KR100583756B1

KR100583756B1 - 냉각 도가니 유도 용융에 의한 무기 매트릭스의 제조방법

Info

Publication number: KR100583756B1
Application number: KR1019990028882A
Authority: KR
Inventors: 갈뤼디안필립; 깐띤빠뜨릭
Original assignee: 소시에테 제너랄 푸어 레 테크닉스 누 벨스 에스지엔
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2006-05-26
Also published as: FR2781217A1; US6436271B1; JP4074034B2; EP0972750B1; FR2781217B1; DE69912198T2; EP0972750A1; DE69912198D1; JP2000086248A; KR20000011775A; CA2277408A1; ES2211007T3

Abstract

본 발명은 용융에 의한 무기 매트릭스의 제조 공정에 관한 것으로, 용융을 개시하기 위한 개시단계를 포함하는 직냉 도가니 유도 용융방법에 따라 수행된다. 특징적으로, 상기 초기 개시 단계 동안 매트릭스의 구성성분를 도입함으로서 전도성 무기 부하(load)가, 적당한 온도로 유도되어 발생된 냉 도가니 내의 전도성 액체의 전조로 생성되고, 상기 중재 전도성 액체는 600℃ 미만의 온도 θ₁, 바람직하게는 100℃ 내지 500℃사이, 와 최소한 매트릭스의 구성성분이 용융되어 매트릭스를 생성하는 온도 이상인 θ₂온도 사이에서 액체 및 전자 유도체의 성질을 갖는다. 상기 전도성 액체의 전조(bath)는 바람직하게는 유리 매트릭스를 제조하기 위한 용융된 수산화나트륨전조이다. 이 유리 매트릭스의 제조는 바람직하게는 방사성 폐기물질을 유리화 하는 방법으로 수행된다.

Description

냉각 도가니 유도 용융에 의한 무기 매트릭스의 제조방법{METHOD FOR PREPARATION OF MINERAL MATRICES BY COLD CRUCIBLE INDUCTION MELTING}

본 발명은 냉도가니 유도 용융에 의한 무기 매트릭스의 제조방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 직냉 도가니 유도 용융방법에 의해 수행되는 무기 매트릭스의 제조방법에 관한 것으로, 상기 방법은 용융의 개시를 위한 개시단계를 포함한다.

본 발명의 특징은 직냉 도가니 유도 용융방법에 따른 제조방법(그 자체로 알려진 방법)을 제공하는 데에 있다. 이러한 특징은 상기 용융의 개시단계에서 찾아진다.

무기 매트릭스 제조를 위한 상기 직냉 도가니 유도 용융방법은 다양한 분야에서 사용될 수 있으며, 특히 유리 매트릭스의 제조분야에서 이용될 수 있다. 이러한 유리 매트릭스는 방사성 폐기물질을 유리로 변환시키는 분야에서 주로 이용되어진다. 본 발명은 특히 이러한 분야를 참고로 하여 상세히 설명하되고 있으나, 본 발명이 이러한 분야에만 한정된다는 것을 의미하는 것은 아니다.

방사성 폐기물질을 유리로 변환시키는 방법에 있어서, 상기 폐기물질은 특히, 유도에 의하여 가열된 도가니 내에서 용융된 유리와 함께 혼합되어진다. 상기 도가니는 용융된 유리와 폐기물로 지속적으로 채워진다.

가열 도가니 용융 방법에서는, 도가니 벽에 접한 부하 (용융된 유리와 폐기물이 혼합된 혼합물)에 유도방식에 의하여 전력이 전도된다. 상기 벽은 주울 효과(Joule effect)에 의하여 그 자체가 가열되어진다. 주울 효과는 상기 벽에서 유도된 푸코 전류(Foucault currunt)가 통과됨으로서 발생된다. 이러한 방법의 실행에 적합한 장치는 특허출원 EP-A-0 196 809 에 개시되어 있다. 이러한 방법은 최근 프랑스의 라 헤이그(La Hague)에 있는 유리화 연구집회인 Cogema(Compagnie Generale des Matieres Nucleaires)에서 실행되고 있다.

직냉 도가니 유도 용융의 가장 최근 방법에 의하면, 도가니의 벽은 도가니의 측벽의 끝에 설치된 채널에서 순환하는 도가니를 둘러싸고 있는 냉각수의 순환에 의하여 냉각되어진다. 전력은 주울 효과에 의하여 부하 (용융된 유리와 폐기물의혼합물)에 직접 전도되고, 이러한 주울 효과는 용융 상태의 전기 유도체인 용융된 유리로 직접 유도되는 푸코 전류의 순환에 의하여 발생되된다.

따라서, 냉각된 유리를 함유한 냉 도가니를 이용한 직냉 도가니 유도에 의한 용융과정의 개시에 있어서, 냉각된 유리상태로는 유도체가 아니기 때문에 냉각유리에서 유도에 의하여는 가열될 수없다. 따라서, 이는 선험적으로 상기 개시를 위한 부가적인 가열수단에 의존해야 할 필요가 있다.

주울 효과에 의하여 유도 전류가 회전하며 발생될 수 있는 (금속 고리 모양 또는 금속 회전 형태의) 전기 유도체 성분을 부도체인 냉각유리층에 도입하는 것이 바람직하다. 이 전기 유도체의 성분에서 유도전류는 순환가능하여 주울 효과에 의하여 가깝게 분산된 금속이 인접한 유리의 용융을 유발하여 금속의 연소가 개시될 때 까지 지속적인 열을 발생시킨다. 이 용융된 유리에서 순차적으로 상기 유리가 완전히 용융될때 까지 유도전류가 발생한다. 이러한 유도체 성분을 방사성환경에 도입하는 데에 약간의 어려움, 특히 기계적인 어려움이 있을 수 있다. 상기와 같은 과정은 유럽 특허 EP-A-0 640 992 호(그 자체가 유리화될 폐기물의 부분은 유도체 성분으로 이루어지고 또다른 부분은 유리물질로 이루어진) 에 개시되어 있다

직접냉각방식의 도가니 유도 용융방법의 개시 부분에서는 유도가열수단과는 다른 가열수단으로 버너, 마이크로파장, 전극, 아크 등을 사용하는 것도 관찰되어진다.

이러한 부가적인 가열수단의 개입은 또한 문제점을 갖는다. 즉, 상기 수단은 냉각도가니의 내부와/또는 외부에 영향을 미치며, 이들은 상기 직냉 도가니의 사용과 유지과정을 복잡하게 한다.

상기한 바와 같은 두 가지 접근은 어쨌든 냉각도가니의 구조와 그 사용을 고려하여 특별히 제조될 것이 요구된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술적 문제점을 해결하기 위하여 직냉 도가니 유도 용융의 개시단계에서 냉각 도가니에 전도성의 액체를 개재시키는 방법을 포함하는 무기 매트릭스의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 유도 수단과 별개의 부가적 가열수단의 필요 없이도 용융의 개시를 가능하도록 하는 무기 매트릭스의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 무기 매트릭스의 어떠한 형태에도 적당하며 특히, 세라믹 매트릭스와 에나멜 매트릭스에 유용하게 사용할 수 있는 무기 매트릭스의 제조방법을 제공한다.

이러한 직냉 도가니의 용융에 의한 방사성 폐기물질을 유리화하는 과정에서의 기술적 문제, 더 일반적으로는 직접냉각방식의 유도 용융의 개시단계에서의 기술적 문제점(에 직면하여)을 해결하기 위하여, 본 출원인은 본 발명을 통하여 근본적인 해결책을 제시한다. 근본적인 해결책은 냉각 도가니에 전도성 액체를 개입시키는 데에 기초를 두고 있다.

본 발명의 제조방법 - 직냉도가니 유도 용융에 따라 이루어지고, 상기 용융의 개시를 위한 종래의 개시단계를 포함하는 용융에 의한 무기 매트릭스의 제조방법 - 은 상기한 개시단계에서 유도에 의하여 알맞은 온도로 유지되도록 전도성 액체 전조(bath)에 상기 매트릭스의 구성성분을 도입시킴으로써 상기 냉각도가니가 전도성의 무기 부하(load)로 채워진 것을 특징으로 한다. 상기 전도성 액체 전조의 온도향상에 의한 효과로서 유도가열수단을 사용함에 의하여 냉각 도가니에 전도성 무기 부하를 직접 만들 수 있다. 개재된 전도성 액체가 비교적 넓은 온도 범위인 600℃ 이하의 θ₁ (특히 100 - 500℃ 정도가 바람직하다)과 매트릭스를 만들기 위하여 매트릭스의 구성성분이 용융되는 온도 이상이 되는 θ₂ 사이의 온도에서 액체이고 유도체인 경우에 한하여 이러한 결과가 얻어진다.

이러한 넓은 온도범위의 장점은 다음과 같은 것들로 여겨진다.

냉각 도가니에 있어서 상기 전도성 액체를 쉽고 빠르게 수득하기 위하여 그 온도 또는 상기 온도 범위에 있어서의 최저 θ₁ 값이 적당하고, 합리적인 θ₁값은 600℃ 이하로서 특히 100 - 500℃ 정도가 바람직하다. θ₁ 온도가 낮을수록, 본 발명에 따른 제조방법의 개시는 쉬워진다.

또한, 상기 전도성 액체에서 매트릭스의 부가적 구성성분을 용융시키기 위하여 상기 전도성 액체가 증발과/또는 분해되기 전에 이러한 용융과정이 진행되는 것이 필요하다. 이를 위해서 온도는 상기 온도범위에서 최고 θ₂ 가 적당하므로 θ₂값은 개재되는 성분의 고유 성질을 필요로 하는 용융하에서 무기 매트릭스의 고유의성질에 영향을 미치는 것으로 이해된다. 이후 본 발명의 제조과정은 특히 유리, 에나멜 및 세라믹 매트릭스의 재조에 적용될 수 있다. 용융을 통한 유리 매트릭스의 제조방법에 있어서, θ₂ 가 적어도 1,000℃ 이상 특히 1,300℃이상의 온도에서 진행되는 것은 이미 알려진 방법일 수도 있다. 이러한 온도에서 무기산화물 형태(SiO₂, B₂O₃, CaO, ... )의 구성성분으로부터 용융을 통하여 유리를 제조하는 것 이 가능하다. 본 발명에 따르면, 용융과정의 개시를 위하여 [θ₁- θ₂]의 모든 온도 범위에 걸쳐서 전도성인 액체의 전조가 사용된다. 상기 전조는 적당한 가열 전력이 있어야 하며, 필요한 매트릭스의 구성성분(용융되는 성분)은 전도성 무기 부하가 충분히 얻어질 때까지 첨가된다.

다양한 실시예에 의하면;

상기 부하는 상기 첨가되는 구성성분으로 구성되거나; 또는

상기 부하는 상기 첨가되는 구성성분과 전도성 액체의 전조에서 초기에 발견되는 다른 구성성분으로 이루어져 있거나; 또는

상기 부하는 상기 첨가되는 구성성분과 상기 전도성 액체로부터 직접 얻어지는 구성성분 중 적어도 하나 이상으로 이루어져 있거나; 또는

상기 부하는 상기 첨가되는 구성성분과, 전도성 액체의 전조에서 초기에 발견되는 다른 구성성분과 또한 상기 전도성 액체로 부터 얻어지는 또다른 적어도 하 하나 이상으로 구성 성분으로 이루어져 있다.

위에서 특정된 앞의 두가지 실시예에 따르면, 상기 전도성 액체는 제조과정의 개시단계에서만 개재될 수 있는데, 그것은 상기 개시단계를 유발하지만, 전도성 무기물 부하의 오염을 이룬다. 따라서, 그것은 지속적인 필터링/배수에 의하여 또는 간헐적 필터링/배수에 의하여 희석이 이루어져 제거되어야만 한다. 이것은 하기에서 상세히 설명된다.

위에서 특정된 뒤의 두가지 실시예에 의하면, 상기 전도성 액체는 상기 과정의 개시단계와 첫 번째 용융 전도성 무기 부하의 제조과정 두가지 과정 모두에서 개재된다. 특히, 이러한 본 발명의 제조과정에서 전도성 액체의 전조를 포함하여 진행되는 것이 더욱 바람직하다; 상기 전도성 액체는 적어도 하나 이상의 매트릭스의 구성성분의 전구체로서 필요로 하는 전도성 무기 부하를 제조하는 과정에서 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 조건하에서, 냉각도가니에 도입되는 모든 것들은 전도성 무기 부하를 만드는 데에 이용되고 배수의 단계가 반드시 수행될 필요는없다. 상기 매트릭스에서 구성성분이 고정되는(예를 들면, 폐기물질이 유리 매트릭스에 고정되는) 동시에 상기 구성성분을 모두 도입하는 것이 가능하다. 이 또한, 본 발명에서 더욱 상세히 설명된다.

냉각 도가니에 전도성 액체의 전조가 개재된다는 것은 이미 언급한 바 있다. 그러나, 본 발명에서 개시 전조로서의 상기 전조에 개시단계에 일반적으로 적합한 여러 가지 전도성 액체가 부수적으로 사용되는 것을 배제할 수는 없다. 본 발명에서 다양한 종류의 액체가 경쟁적으로 개재될 수 있으며, 이들의 혼합물이 θ₁-θ₂ 의 모든 온도에서 전도성이며 액체인 상태인 것이 명백히 요구된다. 본 발명의 상세한 설명과 청구항에서 "전도성 액체"라는 표현은 따라서, "단일의 전도성 액체 또는 두가지 이상의 전도성 액체의 혼합물"이라는 의미로 이해되어진다.

본 발명에 있어서, 냉각 도가니내에서 전도성 액체의 전조는 종래의 유도가열수단과 달리, 상기 냉각 도가니내에 기존의 유도가열 수단 외 별도의 가열수단의 요구없이 전도성 무기 부하를 직접 제조하는 것이 가능하다. 상기 냉각도가니에 있어서 상기 전조는 다양한 실시예로 제조될 수 있다.

첫 번쩨 실시예에 의하면, 전도성 액체는 상기 전도성 액체의 전구체인 적당한 조성으로 채워져 있는 상기 냉각 도가니내에서 생성된다. 따라서, 상기 냉각 도가니는 적당한 염의 수용액 또는 소량의 물을 포함한 상기 염의 페이스트로 채워질 수 있다. 상기 수용액 또는 페이스트는 항상 유도에 의해 가열되고 최초로 건조된다. 얻어진 염은 언제나 유도에 의하여 가열되어, 용융된 염의 전조를 만든다. 상기 용융된 염은 본 발명에서의 전도성 액체로 적당하고 염 또는 염의 혼합물을 혼합하는 것도 가능하다.

두 번째 실시예에 의하면, 전도성 액체는 냉각 도가니의 외부에서 제조되고 용융의 개시단계에서 유용한 상기 전조를 제조하기 위하여 냉각 도가니로 옮겨진다. 상기 전도성 액체는 적어도 하나 이상의 적당한 통로에 의하여 이동하며, 상기 액체는 일반적으로 가열되고, 부식에 강하며, 열에 내성을 갖는다. 이러한 방법에 따르면, 상기 냉각 도가니는 상기 전도성 액체로 직접 채워져 있다. 상기 냉각도가니는 본 발명에 있어서 전도성 액체로서 적당한 용융된 염 또는 용융염의 혼합물로 직접 채워질 수도 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따라, 용융과정의 개시단계에서 개재된 전도성 액체는 용융염 또는 용융염의 혼합물로 이루어지는 것이 바람직하고 상기 용융염 또는 혼합물은 상기한 바와 같이 [θ₁-θ₂]의 온도범위에서 액체이며 전도성인 것이 요구된다.

상기 용융염 또는 용융염의 혼합물은 용융상태 또는 용융염의 혼합물, 페이스트 또는 용액의 형태로 냉각 도가니에 도입되어지며, 특히 용융알칼리염이나 용 융 알칼리염의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다.

특히, 상기 염은 수산화리튬, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨과 같은 수산화물; 질화염; 아질산염 또는 이들의 혼합물이다.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 바람직한 실시예에서 전도성 액체가 개시단계 및 첫번째 용융된 전도성 무기 부하의 제조과정에서 매트릭스 구성성분의 적어도 하나 이상의 전구체로서 두 과정 모두에 개재된다. 상기 바람직한 실시예에 의한 제조방법에 있어서, 상기 전도성 액체는 상기 매트릭스의 구성성분 중 적어도 하나 이상이 전구체이어야 한다. 따라서, 상기 매트릭스의 적어도 하나 이상의 구성성분의 전구체인 이러한 전도성 액체의 개재가 본 발명에 있어서 널리 권장되어진다. 전구체로서 나트륨, 산화 나트륨(유리 제조과정에 있어서의 구성성분)과 특히, 수산화 나트륨의 전구체를 포함한 전도성 액체를 사용하는 것이, 본 발명에 있어서의 개시물질을 이루는 전도성 액체로서, 무기 유리의 매트릭스의 제조에 특히 바람직하다. 공융 질산 나트륨과 질산염 혼합물도 유리 매트릭스의 제조에 있어서 본 발명에 바람직하게 개재될 수 있다.

이러한 전도성 액체가 개재되는 단계에 있어서, 필요로 하는 매트릭스의 구성성분 중 적어도 하나 이상의 전구체가 사용되며, 본 발명의 제조과정은 다음과 같이 진행되는 것이 바람직하다.: 개시단계동안 전도성 액체의 전조내에 상기 매트릭스의 부가 구성성분이 첨가되고(냉각 도가니내에서 일어난다.), 상기 전조의 온도는 (유도에 의한 가열의 효과로) 점차적으로 상승된다. (이전에 상기 전도성 액체내로 개재될 수 있었던 상기 매트릭스의 구성성분 뿐만 아니라, 전도성 액체에 의하여 구성된 상기 매트릭스의 구성성분 또한 상기 전도성 액체에 의하여 만들어진다는 것을 고려해야 한다.)

이러한 전도성 액체가 개재되는 단계에 있어서, 산화나트륨의 전구체로서의 나트륨을 포함한 유리 매트릭스의 구성성분 중 적어도 하나 이상의 전구체가 방사성폐기물의 고정을 위하여 사용된다. 상기 방사성폐기물은 바람직하게는 상기 매트릭스(유리)의 부가적 구성성분의 첨가와 바람직하게는 동시에 또는 그 이후에 첨가된다. 상기 폐기 물질은 상기 개시단계가 완료된 후 또는 상기 첫 번째 유리물질이 만들어지는 중에 첫 번째 유리물질에 개재될 수 있다.

매트릭스의 부가되는 구성성분은 일반적으로 점차적으로 첨가되며, 전도성 액체 전조의 온도가 상승하기 시작하는 때 이후 첨가하는 것이 바람직하다. 온도가 θ₂에 이르거나 또는 그 근처가 될 때까지 부가 구성성분을 상기 전조에 첨가한다.

본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 이러한 실시예로 진행하는 것이 특히 바람직하다. 용융을 개시하기 위한 전도성 액체는 용융이 진행되는 동한 소모된다. 최초의 전도성 무기 부하의 오염물질을 만들지 않는다. 따라서 개재되어도 어떠한 배수과정 또는 세척과정도 필요하지 않다.

이러한 용융의 개시단계의 진행 완료시 빠르게 수확되는 첫번째 전도성 무기 부하는 그 후 회수될 수 있다. 따라서, 이렇게 생산된 방사성 폐기물질로 구성된 유리 부하는 특히, 용기에 부어질 수 있다. 냉도가니에 전도성 부하가 뜨겁게 유지되기 위하여 주의가 요구된다. 상기 적재물은 뒤따른 부하를 위하여, 전도성 전조가 확실히 첫 번째 부하를 가능케 하던 것을 보장할 수 있다. 개시단계의 과정이 완료시 수개의 부하가 계속적으로 처리되어질 수 있다.

적어도 하나 이상의 매트릭스의 구성성분 중 비전구체인 오염물인 전도성의 액체가 개재되는 단계에 있어서, 본 발명에 따르는 제조방법 수행시의 또다른 방법이 발견되어야 한다. 이러한 또다른 제조방법은 종래의 방법으로 덜 흥미로우나, 종래 개시방법에 관련하여서는 흥미가 유발된다. 여러 가지 이유와 예외적으로, 다른 이러한 제조방법이 나타나는데, 본 발명에서에 필요로하는 매트릭스의 적어도 하나 이상의 구성성분의 전구체인 오염되지 않은 전도성 액체로 수행된다. 이 단계에서, 상기 전도성 액체의 전구체의 기능은 이용되지 않는다.

본 발명의 또다른 제조방법은 전도성 액체의 전조에 필요로하는 매트릭스의 구성성분을 첨가하는 것으로 이루어지며, 온도는 지속적으로 상승되며 이러한 첨가는 지속적인 부분적 배수 또는 간헐적인 부분적 배수와 맞물려 적당한(오염되지 않은) 용융 무기 부하가 수득될 때까지 얻어질 때까지 계속적으로 또는 간헐적으로 이루어진다.

만일 상기 제조된 물질이 방사성 폐기물질을 고정시키기 위해 의도된 유리 부하라면, 상기 폐기물질을 그 제조의 완료 시 그안에 도입하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 또다른 제조 방법은 오염물질을 희석시키기 위해 매트릭스의 일정 부피를 개재시키는 것이다.

상기 또다른 제조방법은 주로 아래에 나타난 두가지의 방법에 의해 이용될 수 있다.

첫 번째 방법에 따르면: 개시단계 동안에는 매트릭스의 구성성분이 (냉각도 가니에 있는)전도성 액체의 전조에 첨가되어지며(상기 매트릭스의 부가적 구성성분은 이미 일부가 포함되어 있는 전도성 액체의 전조에 첨가되는 것이 종종 고려될 수도 있도록 상기 매트릭스의 모든 구성성분을 점차적으로, 하나 또는 그 이상의 물질을 선택적으로 첨가), 온도는 점차적으로 (유도에 의한 가열의 효과로) 상승되어 간다. 첫 번째 물질의 제조가 완료시 상기 첫 번째 오염물질은 유도에 의해 가열을 지속시킬 수 있는 적재물을 유지하기 위하여 부분적으로 배수되어 진다. 확실히 적재물에 오염물질의 희석되도록 상기 매트릭스의 구성성분을 채우는 것이 다시 시작된다. 상기 배수와 채움의 순환은 오염물질의 양이 거의 남아 있지 않을 때까지 계속된다.

전도성 유리물질이 제조되어지면, 고정될 방사성 폐기물질이 여기에 첨가될 수 있다.

두 번째 방법에 의하면: 개시단계 동안에는 매트릭스의 구성성분이 (냉각도가니에 있는)전도성 액체의 전조에 첨가되어지며 (상기 매트릭스의 부가적 구성성분는 이미 일부가 포함되어 있는 전도성 액체의 전조에 첨가되는 것이 종종 고려될 수도 있도록 상기 매트릭스의 모든 구성성분을 점차적으로, 하나 또는 그 이상의 물질 내로 첨가 ), 온도는 점차적으로 (유도에 의한 가열의 효과로) 상승되어 가며, 그와 동시에 냉각 도가니의 배수가 부분적으로, 계속적으로 진행된다; 상기 용융 매트릭스와 상기 전도성 액체로 이루어져 있으며, (전도성 액체와 (상기 용융된 매트릭스의 마지막 조성(전도성 액체가 남아 있지 않은)에 대하여 상기 (순수한) 전도성 액체의 조성은 다르기 때문에)그 조성은 다양하다. 이러한 첨가와 부분적 배수는 냉각 도가니에 오염물의 양이 거의 남아 있지 않을 때까지 계속된다. 상기 첨가와 상기 배수를 그때 중단한다.

전도성 유리물질이 제조되어지면, 방사성 폐기물질은 그 속으로 개재되어진다.

이러한 제조방법에 따르면, 개시단계에서 사용되는 오염물질인 전도성 액체는 냉각도가니로부터 제거되어야만 하는데, 이는 첨가되는 매트릭스의 구성성분이 용융되게 한 후에 지속적으로 제거된다. 이러한 개시제의 제거는 힘들고 지루한 과정이고 이러한 제거는 매트릭스의 일정 부피를 감소시키는 결과를 낳으나. 이는 유도 수단과 다른 별개의 부가적 가열수단의 필요 없이도 용융이 가능토록 해 준다. 이 제거단계는 또한 무기 매트릭스 생산의 두 가지 매우 다른 방법을 분류하기 위한 유익한 방법이다.

용융의 개시단계 과정이 완료되는 때에 수득되는 첫 번째 전도성의 무기 부하는 회수될 수 있다. 여기에서 만들어진 방사성 폐기물질을 함유하는 유리물질은 그 용기에 부어질 수 있다. 위에서 지적한 바와 같이, 두 번째 물질의 용융을 개시하기 위한 상기 물질의 적재를 유지하기 위하여 또는 그 이후에도 주의가 요망된다.

냉각 도가니는 소위 "기능적 범위"라고 불리는 일정 임피던스 범위내에서 기능할 수 있는 유도에 의하여 전기적으로 가열되는 시스템을 구성한다. 주어진 도가니의 기하학적 외형에 따른 유전체 전극에서의 임피던스는 상기 물질의 부피와 저항에 달려있다.

따라서, 본 발명의 어떠한 방법에 의하여 제조되더라도, 저항의 측면에서 볼 때 결과적인 유전체 전극에서의 임피던스는 기능적 범위에 속하도록 전도성 액체가 초기단계에서 일정양이 개재되어지는 것이 적당하다.

상기 전도성 액체에 의한 용융의 초기단계는 그 기능적 범위가 그리 넓을 필요는 없다.

유도 가열과정의 관점에서 전도성 액체의 전조는 용융방법의 통상의 온도에서 용융된 전도성 물질에 동등하게, 거의 동일한 물질로 구성되는 것이 바람직하다.

당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 아래의 실시예와 상기한 상세한 설명을 고려할 때 본 발명의 방법에 따르는 근본 개념을 이해하고, 이를 제조하고 상기 방법을 최적화 하는 데에 어려움이 없을 것이다.

당업계에 종사하는 자라면 종래에 사용했던 커다란 장치를 설치하는 단계 없이 부가적인 가열 수단을 필요로 하지 않는 간단한 제조방법의 본 발명의 개시단계에 큰 관심을 갖는 것을 놓치지 않을 것이다. 상기한 종래의 장치는 주로 냉각 도가니와 유도 가열회로를 포함한다; 유도 코일은 상기 냉각 도가니의 주위에 위치한다. 상기 냉각도가니는 매트릭스의 구성성분 및 상기 매트릭스에 고정되는 성분의 도입을위한 장치로 구비되어야 한다.

본 발명의 제조방법에 따르면, 전도성 액체 또는 상기 전도성 액체의 전구체 (예를 들면, 용융염을 생성할 수 있는 염의 페이스트 또는 수용액)에 공급하기 위한 특별한 파생회로가 냉각도가니에 제공되어지는 것이 바람직하다.

당업계의 종사자라면 냉각도가니의 유도 용융에 의한 종래의 개시단계를 포함하는 본 발명의 제조과정이 무기 매트릭스의 어떠한 형태에도 적당하며 특히, 세라믹 매트릭스와 에나멜 매트릭스에 적당하다는 것을 이해할 수 있다. 상기 매트릭스는 매트릭스를 고정시키거나 코팅시키기 위해 또는 그 자체를 위하여 제조되어 질 수 있다. 이미 지적한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법은 바람직하게는 방사성 폐기물을 고정시키기 위한 유리 매트릭스를 제조하기 위해 이용되어질 수 있다. 그러나 제조물의 다른 형태를 고정하기 위한 유리 매트릭스이더라도 유리 매트릭스의 제조과정을 실행하여야 한다.

본 발명에 따르는 제조방법은 유리 매트릭스에서 방사성 폐기물질을 유리화 하는 데에 있어서 하기 실시예에 의하여 구체적으로 설명된다.

실시예 1:

본 발명에 따른 제조과정은 (중심 유리의 구성성분, 방사성 폐기물질)등의 물질의 개재을 위한 수단이 제공되는 높이에서의 둥근 덮개와 분획된 칼라와 베드 플레이트(bed plate)로 이루어진 냉각 도가니에서 이루어진다. 상기 분획은 전기장이 통과하도록 하고, 금속부분에서 전류의 수평 루프에 의해 수율이 감소하는 것을 가능한한 막기 위한 방법으로 수행된다.

상기 냉각도가니는 높이 H_glass = 500mm, 1,200℃에서 저항 5Ω.cm인 유리 물질로 기능할 수 있도록 디자인된다.

본 발명에 따른 유리화의 제조과정의 개시단계는 다음과 같다.

도가니는 100℃에서 액체 상태인 수화 수산화나트륨(25% Na₂O, 75% H₂O, %는 중량 퍼센트이다.)으로 채워져 있고, 100℃의 온도에서 0.7Ω.cm의 저항을 갖는다.

상기 전도성 수화수산화나트륨(Na₂O 약 5kg정도에 대하여 20kg 정도) 20kg에서 전력이 전송되며, 온도는 용융 NaOH-H₂O혼합물이 수득될 때까지 점차적으로 상승한다.

수분은 온도가 상승되는 동안 점차적으로 제거되고 용융액의 저항은 감소한다.

저항이 감소하는 것을 보상하기 위하여 또한 냉각도가니 내에서 중심유리의 조성을 얻기 위하여 다음과 같이 구성된 혼합물 250kg이 수산화 나트륨 전조에 점진적으로 첨가되어진다.

·SiO₂ 59 %

·Al₂O₃ 4 %

·B₂O₃ 18 %

·Na₂O 7 %

·CaO 5 %

·ZrO₂ 1 %

·ZnO 3 %

·Li₂O 3 % (% 는 중량 %)

상기 혼합물의 조성은 수산화나트륨에 의한 Na₂O의 기여를 고려하여 조절되었다.

초기 유리물질은 이러한 작업이 완료된 후에 수득된다.

유리화 되기 위한 방사성폐기물 70kg이 이러한 초기 유리물질에 혼합된다.방사성 유리물질의 조성은 1,200℃에 5Ω.cm의 저항이 수득되도록 이루어진다. 이러한 첫 번째 유리물질은 버려질 수 있다. 냉각도가니의 바닥에 유리의 적재물이 있을 때 부어진다. 상기 적재물은 잇따른 부하와 그 이후의 부하를 처리할 수 있다.

실시예 2:

본 발명에 따른 제조방법은 실시예 1에서와 동일한 냉각도가니에서 진행된다.

본 발명에 따른 유리화의 제조과정에서의 개시단계는 다음과 같다.

도가니는 약 170℃에서 용융되는 수산화나트륨과 수산화 칼륨(Na₂O 5kg에 상당하는 51% NaOH-49% KOH, %는 몰 퍼센트이다.)의 공융혼합물 14kg으로 채워진다.

전력은 용융액의 이러한 양(이러한 전조)에서 전송되며, 온도는 점차적으로 상승하고, 이는 저항의 감소를 야기한다.

저항이 감소하는 것을 보상하기 위하여 또한 냉각도가니 내에서 중심유리의 조성을 얻기 위하여 다음과 같이 구성된 혼합물 250kg이 상기 수산화 나트륨/수산화칼륨 전조에 점진적으로 부가되어진다.

·SiO₂ 59 %

·Al₂O₃ 4 %

·B₂O₃ 18 %

·Na₂O 5 %

·CaO 5 %

·ZrO₂ 1 %

·ZnO 3 %

·Li₂O 3 % (% 는 중량 %)

바람직하지 않은 원소인 K를 포함하는 비활성 물질은 버려진다. 이러한 버리는 것을 멈추고 냉각 도가니에 충분한 유리물질을 유지하기 위하여, 도가니의 바닥에 가열된 유리물질이 적재되는 것을 유지하기 위하여 관리가 필요하다.

상기 중량에 의한 조성을 갖는 전구체인 유리혼합물이 다시 부가되어진다.

제조된 유리가 만족할만한 내용물이 될 때까지 가능한한 많은 버림과 채움의 반복이 이루어진다.

초기 조성의 유리 부하는 상기 개시단계의 완료시에 얻어진다.

방사성폐기물 70kg이 이러한 초기 유리물질에 혼합된다. 방사성 유리물질은 원하는 조성과 1,200℃에 5Ω.cm의 저항을 갖도록 얻어진다. 실시예 1에서와 같은 방법으로 진행된다. (유리의 적재물을 유지하는 동시에 버려지는 것; 잇따른 부하의 처리)

실시예 3

본 발명에 따른 제조방법은 실시예 1에서와 동일한 냉각 도가니에서 이루어진다.

본 발명의 유리화를 위한 개시단계는 다음과 같다.:

도가니는 약 230℃에서 용융되는 질산나트륨과 아질산화물의 공융혼합물(약 49%의 NaNO₂ - 60% NaNO₃, %는 몰 퍼센트이다.)로 채워진다.

전력은 용융액의 이만큼의 양(이러한 전조)에서 발생하며, 온도는 점차적으로 상승하고, 이는 저항의 감소를 야기한다.

저항이 감소하는 것을 보상하기 위하여 또한 냉각도가니 내에서 중심유리의 조성을 얻기 위하여 다음과 같이 구성된 혼합물 250kg이 상기 용융액에 점진적으로 첨가된다.

·SiO₂ 59 %

·Al₂O₃ 4 %

·B₂O₃ 18 %

·Na₂O 7 %

·CaO 5 %

·ZrO₂ 1 %

·ZnO 3 %

·Li₂O 3 % (% 는 중량 %)

액체에 포함된 질산화물과 아질산화물은 온도가 상승하는 동안 용융이 진행되면서 점차 분해되어 Na2O가 된다.

상기 혼합물의 조성은 질산나트륨과 아질산화물에 의한 Na₂O의 기여를 고려하여 조절되었다.

초기 조성의 유리물질은 상기 개시단계의 완료시에 얻어진다.

방사성폐기물 70kg이 이러한 초기 유리물질에 혼합된다. 이후 과정은 실시예 1과 실시예 2에서와 동일하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 매트릭스의 제조방법에 의하면 냉각 도가니에 전도성의 액체를 개재시키는 방법에 의하여 이러한 직접냉각방식의 유도 용융의 개시단계에서의 종래의 기술적 문제점을 해결할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 무기 매트릭스의 제조방법에 의하면, 개시단계에서 사용되는 오염물질인 전도성 액체는 냉각도가니로부터 제거됨으로써 매트릭스의 일정 부피를 감소시키는 결과 유도 수단과 별개의 부가적 가열수단의 필요 없이도 용융의 개시를 가능하도록 한다.

본 발명에 따른 무기 매트릭스의 제조 방법은 무기 매트릭스의 어떠한 형태에도 적당하며 특히, 세라믹 매트릭스와 에나멜 매트릭스에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

무기 매트릭스의 제조공정에 있어서, 매트릭스 구성성분의 직냉 도가니 유도 용융 방법에 있어서, 용융을 개시하기 위한 개시 단계를 포함하고, 상기한 개시 단계동안 매트릭스의 구성성분을 도입함으로서 전도성 무기 부하가, 적당한 온도로 유도함으로써 발생된 냉 도가니 내의 전도성 액체의 전조로 생성되고, 상기한 중재 전도성 액체는 600℃ 미만의 온도 θ₁ 내지 최소한 매트릭스의 구성성분가 용융되어 매트릭스를 생성하는 온도 이상의 온도 θ₂에서 액체및 전자 유도체의 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 의한 무기 매트릭스의 제조공정.
제 1항에 있어서, 상기 전도성 액체의 전조는 상기 냉 도가니 내에서 이미 생성되었던 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 의한 무기 매트릭스의 제조공정.
제 1항에 있어서, 상기 냉 도가니는 상기 전도성 액체로 직접 채워져 있었던 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 의한 무기 매트릭스의 제조공 정.
제 1항에 있어서,

상기 온도 θ₁은 100℃ - 500℃ 인 무기 매트릭스의 제조공정.
제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 액체는 용융염 또는 복수의 용융염의 혼합물인 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 의한 무기 매트릭스의 제조공정.
제 5항에 있어서, 상기 전도성 액체는 용융 알칼리 염 또는 복수의 용융 알칼리염의 혼합물인 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 의한 무기매트릭스의 제조공정.
제 6항에 있어서, 상기 전도성 액체는 수산화물, 질산염, 아질산염 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 의한 무기매트릭스의 제조공정.
제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 전도성 액체는 상기 매트릭스의 적어도 하나의 구성 성분의 전구체인 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 의한 무기 매트릭스의 제조공정.
제 8항에 있어서, 상기 개시단계 동안 상기 매트릭스의 부가적인 구성성분을 전도성 액체의 전조에 첨가하고, 그 온도가 점차 증가하는 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 의한 무기 매트릭스의 제조공정.
제 9항에 있어서, 상기 제조 공정은 방사성 폐기 물질을 유리화하여 유리 매트릭스를 제조하는 것을 특징으로 하며, 상기 방사성 폐기물은 유리 매트릭스의 부가적인 구성 성분이 첨가된 후에, 도입되는 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 따라 수행된 무기 매트릭스의 제조 공정.
제 9항에 있어서, 상기 제조 공정은 방사성 폐기 물질을 유리화하여 유리 매트릭스를 제조하는 것을 특징으로 하며, 상기 방사성 폐기물은 유리 매트릭스의 부가적인 구성 성분이 첨가됨과 동시에, 도입되는 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 따라 수행된 무기 매트릭스의 제조 공정.
제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 개시단계 동안 매트릭스의 구성성분이 상기 전도성 액체의 전조에 첨가되고, 온도가 점차 증가하고, 용융된 무기 매트릭스의 필요량이 수득될 때까지 연속적으로 부분 배수시키면서 연속적으로 상기 구성성분이 계속 첨가되는 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 따라 수행된 무기 매트릭스의 제조공정.
제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 개시단계 동안 매트릭스의 구성성분이 상기 전도성 액체의 전조에 첨가되고, 온도가 점차 증가하고, 용융된 무기 매트릭스의 필요량이 수득될 때까지 간헐적으로 부분배수시키면서, 간헐적으로 상기 구성성분이 계속 첨가되는 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 따라 수행된 무기 매트릭스의 제조공정.
제 12항에 있어서, 상기 제조 공정은 방사성 폐기 물질을 유리화하여 유리 매트릭스를 제조하는 것을 특징으로 하며, 상기 방사성 폐기물이 용융된 유리 매트릭스로 도입되는 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 따라 수행된 무기 매트릭스의 제조 공정.
제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서, 유리, 에나멜 및 세라믹에서 선택된 무기 매트릭스를 제조하는 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 따라 수행된 무기 매트릭스의 제조공정.
제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서, 유리 매트릭스를 제조하는 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 따라 수행된 무기 매트릭스의 제조공정.
제 16항에 있어서, 상기 전도성 액체는 산화 나트륨의 전구체인 나트륨을 함유하는 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 따라 수행된 무기 매트릭스의 제조 공정.
제 16 항에 있어서, 방사성 폐기물질을 유리화하는 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 따라 수행된 무기 매트릭스의 제조공정.
제 18항에 있어서, 상기 전도성 액체는 산화나트륨의 전구체인 나트륨을 함유하는 것을 특징으로 하는 직냉 도가니 유도 용융 방법에 따라 수행된 무기 매트릭스의 제조공정.