KR100560637B1 - 위험 폐기물의 캡슐화 - Google Patents

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Abstract

방사성 물질 뿐만 아니라 비소, 수은, 니켈 및 크롬 잔여물과 같은 중금속을 포함하는 위험 폐기물을 캡슐화하는 방법이다. 본 방법은 위험 폐기물을 셋팅 조성물에 첨가하여 슬러리를 형성시키고 슬러리가 폐기물을 캡슐화하도록 하는 공정을 포함한다. 셋팅 조성물은 탄산칼슘 및 알칼리성의 산화마그네슘을 포함하는 분말화된 시멘트 조성물이다. 캡슐화된 물질에 대한 시험은 전혀 위험하지 않은 물질을 콘크리트와 같은 외관을 갖는 셋팅 조성물로부터 침출시키는 것을 나타낸다.
폐기물, 캡슐

Description

위험 폐기물의 캡슐화{Encapsulation of hazardous waste material}
본 발명은 위험 폐기물의 캡슐화하는 셋팅 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방사성 물질 뿐만 아니라, 비소, 니켈, 크롬 잔여물 및 수은과 같은 중금속을 함유하는 위험 폐기물질을 캡슐화하는 방법을 통한 셋팅 조성물에 관한 것이다.
비소 및 비소함유 조성물들은 오스트레일리아에서 양 및 가축을 살균하기 위해 담그는 용도로서 광범위하게 사용되고 있으며, 또한 살충제의 용도로서 사용되고 있다. 또한, 수은 및 수은함유 조성물은 오스트레일리아 및 다른 나라들에서도 널리 사용되고 있다. 상기 비소 및 수은 화합물로부터 발생된 것으로(이들의 독성에 인한), 비소 및 수은 성분의 폐기물이 많은량으로 존재한다.
유기니켈 및 크롬, 및 니켈 및 크롬 함유 조성물은 오스트레일리아 및 다른 나라에서 널리 사용되고 있는 것이다. 이러한 화합물은 금속 도금 및 양극산화처리(anodising) 공정에 사용되고, 그리고 상기 공정은 상당히 농축되고 드럼에 저장된 일반적인 니켈 및 크롬을 폐기시키는 공정이다. 상기 잔여물들은 위험하고 독성이 있으며, 니켈 및 크롬성분의 폐기물이 많은량으로 존재한다.
상기에서 언급된 위험 폐기물 및 독성 성분들은 제한된 수명을 갖는 드럼에 수용되어 있다. 드럼속의 성분들은 전형적으로 오염된 액체 또는 오니(sludge) 형태를 하고 있으며, 이는 안전하게 캡슐에 넣기가 거의 불가능한 형태이다. 상기 오니는 드럼으로부터 녹슬고, 폐기된 입자들, 고체, 및 여러 가지 액체와 같은 오염물질을 포함한다.
또한, 방사성 물질 및 성분들도 위험 물질들이다. 이들이 핵반응에 대한 연료로서 사용되는 것은 별개로 하여, 방사성 물질은 또한 의약 및 다른 위험분야에도 사용되고 있다. 예를 들면, 방사성동위원소는 여러 가지 질병의 진단법 및 치료법을 위한 의약 분야에서 사용되고 있다. 위험분야에 있어서, 예를 들면 채광 위험의 방사성 원료는 물질들의 두께를 측정하기 위한 기기들의 특정 형태로 사용되고 있다. 그러나, 방사성 물질의 이용에 관련된 문제 중의 하나는 사회적 및 환경적으로 허용 가능한 방사성 폐기 물질의 처리방법을 찾아내는 것이다. 여러 가지 제안으로서, 지구상의 사람이 살지 않는 지역에 안전하게 매립하는 것보다 방사성 물질을 상자 또는 캡슐에 넣기 위한 방법을 내세우고 있다.
위험 폐기물질을 캡슐에 넣기 위한 구체적인 시도는 오염물 중 존재하는 잘 굳혀지지 않은 콘크리트 및 시멘트와 같이 제한된 결과를 초래하게 된다. 그러나, 콘크리트 또는 콘크리트와 같은 생산물은 콘크리트가 단단하고, 매우 오랜 수명을 가지고 있으며, 세팅에 앞서 몰드에 주입할 수 있어서 캡슐화를 위해 이상(ideal)적이다.
발명의 요약
본 발명은 비록 물질들이 다른 불순물과 함께 오염되어 있는 물질이라도 위험 폐기물 또는 이들의 성분을 캡슐화할 수 있는 방법을 나타내고 있다.
본 발명의 하나의 관점에 의하면, 위험 폐기물을 탄산칼슘 및 알칼리성의 산화마그네슘이 함유된 셋팅 조성물(a settable composition)에 투여하여 슬러리를 형성시킨 다음, 폐기물질 또는 이의 성분들이 포함된 슬러리를 캡슐화하는 방법으로 이루어진 위험 폐기물 또는 이의 성분들을 캡슐화하는 방법을 제공하고 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 비소, 아비소산 나트륨, 삼산화 비소 또는 5산화 비소 중에서 선택된 비소 화합물을 캡슐에 넣는 방법을 제공하는 것으로, 이는 비소성분에 황산염, 철염화물 및/또는 알칼리제, 물을 투여하여 슬러리를 형성시키고, 탄산칼슘 및 알칼리성의 산화마그네슘을 포함하는 셋팅 조성물과 함께 슬러리를 혼합한 다음, 비소성분을 캡슐화시키기 위한 조성물을 포함하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 방법으로 캡슐화할 경우, 비소가 콘크리트와 같은 형태를 나타내는 셋팅 조성물 밖으로 거의 침출되지 않는다는 것이 발견된다.
대신, 침출율(leach rate)는 5.00ppm 비소의 침출율 이하가 된다. 현탁액에 첨가되는 황산염은 바람직하게는 황산알루미늄이다. 알카리제는 바람직하게는 탄산칼슘과 같은 탄산염이다. 철염화물은 염화 제2철을 포함한다.
적합한 범위는 다음을 포함한다.
비소 성분 - 100 중량 단위(즉, g)
황산염 - 10 ∼ 80 중량 단위, 더욱 바람직하게는 약 50 중량 단위
알칼리제(즉, 탄산칼슘)- 10 ∼ 80 중량 단위
염화 제2철(만일 존재한다면) - 5 ∼ 50 중량 단위
슬러리를 형성하기 위하여 비소 성분은 물 100 중량 단위당 100 ∼ 500 중량 단위로 첨가할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 수은 또는 이의 성분들을 탄산칼슘 및 알칼리성의 산화마그네슘이 함유된 셋팅 조성물에 투여하여 슬러리를 형성시킨 다음, 폐기물질 또는 이의 성분들이 포함된 슬러리를 캡슐화하는 방법으로 이루어진 수은 또는 이의 성분들을 캡슐화하는 방법을 제공하고 있다.
상기 방법으로 캡슐화할 경우, 매우 작은 수은이 콘크리트와 같은 형태를 나타내는 셋팅 조성물 밖으로 거의 침출되지 않는다는 것이 발견된다. 대신, 침출율은 5.00ppm 수은의 침출율 이하가 된다.
수은 폐기물은 통상적으로 오니(sludge)로 저장된다. 수은 폐기물의 하나의 원료는 캘리플로컬레이터(Clarriflocculator) 오니, 또는 소금물 오니로부터 생긴다. 이러한 오니는 물, 먼지/오물, 및 다른 불순물 뿐만 아니라, 오니의 킬로그램당 수은 100∼200 ㎎을 포함하고, 이는 불만족스러운 콘크리트로 캡슐화하여 제조한다.
본 방법에 대한 적합한 범위는 다음을 포함한다:
수은함유 오니 - 1000g,
셋팅 조성물 - 1000g,
물 - 270 ㎖.
첨가제 - 100g.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 니켈 및 크롬 또는 이의 성분들을 탄산칼슘 및 알칼리성의 산화마그네슘이 함유된 세팅 조성물에 투여하여 슬러리를 형성시킨 다음, 폐기물질 또는 이의 성분들이 포함된 슬러리를 캡슐화시키는 방법으로 이루어진 니켈 및 크롬 또는 이의 성분들을 캡슐화하는 방법을 제공하고 있다.
상기 방법으로 캡슐화할 경우, 매우 작은 니켈 및 크롬이 콘크리트와 같은 형태를 나타내는 셋팅 조성물 밖으로 거의 침출되지 않는다는 것이 발견된다. 대신, 침출율은 니켈 및 크롬의 0.2 ppm 침출율 이하가 된다.
상기 니켈 및 크롬 폐기물은 통상적으로 진한 액체 또는 오니에 저장된다. 니켈 및 크롬 폐기물 중의 하나의 원료는 금속 도금 및 양극산화처리(anodising) 위험에서 생긴다. 상기 액체는 물, 먼지/오물, 및 다른 불순물 뿐만 아니라, 액체의 킬로그램당 니켈 10∼28,000 ㎎ 및 10∼200,000 ㎎을 포함하고, 이는 불만족스러운 콘크리트로 캡슐화하여 제조한다.
원한다면, 충진제가 사용될 수도 있다. 충진제는 재를 포함할 수 있으며, 그러나 다른 충진제들도 관찰된다. 충진제는 셋팅 조성물의 10 ∼ 90%로 함유할 수 있고, 더욱 바람직하게는 40 ∼ 60%로 함유할 수 있다.
본 방법에 대한 적합한 비-제한적 범위는 다음을 포함한다.
니켈 및 크롬함유 액체 - 150 ㎖,
셋팅 조성물 - 300g,
물 - 400 ㎖.
첨가제 - 100g.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 방사성 물질을 탄산칼슘 및 알칼리성의 산화마그네슘이 함유된 셋팅 조성물에 투여하여 슬러리를 형성시킨 다음, 폐기물질 또는 이의 성분들이 포함된 슬러리를 캡슐화시키는 방법으로 이루어진 방사성 물질을 캡슐화하는 방법을 제공하고 있다.
상기 방법으로 캡슐화할 경우, 사실상 방사성 물질이 없이 콘크리트와 같은 상태를 나타내는 셋팅 조성물 밖으로 거의 침출되지 않는다는 것이 발견된다. 더욱이, 상기 침출 물질의 방사성 레벨은 배경(background) 방사 레벨로 매우 낮다.
본 발명에 따른 캡슐화 방법은 특히 방사성 물질, 예를 들면 모나자이트(monazite)를 중(mid) 레벨로 낮추는데 적합하다. 바람직하기로는 방사성 물질은 분말 형태로 셋팅 조성물에 투여된다. 바람직한 방사성 물질 또는 이의 성분들은 입자 크기 0.01㎛ ∼ 5.0 ㎜, 더욱 바람직하게는 0.1 ㎛ ∼ 1.0 ㎜ 범위내에서 사용한다.
바람직한 셋팅 조성물은 납 또는 납 화합물, 예를 들면 산화납과 같은 납 화합물을 포함한다. 상기 조성물에서 납은 방사성 물질로부터 방사물을 흡수하는 것을 도와준다.
본 방법에 대한 적합한 비-제한 범위는 다음을 포함한다.
방사성 물질 - 1000g,
셋팅 조성물 - 700 ∼ 2200g,
산화납 - 300 ∼ 1500g,
물 - 500 ∼ 900 ㎖.
첨가제 - 250 ∼ 375g.
알칼리성의 산화마그네슘은 탄산마그네슘과 이산화탄소가 제거된 마그네슘을 함유하는 마그네슘 조성물을 포함한다. 또한, 탄산마그네슘은 덮혀져 처리되는데, 이를테면 열처리하여 이산화탄소를 유리시키고, 그 것으로 형성된 조성물이 부분적으로 하소(calcined) 된다. 상기 조성물의 정확한 구조 및 알칼리성의 산화마그네슘의 구조가 알려져 있지는 않지만, 이는 탄산마그네슘을 특히, 설명된 온도범위에서 열처리하여 부분적으로 이산화탄소를 제거하여 형성된 구조를 포함하여 사용될 수 있다.
탄산칼슘 및 알칼리성의 산화마그네슘 조성물은 돌로마이트(dolomite)를 처리함으로써 형성시킬 수 있다. 돌로마이트는 자연에서 발견된 탄산염의 칼슘 마그네슘이다. 실제 돌로마이트는 약 54%의 탄산칼슘과 43%의 탄산마그네슘을 포함한다. 천연의 돌로마이트는 알루미나, 철 및 실리카를 포함할 수 있는 여러 가지 다른 형태의 불순물을 함유하고 있다.
탄산칼슘 및 탄산마그네슘의 함량은 돌로마이트 내에서 변할 수 있다. 이를테면, 65%의 탄산칼슘 및 30%의 탄산마그네슘을 함유하는 돌로마이트를 저 마그네슘 돌로마이트라고 부른다. 반대로, 60%의 탄산마그네슘 및 30%의 탄산칼슘을 함유하는 돌로마이트를 고 마그네슘 돌로마이트라고 부른다.
열처리된 돌로마이트에서 이산화탄소가 유리되어 발생할 것이고, 이는 이산화탄소의 유리속도를 조절할 수 있으며 여러 가지의 완전히 또는 부분적으로 하소된 돌로마이트를 제공할 수 있다.
돌로마이트는 1,500℃에서 가열되면, 모든 탄산염은 이산화탄소로 유리되고, 산화칼슘과 산화마그네슘의 혼합물이 남는다. 상기 산화물은 내열성이 강한 재료의 용도로 잘 알려져 있지만, 산화물은 탄화철(cementitious)의 재료로 부적당하다.
돌로마이트가 더 낮은 온도에서 가열되면, 모든 탄산염이 이산화탄소로 유리되는 것은 아니다. 사실상 가열은 탄산 마그네슘이 탄산칼슘보다는 이산화탄소로 우선적으로 유리되도록 조절될 수 있어야 한다.
그러므로 전형적으로 500∼800℃ 범위의 온도에서의 가열은 탄산 마그네슘의 우선적인 유리를 일으킨다.
우선적인 유리를 조절에 의해, 돌로마이트를 알칼리성의 산화 마그네슘을 함유하는 조성물로 바꿈으로써 돌로마이트는 적당한 조성물을 형성하도록 처리될 수 있다.
돌로마이트의 우선적인 유리는 무기염류 같은 첨가제에 의하여 산화될 수 있다. 적당한 염으로는 황산 알루미늄 또는 황산 마그네슘 같은 금속 황산염이 있으며, 가열에 앞서 0.1∼5%로 첨가될 수 있다. 상기 염은 탄산 칼슘의 탄소제거 온도를 더 높이도록 실질적인 영향을 주지는 않고, 탄산 마그네슘의 탄소가 제거되는 온도를 우선적으로 낮춘다. 또한 상기 염은 100℃에서 200℃로 유리 온도를 증가시킨다.
적당하게, 알칼리성의 산화마그네슘은 탄산마그네슘내에 함유된 0.1∼50%의 이산화탄소, 바람직하게 23∼28%의 이산화탄소를 포함한다.
분자구조를 보기는 어렵지만, 구조는 탄산칼슘, 산화마그네슘 및 탄산마그네슘의 혼합물을 함유하고 있을 것이다. 조성물내 이산화탄소의 양은 강도, 반응 속도 등의 여러 기준에 영향을 준다. 20∼30%로 함유된 이산화탄소는 여러 적용에 대하여 적당한 셋트 속도를 제공해 준다. 이산화탄소의 양을 늘리면, 셋트 속도가 감소할 것이며, 이산화탄소의 양을 줄이면, 셋트 속도가 증가할 것이다.
조성물은 미리 만들어진 알칼리성의 산화마그네슘에 탄산칼슘을 혼합하여 섞음으로써 합성될 수 있다. 여러 가지로, 알칼리성의 산화 마그네슘은 고안된 수준의 하소(calcination)가 얻어질 때까지 이산화탄소에 부분적으로 열을 줌으로써, 준비될 수 있다.
더 다양하게는, 천연의 돌로마이트는 상기의 방법으로 가열되어, 탄산 칼슘과 알칼리성의 산화 마그네슘을 함유하는 조성물을 얻을 수 있고, 만약 천연의 돌로마이트가 마그네슘이 결핍되어 있다면, 부가적으로 알칼리성의 산화 마그네슘을 혼합물에 첨가할 수 있다.
예를 들면, 불순물에 65%의 탄산칼슘 및 30%의 탄산마그네슘을 함유하는 저(low) 마그네슘 돌로마이트는 마그네슘이 부분적으로 하소된 알칼리성의 마그네슘이 되도록 하소될 수 있으나, 마그네슘내 원래 유리된 이산화탄소의 2∼20%는 제한된다.
알칼리성의 산화마그네슘 및 탄산칼슘을 첨가함으로써 그리고, 둘의 혼합물을 다양하게 함으로써 혼합된 재료의 요구되는 미리 설정된 중량이나 퍼센트를 갖도록 시멘트로 사용되기 위한 조성물을 제공할 수 있다.
조성물의 입자 크기는 고안된다면 다양하게 할 수 있다. 90%로 60 ㎛의 체를 통과하는 50∼70 ㎛인 적당한 입자의 크기는 조성물이 여러 용도로 사용될 수 있도록 한다. 조성물은 요구된다면 입자 크기로 체에 걸러질 수 있으며, 이것은 처리 전 또는 후로 행해질 수 있다. 다른 입자 크기의 범위는 10∼1000 ㎛ 와 같이 될 수도 있다.
바람직하게는 60∼70%의 마그네슘 및 30∼40%의 칼슘으로, 10∼90% 범위의 알칼리성의 산화 마그네슘 및 90∼10%의 탄산칼슘이 사용될 수 있다.
예를 들면, 1톤의 돌로마이트는 5%의 불순물에 650kg의 탄산 칼슘과 300kg의 탄산 마그네슘을 포함한다. 탄산 마그네슘은 156:57kg의 이산화탄소를 포함한다. 95%의 이산화탄소가 제거되면, 중량 손실이 148:74kg이다. 돌로마이트의 하소된 중량은 851:26kg이며, 이것은 50kg의 불순물에 143:3kg의 산화 마그네슘과 650kg의 탄산 칼슘을 포함한다.(CaCO3 650kg/MgO 143:3kg + 7:8285kg + 불순물 50kg = 851:26)
예:
돌로마이트 1000kg = 650kg 하소 전 CaCO3 + 300kg MgCO3
+ 50kg 불순물
하소 후 = 650 kg CaCO3
151:258 kg 알칼리성 (MgO + 7:8CO2)
+ 선택된 산화 마그네슘의 고안된 중량 + 불순물 50kg
조성물은 건조 분말로 제제화 될 수 있다(Portland Cement Powder와 비슷)
조성물의 또 다른 원료는 마그네슘 위험으로부터 직접 얻은 하소된 마그네사이트와 돌로마이트에 기초할 수 있다. 이것은 주로 산화 칼슘(3∼18% 범위)과 함께 산화 마그네슘(전형적으로 90%이상)이며, 낮은 양(0∼5%)의 이산화탄소를 포함한다. 이러한 알칼리성의 산화 마그네슘의 상업적인 형태는 심지어 완전 연소한 산화 칼슘 또는 완전 연소한 산화 마그네슘을 포함하기도 한다. 그러나, 캡슐화 되기 위하여 특별히 하소되지는 않았지만, 여전히 캡슐화 되는 공정에서 유용하다.
조성물에는 여러 가지의 첨가제가 부가될 수 있다. 첨가제는 강한 결합제의 형태로 가속화 시키며, 조성물의 재결정화에 있어 도움을 줄 것이다. 규격화된 공정에서, 여러종류의 첨가된 충진제(유기 충진제, 무기 충진제, 고체 및 액체 충진제, 방사성 충진제, 독성 충진제 등을 포함)는 세트 매트릭스에 사용될 수 있다.
한 개의 첨가제는 0.01%부터 20%까지의, 더 전형적으로는 0.01%부터 10% 까지의 비율로 첨가될 수 있는 황산염을 함유한다. 적당한 황산염은 황산으로(sulphuric acid)로 구성되며, 황산 마그네슘이나 황산 알루미늄 같은 금속황산염을 포함한다.
또 다른 바람직한 첨가제는 셋팅 공정에서 도움을 주는 조성물내의 탄산화(carbonation) 원료로 작용할 수 있는 것이다. 이산화탄소로 분해되거나 반응하여 이산화탄소를 낼 수 있는 탄산염이 바람직하다. 적당한 첨가제로는 탄산 나트륨 같은 금속 탄산염이 사용될 수 있다. 또 다른 적당한 첨가제는 반응하여 이산화탄소를 유리시킬 수 있는 카르복실 산 또는 폴리 카르복실 산을 포함할 수 있다. 탄산 나트륨의 또 다른 이점은 사용될 수 있는 완전 산화된 충진제(예를 들면 석탄 재)를 탄산화시킬 수 있다는 점이다.
다른 충진제는 시트르 산, 레몬 산, 아세트 산, 글라이콜 산, 옥살 산, 다른 다이(di-) 또는 폴리 카르복실 산, 또는 다른 산화제를 포함할 수 있다. 시트르 산에 대한 가능한 치환제는 타타르 산, 살리실 산, 에틸렌 디아민 테트라 아세트산(EDTA), 또는 다른 4가의 산이 포함할 수 있다. 상기의 첨가제는 0.01∼10%, 더 전형적으로는 0.01 ∼ 5%로 첨가될 수 있다. 첨가제가 고형(solid)이라면(시트르산 또는 레몬산), 조성물의 나머지와 잘 섞일 수 있도록 미리 체에 걸러지거나 분말화 시킨다. 체 그물의 크기는 250 메쉬(mesh)보다 작은 것이 사용된다. 황산 알루미늄은 상업적으로 수화(hydration) 번호 14인 것이 유용하다. 물론 고 또는 저 수화된 황산 알루미늄은 적당히 중량을 조정하여 사용될 수 있다.
또 다른 산화제(acidifying agent)는 설포릭 산을 함유하며, 이는 중량으로 5%까지 수용혼합물에 첨가될 수 있다.
바람직한 특징으로, 첨가제는 황산 알루미늄과 시트르 산(글라이콜 산이나 아시트산 같은 당량의 산)을 포함한다.
첨가제는 조성물에 미리 혼합되거나 첨가될 수 있다. 미리 혼합되어야 하는 양은 예를들어, 약 3%∼10% 또는 그 이상으로 다양하다. 작은 크기의 충진제(예로 70 미크론)가 사용되면 미리 혼합되어야 하는 양은 더 커질 것이며, 반면에 큰 크기의 충진제를 사용하면 미리 혼합되어야 하는 양은 적어질 것이다(즉, 3%∼7%).
미리 혼합되어야 하는 것으로 (a)황산 알루미늄,(b) 유기산, (c) 염이 포함된다면, (a)는 40%∼80%로 존재하며; (b)는 10%∼60%로 존재하고, (c)는 1%∼20%로 존재한다.
성분 (a)는 셋트 조성물에 초기 강도를 부여하며, 브루사이트(brucite; Mg(OH)2) 및 수산화 알루미늄의 젤라틴성 고분자의 형태로 도움을 주며, 둘다 조성물의 초기 결합으로 도움을 준다. (a)는 방수의 성질을 준다.
성분 (b), 예를 들어 시트르산은 MgO 및 Mg(OH)2가 탄산화되어 조성물이 셋트 재료로 재결정화 되도록 도움을 준다. 또한, 산은 충진제 첨가(예를 들면, 금속이온) 주위의 복합제를 형성하여 그 복합체를 셋팅이나 셋트 매트릭스로 잡아두는 데 도움을 주는 리간드로 작용한다. 탄산화 과정은 장기간에 걸쳐 계속될 수 있고, 그것은 셋트 재료에 장기간 견딜 수 있는 강도를 제공할 수 있다. 성분 (c)는 조성물이 초기 강도를 얻는 데 도움을 준다.
발명의 바람직한 구현예의 자세한 설명
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
비소(Arsenic, As)
실시예 1
아비소산나트륨 100g, 황산 알루미늄 50g, 염화 제2철 20g, 탄산칼슘 50g 및 물 300㎖를 모두 슬러리화 한 다음, 상기 금속의 분리 및 침전이 나타나도록 10분동안 방치하였다. 상기 슬러리는 탄산칼슘 및 알칼리성 산화마그네슘 400g, 충진제(과량의 물로 흡수시킨 재) 400g 및 황산 알루미늄 50g, 시트르산 100g 및 수산화나트륨 10g으로 구성된 혼합물 160g이 함유되어 있는 셋팅 조성물의 슬러리에 첨가시켰다. 상기 총 혼합물의 두께는 성형가능한 조성물을 제조하기 위해 물을 첨가함으로 조절될 수 있고, 슬럼프 값(slump value)가 80 ∼ 120(시멘트 슬러리의 값)을 나타낸다. 상기 총 혼합물은 몰드에 주입하였다.
침출율(leach rate) 분석에서 2.1 ppm의 비소 여과액을 나타내고, 5.0 ppm의 한도범위보다 적게 나타내었다.
실시예 2
분말의 비소 100g, 황산 알루미늄 50g, 염화 제2철 20g, 탄산칼슘 50g 및 물 300㎖를 모두 슬러리화 한 다음, 상기 금속의 분리 및 침전이 나타나도록 10분 동안 방치하였다. 상기 슬러리는 탄산칼슘 및 알칼리성 산화마그네슘 400g, 충진제(과량의 물로 흡수시킨 재)400g 및 황산 알루미늄 50g, 시트르산 100g 및 수산화나트륨 10g으로 구성된 혼합물 160g이 함유되어 있는 셋팅 조성물의 슬러리에 첨가시켰다. 상기 총 혼합물의 두께는 성형가능한 조성물을 제조하기 위해 물을 첨가함으로 조절될 수 있고, 이때 슬럼프 값이 80 ∼ 120(시멘트 슬러리의 값)을 나타낸다. 상기 총 혼합물은 몰드에 주입하였다.
침출율 분석에서 4.1 ppm의 비소 여과액을 나타내고, 5.0 ppm의 한도범위보다 적게 나타내었다.
실시예 3
삼산화 비소 100g, 황산 알루미늄 50g, 염화 제2철 20g, 탄산칼슘 50g 및 물 300㎖를 모두 슬러리화 한 다음, 상기 금속의 분리 및 침전이 나타나도록 10분 동안 방치하였다. 상기 슬러리는 탄산칼슘 및 알칼리성 산화마그네슘 400g, 충진제(과량의 물로 흡수시킨 재)400g과 황산 알루미늄 50g, 시트르산 100g 및 수산화나트륨 10g으로 구성된 혼합물 160g이 함유되어 있는 셋팅 조성물의 슬러리에 첨가시켰다. 상기 총 혼합물의 두께는 성형가능한 조성물을 제조하기 위해 물을 첨가함으로 조절될 수 있고, 이때 슬럼프 값이 80 ∼ 120(시멘트 슬러리의 값)을 나타낸다. 상기 총 혼합물은 몰드에 주입하였다.
침출율 분석에서 4.1 ppm의 비소 여과액을 나타내고, 5.0 ppm의 한도범위보다 적게 나타내었다.
실시예 4
오산화 비소 100g, 황산 알루미늄 50g, 염화 제2철 20g, 탄산칼슘 50g 및 물 300㎖를 모두 슬러리화 한 다음, 상기 금속의 분리 및 침전이 나타나도록 10분 동안 방치하였다. 상기 슬러리는 탄산칼슘 및 알칼리성 산화마그네슘 400g, 충진제(과량의 물로 흡수시킨 재)400g과 황산 알루미늄 50g, 시트르산 100g 및 수산화나트륨 10g으로 구성된 혼합물 160g이 함유되어 있는 세팅 조성물의 슬러리에 첨가시켰다. 상기 총 혼합물의 두께는 성형가능한 조성물을 제조하기 위해 물을 첨가함으로 조절될 수 있고, 이때 슬럼프 값이 80 ∼ 120(시멘트 슬러리의 값)을 나타낸다. 상기 총 혼합물은 몰드에 주입하였다.
침출율 분석에서 4.1 ppm의 비소 여과액을 나타내고, 5.0 ppm의 한도범위보다 적게 나타내었다.
실시예 5
분말의 비소 100g, 황산 알루미늄 50g, 염화 제2철 20g, 탄산칼슘 50g 및 물 150㎖를 모두 슬러리화 한 다음, 상기 금속의 분리 및 침전이 나타나도록 10분 동안 방치하였다. 상기 슬러리는 탄산칼슘 및 알칼리성 산화마그네슘 200g, 충진제(과량의 물로 흡수시킨 재)400g과 황산 알루미늄 30g, 시트르산 60g 및 수산화나 트륨 10g으로 구성된 혼합물 100g이 함유되어 있는 셋팅 조성물의 슬러리에 첨가시켰다. 상기 총 혼합물의 두께는 성형가능한 조성물을 제조하기 위해 물을 첨가함으로 조절될 수 있고, 이때 슬럼프 값이 80 ∼ 120(시멘트 슬러리의 값)을 나타낸다. 상기 총 혼합물은 몰드에 주입하였다.
침출율 분석에서 1.0 ppm의 비소 여과액을 나타내고, 5.0 ppm의 한도범위보다 적게 나타내었다.
수은(Mercury, Hg)
실시예 6
수은이 함유된 함수 오니의 수은을 다음과 같은 방식으로 캡슐화하였다. 상기 함수 오니는 100 ∼ 200 ㎎/㎏의 수은을 오니내에 함유하고 있다. 상기 오니에 10 ∼ 29%의 탄산칼슘, 1 ∼ 9% 산화마그네슘, 10 ∼ 29% 염화 나트륨, 1 ∼ 9% 흙/먼지 및 30 ∼ 60%의 물이 부가적으로 첨가하였다. 상기 오니는 함수 정제과정의 분산물이다. 상기 오니는 무취의 갈색 오니로 물에 용해되지 않는다. 상기 오니는 pH 11.6 및 비중 1.29를 나타낸다.
함수 오니 1㎏, 셋팅 조성물 900g, 물 270g, 황산 알루미늄 50g 및 시트르산 50g을 혼합기에서 혼합하였다. 바람직하게, 물은 성형가능한 조성물로 제조하기 위해서 첨가된다. 상기 혼합물은 몰드에 주입하였다.
침출율 분석은 수은 여과액이 안전한 언라인드 팁(unlined tip) 저장을 위해 캡슐화된 조성물로 제조되는 0.01 ppm 미만으로 나타났다.

니켈 및 크롬(Nickel & Chrome, Ni & Cr)
실시예 7
잔류물(360 ㎎/ℓ크롬 및 28,000 ㎎/ℓ니켈)이 포함된 희석되지 않고 완전히 농축된 니켈 및 크롬 150㎖, 물 400㎖, 탄산칼슘 150g 및 황산 알루미늄 40g을 모두 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리에 300g 탄산칼슘 및 알칼리성 산화마그네슘, 60g 황산 알루미늄, 34g 시트르산, 6g 수산화나트륨 및 1㎏의 충진재(발전소 재)를 50㎖의 물을 첨가하였다. 상기 혼합물의 총 두께는 성형가능한 조성물로 제조하기 위해 물로 조절될 수 있다. 상기 혼합물을 몰드에 주입한다음 T.C.L.P(Toxic Charicteristic Leachate Procedures, 독성 특성 침출수 공정) 테스트를 위해 보존처리를 한다. 30일 후 테스트 결과, 0.2 ppm 미만의 침출율이 캡슐화된 생산물을 언라인드 팁내에 저장하는 것이 바람직하였다.
실시예 8
잔류물(3.1 ㎎/ℓ크롬 및 1,100 ㎎/ℓ니켈)이 포함된 희석되지 않고 완전히 농축된 니켈 및 크롬 150㎖, 물 400㎖, 탄산칼슘 150g 및 황산 알루미늄 40g을 모두 혼합하여 슬러리를 제조한다. 상기 슬러리에 300g 탄산칼슘 및 알칼리성 산화마그네슘, 60g 황산 알루미늄, 34g 시트르산, 6g 수산화나트륨 및 1㎏의 충진재(발전소 재)를 50㎖의 물을 첨가하였다. 상기 혼합물의 총 두께는 성형가능한 조성물로 제조하기 위해 물의 첨가로 조절될 수 있다. 상기 혼합물을 몰드에 주입한 다음 T.C.L.P(Toxic Charicteristic Leachate Procedures, 독성 특성 침출수 공정) 테스트를 위해 보존처리를 한다. 30일 후 테스트 결과, 0.2 ppm 미만의 침출율이 캡슐화된 생산물을 언라인드 팁 내에 저장하는 것이 바람직하였다.
방사능 모나자이트(monazite)
테스트는 상기 무기 모나자이트의 분말 시료를 이용하여 수행하였다. 모나자이트는 Ur(우라늄), Th(토륨) 뿐 아니라, 세륨 그룹(Ce(세륨), La(란타늄), Y(이트륨), Th(토륨))이 포함된 희토류로 단사정계의 인산염이다. 모나자이트는 해변가 모래에 상대적으로 풍부하고, 희토류 무기물 및 토륨의 주성분 원소중의 하나이다. 토륨은 과학 기기의 방사선 원소로 사용된다. 희토류 화합물은 유리 및 일정 금속의 제조 공정이 포함된 여러 제조 공정에서 이용된다.
상기 테스트로 수행한 모나자이트 재료의 분석을 통해 Th-232가 246 bq/g, Ur-238이 28 bq/g을 포함하고 있다는 것을 발견하였다. 모나자이트내에 포함된 토륨의 반감기는 약 4.5×109 나타낸다. 모나자이트 입자의 크기는 이상적으로는 먼지 크기(0.1㎛)에서 약 1.0mm의 입자의 크기를 나타낸다. 납 조각, 알칼리성 산화마그네슘 및 탄산칼슘은, 150㎛체에 90%이상이 통과되도록, 약 110㎛의 크기로 미리 부수어 놓는다.
실시예 9
방사능 246 bq/g의 토륨 및 28.1 bq/g의 우라늄이 포함된 모나자이트 300g, 알칼리성 산화마그네슘 400g, 납 조각(ex Mt. Isa)480g과 탄산칼슘 320g의 혼합물을 100g의 황산 알루미늄 및 25g의 시트르산과 철저하게 건조 혼합하였다. 여기에 두꺼운 세팅 페이스트를 빠르게 구성하기 위해 300㎖의 물을 첨가했다. 상기 총 혼합물의 두께는 성형가능한 조성물을 제조하기 위해 물을 첨가함으로 조절될 수 있다. 상기 총 혼합물은 몰드에 주입하였다.
상기 캡슐화된 모나자이트 혼합물의 방사능은 44.60 ±0.20 bq/g 토륨과 5.06±0.21 bq/g의 우라늄으로 측정하였다.
침출율 분석(TCLP 테스트)은 상기의 침출가능한 토륨 및 우라늄 측정을 위해 14일 및 28일간 수행하였다. 14일째에 침출가능한 우라늄은 0.05 ㎎/ℓ 미만이고, 침출가능한 토륨은 0.25 ㎎/ℓ로 나타났다. 28일째 침출가능한 우라늄은 0.05 ㎎/ℓ이고, 침출가능한 토륨은 0.45 ∼ 0.50 ㎎/ℓ를 나타내었다.
감마 분광기로 14일째와 28일째 우라늄 및 토륨의 방사능 수치를 측정하기 위해 TCLP 용액상에서 수행하였다. 14일째 침출가능한 우라늄 방사능은 측정가능 수치인 1ppm 미만 또는 이와 동등하게 나타났고, 침출가능한 토륨 방사능은 0.034±0.007 bq/g을 나타내었다. 28일째에 침출가능한 우라늄 방사능은 측정가능 수치인 1ppm 미만 또는 이와 동등하게 나타났고, 침출가능한 토륨 방사능은 측정가능 수치인 2ppm미만 또는 이와 동등하게 나타났다.
실시예 10
방사능 246 bq/g의 토륨 및 28.1 bq/g의 우라늄이 포함된 모노자이트 500g, 알칼리성 산화마그네슘 450g, 납 조각 360g과 탄산칼슘 240g의 혼합물을 100g 황산 알루미늄 및 25g의 시트르산과 철저하게 건조 혼합하였다. 여기에 두꺼운 세팅 페이스트를 빠르게 구성하기 위해 310㎖의 물을 첨가했다. 상기 총 혼합물의 두께는 성형가능한 조성물을 제조하기 위해 물을 첨가함으로 조절될 수 있다. 상기 총 혼합물은 몰드에 주입하였다.
상기 캡슐화된 모나자이트 혼합물의 방사능은 72.20±0.30 bq/g 토륨과 8.01±0.31 bq/g의 우라늄으로 측정하였다.
침출 속도 분석(TCLP 테스트)는 상기의 침출가능한 토륨 및 우라늄 측정을 위해 14일 및 28일간 수행하였다. 14일째에 침출가능한 우라늄은 0.05 ㎎/ℓ미만이고, 침출가능한 토륨은 0.15 ㎎/ℓ로 나타났다. 28일째 침출가능한 우라늄은 0.05 ㎎/ℓ이고, 침출가능한 토륨은 0.15 ∼ 0.40㎎/ℓ를 나타내었다.
감마 분광기는 14일과 28일째 우라늄 및 토륨의 방사능 수치를 측정하기 위해서 TCLP 용액상에서 수행하였다. 14일째 침출가능한 우라늄 방사능은 측정가능 수치인 1ppm 미만 또는 그 이하로 나타났고, 침출가능한 토륨 방사능은 측정가능 수치로 2 ppm 미만 또는 동등한 수치를 나타냈다. 28일째에 침출가능한 우라늄 방사능은 측정가능 수치인 1ppm 미만 또는 이와 동등하게 나타났고, 침출가능한 토륨 방사능은 0.038±0.007 bq/g으로 나타내었다.
실시예 11
방사능 246 bq/g의 토륨 및 28.1 bq/g의 우라늄이 포함된 모나자이트 800g, 알칼리성 산화마그네슘 400g, 납 조각 300g과 탄산칼슘 200g의 혼합물을 100g의 황산 알루미늄 및 25g의 시트르산과 철저하게 건조 혼합하였다. 여기에 두꺼운 세팅 페이스트를 빠르게 구성하기기 위해 400㎖의 물을 첨가했다. 상기 총 혼합물의 두께는 성형가능한 조성물을 제조하기 위해 물이 첨가됨으로 조절될 수 있다. 상기 총 혼합물은 몰드에 주입하였다.
캡슐화된 모나자이트 혼합물의 방사능은 104.0±0.41 bq/g 토륨과 12.0±0.42 bq/g의 우라늄으로 측정하였다.
침출 속도 분석(TCLP 테스트)는 상기의 침출가능한 토륨 및 우라늄 측정을 위해 14일 및 28일간 수행하였다. 14일째에 침출가능한 우라늄은 0.05 ㎎/ℓ미만이고, 침출가능한 토륨은 0.25 ㎎/ℓ 로 나타났다. 28일째 침출가능한 우라늄은 0.05 ㎎/ℓ이고, 침출가능한 토륨은 1.10 ∼ 1.40 ㎎/ℓ를 나타내었다.
감마 분광기는 14일과 28일째 우라늄 및 토륨의 방사능 수치를 측정하기 위해서 TCLP 용액상에서 수행하였다. 14일째 침출가능한 우라늄 방사능은 측정가능 수치인 1ppm 미만 또는 이와 동등하게 나타났고, 침출가능한 토륨 방사능은 측정가능 수치인 2ppm 미만 또는 이와 동등하게 나타났다. 28일째에 침출가능한 우라늄 방사능은 측정가능 수치인 1ppm 미만 또는 그 이하로 나타났고, 침출가능한 토륨 방사능은 0.038±0.007 bq/g으로 나타났다.
상기 실시예 9 ∼ 실시예 11에서 각각의 침출 속도? 용액은 토륨 및 유라늄에 대하여 10ppm 미만이고, 방사능 물질의 바람직한 캡슐화를 나타내었다.
본 발명에 있어 전술한 상세한 설명 및 하기의 청구의 범위에 따라 결정되는 본 발명의 의도와 범위에 벗어나지 않고 구체적으로 여러 가지 변형 및 응용이 가능하다. 나아가, 상기의 실시예들은 상세한 목적을 위해 제공되고, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
이상에서 상술한 바와 같이, 방사성 물질 뿐만 아니라, 비소, 니켈, 크롬 잔여물 및 수은과 같은 중금속을 함유하는 위험 폐기물질을 캡슐화할 수 있다.

Claims (23)

  1. 삭제
  2. 슬러리 형성을 위하여 비소성분에 황산염, 철염화물, 알칼리화제 또는 이들의 혼합물, 그리고 물을 투입하여 슬러리를 형성하는 단계;
    상기 슬러리와 탄산칼슘 및 알칼리성 산화마그네슘을 포함하고 있는 셋팅 조성물(a settable composition)을 혼합하는 단계; 및
    상기 혼합물을 고형화시키는 단계를 포함하는 비소, 아비산나트륨, 삼산화비소 또는 오산화비소 중에서 선택된 비소성분의 캡슐화 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 셋팅 조성물(a settable composition)에는 추가로 황산염 첨가물이 전체 조성물에 대하여 0.01 ~ 20 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 황산염은 (a) 황산, 또는 (b) 황산 마그네슘 또는 황산 알루미늄과 같은 금속 황산염 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 셋팅 조성물(a settable composition)에는 추가로 셋팅과정에서 탄화반응원으로서 작용하는 첨가제가 함유되는 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 첨가제는 시트르산, 레몬산, 아세트산, 글리콜산, 옥살산, 다른 디(di) 또는 폴리(poly) 카르복시산류, 타르타르산, 살리실산, 에틸렌디아민 테트라아세트산(EDTA) 및 다른 테트라(tetra) 산류 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 첨가제는 전체 조성물에 대하여 0.01 ~ 10 중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 첨가제는 조성물을 캡슐화하고자 하는 폐기물에 주입하여 재결정하기 위한 수산화 마그네슘 산화물의 탄화반응을 도와주는 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 첨가제는 위험 폐기물 또는 이들 성분 주위에 착화합물을 형성하기 위한 리간드로서 작용하는 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  13. 제 2 항에 있어서, 상기 셋팅 조성물(a settable composition)에는 추가로 무기염이 함유되는 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 무기염은 황산 알루미늄, 황산 마그네슘 및 염화나트륨을 포함하는 금속염 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 켑슐화 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 무기염은 전체 조성물에 대하여 0.1 ~ 5 중량% 함 유되는 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제 2 항에 있어서, 상기 셋팅 조성물(a settable composition)중에 함유되는 알칼리성 산화마그네슘은 다음 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법:
    (a) 탄산마그네슘 및 탈탄산 마그네슘을 포함하는 마그네슘 조성물;
    (b) 탄산마그네슘을 열처리하여 이산화탄소를 유리시켜 얻은 부분적으로 소결된 조성물;
    (c) 전처리시킨 알칼리성 산화마그네슘과 탄산칼슘을 혼합하여 얻은 합성 블랜드물(상기 전처리 알칼리성 산화마그네슘은 탄산마그네슘을 가열시켜 요구 하소수준(level of calcination)에 이르도록 이산화탄소를 부분적으로 제거하여 제조함);
    (d) 마그네슘 결함 돌로마이트(dolomite)을 가열하여 탄산칼슘 및 알칼리성 산화마그네슘을 함유하는 조성물을 제조하고, 여기에 추가적으로 알칼리성 산화마그네슘이 첨가.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 알칼리성 산화마그네슘은 탄산 마그네슘내에 이산화탄소가 2 ~ 50% 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  20. 제 2 항에 있어서, 상기 비소 성분에 첨가되는 황산염이 황산 알루미늄인 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 비소 성분에 첨가되는 알칼리화제가 탄산칼슘을 포함하는 칼슘염인 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 비소 성분에 첨가되는 철 염화물이 염화제2철인 것을 특징으로 하는 캡슐화 방법.
  23. 삭제
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