초록 ▼

연구의 목적 및 내용
파이로 전해정련 및 전해제련 공정에서 사용되는 LiCl-KCl 용융염 및 1족 양이온의 이온반경에 따른 다양한 고온 용융염 시스템에서 전기화학과 분광학이 결합된 측정 방법을 도입하여 실시간으로 악틴족(U) 및 란탄족 원소들의 화학 거동(산화수, 화학종, 농도) 평가 및 열역학 데이터(산화/환원전위, 확산계수, 형식전위, 교환전류밀도) 도출
▪ 분광분석(UV/Vis 흡수분광법, 시간분해 레이저 형광분광법(TRLFS))을 이용한 란탄족 원소들의 산화수, 화학종, 농도 분석
▪ 전기화학과 분광학이 결

연구의 목적 및 내용
파이로 전해정련 및 전해제련 공정에서 사용되는 LiCl-KCl 용융염 및 1족 양이온의 이온반경에 따른 다양한 고온 용융염 시스템에서 전기화학과 분광학이 결합된 측정 방법을 도입하여 실시간으로 악틴족(U) 및 란탄족 원소들의 화학 거동(산화수, 화학종, 농도) 평가 및 열역학 데이터(산화/환원전위, 확산계수, 형식전위, 교환전류밀도) 도출
▪ 분광분석(UV/Vis 흡수분광법, 시간분해 레이저 형광분광법(TRLFS))을 이용한 란탄족 원소들의 산화수, 화학종, 농도 분석
▪ 전기화학과 분광학이 결합된 측정 방법을 처음으로 적용하여 실시간으로 원소들의 화학 거동 평가, 산화/환원전위, 확산계수, 형식전위 도출
▪ 임피던스 및 Tafel plot 측정을 통한 교환전류밀도 도출

연구결과
▪ 흡수분광 및 형광분광법을 이용한 고온 LiCl-KCl 용융염 내 란탄족 원소들의 화학거동평가
- 흡수분광 및 형광분광특성 데이터베이스 구축
- Dy(III), Eu(III), Tb(III)의 정량분석, 산화환원분석 및 구조분석
▪ 전기화학과 분광학이 결합된 측정 방법을 도입하여 Nd(III), Eu(III)의 산화환원 거동 평가
▪ 양이온 이온반경에 따른 Tb(III)의 분광특성 분석을 통한 고온 LiCl-KCl 용융염 내 화학구조 안정성 평가 결과 양이온 반경이 작아질수록 구조안정성이 낮아짐을 확인
▪ 고온 LiCl-KCl 용융염 내 Tb(III)-Ln(III) 이성분계에서 에너지교환메커니즘을 분석 하여 측정조건 내에서 TbCl₆^3-, LnCl₆^3- 단일종으로 존재함을 확인. 또한 Förster 이론을 도입해 Förster 거리(R₀) 및 이온간의 거리 도출
▪ U, Zr, 란탄족 원소들의 확산계수 및 형식전위도출.
▪ La, Ce의 교환전류밀도 도출. 온도와 농도에 선형적인 관계 도출함.

연구결과의 활용계획
▪ 실제 파이로 전해정련 및 전해제련 공정 기술의 성능평가 및 전체 파이로 건식처리공정 물질수지흐름 평가에 중요한 기초/기반 데이터로 활용
▪ 분광법을 이용한 고온 용융염 내 악틴족 및 란탄족 원소의 정성ㆍ정량분석 결과는 실제 파이로 건식처리공정 환경인 다성분계에서 특정원소의 실시간 모니터링에 활용
▪ 파이로 건식처리분야를 비롯하여 분광학 및 전기화학분야의 고급전문연구 인력양성
▪ 파이로 건식처리기술은 다른 산업폐기물로부터 귀금속을 재자원화 하는 기술에도 활용

Abstract ▼

Purpose & contents
In-situ analysis of chemical behaviors and derivation of thermodynamic data of actinide(U) and lanthanide elements in chloride molten salts using spectroscopic techniques in combination with electrochemical analytical systems such as cyclic voltammetry(CV), chronopotentiometry(

Purpose & contents
In-situ analysis of chemical behaviors and derivation of thermodynamic data of actinide(U) and lanthanide elements in chloride molten salts using spectroscopic techniques in combination with electrochemical analytical systems such as cyclic voltammetry(CV), chronopotentiometry(CP), and impedance spectroscopy.
▪ Analysis of redox properties, chemical speciation, and concentrations of actinide and lanthanide elements using spectroscopic techniques (UV/Vis absorption, TRLFS)
▪ In-situ monitoring of chemical behaviors, redox potentials, diffusion coefficients, and formal standard potentials using laser spectroscopic techniques in combination with electrochemical analyses such as CV and CP
▪ Derivation of exchange current density by using Tafel plot and impedance spectroscopy

Result
▪ In-situ analysis of chemical behaviors in molten LiCl-KCl eutectic by using absorption and TRLFS
- Establishing a database of absorption and fluorescence spectroscopic properties
- Quantitative, redox, and structural analysis of Dy(III), Eu(III), and Tb(III)
▪ In-situ monitoring of redox behaviors of Nd(III) and Eu(III) using laser spectroscopic techniques in combination with electrochemical analyses
▪ Verification of lower structural stability of LnCl₆^3- at smaller cationic radius of solvent from the results of spectroscopic analysis of Tb(III) at various cationic radius conditions
▪ Identification of a single species, such as LnCl₆^3- in Tb(III)-Ln(III) (Ln=Nd, Sm) under the experimental conditions according to the resonance energy transfer mechanism and the evaluation of Förster distance and the distance between metal ions using the Förster theory
▪ Derivation of diffusion coefficients and formal standard potentials of U, Zr, and Ln in molten LiCl-KCl eutectic
▪ Derivation of exchange current densities of La and Ce.
▪ Obtaining a linear relationship of exchange current density of Ce with temperatures and concentrations

Expected Contribution
▪ Thermodynamic data and chemical properties are applicable for performance evaluation at actual scale of electrorefining and electrowinning process in pyroprocessing as fundamental input data
▪ Spectroscopic properties obtained from qualitative and quantitative analysis of actinide and lanthanide elements are useful for in-situ monitoring of specific elements in multi-componental pyroprocessing conditions
▪ Development of highly qualified human resources in the field of pyroprocess, spectroscopy, and electrochemistry will be promoted
▪ Pyroprocessing technology can be also applied for recycling of novel precious metals present in industrial wastes

목차 Contents

• 핵심연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
• 목 차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
• 4. 목표달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 60
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 70
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 71
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 73
• 8. 참고문헌 ... 73
• 9. 연구성과 ... 76
• 10. 기타사항 ... 78
• 끝페이지 ... 85