KR100198976B1 - Method of removing ruthenium compounds in industrial waste gas - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬, 나트륨, 칼륨, 이트륨 루비듐 화합물을 단독으로 또는 혼합하여 제조한 포집재를 이용하여 산업용 촉매공정, 사용후 핵연료의 건식 처리 공정, 또는 루테늄 함유 고준위 폐기물의 고화공정 중 발생하는 배기가스 중의 루테늄 화합물을 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention is an exhaust gas generated during an industrial catalytic process, a dry treatment of spent nuclear fuel, or a solidification process of ruthenium-containing high-level wastes by using a collector prepared by mixing lithium, sodium, potassium, and yttrium rubidium compounds alone or in combination. It is related with the method of removing the ruthenium compound.
본 발명에서는 포집재 중의 리튬, 나트륨, 칼륨, 이트륨 루비듐 등이 루테늄 산화물과 반응하여 루테늄 산화물을 고온에서도 매우 안정한 화합물로 변환시킴으로써 배기가스 중의 루테늄 산화물을 제거하며, 또한, 소량의 포집재로 다량의 루테늄 산화물들을 포집함으로써 매우 효율좋게 루테늄 산화물을 제거할 수 있다. 이들 포집재의 사용 형태는 배기체의 흐름 조건에 따라 입자상, 담지상, 폼상 또는 벌집모양의 단일체(Honey-comb monolith)형 등으로 성형 가공하여 사용될 수 있다.In the present invention, lithium, sodium, potassium, yttrium rubidium and the like in the trapping material react with ruthenium oxide to convert ruthenium oxide into a very stable compound even at high temperature, thereby removing ruthenium oxide in the exhaust gas. By collecting ruthenium oxides, ruthenium oxide can be removed very efficiently. The use form of these collectors can be used by molding into a particulate, supported, foamed or honeycomb monolith type or the like depending on the flow conditions of the exhaust body.
Description
제1a도는 Y2Ru2O7에 대한 열중량(TG) 분석곡선을 나타낸 것이다.Figure 1a shows the thermogravimetric analysis (TG) for Y 2 Ru 2 O 7 .
제1a도는 Li2RuO3에 대한 열중량(TG) 분석곡선을 나타낸 것이다.Figure 1a shows the thermogravimetric analysis (TG) for Li 2 RuO 3 .
[발명의 목적][Purpose of invention]
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술][Technical field to which the invention belongs and the prior art in that field]
본 발명은 산업용 배기가스 중에 존재하는 유독물질인 루테늄 산화물을 제거하는 방법에 관한 것으로서, 리튬, 나트륨, 칼륨, 이트륨, 루비듐 화합물을 단독으로 또는 혼합하여 제조한 포집재를 이용하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for removing ruthenium oxide which is a toxic substance present in industrial exhaust gas, characterized by using a trapping material prepared by mixing alone or a mixture of lithium, sodium, potassium, yttrium and rubidium compounds.
루테늄 산화물들은 산업현장에서 산화촉매로 사용되는 공정 및 사용후 핵연료 건식처리공정 또는 루테늄 함유 고준위 폐기물의 고화공정 등에서 배출되는데, 이들 중 루테늄 4산화물(RuO4)은 승화점이 25.4℃의 승화성 물질로 상온에서 승화되어 기체로 배출되어 여러가지 문제점을 야기시킨다.Ruthenium oxides are the industry-end process and instructions for use in the field with the oxidation catalyst there is discharged from the fuel a dry process or a solidification process of the ruthenium-containing high-level waste, ruthenium 4 oxides of these (RuO 4) is a sublimable substance in the sublimation point 25.4 ℃ Sublimation at room temperature is discharged into the gas causing various problems.
준휘발성 물질인 루테늄 산화물은 화학적으로 강한 독성을 나타내며, 사용후 핵연료 처리공정에서 배출되는 루테늄 산화물은 방사능을 띄고 있어 종사자들의 안전성에 큰 문제를 일으킨다. 또한, 준휘발성 물질인 루테늄 산화물이 배기가스 내에 존재하면 냉각시 에어로졸로 변하여 배관의 막힘을 초래하기 때문에 배기가스 처리장비의 성능을 저하시킨다. 이러한 여러 문제점들 때문에, 루테늄 산화물은 가능한 한 발생 초기단계에서 제거되어야 한다.Ruthenium oxide, a quasi-volatile substance, is highly chemically toxic, and ruthenium oxide emitted from spent nuclear fuel processing is radioactive, causing serious problems for workers' safety. In addition, when ruthenium oxide, which is a semi-volatile material, is present in the exhaust gas, the gas is converted into an aerosol upon cooling, thereby causing clogging of the pipe, thereby degrading the performance of the exhaust gas treating equipment. Because of these various problems, ruthenium oxide should be removed as early as possible.
이에 배기가스 중에 존재하는 루테늄 산화물을 제거하는 방법이 다각도로 연구되어 왔으며, 루테늄 산화물의 포집방법은 물리적인 방법과 화학적인 방법으로 대별할 수 있다. 물리적인 방법에는 냉각에 의한 응축법을 이용하거나 또는 금속 산화물들의 산화수 변화에 따른 산소흡입체 작용을 이용하는 방법이 있고, 화학적 방법에는 루테늄 산화물을 알칼리토금속 혼합물과 반응시켜 금속 루테네이트(metal ruthenate)를 형성시키는 방법 등이 있다.Therefore, the method of removing ruthenium oxide present in the exhaust gas has been studied in various angles, and the method of capturing ruthenium oxide can be roughly classified into physical and chemical methods. Physical methods include condensation by cooling or oxygen adsorbent action according to the oxidation number change of metal oxides, and chemical methods include ruthenium oxide reacted with alkaline earth metal mixture to form metal ruthenate. Forming method;
예를 들어, 미국 특허 제 3,819,536호에는 촉매적 지지체에 알칼리토금속 산화물을 입히고 여기에 할로겐화 된 루테늄 화합물을 침투시켜 800℃ 내지 1000℃로 가열하면 안정한 루테네이트가 얻어지는 방법이 개시되어 있다.For example, U. S. Patent No. 3,819, 536 discloses a method in which an alkaline earth metal oxide is applied to a catalytic support, a halogenated ruthenium compound is penetrated therein, and heated to 800 to 1000 ° C to obtain a stable ruthenate.
미국 특허 제 3,835,069호에는 루테늄 화합물을 알칼리토류금속 또는 희토류금속과 혼합한 후 1000℃ 이상에서 가열하면 비휘발성의 알칼리토류-루테네이트가 형성되는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 방법에서는 이미 휘발된 기체상 루테늄 화합물을 포집하는 방법에 대해서는 언급이 없다.U.S. Patent No. 3,835,069 discloses a method in which a non-volatile alkaline earth-ruthenate is formed when a ruthenium compound is mixed with an alkaline earth metal or a rare earth metal and heated above 1000 ° C. However, this method does not mention how to capture gaseous ruthenium compounds that have already been volatilized.
미국 특허 제 4,092,265호에는 휘발성 루테늄 산화물을 400℃∼1000℃에서 알칼리토류금속, 란타나이드 화합물 및 산화납으로 포집하여 비휘발성의 루테네이트로 만드는 방법이 개시되어 있다.U.S. Patent No. 4,092,265 discloses a method for capturing a volatile ruthenium oxide with an alkaline earth metal, a lanthanide compound and lead oxide at 400 ° C to 1000 ° C to make a nonvolatile ruthenate.
일본 특허 제 5,437,847호에는 휘발성 루테늄을 포름산의 수용액과 접촉시켜 루테늄 산화물 침전물을 얻은 후 그 침전을 포름산으로부터 분리하여 휘발성 루테늄을 회수하는 방법이 개시되어 있다.Japanese Patent No. 5,437,847 discloses a method for recovering volatile ruthenium by contacting volatile ruthenium with an aqueous solution of formic acid to obtain a ruthenium oxide precipitate, and then separating the precipitate from formic acid.
그러나, 상기 방법들에서 물리적인 포집법은 고온의 대기 조건 또는 포집 후 고온의 고화처리시 열적으로 불안정하여 재휘발하게 되며, 알칼리토금속류를 이용한 화학적인 포집법은 포집용량이 적어 루테늄 화합물을 포집하기 위하여 많은 양의 포집재가 필요하여 반응에 의한 다량의 부산물이 배출되는 등의 문제점이 있다.However, in the above methods, the physical collection method is thermally unstable and re-volatile during the high temperature atmospheric condition or the high temperature solidification treatment after collection, and the chemical collection method using alkaline earth metals collects ruthenium compounds due to low collection capacity. In order to require a large amount of trapping material there is a problem such that a large amount of by-products are discharged by the reaction.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 포집후 재휘발하는 문제점을 해결하고 포집용량이 큰 포집재를 개발하기 위해 노력한 결과 지금까지 이러한 목적으로 사용되고 있지 않은 리튬, 나트륨, 칼륨, 이트륨, 루비듐 화합물을 이용하여 포집하는 경우 상기한 문제점을 해결할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors have tried to solve the problem of revolving after the collection and to develop a trapping material having a large collection capacity as a result of collecting using lithium, sodium, potassium, yttrium, rubidium compounds that have not been used for this purpose so far In the case that the above problems can be solved and the present invention has been completed.
따라서, 본 발명은 배기가스 중에 존재하는 루테늄 산화물을 제거하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 본 발명의 방법에 의하면 적은 양의 포집재로 많은 량의 루테늄 산화물을 포집할 수 있으며, 포집된 루테늄 화합물은 고온에서도 매우 안정한 물질로 변환되어 재오염 문제가 발생되지 않는다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for removing ruthenium oxide present in exhaust gas. According to the method of the present invention, a large amount of ruthenium oxide can be collected with a small amount of trapping material, and ruthenium is collected. The compound is converted to a very stable material even at high temperatures so that recontamination is not a problem.
[발명의 구성 및 작용][Configuration and Function of Invention]
본 발명은 산업용 배기가스 중에 존재하는 유독물질인 루테늄 산화물을 제거하는 방법에 관한 것으로서, 리튬, 나트륨, 칼륨, 이트륨, 루비듐 화합물을 단독으로 또는 혼합하여 제조한 포집재를 이용하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for removing ruthenium oxide which is a toxic substance present in industrial exhaust gas, characterized by using a trapping material prepared by mixing alone or a mixture of lithium, sodium, potassium, yttrium and rubidium compounds.
본 발명에서 사용되는 포집재인 리튬, 나트륨, 칼륨, 이트륨, 루비듐 화합물은 산화물의 형태가 바람직하다.The lithium, sodium, potassium, yttrium and rubidium compounds which are the collecting materials used in the present invention are preferably in the form of oxides.
가장 바람직한 포집재에는 Li2O, Na2O2, K2O, Y2O3, Rb2O 등이 있다.Most preferred collecting materials include Li 2 O, Na 2 O 2 , K 2 O, Y 2 O 3 , Rb 2 O, and the like.
루테늄 산화물과 포집재가 반응하는 온도는 500℃ 내지 1600℃가 바람직하다.The temperature at which the ruthenium oxide and the collector react is preferably 500 ° C to 1600 ° C.
배기가스 중에 존재하는 루테늄 화합물은 포집재를 만나면 포집재중의 성분과 반응하여 아래와 같은 화합물을 만든다.The ruthenium compound present in the exhaust gas reacts with the components in the trapping material when it meets the trapping material to form the following compound.
이들을 X선 회절 분석하여 본 결과, Y2Ru2O7은 파이로클로어(pyrochlores) 구조를, KRu4O8및 RbRu4O8와 같은 MRu4O8은 홀란다이트 (Hollandite) 구조를, 그리고 NaRu2O4및 Li2RuO3와 같은 금속 루테네이트 구조를 갖고 있음을 알 수 있다.Them the MRu 4 O 8 are holes randayi agent (Hollandite) structure as the claw air (pyrochlores) structure results present the X-ray diffraction analysis, Y 2 Ru 2 O 7 is a pie, and KRu 4 O 8 and RbRu 4 O 8 And metal ruthenate structures such as NaRu 2 O 4 and Li 2 RuO 3 .
본 발명의 포집재를 사용하여 루테늄 산화물을 포지할 경우 포집재 1kg당 루테늄 포집량이 0.8∼8.6kg으로 매우 많다. 따라서 단위부피당 포집용량이 크므로 작은 시설로 다량의 루테늄 화합물을 제거할 수 있다.When ruthenium oxide is deposited using the trapping material of the present invention, the ruthenium trapping amount per kg of the trapping material is very large, 0.8 to 8.6 kg. Therefore, the large collection capacity per unit volume can remove a large amount of ruthenium compound in a small facility.
상기와 같은 반응 결과 형성되는 물질은 매우 고온에서도 안정하여 루테늄 산화물이 다시 방출되지 않는 것을 알 수 있다. 상기 반응결과 얻어진 이트륨산화물과 리튬 산화물의 열적 안정성을 분석하기 위하여 1400℃에서 1시간 이상을 유지하는 열중량 분석을 하였다. 이 결과에 의하면 이트륨산화물과 리튬산화물이 모두 3% 미만의 무게 감량을 나타내는 매우 안정한 금속루테네이트를 형성함을 알 수 있다(제1a도 및 제1b도 참조)It can be seen that the material formed as a result of the above reaction is stable even at a very high temperature so that ruthenium oxide is not released again. In order to analyze the thermal stability of the yttrium oxide and lithium oxide obtained as a result of the reaction was carried out thermogravimetric analysis maintaining at least 1 hour at 1400 ℃. The results show that both yttrium oxide and lithium oxide form very stable metal ruthenates with weight loss less than 3% (see FIGS. 1a and 1b).
또한, 포집재는 배기가스의 흐름 조건에 따라 입자상, 담지상, 폼상 또는 벌집모양의 단일체형 등으로 성형 가공하여 사용될 수 있다.In addition, the trapping material may be used by molding the granular, supported, foamed or honeycomb monolithic form according to the flow conditions of the exhaust gas.
이하 실시예에 의거하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하고자 한다.On the basis of the following examples will be described in more detail the present invention.
하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.The following examples are merely illustrative of the present invention, but the content of the present invention is not limited by the examples.
[실시예 1]Example 1
900℃ 이상에서 루테늄 산화물(RuO2)과 입자상 Y2O3로 이루어진 포집재를 반응시킨 결과 포집재 1kg당 루테늄의 포집량은 0.89kg 이었다. 또한 X선 회절곡선 분석결과 Y2Ru2O7의 파이로클로어(pyrochlores) 구조를 형성하였다.As a result of the reaction of the ruthenium oxide (RuO 2 ) with the particulate Y 2 O 3 at 900 ° C. or more, the amount of ruthenium per kg of the collecting material was 0.89 kg. In addition, X-ray diffraction curve analysis formed a pyrochlores structure of Y 2 Ru 2 O 7 .
[실시예 2]Example 2
900℃ 이상에서 루테늄 산화물(RuO2)과 입자상 Li2O로 이루어진 포집재를 반응시킨 결과 포집재 1kg당 루테늄의 포집량은 3.38kg 이었다. 또한 X선 회절곡선 분석결과 Li2RuO3의 파이로클로어 구조를 형성하였다.As a result of the reaction of the ruthenium oxide (RuO 2 ) and the particulate Li 2 O collector at 900 ° C. or higher, the amount of ruthenium per kg of the collector was 3.38 kg. In addition, X-ray diffraction curve analysis formed a pyrochlore structure of Li 2 RuO 3 .
[실시예 3]Example 3
900℃ 이상에서 루테늄 산화물(RuO2)과 입자상 K2O로 이루어진 포집재를 반응시킨 결과 포집재 1kg당 루테늄의 포집량은 8.60kg 이었다. 또한 X선 회절곡선 분석결과 KRu4O8의 홀란다이트(Hollandite) 구조를 형성하였다.The ruthenium oxide (RuO 2 ) and the trapping material consisting of particulate K 2 O was reacted at 900 ° C. or higher. As a result, the amount of ruthenium per kg of the collecting material was 8.60 kg. In addition, X-ray diffraction curve analysis formed a Hollandite structure of KRu 4 O 8 .
[실시예 4]Example 4
900℃ 이상에서 루테늄 산화물(RuO2)과 입자상 Rb2O로 이루어진 포집재를 반응시킨 결과 포집재 1kg당 루테늄의 포집량은 4.32kg 이었다. 또한 X선 회절곡선 분석결과 RbRu4O3의 홀란다이트 구조를 형성하였다.As a result of reacting the collecting material consisting of ruthenium oxide (RuO 2 ) and particulate Rb 2 O at 900 ° C. or higher, the amount of ruthenium per kg of the collecting material was 4.32 kg. In addition, X-ray diffraction curve analysis showed a hollandite structure of RbRu 4 O 3 .
[실시예 5]Example 5
900℃ 이상에서 루테늄 산화물(RuO2)과 입자상 Na2O2로 이루어진 포집재를 반응시킨 결과 포집재 1kg당 루테늄의 포집량은 5.18kg 이었다. 또한 X선 회절곡선 분석결과 NaRu2O4의 금속 루테네이트(metal ruthenate) 구조를 형성하였다.The ruthenium oxide (RuO 2 ) and the trapping material consisting of particulate Na 2 O 2 were reacted at 900 ° C. or higher, and the ruthenium trapping amount per kg of the collecting material was 5.18 kg. In addition, X-ray diffraction curve analysis formed a metal ruthenate structure of NaRu 2 O 4 .
[실시예 6]Example 6
분리된 알루미나층 위에 각각 루테늄 산화물(RuO2)과 이트륨 산화물을 적층하고 900℃ 이상에서 가열하였다. RuO2가 승화되어 다른 층의 이트륨 산화물과 반응하였다. 반응후 이트륨 산화물을 꺼내어 분석한 결과 실시예 1 에서와 같은 Y2Ru2O7가 형성되었다.Ruthenium oxide (RuO 2 ) and yttrium oxide were respectively laminated on the separated alumina layer and heated at 900 ° C. or higher. RuO 2 was sublimed and reacted with yttrium oxide in another layer. After the reaction, the yttrium oxide was taken out and analyzed, and as a result, Y 2 Ru 2 O 7 was formed as in Example 1.
[실시예 7]Example 7
벌집모양의 단일체형 세라믹에 이트륨 산화물을 담지하여 성형된 포집재에 800℃ 이상에서 휘발성 루테늄 화합물을 통과시킨 결과, 이트륨 루테네이트가 형성 되었다.Yttrium ruthenate was formed when a volatile ruthenium compound was passed through a collecting material formed by supporting yttrium oxide in a honeycomb monolithic ceramic at 800 ° C or higher.
[실시예 8]Example 8
폼형태 세라믹에 이트륨 산화물을 담지하여 성형된 포집재에 800℃ 이상에서 휘발성 루테늄 화합물을 통과시킨 결과, 이트륨 루테네이트가 형성 되었다.A yttrium ruthenate was formed as a result of passing a volatile ruthenium compound at 800 ° C. or higher through a collecting material formed by supporting yttrium oxide on a foam ceramic.
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