Pyroprocessing has been developed for recycling spent nuclear fuel as non-proliferation way. Pyroprocessing consists of three major steps that are head-end process, electrochemical process, and waste treatment process. In electrochemical process, electrochemical reduction is an important step because it supplies a feed material for electrorefining process. In the electrochemical reduction process, oxide was reduced to metal. If unreduced oxides are delivered to the next electrorefining step, unreduced oxides react with uranium metal, and uranium oxide is formed. Uranium oxide is insoluble in LiCl-KCl. Therefore, additional process is needed to recover uranium. In the common electrochemical reduction process, the reduction yields of rare earth oxides are 30-40%. To increase the reduction yields of rare earth oxides, several researches have been conducted. However, rare earth oxides still cannot be reduced fully. In this study, electrochemical reduction of $CeO_2$ and $Nd_2O_3$ in molten LiCl-$CaCl_2$ eutectic salt, which are the major rare earth oxides, was investigated by constant voltage electrolysis. Compared to common LiCl molten salt, reduction yields of Ce and Nd are three times higher in LiCl-$CaCl_2$ eutectic molten salt. It is due to the decrease of reoxidation rate, indirect reduction by deposited calcium metal and reducing environment of molten LiCl-$CaCl_2$ eutectic salt on the basis of thermodynamic and electrochemical data.
파이로프로세싱은 핵비확산적인 방법으로 사용후핵연료를 재활용하기위해 개발되었다. 파이로프로세싱은 크게 전처리 공정, 전기화학적 공정, 폐기물 처리 공정으로 나뉜다. 전기화학적 공정 중 하나인 전해환원 공정은 금속 산화물을 금속으로 환원시켜 전해정련에 필요한 금속물질을 제공하는 역할을 한다. 만약 금속산화물이 모두 환원되지 않고 전해정련 공정으로 넘어가게 되면, 우라늄과 반응하여 전해정련 공정의 전해질에 용해되지 않는 우라늄 산화물이 생성되고 이를 회수하기 위해 추가적인 공정이 필요하게 된다. 일반적인 전해환원공정에서 희토류 원소들의 환원율이 30-40%로 가장 낮다. 희토류 원소들의 환원율을 높이기 위해 다양한 연구들이 진행되었지만 희토류 원소들은 여전히 완전히 환원되지 않고 일부 산화물로 존재하게 된다. 본 연구에서는, LiCl-$CaCl_2$ 공융염 내에서 희토류의 주요 원소인 $CeO_2-Nd_2O_3$의 전해환원 거동과 반응메커니즘에 대해 수행하였다. 전해환원에서 가장 많이 쓰는 용융염인 LiCl과 비교했을 때, 세륨과 네오디뮴의 환원율이 3배 이상 증가했다. 이는 열역학적 / 전기화학적 데이터로 밝혀진 재산화율의 감소, 전착된 칼슘 금속에 의한 간접 환원, 그리고 LiCl-$CaCl_2$ 공융염이 가지고 있는 환원에 유리한 환경 때문인 것으로 보인다.
