Abstract
In order to evaluate the feasibility of selective sulfidization of uranium and rare-earth(RE) oxides, an analysis on thermodynamic data, such as $M-O_2-S_2$ phase stability diagram and changes of Gibbs free energy for sulfidization of uranium and rare-earth oxides were carried out. Comparing $RE-O_2-S_2$ with $U-O_2-S_2$ phase stability diagram at wide range of sulfur potential, $UO_2$ remains unreacted, while RE oxides are sulfidized. The Gibbs free energy change(${\Delta}G^{\circ}$) of sulfidization of RE oxides is lower than that of uranium oxides. Thus, the selective formation of RE sulfides is possible during sulfidization of RE and uranium oxides at lower temperature. $CS_2$ was selected as a sulfidizing agent, because it is a stronger sulfidizing agent than other agents and reacts at lower temperature.
우라늄 및 희토류(RE: rare-earth) 산화물의 황화반응에 대한 $M-O_2-S_2$ 상태도 및 Gibbs 자유에너지 변화(${\Delta}G^{\circ}$)와 같은 열역학적 특성 자료를 비교, 분석하여 우라늄 및 회토류 산화물의 혼합상에서 황화반응에 의해 희토류산화물만 희토류황화물로의 선택적 반응이 가능한지를 조사하였다. 황화제로는 $CS_2$가 적합하였는데, $CS_2$는 다른 황화제보다 강한 황화재이며 반응온도를 낮출 수 있다. $CS_2$를 황화제로 이용하여 $U_2-O_2-S_2$ 및 $RE-O_2-S_2$의 상태도를 비교한 결과, $UO_2$은 반응하여 UOS로 전환되며 희토류산화물은 반응하여 희토류황화물이 되었다. 희토류산화물의 황화반응에 의한 ${\Delta}G^{\circ}$는 우라늄산화물의 ${\Delta}G^{\circ}$보다 낮았다. 따라서 희토류와 우라늄 산화물 혼합상은 $300{\sim}800^{\circ}C$에서의 황화반응 시에 평형상태에서 우라늄산황화물과 희토류황화물이 우선적으로 생성된다.
