earticle

영어

Electrowinning process in pyroprocessing recovers U (uranium) and TRU (Trans Uranium) elements simultaneously from spent fuels using a liquid cadmium cathode (LCC). When the solubility limit of U deposits over 2.35wt% in Cd, U dendrites were formed on the LCC surface during the electrodeposition at 500℃. Due to the high surface area of dendritic U, the deposits were not submerged into the liquid cadmium pool but grow out of the LCC crucible. Since the U dendrites act as a solid cathode, it prevents the co-deposition of U and TRUs. In this study, the electrodeposition of U onto a LCC was carried out at 440 and 500℃ to compare the morphology and component of U deposits. The U deposits at 440℃ have a specific shape and were stacked regularly at the center of the LCC pool, while the U dendrites (i.e., α- phase) at 500℃ were grow out of the LCC crucible. Through the microscopic observation and XRD analysis, the electrodeposits at 440℃, which have a round shape, were identified as an intermetallic compound such as UCd11. It can be concluded that the LCC electrowinning operation at 440℃ achieves the co-recovery of U and TRU without the formation of U dendrites.

한국어

파이로프로세싱에서 전해제련은 액체카드뮴음극(liquid cadmium cathode, LCC)을 이용하여 우라늄과 초우라늄원소(TRU)를 동시에 회수하는 공정이다. 액체카드뮴음극의 표면에 전착된 우라늄이 카드뮴 중의 우라늄 용해도(2.35wt%)를 초과하여 전착되면, 표면적이 큰 수지상 우라늄을 형성하여 액체카드뮴 내부로 가라앉지 않고 이 수지상 우라늄 자체가 고체전극으로 작용한다. 따라서 본 연구에서는 Cd-U 상태도를 바탕으로 α상 우라늄(수지상 우라늄)이 안정하게 존재하는 500℃와 카드뮴과 우라늄간 금속간 화합물(intermetallic compound)이 형성되는 440℃의 두 가지의 온도 조건에서 전착실험을 하였다. 440℃에서 정전류법으로 전착한 경우, 우라늄은 수지상이 아닌 알갱이 형태로 전착되었고 액체카드뮴음극의 도가니 밖으로 자라나지 않은 채 카드뮴 풀 중앙을 중심으로 일정하게 적층되었다. XRD 분석을 통해 이러한 전착물이 UCd11이라는 금속간 화합물이라는 것을 알 수 있었다. UCd11은 카드뮴보다 비중이 커서 전착 중에 액체카드뮴 내부로 침전되므로 교반기를 사용하지 않고도 우라늄과 초우라늄원소를 동시에 회수할 수 있을 것으로 판단된다.