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KR101401789B1 - 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳 및 이의 제조방법 - Google Patents

방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR101401789B1
KR101401789B1 KR1020120118711A KR20120118711A KR101401789B1 KR 101401789 B1 KR101401789 B1 KR 101401789B1 KR 1020120118711 A KR1020120118711 A KR 1020120118711A KR 20120118711 A KR20120118711 A KR 20120118711A KR 101401789 B1 KR101401789 B1 KR 101401789B1
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Abstract

본 발명은 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터의 단순한 세라믹 잉곳 제조방법 및 내침출성, 열적안정성, 세슘 함유량이 향상된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세슘이 포집된 세슘 폐필터를 분쇄 후 혼합하고, 고화제를 첨가하여 소결시키는 단계를 포함하는 세라믹 잉곳을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 제조방법은 단순한 분쇄 및 소결에 의해 세슘 폐필터 자체만으로도 세슘 폐필터 세라믹 잉곳을 제조할 수 있고, 또한 적은 양의 고화제 첨가만으로도 세슘 폐필터 세라믹 잉곳을 제조할 수 있으며, 본 발명의 세슘 폐필터 세라믹 잉곳은 밀도가 높고, 열적 안정성이 향상되었으며, 방사성 물질의 누출 속도가 현저하게 낮은 향상된 내침출성을 나타내므로, 방사성 세슘이 포집된 세슘 페필터를 안정한 세라믹 잉곳으로 제조하는데 유용하게 사용될 수 있다.

Description

방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳 및 이의 제조방법 {Ceramic ingot of spent filter trapped radioactive Cesium and a method of making the same}
본 발명은 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터를 분쇄하고 소결하여 세슘 폐필터 세라믹 잉곳(ingot)으로 제조하는 방법에 관한 것이다.
현재 원자력 발전에 의해 생산되는 전력은 국내 전력 생산량의 약 40%를 차지하고 있으며, 원자력 발전의 결과 발생되는 사용후핵연료는 매년 850톤 정도에 달하는 것으로 알려져 있다. 이러한 사용후핵연료의 재활용 방안으로 크게 파이로프로세싱 (건식정련기술공정, Pyroprocessing)이 대두되고 있다. 파이로프로세싱이란, 고온(500 내지 650℃)의 용융염 매질 내에서 전기화학적 방법을 이용하여 사용후핵연료로부터 우라늄(U) 및 초우라늄(TRU) 원소 등의 핵연료 물질을 회수하는 기술이다. 상기 파이로프로세싱의 전처리 과정으로 고온 휘발성산화 (voloxidation process) 공정이 수반되는데, 이때 휘발성 핵종(Kr, Xe, C-14, H-3 등) 및 준휘발성 핵종 (Cs, Tc, I 등)이 방출되게 된다. 따라서, 상기 핵종들이 시설 및 환경으로 방출이 되지 않도록 이를 포집하는 필터를 처리하는 기술과 상기 필터를 처분하기 위하여 안정한 고체상 잉곳(ingot)으로 제조하는 기술의 필요성이 강조되고 있다.
이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제 0192128호 및 제 1090344호에서는 석탄회 및 실리카 40 - 65 중량%, 알루미나 15 - 30 중량%, 철산화물 5 - 15 중량%, 몰리브데늄산화물 1 - 15 중량%, 크롬산화물 1 - 10 중량%, 및 바나듐산화물 1 - 10 중량%를 포함하는 고체매질을 이용하여 고온 화학적 흡착 방법에 의해 세슘을 선택적으로 분리하고 포집하는 기술을 제공하고 있다. 상기 선행특허는 파이로프로세싱 전처리 고온 열처리 공정 중 99%이상 휘발이 예상되는 반감기가 약 30년인 고방열 및 고방사능 핵종인 세슘(Cs-137)을 알루미노실리케이트 성분의 세라믹필터를 이용하여 안정한 세슘알루미노실리케이트(cesium aluminosilicates: (pollucite(CsAlSi2O6), CsAlSiO4, 및 CsAlSi5O12)상으로 선택적으로 포집함으로써, 사용후핵연료의 방사선 및 열을 감소시켜 최종적으로 처분에 필요한 면적을 줄일 수 있음을 제시하고 있다.
또한, 방사성 고준위 폐기물 처리를 위해 흔히 유리화 방법이 수행되었는데, 물리·화학적으로 견고한 유리 구조 속에 방사성 핵종들을 가두어 고체화 시켜 유리고화체로 만드는 것으로 조성과 공정 변수에 유연하고 방사성에 높은 저항성이 있는 장점이 있으나, 내침출성이 낮은 단점이 있다. W. J. Gray에 의하면, 상기 공정에서 세슘은 1000 ℃에서 5.5%, 1100 ℃에서 31%, 1200 ℃에서 100% 휘발된다. 따라서, 휘발된 세슘을 재처리해야 하는 공정의 어려움이 있을 뿐만 아니라(W. J., "Volatility of Some Potential High-Level Radioactive Waste Forms", Rad. Waste Mgmt., 1(2), 147-169 (1980)), 유리고화체 내에 함유할 수 있는 세슘은 최대 15 중량%로, 투입하는 고화제가 증가하여 폐기물량이 증가하는 문제점이 있다.
아울러, 유리 고화체를 감마선 조사기로 사용시, 비방사능 (Ci/g, specific activity)이 적기 때문에, 실제 산업체에서 감마선을 조사하기 위해 효율적으로 이용하는데 어려움이 있다(International Atomic Energy Agency, Feasibility of Separation and Utilization of Cesium and Strontium from High Level Liquid Waste, Technical Report Series No. 356, IAEA, Vienna(1993)).
상기와 같이, 휘발성 세슘을 포집하는 기술과 방사성 고준위 폐기물을 유리화 하는 기술은 공지된 바 있으나 다양한 문제점이 존재하므로, 사용후 핵연료 고온 열처리 공정 중 발생되는 방사성 기체상 폐기물을 포집한 필터를 대상으로 고화체로 제조하는 새로운 방법이 요구 되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명자들은 사용후 핵연료 고온 열처리 공정 중 발생되는 방사성 기체상 폐기물을 안정한 고화체를 제조하는 기술개발을 위해 연구한 결과, 기체상 세슘을 포집한 세슘 폐필터 자체를 소결하고, 고화제로 유리연료물질을 첨가하여 안정한 고화체를 제조할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 목적은 세슘 폐필터를 분쇄하고, 소결하여 고화제로 Na2O, K2O, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO 또는 B2O3 를 첨가하여 열적 안정성이 우수하고 밀도가 높아 향상된 내침출성을 나타내는 안정한 세라믹 잉곳의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳(ingot)의 제조 방법을 제공한다:
a) 기체상 세슘이 포집된 폐필터를 분쇄하고 혼합하는 단계;
b) 상기 폐필터를 1차 소결시키는 단계;
c) 상기 소결된 폐필터를 분쇄하는 단계; 및
d) 상기 c)단계에서 분쇄한 분말을 2 내지 10시간 동안 2차 소결시켜 세라믹 잉곳을 제조하는 단계.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 세슘 폐필터 세라믹 잉곳으로, 상기 세슘 폐필터 세라믹 잉곳은 세슘 폐필터가 65 내지 100 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 세슘 폐필터 세라믹 잉곳을 제공한다.
본 발명의 파이로프로세싱의 전처리 공정 중 고온 휘발성 산화 공정에서 방출되는 방사성 세슘 산화물이 포집된 세슘 폐필터를 이용하여 세라믹 잉곳을 제조하는 방법은, 폐필터의 분쇄 및 900 내지 1800℃의 온도에서의 소결에 의하여 간단하게 안정한 고체 형태로 제조되어, 세슘이 포집 완료된 폐필터에서 세슘이 시설 및 환경으로 방출되는 것을 방지할 수 있고, 폐필터의 처분이 용이하다.
또한, 상기 방법으로 제조된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳은 열적 안정성이 우수하고, 밀도가 향상되어, 종래 기술에 비해 적은 고화제의 첨가하여 세슘을 다량으로 함유 할 수 있으면서도, 방사성 세슘의 누출 속도가 매우 낮은 장점이 있어, 향상된 내침출성을 나타내는 장점이 있다.
아울러, 본 발명은 종래의 유리화 방법을 이용할 경우 유리화된 고화체안의 세슘이 쉽게 휘발되어 재처리해야만 했던 문제점을 극복하고, 세슘의 휘발율이 약 5%이하로 저하된 세라믹 잉곳을 제공할 수 있다. 또한, 종래 유리화 방법을 이용 했을 때 세슘함유량이 최대 15 중량%에 불과 했던 것과 비교하여, 본 발명에 따른 세슘 폐필터 잉곳은 세슘 함유량이 최대 50 중량%로 현저하게 높으며, 비방사능 (Ci/g, specific activity) 또한 높다. 그러므로, 본 발명의 세슘 폐필터 잉곳을 이용하면 세슘 동위원소로 재활용하여 감마-방사능 분석 등에서 감마선 조사기로 유용하게 이용할 수 있다.
도 1은 알루미노실리케이트 필터를 이용하여 세슘이 18중량% 포집된 세슘 폐필터를 분쇄 후 혼합하여 900 ℃에서 1차 소결한 후, 다시 2차 분쇄 후 혼합하여 1200 ℃에서 소결한 알루미노실리케이트 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 석탄회 필터를 이용하여 세슘이 12.3중량% 포집된 세슘폐필터를 분쇄 후 혼합하여 900 ℃에서 1차 소결한 후, 다시 2차 분쇄 후 혼합하여 1200 ℃에서 소결한 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 세슘 폐필터 : Na2O의 비가 90중량% : 10중량%인 혼합물을 1200 ℃에서 3시간 동안 소결하여 제조된 방사성 세슘이 함유된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 석탄회 필터를 이용하여 석탄회 필터를 이용하여 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터를 소결후 제조한 세슘 폐필터 세라믹 잉곳(실시예 4)의 X-선 회절(XRD) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명자들은 앞서 기술한 바와 같이, 사용후핵연료 고온 열처리 공정 중 발생되는 방사성 기체상 폐기물을 안정한 고화체로 제조하는 방법을 연구하기 위해, 세슘이 포집된 세슘 폐필터를 분쇄 후 혼합하고 소결시켜 세슘 폐필터 세라믹 잉곳을 제조하였다.
그 결과, 상기 방법에 따라 제조된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳이 열적 안정성이 우수하고, 밀도가 높으며, 내침출성이 좋고, 비방사능이 높은 것을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명은 하기 단계를 포함하는 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳을 제조방법을 제공한다:
a) 기체상 세슘이 포집된 폐필터를 분쇄하고 혼합하는 단계;
b) 상기 폐필터를 1차 소결시키는 단계;
c) 상기 소결된 폐필터를 분쇄하는 단계; 및
d) 상기 c)단계에서 분쇄한 분말을 2 내지 10시간 동안 2차 소결시켜 세라믹 잉곳을 제조하는 단계.
본 발명에서 사용하는 용어 “잉곳”이란, 물질을 고온에서 녹이고 주형에 넣어 일정한 형태를 가지도록 굳힌 덩어리, 주괴를 의미한다.
본 발명에서 사용하는 용어 “필터”란, 알루미노 실리케이트 물질을 소결하여제조된 세라믹 기포형 필터를 의미하며, 이를 이용하여 고온(600 내지 1200℃)에서 기체상 세슘을 화학적으로 포집하는(trap) 물질이다. 즉, 본 발명의 “폐필터”는 이미 목표 물질, 즉 세슘의 포집이 완료된 상태인 필터이다. 따라서 본 발명에서 “세슘 폐필터”는 기체에서 방사성 세슘의 포집이 완료된(trapped radioactive Cesium) 필터를 의미한다.
본 발명에서 사용하는 용어 “소결”이란 분말을 가열하여 분말들이 서로 단단히 밀착되어 고체화시키는 것을 의미하는 것으로, 본 발명에서 소결 공정은 소결로, 소성로, 가열로, 또는 하소로 등을 통해 수행 될 수 있으며, 바람직하게는 본 발명의 실시예에서 사용하는 소결로 일 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 세슘 폐필터가 분쇄된 분말을 고체화시킬 수 있는 것은 어느 것이든 가능하다.
이하, 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명의 a)단계에서는, 세슘이 포집된 폐필터는 석탄회세라믹 필터 또는 알루미노실리케이트 세라믹필터일 수 있으나, 휘발성 세슘을 포집할 수 있는 필터는 어느 것이든 가능하다. 본 발명의 세슘 폐필터는, 파이로프로세싱의 전처리 공정 중, 고온 휘발성산화(voloxidation process) 공정에서 발생하는 기체상 세슘을 상기 필터를 사용하여 세슘이 세슘알루미노규산염(CsAlSi2O6, CsAlSi5O12, CsAlSiO4) 상 등으로 3 중량% 내지 50 중량% 포집된 것이다. 상기 세슘이 포집된 폐필터는, 입경이 10 내지 60 μm가 되도록 분쇄하고, 균일하게 혼합하여 준다. 상기 분쇄는 롤밀, 햄머밀, 디스크밀 등으로 수행하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 본 발명의 실시예에서 사용되는 디스크밀일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 균일한 혼합을 위하여 교반기 등을 사용할 수 있으나 균일하게 혼합해줄 수 있는 것이라면 상기 기기에 한정되지 않는다.
본 발명의 b)단계는, 상기 분쇄된 세슘 폐필터를 500 내지 1500℃에서, 바람직하게는 800 내지 1000℃ 에서 1차 소결하는 단계로, 기체상 세슘 포집시 필터의 세슘농도는 필터 충진 바스켓의 축방향 기준으로 세슘이 유입되는 인입 부분의 세슘 폐필터는 고농도(0.14 g-Cs/g-filter)이고, 인입 부분에서의 거리가 멀어질수록 저농도(0.001 g-Cs/g-filter)인 농도 프로파일의 특징을 가진다. 그러므로 1차 소결을 통해 세슘 폐필터의 고농도 영역에서 포화된 세슘이 실리케이트 유리질을 생성할 경우, 저농도 영역의 알루미노 실리케이트 성분을 다시 이용하여 안정한 세슘알루미노규산염(CsAlSi2O6, CsAlSi5O12, 및/또는 CsAlSiO4) 상으로 전환될 수 있도록 하여, 균일한 세슘 함유량을 가질 수 있도록 한다.
본 발명의 c)단계는 상기 1차 소결된 세슘 폐필터를 입경 10 내지 60 μm가 되도록 분쇄 하고 혼합하는 단계이다. 1차 소결된 세슘 폐필터의 분쇄 및 혼합을 재수행하여, 본 발명의 세슘 폐필터 세라믹 잉곳이 용이하게 소결되도록 한다.
본 발명의 d)단계는 분쇄 및 혼합된 세슘 폐필터를 대기 분위기에서 2차 소결하여 세슘 폐필터 세라믹 잉곳을 제조하는 단계이다. 2차 소결은 3 내지 10 ℃/분의 승온속도로 500℃ 내지 1800℃에서, 바람직하게는 900 내지 1800 ℃에서 3 내지 6 시간 동안 수행하는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 2차례에 걸친 소결을 통해서 잉곳의 내구성을 강화할 수 있다.
또한, 본 발명의 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 제조 방법은 2차 소결 전에 고화제를 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 상기 고화제는 융점을 강하하고 물성을 개선하기 위하여 첨가되는 것으로, 바람직하게는 Na2O, K2O, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO, 또는 B2O3 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 상기 고화제는 c)단계에서 분쇄된 세슘 폐필터에 0 내지 35 중량%로 혼합 될 수 있고, 바람직하게는 1 내지 15 중량%로 혼합될 수 있으며, 가장 바람직하게는 Na2O 1 내지 10 중량%, K2O 1 내지 10 중량%, B2O3 1 내지 15 중량%로 사용될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 고화제는 상기 범위에서 적절한 소결 온도를 가지게 되고, 잉곳의 내구성이 강하되며, 방사성 물질의 침출이 감소한다.
또한, 본 발명은 상술한 방법들로 제조되는 세슘 폐필터 세라믹 잉곳으로, 상기 세슘 폐필터 세라믹 잉곳은 세슘 폐필터가 65 내지 100 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 세슘 폐필터 세라믹 잉곳을 제공한다.
고화제가 첨가될 경우, 세슘 폐필터 65 내지 100 중량%에, 고화제는 0 내지 35 중량% 인 것이 바람직하다. 만약, 상기 세슘 폐필터의 함량이 65중량% 미만인 경우에는 방사성 세슘 산화물의 함량이 적어 비효율적인 세슘 폐필터 세라믹 잉곳이 형성되는 문제가 있고, 고화제의 함량이 35 중량%를 초과하는 경우에는 불안정한 고화체가 형성되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 침출속도는 4.0×10-4 g/m2·day 이므로, 침출 속도가 매우 낮아 내침출성이 매우 우수함을 확인하였다(실시예 1 및 비교예 참조).
또한, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳은 소결온도 1500℃에서도 세슘 휘발율이 약 5% 이하이고, 열적 안정성이 높으며, 세슘 휘발율이 매우 낮아, 내침출성이 향상되는 장점이 있다(실시예 5 참조).
본 발명에서의 용어 “비방사능”은 방사성동위원소를 포함하고 있는 물질의 단위 질량당 방사능의 세기, 즉 특정 물질의 방사능의 세기를 그 질량으로 나눈 값을 의미하는 것이다. 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳은 세슘함유량이 최대 50 중량%일 때 비방사능은 18 Ci/g 으로 매우 높아 감마선 방출이 가능하므로, 감마선 조사기용으로 활용하여 식품조사, 또는 산업폐수처리 등에 사용될 수 있다(실시예 6 참조).
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 알루미노실리케이트 필터를 이용하여 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 침출특성분석 .
알루미노 실리케이트 필터를 이용하여 방사성 세슘이 18중량% 포집된 세슘 폐필터를 디스크밀을 이용하여 10 내지 60μm가 되도록 분쇄 후 분말 혼합기를 이용하여 혼합하였다. 그런 다음 혼합된 세슘 폐필터 분말을 1000℃ 에서 소결하였다. 그리고 소결된 세슘 폐필터를 디스크밀을 이용하여 10 내지 60μm가 되도록 분쇄 후 분말 혼합기를 이용하여 혼합하였다. 마지막으로 알루미나 도가니에 상기 분말을 50g씩 넣고 대기 분위기하에서 10 ℃/분의 속도로 각각 1000 ℃, 1100 ℃ 1200 ℃, 1300 ℃, 및 1500 ℃까지 승온시켜 3시간 동안 소결하여 세슘 폐필터 세라믹 잉곳을 제조하였다(도 1 참조).
제조한 세슘 폐필터 잉곳의 침출 특성을 분석하기 위해 각각의 고화체로부터 침출속도를 구하였다. 침출실험은 상기 세슘 폐필터 세라믹 잉곳을 분쇄하고 100 메쉬 이하로 존재하는 분말을 회수하여 수행되었다. 상기 회수된 분말을 증류수에 넣은 후 90 ℃에서 7일 동안 반응시켰고, 침출액에 존재하는 세슘의 함유량을 분석하여 침출속도를 구하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
고화체중 Cs 함유량
[중량%]		 소결온도 [℃] 침출핵종 [g/m2·day] 고화체밀도 [g/cm3]
Cs Si Al
18 1000 3.1 x 10-3 2.1 x 10-1 1.4 x 10-4 1.8
1100 1.8 x 10-3 1.1 x 10-1 1.4 x 10-4 2.4
1200 7.0 x 10-4 4.6 x 10-2 1.4 x 10-4 2.5
1300 8.0 x 10-4 5.7 x 10-2 1.4 x 10-4 2.4
1500 4.0 x 10-4 3.3 x 10-2 1.4 x 10-4 2.5
표 1에 나타낸 바와 같이, 제조된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 세슘의 침출 속도는 각 소결 온도별로 1000℃에서 3.1 x 10-3 g/(m2·day), 1100℃에서 1.8 x 10-3 g/(m2·day), 1200℃에서 7.0 x 10-4 g/(m2·day), 1300℃에서 8.0 x 10-4 g/(m2·day), 1500℃에서 4.0 x 10-4 g/(m2·day)로 나타났다. 상기 결과로부터, 알루미노실리케이트 필터를 이용하여 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터 잉곳은 세슘의 침출 속도가 매우 낮은 것을 확인하였다.
실시예 2. 석탄회 필터를 이용하여 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 침출특성분석
석탄회 필터를 이용하여 세슘이 12.3 중량% 포집된 세슘 폐필터를 디스크밀을 이용하여 10 내지 60μm가 되도록 분쇄하고, 분말 혼합기를 이용하여 혼합한다. 그런 다음 혼합된 세슘 폐필터 분말을 1000 ℃ 에서 소결하였다. 그리고 소결된 세슘 폐필터를 디스크밀을 이용하여 10 내지 60 μm가 되도록 분쇄 후 분말 혼합기를 이용하여 혼합하였다. 마지막으로 알루미나 도가니에 상기 분말을 50g씩 넣고 대기 분위기하에서 10 ℃/분의 승온속도로 각각 1200 ℃, 1300 ℃, 및 1500 ℃에서 3시간 동안 소결하여 방사성 세슘이 함유된 석탄회 세슘 폐필터 세라믹 잉곳을 제조하였다(도 2 참조). 제조된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 침출 특성을 분석하기 위해 침출 실험은 상기 세슘 폐필터 세라믹 잉곳을 분쇄하고 100 메쉬 이하에 존재하는 분말을 회수하여 수행되었다. 상기 회수된 분말을 증류수에 넣은 후 90 ℃에서 7일 동안 반응시키고 침출액에 존재하는 세슘의 함유량을 분석하여 각각의 잉곳으로부터 침출 속도를 구하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
고화체중
Cs 함유량
[중량%]		 소결온도
[℃]		 침출핵종 [g/m2·day] 고화체밀도
[g/cm3]
Cs Si Al
12.3 1200 6.0 ×10-4 3.6×10-2 1.4×10-4 1.4
1300 3.0 ×10-4 5.1×10-2 1.4×10-4 1.5
1500 3.0 ×10-4 3.0×10-2 1.4×10-4 2.7
표 2에 나타난 바와 같이, 석탄회 필터를 이용한 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 세슘 침출 속도는 소결 온도에 따라서 1200℃에서 6.0 ×10-4 g/(m2·day), 1300℃에서 3.0 ×10-4 g/(m2·day), 1500℃에서 3.0 ×10-4 g/(m2·day)로 나타나, 석탄회 필터를 이용한 경우에도 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터 잉곳은 방사성 물질 누출 속도가 매우 낮은 것을 확인하였다.
실시예 3. 석탄회 필터를 이용하여 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터에 Na 2 O를 첨가한 세슘 폐필터 잉곳의 제조 및 침출특성 분석
석탄회 필터를 이용하여 세슘이 18 중량% 포집된 세슘 폐필터를 디스크밀을 이용하여 10 내지 60μm가 되도록 분쇄 후 분말 혼합기를 이용하여 혼합하였다. 그런 다음 혼합된 세슘 폐필터 분말을 1000 ℃ 에서 소결하였다. 그리고 소결된 세슘 폐필터를 디스크밀을 이용하여 10 내지 60 μm가 되도록 분쇄 후 분말 혼합기를 이용하여 혼합하였다. 마지막으로 세슘 폐필터와 Na2O의 비가 90 중량% : 10중량% 혼합하여, 알루미나 도가니에 상기 혼합물을 50g 넣고 대기 분위기하에서 10 ℃/분의 승온 속도로 1200 ℃에서 3시간 동안 소결하여 방사성 세슘 산화물이 함유된 밀도 2.3 g/cm3의 세라믹 잉곳을 제조하였다. 또한 세슘 폐필터 잉곳의 침출 특성을 분석하기 위해 세슘 폐필터 세라믹 잉곳을 분쇄하여 100 메쉬 이하에 존재하는 분말을 회수하였다. 상기 회수된 분말을 증류수에 넣은 후 90 ℃에서 7일 동안 반응시켰을 때, 세슘의 침출속도가 6.0×10-4 g/m2·day 로 방사성 물질의 누출 속도가 매우 낮은 것을 알 수 있다.
실시예 4. 방사성 세슘이 포집된 석탄회 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 상 분석
석탄회 필터를 이용하여 세슘이 24 중량% 포집된 세슘 폐필터를 1200℃ 내지 1500℃로 소결시켜 제조된 세라믹 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 상을 분석하기 위해 X-선 회절 분석(XRD, Simens, D-5000)한 결과, 주요피크들의 위치에 따라서 고화체의 세슘은 안정한 폴루사이트(pollucite, CsAlSi2O6) 로 존재함을 확인하였다(도 4 참조).
실시예 5. 방사성 세슘이 포집된 알루미노실리케이트 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 상 분석
알루미노실리케이트 필터를 이용하여 세슘이 24 중량% 포집된 세슘 폐필터를 1200 ℃에서 1500 ℃까지 소결하여 제조된 세라믹 세슘 폐필터 잉곳의 상을 분석하기 위해 X-선 회절 분석(XRD, Simens, D-5000)한 결과, 고화체 내 세슘은 CsAlSi5O12 또는 폴루사이트 (pollucite, CsAlSi2O6) 로 존재함을 알 수 있다(표 3 참조).
세슘함유량 고화체제조온도
1000℃ 1100℃ 1200℃ 1300℃ 1500℃
0.06g- Cs /g- filter Quartz Corundum,
CsAlSi5O12 		Quartz
Corundum
CsAlSi5O12 		Quartz,SiO2
Cristoblaite
Corundum
CsAlSi5O12 		Cristoblaite
Corundum
CsAlSi5O12 		Cristoblaite
Corundum
0.14g- Cs /g- filter Quartz Corundum,
CsAlSi5O12 		Quartz
Cristoblaite
Corundum
CsAlSi5O12 		Quartz
Cristoblaite Corundum
CsAlSi5O12 		Cristoblaite Corundum
CsAlSi5O12 		Cristoblaite Corundum
0.22g- Cs /g- filter Quartz
Corundum
CsAlSi5O12 		Quartz
Cristoblaite
Corundum
CsAlSi5O12 		Cristoblaite Corundum
CsAlSi5O12 		Cristoblaite
Corundum
CsAlSi5O12 		Cristoblaite
Corundum
Pollucite
CsAlSi5O12
0.32g- Cs /g- filter Corundum CsAlSi5O12 Corundum
CsAlSi5O12 		Cristoblaite
Corundum
CsAlSi5O12 		Cristoblaite
Corundum,
CsAlSi5O12 		Cristoblaite Corundum
Pollucite
CsAlSi5O12
실시예 6. 석탄회 필터를 이용하여 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 세슘함유량 변화에 따른 비방사능
파이로프로세싱 공정의 기준 핵연료인 가압경수로 사용후핵연료 (초기농도: 4.5중량%, 연소도: 55,000 MWd/tU, 냉각기간: 10년)를 선정하여 ORIGEN-ARP (Automatic Rapid Processing) 코드를 이용하여 세슘 폐필터 잉곳 내 세슘함유량이 12 중량%, 24 중량%, 50 중량% 일 때의 비방사능을 계산하여, 표 4에 나타내었다.
세슘 함유량 [중량%] 비방사능 [Ci/g]
12 4.3
24 8.6
50 18
상기와 같이, 세슘 함유량이 12 중량%일 때 4.3 Ci/g, 24 중량%일 때 8.6 Ci/g, 50 중량%일 때 18 Ci/g로 비방사능이 매우 높음을 확인하였다.
비교예 . 알루미노실리케이트 필터를 이용하여 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐 필터 세라믹 잉곳과 유리고화체의 침출 특성 분석
알루미노실리케이트 필터를 이용하여 방사성 세슘이 포집된 폐필터 잉곳과 유리 고화체의 침출 특성을 분석하기 위해 각각의 시료로부터 침출속도를 구하였다.
비교예의 유리고화체는 일반적인 붕규산 유리고화체 제조방법으로 만들어지는 것으로, 알루미노 실리케이트 필터를 이용하여 방사성 세슘이 18 중량% 포집된 세슘 폐필터를 디스크밀을 이용하여 10 내지 60μm가 되도록 분쇄하고, 분말 혼합기를 이용하여 혼합하였다. 그런 다음 세슘 폐필터 : B2O3 :Na2O의 비가 50 중량% : 20 중량% : 30 중량% 가 되도록 혼합한 후 이를 알루미나 도가니에 50g 을 넣고 대기 분위기하에서 10 ℃/분의 승온속도로 1200 ℃에서 3시간 동안 소결하여 방사성 세슘 유리고화체를 제조하였다.
상기 제조된 붕규산 유리 고화체를 디스크밀을 이용하여 분쇄후 100 메쉬 이하에 존재하는 분말을 회수하였다. 상기 회수된 분말을 증류수에 넣은 후 90 ℃에서 7일 동안 반응시키고 침출액에 존재하는 세슘 함유량을 분석하여 침출 속도를 구하였다.
또한 알루미노실리케이트 필터를 이용하여 방사성 세슘이 포집된 폐필터를 1200 ℃에서 3시간동안 소결 후 제조된 세라믹 잉곳의 침출속도(표 1 참조)를 비교하였다.
그 결과, 세슘 폐필터 잉곳의 세슘 침출 속도는 약 7.0×10-4 g/m2·day 이며, 유리 고화체는 약 6×10-2 g/m2·day로 나타났다. 따라서 유리 고화체의 침출속도가 세슘 폐필터 잉곳에 비하여 약 86배 이상 높으므로, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 방사성 물질 누출 속도가 현저하게 낮은 것을 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 내용은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

Claims (10)

  1. 하기 단계를 포함하는 방사성 세슘이 포집된 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 제조 방법 :
    a) 기체상 세슘이 포집된 폐필터를 분쇄하고 혼합하는 단계;
    b) 상기 폐필터를 1차 소결시키는 단계;
    c) 상기 소결된 폐필터를 분쇄하는 단계; 및
    d) 상기 c)단계에서 분쇄한 분말을 2시간 내지 10시간 동안 2차 소결시켜 세라믹 잉곳을 제조하는 단계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 a)단계의 세슘 폐필터는 3 중량% 내지 50 중량%의 세슘이 포집된 것을 특징으로 하는, 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 b) 단계에서의 1차 소결시 온도는 500℃ 내지 1500℃인 것을 특징으로 하는, 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 2차 소결 이전에 고화제를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 고화제는 Na2O, K2O, Fe2O3, TiO2, MgO, CaO 및 B2O3 로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는, 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 고화제는 세슘 폐필터에 0 중량% 초과 35 중량% 미만 첨가되는 것을 특징으로 하는, 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 d)단계에서의 2차 소결시 온도는 900℃ 내지 1800℃인 것을 특징으로 하는, 세슘 폐필터 세라믹 잉곳의 제조방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015183351A1 (en) * 2014-02-18 2015-12-03 Illinois Tool Works Inc. Insoluble cesium glass
CN114550965B (zh) * 2021-12-27 2024-02-20 中国原子能科学研究院 放射性铯废物的偏铝酸钠-硅胶体系陶瓷固化的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06109896A (ja) * 1992-09-29 1994-04-22 Jgc Corp 高温溶融焼却炉及び高温溶融焼却処理方法
JPH06138298A (ja) * 1992-10-30 1994-05-20 Japan Atom Energy Res Inst 放射性同位元素であるセシウム及び／又はストロンチュウムを含む焼結固化体を製造する方法、及びこの焼結固化体を加工処理することにより大型ｒｉ電池として使用する方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60154199A (ja) * 1984-01-23 1985-08-13 山崎　仲道 放射性廃棄物の固定化方法
KR100192128B1 (ko) 1995-11-03 1999-06-15 이종훈 석탄회를 이용한 방사성 세슘의 포집방법
KR101090344B1 (ko) 2009-09-02 2011-12-07 한국수력원자력 주식회사 휘발성 세슘화합물을 포집하는 필터형 포집재 및 이를 이용한 휘발성 세슘화합물을 포집하는 방법
JP3163724U (ja) * 2010-08-17 2010-10-28 株式会社Ｐ＆Ｃサービス 循環水浄化装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06109896A (ja) * 1992-09-29 1994-04-22 Jgc Corp 高温溶融焼却炉及び高温溶融焼却処理方法
JPH06138298A (ja) * 1992-10-30 1994-05-20 Japan Atom Energy Res Inst 放射性同位元素であるセシウム及び／又はストロンチュウムを含む焼結固化体を製造する方法、及びこの焼結固化体を加工処理することにより大型ｒｉ電池として使用する方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOURNAL OF THE KOREAN RADIOACTIVE WASTE SOCIETY 2010, V.8 NO.1 , pp.85-89 *
NUCLEAR INDUSTRY 2009, V.29, NO.3 pp.91-117 *

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