KR100587157B1

KR100587157B1 - 감손우라늄이 포함된 폐촉매 처리방법

Info

Publication number: KR100587157B1
Application number: KR1020040054340A
Authority: KR
Inventors: 박영웅
Original assignee: (주)알엔테크
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-06-08
Also published as: KR20040068901A

Abstract

본 발명은 질산에 용해되기 어려운 화학조성을 갖는 우라늄화합물이 함유된 폐촉매의 처리방법을 제공하는데 있다. 우라늄화합물이 함유된 폐촉매는 일반적으로 1~50% 정도의 감손우라늄과 40~90% 정도의 실리카 그리고 안티몬과 몰리브덴 비스므트 및 철 등의 산화물이 화합물의 형태로 결합되어 있으며, 사용이 끝난 폐촉매 처리방법으로는 폐촉매를 인도기준에 맞도록 고형화해서 방사성폐기물 처분장에 인도하던가 또는 폐촉매에 함유된 우라늄을 분리한 후 고형화 하는 감용화 방법이 있을 수 있으나, 감용화 과정을 거치지 않고 고형화 하는 경우에는 폐기물 양이 증가하게 되므로 감용화 한 후 고형화 처리하는 방법의 사용이 권고되고 있다. 흔히 우라늄이 함유된 물질에서 우라늄을 추출하기 위해서는 우라늄을 질산에 용출시킨 후 유기용제로 추출하는 방법을 이용하고 있지만, 폐촉매에 포함된 우라늄의 경우에는 질산을 포함한 강산에 녹기 어려운 화합물의 형태이므로 이 방법을 적용하기 곤란하므로, 본 발명에서는 촉매를 구성하고 있는 성분 중에서 가장 큰 비율을 차지하는 실리카를 나트륨화합물을 사용하여 용해시킨 후, 용해되지 않은 고체상태의 우라늄화합물을 액상의 규산나트륨 수용액으로부터 분리하여 고형화하는 폐촉매 처리방법을 제공하였다.

감손우라늄, 촉매, 탄산나트륨, 수산화나트륨, 액상규산나트륨, 수산화칼슘, 시멘트, 고형화

Description

감손우라늄이 포함된 폐촉매 처리방법{Method of Disposal of the Wasted Catalyst including Depleted Uranium}

본 발명은 감손우라늄이 함유된 폐촉매 처리방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 감손우라늄이 포함된 실리카를 주성분으로 하는 폐촉매를 알칼리를 사용하여 용융하는 단계를 거쳐, 용액상의 규산나트륨과 용해되지 않고 남아있는 우라늄화합물이 포함된 고체상의 물질을 분리한 후, 분리된 고체상의 물질을 고형화 하여 최종적으로 처분장으로 인도되는 방사성폐기물의 양을 감소시키는데 있다.

현재 국내에는 18기의 원자력발전소가 가동되고 있으며, 이들 발전소에서 발생한 중저준위 방사성폐기물은 처분장이 건설되기 전까지 각 사이트에 임시 저장되고 있으나, 이런 용도의 임시저장고는 수년 안에 포화상태에 이를 것으로 분석되고 있다. 이에 따라 방사성폐기물처분장을 건설하는데 필요한 부지를 확보하기 위하여 정부 및 원자력발전사업자는 다각적인 노력을 기울이고 있으나, 지역 주민과의 마찰 등으로 인하여 부지확보 노력은 번번이 실패를 거듭하고 있는 상황이다.

원자력발전소에서 뿐만 아니라 방사성동위원소의 산업적 이용분야가 확대됨에 따라 중저준위 방사성폐기물의 양은 방사성동위원소의 사용 양에 비례하여 점차 증가되고 있는 추세에 있다고 할 수 있으며, 일반 산업체에서 발생한 중저준위 방사성폐기물 역시 원자력발전소에서 발생하는 방사성폐기물과 마찬가지로 공장부지 내의 임시저장고에 보관하고 있는 상태에 있다. 특히 아크릴로니트릴 생산 등 감손우라늄을 함유하는 촉매를 사용하는 공장에서는 공정가동시 공정별로 매일 100kg 정도의 폐촉매가 발생되고 있는데, 이런 종류의 폐촉매의 경우는 우라늄의 함유량이 약 5% 정도로 낮기 때문에 외국의 경우는 일반산업폐기물로 분류하여 처리하고 있으나, 국내의 경우는 원자력법에 근거하여 방사성폐기물로 처리해야 하는 실정에 있다. 현재 임시보관 중인 분말상태의 폐촉매는 처분장 인도기준을 만족시킬 수 있는 상태가 아니며 또한 드럼부식에 따른 재포장이 필요한 상태에 있으므로, 우라늄이 함유된 폐촉매에 대한 감용화 처리 기술은 국가적인 차원에서 시급히 개발이 필요한 기술이라고 할 수 있다.

우라늄이 함유된 물질에서 우라늄을 분리하는 가장 일반적인 방법은, 우라늄이 함유된 물질 속에서 용출 가능한 구조의 우라늄을 질산으로 용출 시킨 후 TBP (tri-buthyl-phosphate)등 유기용제로 추출하는 방법이라고 알려져 있지만, 아크릴로니트릴 생산에 사용되는 촉매는 실리카 성분이 40~90%에 해당하며 우라늄이 USbO₅또는 USb₃O₁₀의 질산에 용출되지 않는 구조의 화합물에 해당하므로, 이들을 주성분으로 하는 폐촉매에서 우라늄을 분리하기 위해서는 질산추출법의 사용이 곤란하며 대체기술의 개발이 필요하다고 할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 산에 녹지 않는 우라늄화합물이 함유된 폐촉매를 나트륨염으로 처리하여 우라늄화합물은 용해시키지 않고 실리카 성분만 용해시킨 후, 액상의 규산나트륨 용액으로부터 용해되지 않고 남아있는 우라늄화합물이 포함된 고체상의 물질을 분리하는 과정을 통하여 처분대상의 폐기물 양을 감소시키는데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, USbO₅또는 USb₃O₁₀ 구조의 우라늄화합물이 1~50% 함유하고 있으며, 실리카 성분이 40~90%인 폐촉매 분말을 탄산나트륨(Na₂CO₃), 탄산수소나트륨(NaHCO₃) 및 수산화나트륨(NaOH)과 혼합한 후, 화학식1과 같이 고온용융반응을 통하거나 또는 화학식2와 같이 고압습식반응을 통하여 실리카 성분을 용융시킨 다음, 필터 또는 원심분리기 등의 고액분리기를 통하여 용해되지 않은 우라늄화합물을 포함한 고체상의 물질을 액상의 규산나트륨(nSiO₂-Na₂O-xH₂O)으로부터 분리하는데 있으며, 최종 단계에서는 필터에 걸러진 우라늄화합물은 화학식3과 같은 반응을 통하여 칼슘실리케이트(CaSiO₃) 구조의 고화체에 고용되는 형태로 처리되게 된다.

이하 본 발명의 설명을 위하여 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같으며, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.

실시예 1

감손우라늄화합물이 1~50% 함유된 실리카 성분 40~90% 이상의 폐촉매 분말 1중량부에 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨 등의 나트륨화합물 0.1~4.0중량부를 넣어 균일하게 혼합한 후 이를 고온 용융로에 넣어 1,000~1,600℃의 온도에서 1~12시간 동안 반응시킨 다음, 반응생성물 1중량부에 물 0.1~5.0중량부를 혼합한 후 1~10atm, 10~200℃의 온도에서 액상 규산나트륨으로 변화시킨 다음, 우라늄 화합물이 포함된 용해되지 않은 고체상의 물질은 필터 또는 원심분리기 등의 고액분리기를 사용하여 분리한다. 분리된 고체상태의 물질 1중량부를 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 또는 생석회(CaO)분말 0.1~2.0중량부, 시멘트 0.1~3.0중량부 및 여액에 해당하는 액상 규산나트륨 0.2~5.0중량부와 함께 혼합하여 반죽한 다음 1~20atm, 10~600℃의 온도에서 고형화 한다.

실시예 2

실시예1과 같은 조성의 폐촉매 분말 1중량부에 수산화나트륨 분말 0.1~2.0 중량부를 물 0.1~5.0중량부에 용해시킨 수산화나트륨 수용액에 넣어 균일하게 혼합한 다음, 혼합된 분말을 1~20atm, 10~300℃의 온도에서 0.1~24시간 동안 반응시켜 액상 규산나트륨이 생성되도록 한 후, 용해되지 않은 고체상의 물질은 필터 또는 원심분리기 등의 고액분리기를 사용하여 분리한 다음 실시예1과 같은 방법으로 고형화 한다.

감손우라늄을 함유하고 있는 폐촉매의 감용화 처리기술에 해당하는 본 발명에 따르면, 시간이 경과함에 따라 용기의 자연 부식에 의한 재포장에 따르는 비용 지출을 막을 수 있게 되었을 뿐만 아니라 폐기물 감용화에 따르는 처분 비용을 절감할 수 있게 되었으며, 또한 처리 후의 최종 생성물은 오염 확산을 억제할 수 있는 고형화된 상태이므로 환경오염 방지의 효과도 기대할 수 있게 되었다.

Claims

실리카를 주성분으로 하는 감손우라늄을 함유한 폐촉매 처리방법에 있어서,

중량비로 1~50%의 감손우라늄이 함유된 실리카 성분이 40~90%인 폐촉매 분말 1중량부에 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨 등의 나트륨화합물 0.1~4.0중량부를 넣어 균일하게 혼합하는 단계, 분말상태의 혼합물을 1,000~1,600℃의 온도에서 1~12시간 동안 반응시켜 가용성의 규산나트륨을 만드는 단계, 생성된 규산나트륨 1중량부에 물 0.1~5.0 중량부를 혼합한 다음 1~10atm, 10~200℃의 온도에서 액상 규산나트륨을 생성하는 단계, 액상 규산나트륨과 용해되지 않고 남아 있는 고체상의 물질을 고액분리기로 분리하는 단계를 특징으로 하는 폐촉매 처리방법.
실리카를 주성분으로 하는 감손우라늄을 함유한 폐촉매 처리방법에 있어서,

중량비로 1~50%의 감손우라늄이 함유된 실리카 성분이 40~90%인 폐촉매 분말 1중량부에 수산화나트륨 분말 0.1~2.0중량부를 물 0.1~5.0중량부에 용해시킨 수산화나트륨 수용액을 넣어 균일하게 혼합하는 단계, 슬러지 상태의 혼합물을 1~20atm, 10~300℃의 온도에서 0.1~24시간 반응시켜 액상 규산나트륨을 생성하는 단계, 액상 규산나트륨과 용해되지 않고 남아있는 고체상의 물질을 고액분리기로 분리하는 단계를 특징으로 하는 폐촉매 처리방법.
고액분리기에서 분리된 제1항 또는 제2항의 고체상의 물질 1중량부를 수산화칼슘 또는 생석회 0.1~2.0중량부, 시멘트 0.1~3.0중량부 및 여액에 해당하는 액상 규산나트륨 0.2~5.0중량부와 함께 혼합하여 반죽한 다음, 1~20atm, 10~600℃의 온도에서 고형화하는 것을 특징으로 하는, 감손우라늄을 함유한 폐촉매 처리방법에 있어서 고액분리기에서 분리된 고체상의 물질을 고형화하는 방법.