Eun-Young Choi*, Jeong Lee, Min Ku Jeon, Sang-Kwon Lee, Sung-Wook Kim,
Sang-Chae Jeon, Ju Ho Lee, and Jin-Mok Hur최은영*·이정·전민구·이상권·김성욱·전상채·이주호·허진목
Korea Atomic Energy Research Institute, Daedoek-daero 989-111, Yuseong-gu, Daejeon, 305-353, Republic of Korea한국원자력연구원, 대전광역시 유성구 대덕대로 989-111
사용후핵연료 재활용을 위한 파이로프로세싱의 전해환원 공정에서는 Li2O-LiCl 용융염을 전해질
로 사용하며 금속산화물 형태의 사용후핵연료를 음극, 백금을 양극으로 사용하여 금속전환체를 제
조한다. 따라서, 음극에서는 금속산화물이 금속으로 전환되는 환원반응으로 인해 산소 이온이 생성
되고, 양극에서는 그 산소이온이 산소 가스가 되는 산화반응이 발생한다. 650oC의 운전 온도에서
발생하는 양극의 산소 가스로 인한 금속 재질 장치의 부식을 막기 위해 양극을 둘러싸는 슈라우
드(shroud)를 사용해 산소 가스를 포집하여 전해질로의 확산을 막는 동시에 장치 외부로 배출되도
록 한다. 기존에는 슈라우드 자체의 부식과 산소 가스의 염 내 확산을 방지하기 위하여 세라믹을
사용하였으나 비다공성 재질로 인해 산소 이온의 백금 표면으로의 이동 경로를 제한하여 공정의
속도를 좌우하는 전류 크기를 낮춘다는 문제점이 있었다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 스테인레
스 스틸 mesh로 구성된 다공성 슈라우드의 사용이 수 그램 규모 실험을 통해 제안된 바 있다. 본
연구에서는 킬로그램 규모의 우라늄산화물 전해환원 운전을 통해 다공성 슈라우드의 안정성을 확인
하고자 하였다. 음극의 우라늄산화물로는 크기 1~4 mm, 밀도 10.30~10.41 g/cm3의 파쇄 펠렛 1 kg
이 사용되었으며, 백금 전극과 다공성 슈라우드가 포함된 양극 모듈을 사용하였다. 전해환원 종료
후 음극에서 우라늄 금속이 성공적으로 얻어졌으며, 백금 양극 및 다공성 슈라우드도 손상 없이 안
정하게 사용되었다. 650oC에서의 LiCl의 점도와 동일한 물과 에틸렌글리콜의 혼합물에서 산소 가스
를 주입하여 확인 결과 산소 버블이 다공성 슈라우드 외부로 유출되는 것은 관찰되지 않았다.
Keyword : electrolytic reduction, molten salt, uranium oxide, anode shroud