파이로프로세싱의 전해환원공정에서 생산된 금속전환체의 조성은 전해정련공정 운전의 중요한 운전변수인 용융염 중 UCl3 의 농도변화에 영향을 미친다. 따라서, 본 연구에서는 금속전환체에 함유된 TRU와 RE 원소의 함량 및 금속전환체에 동반 되어 전해정련 전해조에 유입될 수 있는 Li2O 농도가 전해정련 전해조의 UCl3 농도 변화에 미치는 영향을 검토하였다. 금속 전환체의 TRU 원소와 RE 원소의 농도만을 고려하였을 때 전해정련 운전 batch 수 증가에 따라 UCl3 농도가 감소하였다. 전 해정련 1 campaign(20 batch)를 운전하기 위해서는 UCl3를 3회 이상 추가 보충해야 함을 알 수 있었다. 한편, 금속전환체에 동반되어 전해정련 전해조에 유입되는 Li2O의 유입량 증가에 따라 UCl3 농도 감소의 영향이 크게 나타났으며, 이에 따라 운전 가능 batch 수가 급격히 감소하게 되어 전해정련 운전에 중요한 운전 변수임을 보여주었다. 이러한 결과는 전해정련 운전 중 UCl3 농도 유지를 위해 금속전환체에 포함된 TRU 및 RE 원소뿐만 아니라 금속전환체에 동반되어 유입될 가능성이 있는 Li2O의 영향도 고려하여 전해정련 운전모드를 설정하여야 함을 보여주었다.

시멘트는 천연의 석회석, 점토, 규석, 철광석 등에서 함유된 CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3등을 원료로 하여 제조되는 물질로서 사회기반 구축에 중요한 역할을 하고 있다. 그러나 전 세계는 산업 발전과 더불어 천연자원의 고갈 및 폐기물 처리 등의 환경적 문제가 대두됨에 따라 시멘트의 품질개선, 제조 공정의 높은 온도, 석회석원료의 중화작용에 우수한 특성을 가진 각종 폐기물 및 산업부산물을 시멘트 제조용 대체원료와 연료, 첨가제로 사용하고 있다. 이러한 부산물이 포함된 시멘트의 6가 크롬은 석회석 뿐 아니라 대체원료인 소각재, 폐주물사, 하수슬러지 등에도 포함되어 있어 환경에 미치는 영향을 검토하는 것이 환경보존과 인간건강을 유지하는 측면에서 매우 중요하다. 환경부는 2007년 시멘트 소성로 환경관리 개선계획을 수립하여 시행하고 있으며, 국립환경과학원에서는 매월 1회 국내 시멘트 제품 11종, 일본시멘트 제품 1종 시료를 채취하여 시멘트 제품 중 중금속의 유해성을 모니터링하고 그 결과를 공개하고 있다. 본 연구는 2012년 1월부터 2012년 12월까지의 국내외 시멘트 제품 12종에 대하여 6가 크롬(Cr6+)의 함량농도를 비교하고 전환율을 산정하였다. 6가 크롬은 KS L 5221법에 따라 시료를 분석하였으며, UV/Vis Spectrophotometer(Bio-Tek, USA)을 이용하여 흡광도 값에 따른 농도를 계산하였다. 실험의 재현성을 위해 3반복 측정하였으며, 농도는 평균값으로 나타내었다. 2012년 국내외 시멘트 12종의 6가 크롬 함량을 월별(1월∼12월)로 조사한 결과, 자율협약기준(20 mg/kg)으로 관리하는 6가 크롬은 0.10 ~ 19.30(평균값 8.33)으로 DY(S)와 LFS(O)에서 가장 높게 나타났고 총크롬(T-Cr)은 13.51 ~ 52.04(평균값 43.91)으로 HD(D)와 HY(D)에서 높은 농도값을 나타냈으며, 값 또한 상이한 것으로 조사되었다. 국내 시멘트 업체의 크롬 전환율은 20 ~ 30%로 조사되었으며 일본 17%, 미국 8%보다 높은 것으로 조사되었다. 이는 수용성 6가 크롬을 형성하는데 기여하는 Na2O, K2O 성분의 함량이 국내 시멘트 원료에 많기 때문이며, 또한 시멘트 제조 기술의 처리에도 영향이 있는 것으로 판단된다. 조사기간 동안 6가 크롬의 함량은 시멘트 제조사 모두 자율협약기준 미만으로 조사된 바, 자율협약기준을 준수하는 것으로 나타났다. 또한 6가지 중금속 대부분이 평균값보다 높은 농도를 나타내고 있어 지속적인 모니터링이 필요하며 향후 중금속 함량 기준에 대한 실태파악과 기준설정에 기초자료로 사용될 것으로 기대된다.

상용원자로에서 발생하는 산화물 사용후핵연료의 부피감용과 재활용을 위하여 산화물을 금속으로 환원시 키는 공정에 대한 연구가 수행되어 왔다. 다양한 환원법 중에서, 한국원자력연구원은 LiCl-Li2O 용융염을 반 응매질로 사용하는 전해환원공정을 현재 개발 중이다. 파이로 공정의 전단부에 해당하는 전해환원 공정은 PWR 산화물 연료 주기를 소듐냉각 고속로의 금속연료 주기에 연결시켜 준다. 이 논문은 금속전환 공정을 개 발/개선하고, 용량 증대를 수행한 한국원자력연구원의 노력을 요약한다.

사용후핵연료 금속전환체의 저장 안정성을 높이기 위해 금속전환체의 주성분인 금속우라늄과 산화 안정화물질로 알려져 있는 Nb을 첨가하여 모의 금속전환체 합금을 제작하였다. 모의 금속전환체 합금을 온도구간에서 순수 산소분위기로 산화시험을 수행하고 무게증가를 열중량 분석기(TGA)로 측정하였다. 산화 실험결과 U-Nb 모의 금속전환체는 순수 금속우라늄에 비하여 상당한 산화 저항성을 가졌다. U-Nb 합금의 경우 Nb의 함량 에 따라 각각 온도가 일 경우에는 1.61, 7.78, 11.76, 20.14배 , 에서 1.45, 5.98, 10.08, 11.15배, 에서 1.33, 4.82, 8.87, 6.84배 순수 금속우라늄에 비해 산화저항성이 향상되는 것으로 나타났다. 또한 Nb 합금에 대한 활성화에너지는 kcal/mol 로 나타났다.