）、各陽極アセンブリ１０８に２つのリフトカップを設けるよう、１０個のリフトカップが各リフト梁に配置される。リフトカップは平行なリフト梁の内側面に配置される。リフトカップは端部が外側に広がったＵ形である。しかし、リフトカップはこれに限定されず、代わりに陽極アセンブリ１０８のリフトピンを係合するのに適切な他の形状及び形式（例えばフック）を含むことを意図することが理解されるべきである。

各リフトカップにはソレノイドが設けられているが、例としての実施形態はこれに限定されない。各ソレノイドはリフト梁の対向する外側面に取り付けられ、対応するリフトカップを駆動（例えば回転）させるように構成される。各リフトカップにソレノイドを設けることにより、各リフトカップは独立して駆動される。しかし、リフトカップ（形状及び形式が異なる）は陽極アセンブリ１０８のリフトピンと係合するため異なる方法で稼働しても良いことが理解されるべきである。例えば、回転する代わりに、リフトカップは陽極アセンブリ１０８のリフトピンと係合／離脱する目的で延伸／後退のため延伸するよう構成されても良い。

リフトカップは各リフト梁に沿って配置され、その結果１対のリフトカップが複数の陽極アセンブリ１０８のそれぞれと結合する。「対」は一方のリフト梁からのリフトカップ及び他方のリフト梁からの対応するリフトカップを指す。リフトカップは各リフト梁に沿って間隔を有し、その結果１対のリフトカップが電解精製システム１００の各陽極アセンブリ１０８の側端から突出するリフトつまみと一直線に並ぶ。リフトカップは対応するリフトつまみと垂直に並んでも良い。リフトカップのそれぞれの対は回転可能であり、対応する陽極アセンブリ１０８の側端から突出するリフトつまみの下に位置するよう構成される。又は、リフトカップはリフトつまみの上に位置するよう回転しても良い。１対のリフトカップが対応する陽極アセンブリ１０８のリフトつまみの上に位置する場合、リフト梁を持ち上げた時、その陽極アセンブリ１０８に対してリフトは発生しない。

リフトシステム１３０は、電解精製システム１００の稼働又はメンテナンスの間に使用される。例えば電解精製処理の後、現存する陽極アセンブリ１０８の一群はリフトシステム１３０を使用して電解精製システム１００から除去され、新たな陽極アセンブリ１０８の一群が処理される。持ち上げた位置で、陽極アセンブリ１０８の一部は容器１０２のカバーの下に留まり、除去の用意が整うまで熱ブロックとして作用する。

電解精製処理の間、リフトカップは反転して陽極アセンブリ１０８の上に位置しても良い。１つ以上の陽極アセンブリ１０８が除去される時、リフト梁は下降し、リフト梁のリフトカップはソレノイドにより回転して除去される陽極アセンブリ１０８のリフトつまみの下に位置する。次に、機械的アクチュエータがシャフトを垂直方向の上方に駆動し、それにより平行なリフト梁を関連する陽極アセンブリ１０８と共に持ち上げる。持ち上げた位置の間、電気的閉塞がリフトカップをリフト梁が完全に下降するまで作動しないようにする。この特徴は、持ち上げ位置の間、陽極アセンブリ１０８が離脱しないことを確実にする。現存する陽極アセンブリ１０８の一群が取り出され不純核供給材料を含む新たな陽極アセンブリ１０８の一群と交換されると、不純核供給材料を有する陽極アセンブリ１０８はリフトシステム１３０を介して電解精製システム１００の容器１０２の溶融塩電解質に沈められる。

又は、陽極アセンブリ１０８は電解精製システム１００から除去され、検査、修理、部品の交換、又は通常陽極アセンブリ１０８に占拠される容器１０２の部分にアクセス可能としても良い。リフト処理は上述のようであっても良い。関連するメンテナンス又は他の活動が行われた後、陽極アセンブリ１０８はリフトシステム１３０を介して電解精製システム１００の容器１０２の溶融塩電解質に沈められる。図９は、リフトシステム１３０が持ち上げ位置にある時、陽極アセンブリ１０８の全てが同時に除去されると示すが、リフトシステム１３０は、陽極アセンブリ１０８が隣接している又は隣接していなくても、１つから全ての陽極アセンブリ１０８のどれでも除去可能に構成されると理解されるべきである。望ましい陽極アセンブリ１０８が持ち上げ位置にあると、それらのリフトシステム１３０からの除去はグローブボックス又はホットセル施設内の他の機構（例えばクレーン）により達成可能である。

本発明の限定しない実施形態による電解精製の方法は適切な供給材料を上述の電解精製システムを使用して電気分解により処理することを含む。その結果、この方法は使用済み核燃料を再利用又は金属（例えばウラン）を規格外金属酸化物（例えば二酸化ウラン）から回収するのに使用されても良い。

多数の例としての実施形態が本明細書で開示されてきたが、他の変形も可能であることが理解されるべきである。その様な変形は本開示の精神及び範囲からの逸脱と見なされるべきではなく、当業者にとって自明であると思われるその様な修正の全ては以下の請求項の範囲に含まれることを意図する。

１００ 電解精製システム
１０２ 容器
１０４ 陰極アセンブリ
１０８ 陽極アセンブリ
１１０ スクレーパー
１１２ コンベヤーシステム
１１３ 入口管
１１４ 出口管
１１６ 谷部
１２４ 回転アイドラー
１２６ 段部
１２８ 排出シュート
１３２ フィードスルー
１３４ 床構造

Claims (18)

1. 電解精製システムであって、
   第１面に底床を有し、溶融塩電解質を維持するよう構成された容器と、
   前記溶融塩電解質に少なくとも部分的に沈められるよう前記容器に延伸するよう構成された複数の陰極アセンブリであって、各陰極アセンブリは同じ向きであり同一の第２面内にあるよう配置される複数の陰極ロッドを含む、複数の陰極アセンブリと、
   前記複数の陰極アセンブリと交互に配置される複数の陽極アセンブリであって、その結果２つの陰極アセンブリが各陽極アセンブリの側面に位置し、各陽極アセンブリは不純ウラン供給材料を保持し前記溶融塩電解質に沈めるよう構成される、複数の陽極アセンブリと、
   前記複数の陰極アセンブリ及び前記複数の陽極アセンブリと連結され、前記不純ウラン供給材料を酸化させるのに適切な電圧を供給し、前記溶融塩電解質を通って移動し且つ前記複数の陰極ロッドに精製ウランとして堆積するウランイオンを形成するよう構成される電力系統と、
   前記複数の陰極ロッドに堆積した前記精製ウランを除去するように構成されたスクレーパーと、
   前記スクレーパーにより除去された前記精製ウランを前記容器から取り除くよう構成されたコンベヤーシステムと、
   を備え、
   前記コンベヤーシステムは、入口管と、前記第１面と平行の第３面にある谷部と、出口管と、排出シュートと、複数の段部が固定された鎖とを備え、
   前記出口管を通して前記スクレーパーにより除去された前記精製ウランを前記排出シュートに移送するために、前記複数の段部が固定された鎖は、前記入口管を通して容器に入り、前記谷部により画定されたＵ形の進路に沿って移動し、前記出口管を通して前記容器から出て、前記入口管を通して前記容器に再び入るという絶え間のない動きで係合するように構成され、
   前記Ｕ形の進路は、前記進路を前記第３面に対して垂直な視点からみるとＵ形である、
   電解精製システム。
2. 前記谷部は、前記容器の前記底部に配置される、請求項１に記載の電解精製システム。
3. 前記谷部は、前記複数の陰極アセンブリ及び前記複数の陽極アセンブリの下に位置する、請求項１または２に記載の電解精製システム。
4. 前記谷部は、Ｖ形の断面を有する、請求項１から３のいずれかに記載の電解精製システム。
5. 前記Ｕ形の進路は、前記入口管から前記出口管まで延在する、請求項１から４のいずれかに記載の電解精製システム。
6. 前記複数の陰極アセンブリ及び前記複数の陽極アセンブリは平行に配置される、請求項１から５のいずれかに記載の電解精製システム。
7. 前記電力系統は、前記複数の陰極アセンブリのための共通のバスバーを含む、請求項１から６のいずれかに記載の電解精製システム。
8. 前記スクレーパーは、前記スクレーパーが前記複数の陰極ロッドの長さに沿って移動する時、前記複数の陰極ロッドが前記スクレーパーを通って延伸するよう前記複数の陰極アセンブリと係合するようになされている、請求項１から７のいずれかに記載の電解精製システム。
9. 前記スクレーパーは複数の削りユニットを含み、前記複数の削りユニットのそれぞれは前記複数の陰極ロッドのそれぞれと係合するように構成され、各陰極アセンブリに対応する前記複数の削りユニットは共通の枠に連結される、請求項８に記載の電解精製システム。
10. 前記複数の陰極ロッドの長さに沿って前記スクレーパーを動かすよう構成されたねじ機構を備える、請求項８または９に記載の電解精製システム。
11. 前記コンベヤーシステムは、前記複数の陽極アセンブリに保持された前記不純ウラン供給材料の酸化の間、前記精製ウランを前記複数の陰極アセンブリに堆積させる間、及び前記スクレーパーにより前記精製ウランを除去する間、連続して又は間欠的に稼働するように構成される、請求項１から１０のいずれかに記載の電解精製システム。
12. 前記複数の段部が固定された鎖は、前記入口管を通り、前記Ｕ形の進路に沿って、前記出口管を通る連続的な環を形成する、請求項１から１１のいずれかに記載の電解精製システム。
13. 前記複数の段部は同じ方向に向けられている、請求項１から１２のいずれかに記載の電解精製システム。
14. 前記複数の段部は，前記鎖に垂直に向けられている、請求項１から１３のいずれかに記載の電解精製システム。
15. 除去されない１つ以上の前記複数の陽極アセンブリを定位置に留まらせたまま、除去される前記複数の陽極アセンブリの何れかの組み合わせを同時に持ち上げることを容易にするため、前記複数の陽極アセンブリの何れかの組み合わせと選択的に係合するよう構成されたリフトシステムを備える、請求項１から１４のいずれかに記載の電解精製システム。
16. 前記入口管および前記出口管は、前記谷部の同一端から上方に延びる、請求項１から１５のいずれかに記載の電解精製システム。
17. 前記Ｕ形の進路は、前記入口管の出口開口から直線的に延伸し、前記入口管から前記容器の反対の端部に相当する部分で湾曲し、前記出口管の入口開口へ直線状に延伸する、請求項１から１６のいずれかに記載の電解精製システム。
18. 前記谷部は、Ｕ形の窪みを前記Ｕ形の進路として画定する、請求項１から１７のいずれかに記載の電解精製システム。