KR100192126B1

KR100192126B1 - 플라이 애쉬와 붕소함유 방사성폐기물을 붕규산유리의 기본원료로 사용하여 방사성폐기물을 유리고화체로 만드는 방법

Info

Publication number: KR100192126B1
Application number: KR1019950048265A
Authority: KR
Inventors: 전관식; 지광용; 표형렬; 김승수; 박현수
Original assignee: 김성년; 한국원자력연구소
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1995-12-11
Publication date: 1999-06-15
Also published as: FR2742256A1; FR2742256B1; KR970051470A

Abstract

유연탄 또는 무연탄을 연료로 사용하는 화력발전소에서 발생되는 플라이 애쉬나 이를 정제한 플라이 애쉬에 SiO₂(또는 모래), NaNO₃(또는 Na₂CO₃), 붕소함유 방사성폐기물(가압경수로형 원자력발전소에서 발생되는 붕소함유 방사성액체폐기물의 농축분, 그의 건조잔류물 또는 그의 산화물), 붕소를 함유하지 않은 방사성폐기물 등을 산화물 기준으로 다음과 같은 조성(플라이 애쉬: 10∼65wt%, SiO₂: 0∼50wt%, Na₂O: 10∼24wt%, B₂O₃기준 붕소함유방사성폐기물: 8∼20wt%, 다른 방사성폐기물: 0∼35wt%)이 되게 잘 혼합한 후 가열용융하여 방사성폐기물을 안정화하는 것으로서 석탄화력발전소의 부산물인 플라이 애쉬와 붕소함유 방사성폐기물을 봉규산유리의 기본원료로 사용하여 붕소를 함유하지 않은 방사성폐기물을 봉규산유리고화체로 만드는 방법이다.

Description

플라이 애쉬와 붕소함유 방사성폐기물을 붕규산유리의 기본원료로 사용하여 방사성폐기물을 유리고화체로 만드는 방법

본 발명은 석탄화력발전소의 부산물인 플라이 애쉬와 가압경수로에서 발생되는 붕소함유 방사성액체폐기물의 농축액, 그의 건조잔류물, 또는 그의 산화물을 유리고화재의 기본매질로 사용하여 다른 방사성폐기물을 고화하는 방법이다.

농축액, 그의 건조잔유물, 또는 그의 산화물이란 가압경수로의 정상운전중 또는 사고로 발생되는 유기상이 아닌 방사성액체폐기물을 증발, 건조, 또는 산화한 후의 잔류물로서 붕소가 함유되어 있는 것이 특징이다. 일반적으로 방사성폐기물의 고화체는 내구성, 내방사선성, 내침출성등이 탁월하고 감용효과도 커야 한다.

위의 잔류물을 고화시키기 위한 매질은 다양하지만, 그중에 다량 함유되어 있는 붕소를 봉규산유리의 원료로 이용할 경우 감용효과를 배가시킬 수 있을 뿐만아니라 원재료도 절감시킬 수 있고 일반적으로 갖추어야 할 고화체의 제반성능도 탁월한 붕규산유리고화체를 만들 수 있다.

한편, 방사성폐기물의 기존 유리화공정에 사용되는 유리원료물질로는 지오라이트, 클레이, 글래스 울, 비솔트, 다이아토마이트 등을 들 수 있지만, 플라이 애쉬는 유리의 기본 구성물질인 실리카성분과 방사성페기물의 유리고화체 제조시 내침출성을 향상시킬 수 있는 알루미나성분을 다량 함유한 좋은 특성을 가지고 있는 재료이다. 이러한 플라이 애쉬는 석탄화력발전소등에서 미분탄을 연료로 사용하여 1400℃∼1500℃의 고온에서 연소하고 남은 부산물로서 석탄의 약 15∼45% 비율로 발생되는 1∼150㎛정도의 미세분말로서 집진기에 의해 포집된 재를 말한다. 이 재는 가시적인 오염물로 배출시설 주변지역으로부터 가장 커다란 민원의 대상이 되고 있다. 현재 대부분의 발전소에서는 집진된 플라이 애쉬를 슬러리(slurry)화 하여 회사장(ash pond)에 저장하는 실정이며, 플라이 애쉬에 함유되어 있는 화학성분의 침출에 의한 토양 및 수질오염의 가능성이 제기되고 있는 실정이다.

따라서 방사성폐기물의 안정화물질로 석탄화력발전소의 부산물인 플라이 애쉬(산화물로 환산할 경우의 조성 예, SiO₂: 60.0wt%, AI₂O₃: 24.2wt%, Fe₂O₃: 5.68wt%, CaO: 1.34wt% 등)와 붕소함유 방사성폐기물을 사용할 경우 플라이 애쉬에 의한 환경오염 문제를 해결할 수 있고, 붕규산유리고화를 위한 원재료비의 절감효과를 얻으면서 동시에 다른 방사성폐기물의 고화재로 사용함으로써 감용효과도를 배가시킬 수도 있으며 내침출성도 양호한 붕규산유리고화체를 제조할 수 있다.

본 발명은 유리의 구성물질인 실리카와 알루미나의 성분이 다량 함유된 플라이 애쉬와 붕소가 함유된 방사성폐기물에 첨가제인 SiO₂(또는 모래), NaNO₃(또는 Na₂CO₃, NaOH 등)등과 붕소가 함유되지 않은 다른 방사성폐기물들을 산화물기준으로 다음과 같은 조성(플라이 애쉬: 10∼65wt%, SiO₂: 0∼50wt%, Na₂O: 10∼24wt%, B₂O₃기준 붕소함유방사성폐기물: 8∼20wt%, 산화물기준 다른 방사성폐기물: 0∼35wt%)이 되게 잘 혼합한 후 가열에 의한 배소-용융(900∼1200℃)-냉각등 일련의 단계를 거쳐 방사성페기물을 안정한 유리고화체로 제조하는 방법이다.

본 발명에 적용되는 플라이 애쉬란 석탁화력발전소에서 발생되는 폐기물로서 다음의 것을 말한다.

1. 무연탄, 유연탄의 석탄화력발전공정에서 발생한 플라이 애쉬 또는

2. 1)항의 플라이 애쉬를 정제한 플라이 애쉬

그리고 붕소함유 방사성폐기물이란 가압경수로형 원자력발전소에서 발생되는 폐기물로서 다음의 것을 말한다.

1. 붕소함유 방사성액체폐기물의 증발농축액 또는, 2. 1)항의 농축액을 증발건조시킨 후의 잔류폐기물 또는, 3. 1)항의 농축액 또는 2)항의 건조폐기물을 산화시킨 후의 잔류폐기물.

즉, 본 발명은 가압경수로형 원자력발전소에서 발생되는 붕소함유 방사성폐기물과 다른 고형화대상 방사성폐기물 모두가 액체인 경우는 이들 모두를 건조시킨 다음, 상기에 기재된 조성과 같이 혼합한 후 처리하거나, 이들중 한 폐기물을 건조 또는 산화시켜 얻은 고체상의 잔류물과 유연탄 또는 무연탄 석탄화력발전소에서 발생한 플라이 애쉬나 이를 정제한 플라이 애쉬, SiO₂또는 모래, NaNO₃또는 Na₂CO₃, 등을 건조 또는 산화시키지 않은 방사성 액체폐기물에 산화물 기준으로 상기 기재된 조성이 되게 넣어 잘 섞어 슬러리형태로 한 다음, 이를 반응로에 공급하여 공기분위기에서 가열에 의한 증발-배소-용융(900∼1200℃)-냉각 등 일련의 단계를 거쳐 방사성폐기물의 안정화시킨다.

이와 같이 본 발명은 플라이 애쉬와 붕소함유 방사성폐기물을 붕규산유리의 기본원료로 사용하여 붕소를 함유하지 않은 방사성폐기물을 유리고화체로 만드는 것으로, 상기 방법은 앞으로 폐기물의 재활용 및 자원화 측면에서 경제적, 기술적으로도 실용성 있게 응용될 수 있는 방법이다.

본 발명에 의한 플라이 애쉬와 붕소함유 방사성폐기물을 기본원료로 사용한 붕소를 함유하지 않은 방사성페기물의 붕규산유리고화체 제조에 관한 구체적인 실시예는 다음과 같다.

[실시예 1]

가압경수로형 원자력발전소에서 발생되는 붕소함유 증발농축폐액의 건조물에 대한 조성을 바탕으로 한 모의 붕소함유 방사성폐기물(표 1)과 플라이 애쉬, SiO₂, NaNO₃등을 표 2와 같은 조성이 되게 잘 혼합한 다음 1050℃에서 용융시키고, 그 용융물을 냉각시켜 붕규산유리의 생성가능범위를 관찰하였다. 표 2에서 보인 바와 같이 붕규산유리를 얻을 수 있는 플라이 애쉬의 한계첨가량은 65wt% 임을 확인하였다.

[실시예 2]

표 2의 붕규산유리 시편중 No.1의 붕규산유리로 침출시편을 만들어 24시간 동안 속슬레(Soxhelt) 침출시험을 수행하였으며, 그 결과를 표 3에 표시하였다.

[실시예 3]

표 2의 No.3을 붕규산유리의 기본조성으로 하고, 임의의 모의 방사성폐기물(표 5)을 표 4와 같은 조성이 되게 잘 혼합한 다음, 1050℃에서 용융후 냉각시켜 붕규산유리고화체의 제조가 가능한 다른 방사성폐기물의 수용범위를 관찰하였다. 표 4에서 보인 바와 같이, 다른 방사성폐기물의 수용한계는 붕규산 유리고화체를 기준으로 35wt% 정도임을 확인하였다.

[실시예 4]

표 4중 붕규산 유리고화체가 형성된 3가지 유형의 고화체로 침출시편을 제조하여 48시간동안 속슬레(Soxhlet) 침출실험을 수행하였으며, 그 결과를 표 6에 표시하였다.

Claims

방사성 폐기물을 고화시키는 방법에 있어서; B₂O₃기준 붕소함유 방사성 고체폐기물 8∼20wt%에, 산화물기준 붕소가 함유되지 않은 방사성 고체폐기물 0∼35wt%, 플라이 애쉬 10∼65wt%, SiO₂기준 SiO₂또는 모래 0∼50wt%, Na₂O 기준 NaNO₃또는 Na₂CO₃10∼24wt%를 혼합하여 반응로에 공급하고, 이를 공기분위기하에서 900∼1200℃로 가열하여 배소-용융시킨 다음, 이를 냉각하여 방사성폐기물을 안정화시킨 것을 특징으로 하는 플라이 애쉬와 붕소함유 방사성폐기물을 붕규산유리의 기본원료로 사용하여 방사성폐기물을 유리고화체로 만드는 방법.
방사성 폐기물을 고화시키는 방법에 있어서; 붕소함유 방사성 액체폐기물과 붕소가 함유되지 않은 방사성 액체폐기물을 모두 건조시키고, 상기 건조시켜 얻은 붕소함유 방사성 고체상 잔류폐기물 B₂O₃기준 8∼20wt%에, 건조시켜 얻은 붕소가 함유되지 않은 다른 방사성 고체상 잔류폐기물 산화물 기준으로 0∼35wt%, 플라이 애쉬 10∼66wt%, SiO₂기준 SiO₂또는 모래 0~50wt%, Na₂O 기준 NaNO₃또는Na₂CO₃10∼24wt%를 혼합하여 반응로에 공급한후, 이를 공기분위기에서 900∼1200℃로 가열하여 배소-용융시킨 다음, 이를 냉각하여 방사성폐기물을 안정화시킨 것을 특징으로 하는 플라이 애쉬와 붕소함유 방사성폐기물을 붕규산유리의 기본원료로 사용하여 방사성폐기물을 유리고화체로 만드는 방법.
방사성 폐기물을 고화시키는 방법에 있어서; 산화물기준 방사성 폐기물 1∼35wt%를 함유하는 붕소가 함유되지 않은 방사성 액체페기물에, B₂O₃기준 붕소함유 방사성 고체폐기물 8∼20wt%, 플라이 애쉬 10∼65wt%, SiO₂기준 SiO₂또는 모래 0∼50wt%, Na₂O 기준 NaNO₃또는 Na₂CO₃10∼24wt%를 넣고 교반하여 슬러리화하고, 이를 공기분위기에서 900∼1200℃로 가열하여 배소-용융시킨 다음, 이를 냉각하여 방사성폐기물을 안정화시킨 것을 특징으로 하는 플라이 애쉬와 붕소함유 방사성폐기물을 붕규산유리의 기본원료로 사용하여 방사성폐기물을 유리고화체로 만드는 방법.
방사성 폐기물을 고화시키는 방법에 있어서; B₂O₃기준 방사성폐기물 8∼20wt%가 함유된 방사성 액체페기물에, 산화물기준으로 붕소가 함유되지 않은 방사성 폐기물 0∼35wt%, 플라이 애쉬 10∼65wt%, SiO₂기준 SiO₂또는 모래 0∼50wt%, Na₂O 기준 NaNO₃또는 Na₂CO₃10∼24wt%를 넣고 교반하여 슬러리화한 후, 이를 공기분위기에서 900∼1200℃로 가열하여 배소-용융시킨 다음, 이를 냉각하여 방사성폐기물을 안정화시킨 것을 특징으로 하는 플라이 애쉬와 붕소함유 방사성폐기물을 붕규산유리의 기본원료로 사용하여 방사성폐기물을 유리고화체로 만드는 방법.
방사성 폐기물을 고화시키는 방법에 있어서; B₂O₃기준 방사성폐기물 8∼20wt%가 함유된 방사성 액체페기물에, 산화물기준으로 방사성 폐기물 1∼35wt%를 함유하는 붕소가 함유되지 않은 방사성 액체페기물, 플라이 애쉬 10∼65wt%, SiO₂기준 SiO₂또는 모래 0∼50wt%, Na₂O 기준 NaNO₃또는 Na₂CO₃10∼24wt%를 넣고 교반하여 슬러리화한 후, 이를 공기분위기에서 900∼1200℃로 가열하여 배소-용융시킨 다음, 이를 냉각하여 방사성폐기물을 안정화시킨 것을 특징으로 하는 플라이 애쉬와 붕소함유 방사성폐기물을 붕규산유리의 기본원료로 사용하여 방사성폐기물을 유리고화체로 만드는 방법.