Zirconium(Zr) nuclear fuel cladding tubes are made using a three-time pilgering and annealing process. In order to remove the oxidized layer and impurities on the surface of the tube, a pickling process is required. Zr is dissolved in HF and HNO3 mixed acid during the process and pickling waste acid, including dissolved Zr, is totally discarded after being neutralized. In this study, the waste acid was recycled by adding BaF2, which reacted with the Zr ion involved in the waste acid; Ba2ZrF8 was subsequently precipitated due to its low solubility in water. It is very difficult to extract zirconium from the as-recovered Ba2ZrF8 because its melting temperature is 1031 oC. Hence, we tried to recover Zr using an electrowinning process with a low temperature molten salt compound that was fabricated by adding ZrF4 to Ba2ZrF8 to decrease the melting point. Change of the Zr redox potential was observed using cyclic voltammetry; the voltage change of the cell was observed by polarization and chronopotentiometry. The structure of the electrodeposited Zr was analyzed and the electrodeposition characteristics were also evaluated.

The production of nuclear fuel cladding tube is expected to increase with the nuclear power plant expansion. Zirconium(Zr) scrap that is generated during manufacturing is also expected to increase. Zr electrorefining experiment was carried out in the fluoride salt of LiF-KF-ZrF4 using multiple electrode for scale up and improving throughput Zr electrorefiner development. The Zr reduction peak observed at -0.8 V(vs.Ni). Polarization behavior showed that the amount of applied current increases because of decreasing cell resistance as the number of cathode increases. Experimental results showed the highest recovery rate about 98% at lowest current density of 25.64 mA/cm2 using 6 electrodes. XRD and TG analysis result show that pure Zr was recovered 99.92% and ICP analysis shows that lower impurity content than conventional impurity content of the Anode(97.8%). Electrorefining consumes energy about 7.15 kWh/kg less than 39.7% compared to the Kroll process using 6 electrode width of 20 mm and height of 65 mm. Because of increasing cell efficiency and recovery rate, using multiple cathode is determined as an efficient technique for scale up electrorefining Zr scrap.

A study on the corrosion behavior of Inconel alloys and Incoloy 800H in molten salt of LiCl-Li2O was investigated at 650˚C for 24-312 hours in an oxidation atmosphere. The order of the corrosion rate was Inconel 600< Inconel 601< Incoloy 800H< Inconel 690. Inconel 600 showed the best performance suggesting that the content of Fe, Cr and Ni are the important factor for corrosion resistance in hot molten salt oxidation conditions. The corrosion products of Inconel 600 and Inconel 601 were Cr2O3 and NiFe2O4, In case of Inconel 690, a single layer of Cr2O3 was formed in the early stage of corrosion and an outer layer of NiFe2O4 and inner layer of Cr2O3 were formed with an increase of corrosion time. In the case of Incoloy 800H, Cr2O3 and FeCr2O4 were observed. Most of the outer scale of the alloys was observed to be spalled from the results of the SEM analysis and the unspalled scale which adhered to the substrate was composed of three layers. The outer layer, the middle one, and the inner one were Fe, Cr, and Ni-rich, respectively. Inconel 600 showed localized corrosion behavior and Inconel 601, 690 and Incoloy 800H showed uniform corrosion behavior. Ni improves the corrosion resistance and too much Cr and/or Fe content deteriorates the corrosion resistance.

The electrolytic reduction of a spent oxide fuel involves liberation of the oxygen in a molten LiCl electrolyte, which is a chemically aggressive environment that is too crosive for typical structural materials. Therefore, it is essential to choose the optimum material for the process equipment for handling a molten salt. In this study, the corrosion behavior of pyro-carbon made by CVD was investigated in a molten LiCl-Li2O salt under an oxidation atmosphere at 650˚C and 750˚C for 72 hours. Pyro-carbon showed no chemical reactions with the molten salt because of its low wettability between pyro-carbon and the molten salt. As a result of XRD analysis, pyro-carbon exposed to the molten salt showed pure graphite after corrosion tests. As a result of TGA, whereas the coated layer by CVD showed high anti-oxidation, the non-coated layer showed relatively low anti-oxidation. The stable phases in the reactions were C(S), Li2CO3(S), LiCl(l), Li2O at 650˚C and C(S), LiCl(l), Li2O(S) at 750˚C. Li2CO(S) was decomposed at 750˚C into Li2O(S) and CO2(g).

Li2O-LiCl 용융염을 이용한 전해환원기술은 사용후핵연료로부터 우라늄 금속을 회수하기 위해 연구되고 있다. 이 전해환원기술에서는 Li2O가 촉매로 이용되기 때문에 그 농도를 유지하는 것은 매우 중요한 운전인자이다. ZrO2는 피복관의 주성분이 Zr이기 때문에 사용후핵연료에 불가피하게 함유되며, 본 연구에서는 Li2O를 촉매로 이용하는 전해환원공정에서 ZrO2의 거동을 살펴보았다. Li2O와 ZrO2의 화학반응과 전해환원공정 중에서의 생성물을 분석한 결과, Li2ZrO3와 Li4ZrO4가 주요하게 관찰되었고, 이는 Li2O의 손실을 가져오는 원인이 된다. 즉, ZrO2는 Li2O를 소모하는 역할을 하며, 반응생성물은 전기화학적으로 안정하기 때문에 Li2O의 손실이 불가피하게 된다.

본 연구에서는 LiCI-KCl/Cd계의 전해제련 공정을 대상으로 악티늄 및 희토류족 원소들의 전해이동을 모텔링하고 해석하였다. 이 공정에서 용융염 전해질과 액체 카드륨 음극간의 확산 경계층 계면에서 확산제한 전기화학반웅 및 물질수지를 고려한 단순화된 통적모댐을 수립하였다 제안된 모델링 접근방법은 옴극에서 일어나는 금속엽의 반쪽 전 지 환원반용에 기초릎 둔 모델이다 이 모탤올 사용하여 정전류 전해공정에서 주어진 인가전류 조건을 만족하는 시간까지의 전해 이 동과 연계된 농도거동， 각 원소의 패러데이 전류 그리고 시간 함수의 전기화학 전위를 예측하는 가놓성을 보여주었다 선택된 5성분 원소(U ， Pu, Am, La, Nd) 계의 결과를 예비 모사하여 전산모댈이 전기화학적 특성을 이해하고 개선된 전해 제련로를 개발하기 위한 정보를 제공할 수 있는가를 평가하였다.

본 연구는 사용 후 핵연료의 금속전환 공정에서 발생되는 폐용융염을 고형화하는 방법으로 실리카 함유 무기물을 이용하여 폐용융염을 열적, 수화학적 안정한 화합물로 전환하는 방법을 제안하였다. 실리카 함유 무기물(SAP)은 일반적인 sol-gel process로 합성되었으며, 및 로 구성된다. 제조된 SAP을 에서 폐용융염과 반응시켜 각 금속염화물에 대한 반응특성 및 열안정성을 조사하고, PCT 침출시험법을 이용하여 수화학적 안정성을 평가하였다. LiCl은 와 로, CsCl는 CS-aluminosilicate와 로, 는 로, 는 로 전환되었다. 9시간 동안 반응시킨 후, 금속염화물의 전환율은 였으며, 까지 열감량은 1wt%이하로 TGA(Thermo Gravimetric Analysis)로 확인하였다. Cs 및 Sr의 침출속도는 로 매우 높은 내침출특성을 나타내었다. 이상의 결과로부터, SAP으로 명명된 안정화제(stabilizer)는 금속염화물로 구성된 폐용융염에 대해 매우 효과적인 것으로 판단된다. SAP을 이용한 폐용융염의 고화처리방법은 후속적인 안정성의 검증과정을 통하여 폐용융염의 최종처분부피를 최소화할 수 있는 대안적인 고화방법으로 고려될 수 있을 것으로 기대 된다.

본 연구는 사용 후 핵연료의 금속전환 공정에서 발생되는 폐용융염을 고형화하는 방법으로 GRSS(Gel-Route Slabilization/Solidifcation)개념을 이용한 전처 리법을 제안하였다. Sodium silicate와 H3p04로 구성된 물질계에서는 SiO에 의해 형성되는 반응모듈 내에서 휘발성 핵종은 열적으로 안정한 화합물로 전환된다. 얻어진 생성물은 붕규산 유리매질과의 반응을 통하여 Li는 LiPO 형태로 유지되며 Cs 및 Sr은 유리매질내에 포용될 수 있다. 또한 sodium silicate, HPO 및 ZrCl로 이루어진 물질계를 이용하여 내구성이 우수한 WZP 세라믹 고화매질을 합성하였다. 이상에서 NZP구조가 형성되며, Cs가 Li보다 우선하여 NZP구조를 형성하였다. 이상의 결과로부터, GRSS를 이용한 폐용융염의 전처리는 단순한 공정과 열적 안정성을 통하여 검증된 고화매질로 고형화가 가능토록하는 유효한 접근법이라 할 수 있으며, 수화학적 안정성의 검증을 통하여 ANL의 제올라이트를 이용한 고화법에 대한 대안이 될 것으로 기대된다.

한국원자력 연구소에서 추진하고 있는 사용후핵연료 관리 이용 기술개발의 경제성과 환경친화성을 증진시키기 위해서 리튬회수 기술을 개발하고 관련 검증실험을 수행하였다. 본 기술은 1) 환원전극과 결합된 비전도성 다공성 마그네시아 용기를 이용한 용융염상에서의 산화리튬 전해, 2) 마그네시아 용기를 용융염 액위 이상으로 상승시켜, 용기 내에 회수된 리튬의 용융염으로부터의 분리, 3) 회수된 리튬의 진공 사이펀을 사용한 별도 저장조로의 이송이라는 3단계의 결합으로 특징지어 진다. 개발된 기술에 의하여 염화리튬-산화리튬 용융염으로부터 95% 이상의 수율로 리튬을 반연속적으로 회수할 수 있었다.

본 연구에서는 고온의 LiCl-LlO 용융염계에서 우라늄 산화물의 금속전환과 LiO의 전해반응이 동시에 진행되는 통합 반응 메카니즘을 기초로 한 전기화학적 금속전환기술을 제안하였다. 본 실험에서는 전기화학적 환원반응에 의해 생성된 Li 금속이온이 음극에 전착과 동시에 우라늄 산화물과 반응하여 금속전환율 99 % 이상의 우라늄 감속을 생성하는 통합 반응 메카니즘을 확인할 수 있었다. 또한 전기화학적 금속전환기술의 공정 적용성 평가 일환으로 우라늄 산화물의 금속전환성, 반응 메카니즘 규명, LiO의 closed recycle rate 및 물질전달 특성 등의 기초 데이터를 확보하였다 향후 전기화학적 금속전환기술은 LiCl-Li 용융염계의 금속전환공정의 반응조건 제한성 해소, 금속전환율 향상 및 공정의 단순화 등의 기술성과 경제성 향상 측면에서 획기적인 방안으로 고려될 수 있을 것으로 판단된다.