불화물계 용융염을 이용한 지르코늄 스크랩의 다중전극 전해정련 거동

• 영문명: Electrorefining Behavior of Zirconium Scrap with Multiple Cathode in Fluoride-Based Molten Salt
• 발행기관: 한국방사성폐기물학회
• 저자명: 박동재 김승현 박경태 문종한 이혁희 이종현
• 간행물 정보: 『Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology (JNFCWT)』Vol.13 No.1, 11~19쪽, 전체 9쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2015.03.31

국문 초록

원자력발전소 증설에 따라 핵연료 피복관의 생산량이 증가 할 것으로 예상되며, 튜브 제조 시 발생되는 지르코늄(Zr) 스크랩역시 증가 할 것으로 판단된다. 지르코늄(Zr) 정련기 대용량화와 회수율 향상을 위한 사전 연구로서 LiF-KF-ZrF4 불화물의 염에서 다전극을 이용하여 전해정련실험을 실시하였다. LiF-KF-ZrF4염에서는 -0.8 V(vs.Ni)에서 환원전위가 관찰되었으며, 분극 거동 관찰 결과 전극의 개수가 증가할수록 셀의 저항이 낮아져 인가전류량이 증가하였다. 6개의 다 전극을 이용하여 정련 실험을 한 결과 가장 낮은 전류밀도인 25.64 ㎃/㎠조건에서 98%의 회수율로 가장 높은 회수율은 보였다. XRD 및 TG 분석 결과 순수한 Zr이 회수되었으며, ICP 분석결과 양극재의 기본 불순물 함량을 포함한 순도 97.8% 보다 낮은 불순물의 함량을 포함한 순도 99.92%의 Zr을 나타내었다. 폭 20 mm 높이 65 mm의 전극 6개를 사용시 전력소모율은 7.15 kWh/Kg으로 크롤 공정대비 39.7% 전력을 소모하게 된다. 다 전극 사용 시 단일 전극 사용에 비해 인가전류와 셀 효율 및 회수율 증대로 대용량화를 위한 효율적인 기술로 판단된다.

영문 초록

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 inthe 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 currentincreases because of decreasing cell resistance as the number of cathode increases. Experimental results showed the highestrecovery rate about 98% at lowest current density of 25.64 mA/cm2 using 6 electrodes. XRD and TG analysis result showthat pure Zr was recovered 99.92% and ICP analysis shows that lower impurity content than conventional impurity contentof the Anode(97.8%). Electrorefining consumes energy about 7.15 kWh/kg less than 39.7% compared to the Kroll processusing 6 electrode width of 20 mm and height of 65 mm. Because of increasing cell efficiency and recovery rate, using multiplecathode is determined as an efficient technique for scale up electrorefining Zr scrap.

키워드

지르코늄 LiF-KF-ZrF4 다전극 회수율 전해정련 Zirconium Multiple cathode Electrorefining Throughput LiF-KF-ZrF4