• 방사성폐기물학회지
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• 제8권1호
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• pp.9-17
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• 2010

액체카드뮴음극(LCC, Liquid Cadmium Cathode)을 사용하여 우라늄과 TRU (TRans Uranium) 원소를 동시에 회수하는 전해제련공정에서 LCC 표면에서 성장하는 수지상(dendrite) 우라늄의 생성 및 성장을 억제하기 위한 LCC 구조는 개발은 전해제련공정의 핵심이다. 금속 수지상의 생성과 성장 현상을 관찰하기 위해 상온에서 실험이 가능하며 육안관찰이 가능한 Zn-Ga 계의 모의실험장치를 제작하였으며 갈륨 계면에서의 수지상 아연의 성장 현상과 기존의 교반기형과 파운더형 LCC 구조의 성능을 관찰하였다. 이러한 금속 수지상은 전해용액 내에서 그 기계적 강도가 약한 것으로 보여 여러 가지 음극 구조에 의해 쉽게 파쇄 되지만 액체금속으로 쉽게 가라앉지는 않았다. 모의 실험결과를 바탕으로, LCC 구조개발에 활용할 수 있는 실험실 규모의 액체음극 전해제련 실험 장치를 제작하였으며, 수지상 우라늄의 성장 억제를 위한 여러 가지 형태의 LCC 구조의 성능 시험을 수행하였다. 교반기형 LCC 구조의 실험결과 LCC 도가니 내벽에서 성장하는 수지상 우라늄을 효과적으로 파쇄하지 못하였으며, 일자형과 harrow형 LCC 구조의 성능은 유사하였다. 이에 따라 LCC 표면과 도가니 내벽에서 성장하는 수지상 우라늄을 LCC 도가니 바닥으로 침전시키기 위하여 mesh형 LCC 구조를 개발하였다. 이의 성능실험결과 수지상 우라늄의 성장 없이 약 5 wt%까지의 우라늄을 회수할 수 있었다. 실험 종료 후 LCC 바닥 침전물을 화학 분석한 결과 금속간화합물(UCd11)이 형성되었음을 확인할 수 있었다.

• 공업화학
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• 제10권8호
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• pp.1119-1123
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• 1999

본 연구는 용융염계에서 우라늄금속의 건식전해정련공정을 개발하기 위해서 수행되었다. 금속우라늄과 $CdCl_2$와의 반응은 약 3시간이 소요되었으며, 모든 전해전달실험에서 우라늄금속 석출물들은 음극표면에서 성장한 수지상으로 얻어졌다. 수지상의 형태는 부가전압에 따라 변화되었으며, 전류효율은 전류밀도가 증가함에 따라 감소하였다. 반응시간이 6시간 경과된 후에 석출속도는 변화하지 않았으며, 전류밀도가 $100{\sim}150mA/cm^2$이고 교반속도가 약 75 rpm일 때 최대석출속도를 얻었다. 또한, 전류효율은 음극에 있는 나선형 홈의 피치가 작을수록 증가되었다.

• 한국방사성폐기물학회:학술대회논문집
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• 한국방사성폐기물학회 2004년도 학술논문집
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• pp.319-329
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• 2004

The electrorefining experiments with an anode composed of U, Y, Gd, Nd and Ce (or U, Gd, Dy and Ce) were carried out in the KC1-LiCl eutectic melt at $500^{\circ}C$, Uranium was the major component in the cathode deposits at the high initial uranium concentration, and the separation factors of the uranium with respect to the rare earths (REs) were calculated according to the applied voltage and the uranium concentration in the molten salt. The current efficiency was inversely in proportion to the applied voltage in the range of 1.0 V to 1, 9 V (vs. STS304L). The dependency of the applied voltage on the current efficiency as well as the deposition rate was discussed in terms of the microstructural feature and crystal structure of the deposit.

• 한국원자력학회:학술대회논문집
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• 한국원자력학회 1995년도 춘계학술발표회논문집(2)
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• pp.603-608
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• 1995

핵연료 성능과 uranium loading 향상을 위하여 제조한 $U_3$Si ribbon은 초정 $U_3$S $i_2$와 uranium solid solution으로 이루어져 있으며, 잘 발달된 dendrite 조직을 이루고 있다. 또한 grain size는 종전 ingot 제조방법에 비하여 약 1/20 정도로 미세하다. $700^{\circ}C$와 80$0^{\circ}C$에서 열처리한 $U_3$Si grain 내 twinning 현상은 이 온도구간에서 ordering 변태가 일어나는 것을 나타내며, TEM electron diffraction pattern 분석결과 twin은 {011}$_{fct}$ twin Plane을 따라 일어나는 것을 확인하였다.다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제42권2호
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• pp.131-144
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• 2010

The Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) has been developing pyroprocessing technology for recycling useful resources from spent fuel since 1997. The process includes pretreatment, electroreduction, electrorefining, electrowinning, and a waste salt treatment system. This paper briefly addresses unit processes and related innovative technologies. As for the electroreduction step, a stainless steel mesh basket was applied for adaption of granules of uranium oxide. This basket was designed for ready handling and transfer of feed material. A graphite cathode was used for the continuous collection of uranium dendrite in the electrorefining system. This enhances the throughput of the electrorefiner. A particular mesh type stirrer was designed to inhibit uranium spill-over at the liquid Cd crucible. A residual actinide recovery system was also tested to recover TRU tracer. In order to reduce the waste volume, a crystallization method is employed for Cs and Sr removal. Experiments on the unit processes were tested successfully, and based on the results, engineering-scale equipment has been designed for the PRIDE (PyRoprocess Integrated inactive DEmonstration facility).

• 방사성폐기물학회지
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• 제7권2호
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• pp.125-131
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• 2009

건식공정에서 우라늄 수지상의 성장을 억제하는데 사용할 교반기를 개발하기 위하여, 수용액계로 된 모의시험 장치(아연 양극 - 갈륨 음극)에서 자체 제작한 여러 가지 교반기의 성능을 평가하였다. 교반기를 사용하지 않았을 경우에는 전착 후 1 시간 내에 액체음극 표면에서 아연이 수지상으로 성장되기 시작하여 6 시간 정도면 수지상 중의 일부가 도가니 바깥으로 자라게 되었다. 사각형 또는 경사형 교반기로 액체음극을 40${\sim}$150 rpm으로 교반하면 8 시간까지 아연이 수지상으로 성장되는 것을 억제할 수 있었으나, 회전수가 150 rpm으로 증가하면 전착물 중의 일부가 음극 도가니 바깥으로 흘러넘치게 되었다. 해로우형 교반기는 40 rpm에서는 수지상 성장을 억제하지 못하였으나, 100 rpm 이상에서는 수지상으로 전착되는 것을 억제할 수 있었고, 또한 아연 전착물이 150 rpm에서도 도가니 바깥으로 흘러넘치지 않았다. 파운더 교반기는 수지상의 성장을 어느 정도 억제할 수 있었으나 전위가 불규칙하게 변화되고 운전 장치가 복잡한 것이 단점으로 나타났다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제5권1호
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• pp.1-7
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• 2007

흑연음극을 이용하여 LiCl-KCl공융염내에서 금속우라늄의 전해정련을 수행하였다. Uraniurn-Graphite Intercalation Compound(U-GIC)의 형성에 의하여 우라늄 전착물의 sell-scraping이 일어나며 전해정련에서 stripping과정을 생략함으로서 전해효율을 높일 수 있다. 우라늄 전착물내의 희토류 원소 오염은 무시할 만 하였으나 약 300ppm정도의 탄소가 오염되어 있는 것으로 관찰되었다. 탄소 오염은 이트륨을 이용한 정제공정 등을 거칠 경우 제거 가능하리라 사료된다. 회수된 우라늄 전착물의 조직 특성을 분석하였으며, 스틸 음극에 의해 회수된 전착물과 비교하였다. 이 결과는 초기 실험결과 이며 보다 심층적 연구를 통하여 사용 후 금속핵연료의 전해정련 개념을 개선시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제11권3호
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• pp.199-206
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• 2013

파이로프로세싱에서 전해제련은 액체카드뮴음극(liquid cadmium cathode, LCC)을 이용하여 우라늄과 초우라늄원소(TRU)를 동시에 회수하는 공정이다. 액체카드뮴음극의 표면에 전착된 우라늄이 카드뮴 중의 우라늄 용해도(2.35wt%)를 초과하여 전착되면, 표면적이 큰 수지상 우라늄을 형성하여 액체카드뮴 내부로 가라앉지 않고 이 수지상 우라늄 자체가 고체전극으로 작용한다. 따라서 본 연구에서는 Cd-U 상태도를 바탕으로 ${\alpha}$상 우라늄(수지상 우라늄)이 안정하게 존재하는 $500^{\circ}C$와 카드뮴과 우라늄간 금속간 화합물(intermetallic compound)이 형성되는 $440^{\circ}C$의 두 가지의 온도 조건에서 전착실험을 하였다. $440^{\circ}C$에서 정전류법으로 전착한 경우, 우라늄은 수지상이 아닌 알갱이 형태로 전착되었고 액체카드뮴음극의 도가니 밖으로 자라나지 않은 채 카드뮴 풀 중앙을 중심으로 일정하게 적층되었다. XRD 분석을 통해 이러한 전착물이 $UCd_{11}$이라는 금속간 화합물이라는 것을 알 수 있었다. $UCd_{11}$은 카드뮴보다 비중이 커서 전착 중에 액체카드뮴 내부로 침전되므로 교반기를 사용하지 않고도 우라늄과 초우라늄원소를 동시에 회수할 수 있을 것으로 판단된다.