Study of the Electrolytic Reduction of Uranium Oxide in LiCl-Li$_{2}$O Molten Salts with an Integrated Cathode Assembly

The electrolytic reduction of uranium oxide in a LiCl-Li$_{2}$O molten salt system has been studied in a 10 g U$_{3}$O$_{8}$ /batch-scale experimental apparatus with an integrated cathode assembly at 650$^{\circ}C$. The integrated cathode assembly consists of an electric conductor, the uranium oxide to be reduced and the membrane for loading the uranium oxide. From the cyclic voltammograms for the LiCl-3 wt$\%$ Li$_{2}$O system and the U$_{3}$O$_{8}$-LiCl-3 wt$\%$ Li$_{2}$O system according to the materials of the membrane in the cathode assembly, the mechanisms of the predominant reduction reactions in the electrolytic reactor cell were to be understood; direct and indirect electrolytic reduction of uranium oxide. Direct and indirect electrolytic reductions have been performed with the integrated cathode assembly. Using the 325-mesh stainless steel screen the uranium oxide failed to be reduced to uranium metal by a direct and indirect electrolytic reduction because of a low current efficiency and with the porous magnesia membrane the uranium oxide was reduced successfully to uranium metal by an indirect electrolytic reduction because of a high current efficiency.

650$^{\circ}C$의 LiCl-Li$_{2}$O 용융염계에서 10 g U$_{3}$O$_{8}$/batch 규모의 장치를 이용해서 우라늄산화물의 전해환원 특성에 대한 평가를 수행하였다. 일체형 음극은 고체전극, 우라늄산화물과 우라늄산화물을 담아주는 다공성 용기(멤브레인)로 구성된다. 멤브레인 재료로는 325-mesh 스테인레스강막과 다공성 마그네시아 도가니를 사용하였다. 일체형 음극의 재질에 따른 LiCl-3 wt$\%$ Li$_{2}$O계와 U$_{3}$O$_{8}$-LiCl-3 wt$\%$ Li$_{2}$O계의 순환 전압측정법 결과로부터 전해환원 반웅 메커니즘을 규명하였다. 일체형 음극의 재질에 따른 우라늄산화물의 직접 및 간접 전해환원에 대한 실험을 수행하였다. 그 결과, 325-mesh스테인레스강막을 사용하여 직접 및 간접 전해환원으로 금속전환을 수행하였을 때 낮은 전류효율로 인해 우라늄산화물을 금속우라늄으로 환원시키지 못했으며, 마그네시아 다공성 도가니를 사용하여 간접 전해환원으로 금속전환을 수행하였을 때는 높은 전류효율로 인해 우라늄산화물을 금속우라늄으로 환원시킬 수 있었다