폐 피복관 처리를 위한 염소계-불소계 혼합용융염 내 지르코늄 전해정련공정에서 삼불화알루미늄의 효과 연구

• 영문명: Effect of AlF3 on Zr Electrorefining Process in Chloride-Fluoride Mixed Salts for the Treatment of Cladding Hull Wastes
• 발행기관: 한국방사성폐기물학회
• 저자명: 이창화 강덕윤 이성재 이종현
• 간행물 정보: 『Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology (JNFCWT)』Vol.17 No.2, 127~137쪽, 전체 11쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2019.06.30

국문 초록

삼불화알루미늄(AlF3)이 포함된 염화물-불화물 혼합 용융염에서 ZIRLO 튜브를 이용한 지르코늄 전해정련공정을 실증하였다. 순환 전압전류실험 결과, AlF3의 농도가 증가함에 따라 금속환원의 개시 전위가 일정하게 증가하고 지르코늄-알루미늄 합금형성과 관련된 추가적인 peak의 크기가 점차 증가하는 것으로 나타났다. 전류조절 전착법과 달리, −1.2 V의 일정전위에서 수행한 지르코늄 전해정련에서 방사형 판 구조의 지르코늄 성장이 염의 상단 표면에서 확연하게 나타났으며, 전착물 지름의 크기는 AlF3의 농도에 따라 점차 증가하는 것으로 나타났다. 주사전자현미경(SEM)과 에너지 분산 X선 분광기(EDX)와 X선 광전자 분광기(XPS)를 이용하여 판 구조의 지르코늄 전착물을 분석한 결과, 극미량의 알루미늄이 지르코늄-알루미늄 합금 형태로 존재하며, 전착물의 상단과 하단 간에 서로 다른 화학성분구조를 갖는 것으로 나타났다. AlF3의 첨가는 전착물 내 잔류염 양을 줄이고, 지르코늄 회수를 위한 전류효율을 향상시키는 데 효과적인 것으로 나타났다.

영문 초록

Zr electrorefining is demonstrated herein using Zirlo tubes in a chloride-fluoride mixed molten salt in the presence of AlF3. Cyclic voltammetry reveals a monotonic shift in the onset of metal reduction kinetics towards positive potential and an increase in intensity of the additional peaks associated with Zr-Al alloy formation with increasing AlF3 concentration. Unlike the galvanostatic deposition mode, a radial plate-type Zr growth is evident at the top surface of the salt during Zr electrorefining at a constant potential of −1.2 V. The diameter of the plate-type Zr deposit gradually increases with increasing AlF3 concentration. Scanning electron microscopy–energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses for the plate-type Zr deposit show that trace amount of Al is incorporated as Zr-Al alloys with different chemical compositions between the top and bottom surface of the deposit. Addition of AlF3 is effective in lowering the residual salt content in the deposit and in improving the current efficiency for Zr recovery.

키워드

지르코늄 회수 전해정련 피복관 용융염 지르코늄-알루미늄 합금 Zirconium recovery Electrorefining Cladding hull Molten salt Zr-Al alloys