KR100278234B1 - 방사성 폐기물의 처리 방법 - Google Patents

Abstract

방사성 폐기물은 예컨대, 오염된 분말형 이온 교환 수지의 형태로 발생한다. 상기 이온 교환 수지의 부피는 최종 저장을 위해 가급적 많이 축소되어야 한다. 따라서, 이온 교환 수지를 기계적으로 탈수시키는 단계, 탈수된 이온 교환 수지를 칼슘 화합물과 혼합하는 단계, 상기 혼합물을 열공급에 의해 건조시키는 단계, 및 최종적으로 상기 건조된 혼합물을 1000hPa 이하의 압력에서 120 내지 190℃ 범위의 온도로 가열함으로써 열처리하는 단계로 이루어진 방법이 개시되어 있다. 이로인해, 이온교환수지가 그것의 물 흡수력 및 팽윤성을 잃어버린다.

이러한 방식으로 처리된 이온 교환 수지는 콘크리이트 또는 비튜멘으로 최종 저장을 위한 블록으로 형성된다.

Description

방사성 폐기물의 처리 방법

본 발명은 오염된, 분말형 이온 교환 수지의 형태인 방사성 폐기물의 처리 방법에 관한 것이다.

이런 방법은 폐기물의 부피를 감소시키기 위해 사용된다. 이것을 위해 유럽특허 제 0 126 060 호에는 이온 교환 수지 혼합물을, 물 및 알칼리 반응 물질의 존재 하에 음이온 교환 수지의 분해가 시작되고 아민이 떨어져 나갈 때까지 가열하는 방법이 공지되어 있다. 이 경우, 280℃까지의 온도가 필요하다.

시험에서 나타난 바와 같이, 상기 경우에 가열을 위한 많은 에너지 소비에도 불구하고 이온 교환 수지는 그것의 물 흡수력의 상당부분을 보유한다. 물 흡수력과 관련한 팽윤 과정(swelling processes)을 고려해볼 때 예컨대 시멘트 또는 비튜멘(bitumen)으로된 매트릭스내로 저장되는 이온 교환 수지의 양이 폐기물 질량의 10%를 초과하지 못한다. 따라서, 만족스런 폐기물의 부피 감소가 이루어지지 않는다.

본 발명의 목적은 폐기물로서 배출되어 최종 저장될 이온 교환 수지를 처리하여, 그것의 양이 폐기물의 중량 및 부피의 10%를 훨씬 넘도록 하는 것이며, 상기 처리에 의해 이온 교환 수지의 물 흡수력 및 팽윤성을 감소시키고자 하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따른 방법에 의해, 오염된 분말형 이온 교환 수지의 형태인 방사성 폐기물의 처리 방법에 있어서, 이온 교환 수지를 기계적으로 탈수시키는 탈수 단계, 탈수된 이온 교환 수지를 칼슘화합물과 혼합하는 혼합 단계, 상기 혼합물을 120℃이하, 특히 50℃ 내지 60℃의 온도 및 120 내지 200hPa의 압력으로, 잔류 수분 함량이 혼합물 질량의 10% 이하에 이를 때까지 건조시키는 건조 단계 및 상기 건조 혼합물을 대기압 이하의 압력에서 120℃ 이상 190℃ 이하의 온도로 가열함으로써 열처리하는 열처리 단계에 의해서 달성된다.

본 발명에 따른 방법의 개선에 따라, 열처리된 혼합물을 냉각 후에 특히 시멘트 또는 비튜멘으로된 매트릭스내로 도입하며, 이 경우 혼합물의 질량은 매트릭스 질량의 50%에 이른다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서는 칼슘 화합물로서 수산화칼슘을 사용하고, 그것의 양은 이온 교환 수지 흡수 용량의 50 내지 150% 이다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시예에서는 배출된 증기를 응축 후에, 탈수 단계에서 생긴 물과 마찬가지로 폐수처리장치에 공급한다.

본 발명에 따른 방법은 놀랍게도 이온 교환 수지의 물 흡수력을 비가역적으로 없애므로, 이온 교환 수지를 매트릭스내에 넣는 동안 또는 넣은 후에 이온 교환 수지의 팽윤이 확실하게 방지되기 때문에 매우 바람직하다.

본 발명에 따른 방법에 의해 처리된 이온 교환 수지의 상태는 칼슘화합물이 양이온만을 전가시키고 이들의 물 흡수력 및 팽윤성만을 감소시킨다는 점이 놀랍다.

음이온을 나타내는 이온 교환 수지 부분의 물 흡수력 및 팽윤성을 동시에 감소시킴으로써, 본 발명에 따른 처리 없이 가능했던 것의 적어도 2배의 수지를 손상 없이 매트릭스내로 삽입할 수 있다. 이로 인해, 이온 수지로부터 나온 최종 저장될 폐기물의 전체량이 현저히 줄어든다.

본 발명에 따른 방법을 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

그 효능을 없앤 방사성 이온 교환 수지를 분말로 간 다음 특히 현탁액으로서 건조기, 예컨대 원추형 건조기에 넣는다. 상기 현탁액을 원추형 건조기에서 먼저 기계적으로 탈수시킨다. 탈수되었지만 여전히 수분을 함유한 이온 교환 수지 분말을 칼슘화합물, 예컨대 수용성 용액중의 수산화 칼슘과 믹서(혼합 장치)내에서 혼합한다. 이 경우, 혼합하는 칼슘 화합물의 양은 이온 교환 수지 흡수 용량의 50 내지 150%이다.

이온 교환 수지를 수산화 칼슘과 혼합한 후, 형성된 혼합물을 믹서에서 가열한다. 이 경우, 약 50℃ 내지 60℃의 온도 및 120hPa 내지 200hPa의 압력으로 혼합물내에 존재하는 물과 혼합해서, 혼합물 중의 잔류수분이 혼합물의 10%이하일 때까지 증발시킨다. 상기 값은 건조공정의 시작 후 약 10시간 후에 얻어진다.

상기 믹서에서 혼합물의 열처리를 위해 온도를 120℃ 이상으로, 특히 150℃ 내지 160℃로, 그러나 190℃이하로 상승시킨다. 이때까지 채워지지 않은 이온 교환 수지의 양이온의 적어도 일부분이 수산화칼슘과 함께 비가역 화합물로 되고 그것의 물 흡수력을 잃는다.

저압을 얻기 위해 건조동안 그리고 열처리 동안 생성된 증기를 배출시켜 응축시키고 이온 교환 수지의 탈수 단계에서 생기는 물과 똑같이 폐수 처리장치에 공급한다.

양이온 수지의 선행 부과(preceding loading)와 함께 열처리에 의해, 상응하는 액티브 그룹이 그것의 물 흡수력 및 팽윤성에 있어서 대략 플라스틱의 정상 팽윤성만이 남을 정도로 변환된다. 시험에서 나타난 바와 같이, 동시에 음이온 수지의 물 흡수력 및 팽윤성이 열처리에 의해 예기치 않게 줄어든다.

그러나, 팽윤성 및 물 흡수력을 더욱 줄이기 위한 중요한 단계는 양이온 수지의 실제로 완벽한 부과 및 후속하는 열처리이다. 단지 열처리 만으로는 상기 온도 범위에서 양이온 수지에 원하는 결과를 가져올 수 없다.

처리후 없어지는 이온 교환수지의 물 흡수력 및 팽윤력으로 인해, 처리되지 않은 이온 교환 수지와 비교해 볼 때 적어도 2배의 양이 매트릭스내에 도입될 수 있고, 이때 처리된, 이온 교환 수지와 칼슘 화합물로된 혼합물의 질량은 매트릭스 질량의 50%미만이다. 매트릭스로는 특히 시멘트 및 비튜멘이 적합하다. 이온 교환 수지가 상기 매트릭스와 함께 최종 저장되기 때문에, 본 발명에 따른 방법의 사용에 의해 최종 저장되는 폐기물의 양이 적어도 ½로 줄어든다. 이것은 방사성 오염 이온 교환 수지의 제어된 그리고 안전한 최종 저장에 중요한 장점이 된다.

본 발명에 따른 방법의 효과를 떨어뜨리지 않기 위해, 믹서 또는 혼합장치를 혼합, 건조 및 열처리동안 중단 없이 계속 작동시킬 수 있는 것이 바람직하다. 이로 인해, 이온 교환 수지와 칼슘 화합물로된 혼합물이 모든 처리 단계에서, 즉 모든 그것의 영역에서 동일한 처리상태에 이를 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 이온 교환 수지와 마찬가지로, 양이온과 음이온으로된 자체 활성 성분의 혼합물 형태인 독성 화학약품에도 적용될 수 있다.

Claims (7)

1. 오염된 분말형 이온 교환 수지의 형태인 방사성 폐기물의 처리 방법에 있어서, a) 이온 교환 수지를 기계적으로 탈수시키는 탈수 단계, b) 탈수된 이온 교환 수지를 칼슘화합물과 혼합하는 혼합 단계, c) 상기 혼합물을 120℃이하 및 120 내지 200hPa의 압력으로, 잔류수분 함량이 혼합물 질량의 10% 이하에 이를 때까지 건조시키는 건조 단계, 및 d) 상기 건조 혼합물을 대기압 이하의 압력에서 120℃ 이상 190℃ 이하의 온도로 가열함으로써 열처리하는 열처리 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물의 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합물 건조 단계를 50℃ 내지 60℃의 온도에서 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물의 처리방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 열처리 단계에서 열처리된 혼합물을 냉각 후에 매트릭스내로 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물의 처리방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 매트릭스로서 시멘트 또는 비튜멘을 선택하는 단계와, 상기 혼합물의 질량을 상기 매트릭스 질량의 50% 이하로 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물의 처리 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 양이온 교환 수지의 흡수용량의 50 내지 150%까지 차지하는 량으로, 칼슘 화합물로서 수산화 칼슘 (Ca(OH)₂)을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물의 처리 방법.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 건조 및 열처리 단계 동안 배출된 증기를 응축 후에, 탈수 단계에서 생긴 물과 마찬가지로 폐수처리장치에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물의 처리 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 이온 교환 수지 및 칼슘 화합물의 혼합, 건조 및 열처리 단계중 하나 이상의 단계를 열처리의 종결까지 작동되는 하나의 혼합 장치에서 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물의 처리 방법.