지르코늄의 제련과 리사이클링
Smelting and Recycling of Zirconium
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초록
지르코늄(Zr)은 원자력 등 첨단산업에 필수적인 핵심금속이며, 프랑스, 미국, 러시아, 중국, 인도에서만 생산하고 있다. 본 논문에서는이러한 Zr의 생산량, 용도, 제련 및 리사이클링 기술에 관하여 고찰하였다. Zr의 전 세계 연간 생산량은 약 6,000 톤에 불과하며, 약 80 % 이상은 원자력용으로 사용되고 있다. Zr 제련법은 지르콘의 분해와 Hf 분리하는 방법에 따라 구분한다. 공업적인 Zr 제조는 ZrCl4를 Mg 으로 환원하는 Kroll법을 사용하고 있지만, 용융염 전해법과 금속 열환원법 등의 신제련법도 연구되고 있다. 원자력용으로 사용되는zircaloy 등의 가공 공정 중 발생하는 스크랩은 Cu, Al 등의 모합금용 첨가제로 이용되고 있다. 단일 합금인 Zr 스크랩은 조성 제어할 필요가 없어 간단한 세정 후 용해하면 쉽게 리사이클링할 수 있다. 그러나 이종 합금 스크랩은 리사이클링을 위해 별도의 처리가 필요하다. 원자력용으로 사용된 Zr 합금은 방사성 폐기물로 분류되어 있으므로 리사이클링 대상이 되지 못하고 있지만, 향후 이러한 방사성 폐기물에서 Zr을 회수하기 위한 연구가 필요하다.
Abstract
Zirconium (Zr) is a critical metal that is essential for advanced industries such as nuclear power, and is only produced in France, the United States, Russia, China, and India. This study reviews the technologies associated with zirconium production, utilization, smelting, and recycling. Global annual zirconium production is only around 6,000 tonnes, over 80 % of which is used for nuclear power. Zirconium smelting methods are classified according to zircon decomposition and hafnium separation. The Kroll process is used in industrial zirconium production to reduce zirconium chloride (ZrCl4) using magnesium; however, new smelting methods such as molten salt electrolysis and metalothermic reduction are also being investigated. Scrap generated during the processing of zircaloy, which is used in nuclear power plants, can be used as an additive in alloys such as copper and aluminum. A single alloy in zirconium scrap does not require composition control and can be easily recycled by melting it down after simple cleaning. However, scrap from dissimilar alloys requires additional processing for recycling. Zirconium alloys used in nuclear power plants are classified as radioactive waste and cannot be recycled. Further research is needed to recover zirconium from these radioactive wastes.