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.

전해제련 공정은 수용액 전해조에 전극을 담그고 일정한 전류 혹은 전압을 가하여 수용액 속의 이온을 금속으로 추출하는 공정으로, 제조 경비 중 전력비 비중이 높은 대표적인 에너지 다소비산업이다. 대표적 전해제련 생산품인 아연은 최근 국제가격 하향안정화 추세로 국내기업의 글로벌 시장경쟁력 악화가 예상되며 이에 따른 가격 경쟁력 확보 필요성이 증가되고 있다. 아연 가격 경쟁력 확보를 위하여 아연 생산원가의 24~26%(400~440천원/톤)에 해당하는 전력비용 절감 가능한 기술 개발이 시급하며, 이는 에너지 절감 및 온실가스 저감 문제 대응이 동시에 가능하다. 따라서, 본 연구에서는 아연제련 시 과다한 전력비용과 단수명이 문제 되는 1세대 양극(Pb 전극)의 단점을 해결할 뿐만 아니라 전극 및 전기화학 시스템을 개발 적용하여 소비전력을 절감 할 수 있는 방안을 모색하였다.

온실 효과로 인한 지구온난화 현상은 전세계적으로 문제가 되고 있고, 온실효과를 일으키는 주원인은 온실가스이다. 온실 가스는 에너지 분야에서 가장 많이 배출되며, 2014년 기준 배출량의 86.8%를 차지한다. 배출 국가 온실가스 감축 의무부담에 관한 대응을 위해 에너지 사용 절감에 대한 전략이 동반되어 짐으로서, 에너지 절감 기술 및 소재 개발이 필요시 되었다. 국내 에너지 다소비 산업의 하나인 전해제련 공정 또한 여기서 벗어나지 못한다. 전해제련 공정은 수용액 전해조에 전극을 담그고 일정한 전류 혹은 전압을 가하여 수용액 속의 이온을 금속으로 석출하는 공정으로, 제조경비 중 전력비 비중이 높은 대표적인 에너지 다소비산업이다. 대표적 전해제련 생산품인 아연(Zn)은 최근 국제가격 하향안정화 추세로 국내기업의 글로벌 시장경쟁력 악화가 예상되며 이에 따른 가격 경쟁력 확보 필요성이 증가하였다. 본 연구에서는 Ir-Ta-Sn-Pd/Ti 전극을 이용해 아연 전해제련 시 사용되는 Pb 전극과 비교 하였고, 전류 밀도 500A/m2 조건에서 전위차 변화를 통해 전력소비 감소량을 예측하였다. 또한 아연 회수량 및 전극 표면 부식성 또한 관찰하여 Pb 전극 대체 효과를 확인하였다.

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.

전해제련 공정은 악티늄족 원소를 동시에 회수하는 공정으로써, Pyroprocessing의 핵확산 저항성을 보장 하는 중요한 공정이다. 공학규모의 전해제련 장치를 설계하기 위한 기본 도구를 개발하기 위해서 실험실 규 모의 장치에 대한 열전달 해석을 수행하였다. 열전달 해석을 수치 해석적으로 계산하기 위해 ANSYS CXF 상 용 코드를 사용하였다. 열전달 해석 결과, 가열부의 길이가 수직으로 용융염의 높이보다 약 3배 이상이 되었 을 때, 용융염의 온도를 일정하게 유지할 수 있었으며, 냉각부의 길이는 그 영향이 미비하였다. 전해조 덮개아래의 아르곤 가스의 온도는 냉각 판의 개수에 따라 감소하였으며, 5개 이상 설치 할 경우 250 ℃ 이하로 유 지할 수 있음을 보였다. 이러한 계산 결과는 실제 실험 장치에서 측정된 장치 내부 온도 분포와 경향성이 일 치하는 것을 볼 수 있었다. 본 연구에서 해석된 전해제련 장치의 열 분포 특성은 공학규모 장치의 설계를 위 해 중요한 자료로 사용 될 수 있을 것이다.