일반기술

고온용융염계전해환원에의한고부가가치금속분말생산기술

(1)단순 추출 공정과 같은 전통적인 금속 생산 방법보다 높은 수율과 high throughput에서의 높은 에너지 효율을 갖는 새로운 기술의 모색이 다각도로 이루어지고 있으나 세계적으로 대체 기술 개발은 아직 완성되지 않은 상태이다. (2) 강전해질인 용융염계에서는 높은 전류밀도 및 생산 속도로 전해반응이 이루어질 수 있다. 또한 전기화학적으로 안정한 용융염의 특성에 따라 넓은 전압범위에서 대상물질의 전해환원 반응이 가능하며, 용융염계 용해특성을 이용하여 화합물 형태 또는 불순물과 혼합되어 있는 고부가가치 금속 성분으로부터 고순도 물질 제조가 가능한 장점이 있다. 따라서 고순도 금속분말을 고온 용융염계에서의 전해환원에 의해 생산하고자 하는 노력들이 최근 주목을 받고 있다. (3) 그런데 고온 용융염계 전해환원 공정개발에는 전기전도도, 비열, 밀도 등 용융염에 관한 기초 물성 자료와 대용량 전해반응 시스템 구축, 고온 용융염에 안정한 내부식 장치 재료의 선정/개발, 고온 용융염의 선정/취급/이송, 물질전달 특성평가 등에 대한 광범위한 지식축적 및 경험이 요구된다. (4) 한국원자력연구소에서는 산화물 형태 사용후핵연료를 금속 형태로 전환하여 사용후핵연료의 부피, 방사능, 발열량 등을 1/4로 감축하기 위한 사용후핵연료 차세대관리 공정개발을 수행하고 있으며, 금속전환의 방법으로 650 ℃ LiCl-Li2O 용융염계에서 금속산화물의 금속으로의 환원과 Li2O의 전해반응이 함께 진행되는 전해환원 기술을 개발하였다. 현재 20 kgMetal/batch 규모 전해시스템 구축까지 진행된 한국원자력연구소의 전해환원 기술은 금속산화물로부터의 고부가가치 금속제조 분야에 직접 활용이 가능하며, 특히 공정의 단순화, 높은 금속전환율, 금속 환원제의 recycle 등으로 경제적 측면에서 장점을 가질 것으로 기대된다.(1) 다공성 용기가 결합된 일체형 환원전극 시스템에 기인한 높은 분말 회수율 (2) 환원제의 in-situ 생산 및 recycle에 의한 경제성 제고 (3) 고수율 및 고전류밀도에 의한 생산성 향상