KR100735828B1 - Vitrification method of combustible and uncombustible radioactive waste by thermal explosive combustion method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자력발전소 등 방사성 핵종을 이용하는 사업장에서 중·저준위 방사성 폐기물로 발생하는 가연성 및 비가연성 잡고체를 처분함에 있어 가연성 잡고체의 열폭발 연소반응을 이용하여 그 연소열만으로 가연성 잡고체는 물론 비가연성 잡고체를 유리화시킬 수 있게 하는 방사성 폐기물의 유리화 처분 방법에 관한 것으로, 본 발명은 가연성 잡고체 또는 가연성 잡고체에 40중량% 이내의 비가연성 잡고체를 대체 혼합한 혼합체에 유리형성제로 SiO2 기준 10∼15중량%의 규산염 용액을 잡고체 중량대비 50∼200중량% 흡수시키거나 혼합하고 성형·건조하거나, 가연성 잡고체를 凹형 또는 벌집형으로 압축성형하고 그 凹부에 비가연성 잡고체를 가연성 잡고체 중량대비 15중량%를 충진한 후 그 상부에 선택적으로 비가연성 잡고체 충진 중량대비 물유리를 SiO2 기준 5중량% 이내로 첨가하고 건조한 것을 고압연소반응기에 장입하고 밀폐한 다음 산화제로 장입량 단위중량당 0.15∼0.2M/g의 산소(≥99.9%)를 충진하고 점화시킴으로서 열폭발 연소반응을 유도, 그 연소열로 가연성 잡고체는 물론 비가연성 잡고체를 유리화하는 것을 특징으로 한다.The present invention utilizes the thermal explosive combustion reaction of the combustible catches to dispose of combustible and non-combustible catches generated as medium and low-level radioactive wastes at the workplaces using radionuclides such as nuclear power plants. relates to a vitrified disposal of radioactive waste which makes it possible to flexible holding liberating element method, the present invention provides glass-forming the mixture to replace mixing the non-flammable holding body within 40% by weight to hold combustible material or burnable holding body zero SiO 2 Absorb or mix 50 to 200% by weight of the silicate solution based on 10-15% by weight of the weight of the body, or mold and dry, or compress the flammable body into a shape of honeycomb or honeycomb. Is filled with 15% by weight of the weight of the flammable holder, and then the water glass is added Is added to within 5% by weight of SiO 2 , charged into a high-pressure combustion reactor, sealed, and then charged and ignited with 0.15 to 0.2 M / g of oxygen (≥99.9%) per unit weight of charge with an oxidant to ignite the thermal explosion combustion reaction. It is characterized by virtue of induction and combustion heat of the flammable holding body as well as the incombustible holding body.
Description
도 1은 본 발명의 열폭발 연소법에 의한 가연성 및 비가연성 방사성 폐기물의 유리화 공정을 설명하기 위한 공정도.1 is a process chart for explaining the vitrification process of flammable and non-combustible radioactive waste by the thermal explosion combustion method of the present invention.
도 2는 본 발명의 열폭발 연소법에 의해 가연성 및 비가연성 방사성 잡고체로부터 제조한 유리체의 광물조성 및 표면특성을 보여주기 위한 X-선 회절패턴 및 SEM 사진. 유리화 이전(a)과 비교하여 비가연성 잡고체의 유리체(b) 및 가연성 잡고체와 규산염 용액 혼합체의 유리체(c)는 전형적인 유리질 특성을 나타내고 있음. Figure 2 is an X-ray diffraction pattern and SEM image to show the mineral composition and surface characteristics of the glass body prepared from flammable and non-combustible radioactive capture by the thermal explosion combustion method of the present invention. Compared to the vitrification before (a), the vitreous body (b) of the non-combustible gripper and the vitreous body (c) of the flammable gripper and the silicate solution mixture exhibit typical glassy properties.
본 발명은 원자력 발전소 등 방사성 핵종을 이용하는 사업장에서 발생하는 중저준위 가연성 잡고체, 또는 가연성 잡고체에 일정 비율의 비가연성 잡고체를 혼합한 혼합폐기물에 적정 유리형성제를 첨가하거나, 또는 가연성 잡고체를 凹형이나 벌집형으로 성형하고 그 내부에 적정량의 비가연성 잡고체를 충진하고 이를 고압연소반응기에서 산소와 함께 폭발적으로 연소시키는 방식으로 가연성 및 그에 혼합 또는 충진한 비가연성 잡고체를 유리화시킴과 동시에 유리생성체에 미포집된 방사성 흄을 응축수 상으로 재포집, 회수, 재처분할 수 있게 하는 방사성 폐기물의 유리화 처분방법에 관한 것이다. The present invention adds a suitable glass-forming agent to the mixed waste of a low to low-level flammable catch, or a non-flammable catch in a combustible catch generated at a workplace using a radionuclide such as a nuclear power plant, or a combustible catch It is formed into a 凹 or honeycomb type and filled with an appropriate amount of non-combustible catches and exploded into oxygen in a high-pressure combustion reactor to vitrify flammable and mixed or filled non-combustible catches. The present invention relates to a vitrification disposal method of radioactive wastes, which enables to recapture, recover, and dispose of radioactive fumes uncollected in glass product onto condensate.
현재 우리나라에서 처분의 대상이 되고 있는 방사성 폐기물은 중·저준위 폐기물로 원자력발전소의 환기계통에서 사용된 폐필터, 방사능에 오염된 물을 처리하는 과정에서 나온 이온교환수지 및 농축폐액, 작업자들이 사용한 작업복이나 장갑, 덧신, 제염지, 공구 같은 것이 해당된다. 또한 방사성 동위원소를 이용하는 산업체, 병원, 연구기관에서 나오는 방사성폐기물도 중·저준위폐기물로 구분하고 있다. 이 폐기물에는 세슘 137, 코발트 60 등 방사선을 내는 핵종이 포함되어있어 300년이 지나야 방사능 위험성이 사라지기 때문에 보통 감용화/안정화시킨 후 철제 드럼통에 넣고 밀봉, 영구 보관하고 있다. 따라서 방사성 폐기물의 감용방안 및 안정화 처분방법이 중저준위 폐기물 관리정책의 주요 방침의 하나가 되고 있다.The radioactive wastes currently being disposed of in Korea are medium and low level wastes, waste filters used in the ventilation system of nuclear power plants, ion exchange resins and concentrated waste liquids from the treatment of radioactive polluted water, and work clothes used by workers. Or gloves, gumshoes, decontamination paper, or tools. In addition, radioactive waste from industries, hospitals, and research institutes that use radioisotopes is also classified as medium and low level waste. This waste contains radioactive nuclides such as cesium 137 and
종래 방사성 폐기물의 고화처리 방법으로 시멘트 고화법이 가장 널리 이용되고 있으나 최종 처분대상 폐기물의 부피가 증가한다는 단점과 함께 최근 내구성 및 재용출 가능성 등 환경적 문제점이 드러남에 따라 보다 안정한 고화처리의 필요성이 요구되고 있다. 이에 따라 기존 시멘트 고화법과 같은 저온고화법의 대안으로 고온고화법인 용융처분법에 대한 관심이 높아지고 있다. 용융처분법(유리화 처분)은 시멘트 고화처리법에 비해 최종 처분산물의 내마모성과 내구성이 우수하여 장기적으로 안전하고 침출률이 낮을 뿐만 아니라 감용효과도 높다는 장점이 있는 반면 막대한 시설비 및 에너지가 소요되는 등 경제적 문제점과 방사성 흄의 발생이 우려 되는 등의 환경적 문제점을 안고 있다. 또한 유리화 처분법은 그 대상 폐기물이 무기물에 한정되기 때문에 유기성 폐기물은 1차적으로 소각처분하고 그 회분을 다시 2차적으로 유리화해야 하는 관계로 이원적 처분공정에 따른 경제적 손실은 물론 환경적 리스크가 가중되는 문제점을 안고 있다. 현재 이에 대한 대안으로 고온의 유리용탕 위에 가연성 잡고체를 직접 투입하여 소각시킴과 동시에 그 소각재를 유리속에 가둘 수 있는 유도전류가열식 저온로(CCM)가 개발되어, 비가연성 폐기물의 유리화를 목적으로 하는 플라즈마 토치 용융로(PTM) 방식 등과 함께 유망한 기술로 선정되어 상용화가 추진되고 있다. 그러나, 이 기술들은 가열형태만 다를 뿐 모두 용융에너지의 전부를 외부 가열에너지에 의존하는 방법으로, 결국 열 발생 형태 및 효율은 개선되었을지 모르나 그 근본메커니즘이 동일하여 처분공정이나 처리비용, 적용의 한계성 등을 획기적으로 개선하지는 못하였고, 처분시 방사성 흄의 발생이 우려되는 등 환경적 문제점을 여전히 안고 있다.Conventionally, cement solidification is the most widely used method of solidifying radioactive waste. However, as environmental problems such as durability and re-dissolution have recently emerged along with the disadvantage of increasing the volume of waste to be disposed of, the necessity of more stable solidification is needed. It is required. Accordingly, as an alternative to the low temperature solidification method such as the existing cement solidification method, interest in the melt disposal method, which is a high temperature solidification method, is increasing. Compared to cement solidification, the melt disposal method has the advantages of excellent wear resistance and durability of the final disposal product, which is safe in the long term, low leaching rate, and high application effect. There are environmental problems such as concern and generation of radioactive fumes. In addition, because the vitrification disposal method is limited to the inorganic waste, organic waste has to be incinerated first and its ashes must be vitrified again. Therefore, economic risks and environmental risks from binary disposal processes are increased. I have a problem. As an alternative to this, an induction current heating low temperature furnace (CCM) has been developed to incinerate flammable catch directly on high-temperature glass molten metal and incinerate the incineration material in glass. It has been selected as a promising technology along with plasma torch melting furnace (PTM) method and commercialization is being promoted. However, these technologies differ only in the heating form, and all of the melting energy depends on the external heating energy. Eventually, the heat generation form and efficiency may have been improved, but the fundamental mechanisms are the same, so that the disposal process, treatment cost, application The company has not drastically improved its margins, and still suffers from environmental problems such as the possibility of generating radioactive fumes at disposal.
본 발명의 목적은 종래기술의 한계성 및 문제점을 해소하기 위하여 중·저준위 방사성 폐기물로 배출되는 가연성 잡고체를 고압연소반응기에서 연소시키고 그 연소열을 이용하여 가연성 잡고체의 무기성분은 물론 가연성 잡고체에 혼합 또는 충진한 비가연성 잡고체를 유리화시킴과 동시에 방사성 핵종의 유리체내 포집효율을 극대화하고 유리체에 의해 미포집된 방사성 흄을 응축수 상으로 재포집하여 회수하게 함으로써 외부 가열 에너지 없이 가연성 잡고체의 연소열만을 이용하여 가연성은 물론 비가연성 방사성 폐기물을 유리화 처분할 수 있게 하고, 동시에 유리 화 처분과정에서 발생하는 방사성 흄의 외부 누출을 원천적으로 차단할 수 있게 하여 방사성 폐기물 및 핵종의 완전 처분 및 관리를 가능하게 하는 것이다. In order to solve the limitations and problems of the prior art, the combustible catches discharged into medium and low level radioactive wastes are combusted in a high-pressure combustion reactor, and the combustion heat is used for the inorganic components of the combustible catches as well as the combustible catches. In addition to vitrifying the mixed or filled non-combustible catches, maximizing the trapping efficiency of the radionuclides in the vitreous body, and recapturing and recovering the uncondensed radioactive fumes by condensate into the condensed water phase. It is possible to vitrify and dispose of flammable and non-combustible radioactive waste by using only the bay, and at the same time, it is possible to fundamentally block the external leakage of radioactive fumes generated during the vitrification disposal process, thereby enabling the complete disposal and management of radioactive waste and nuclides. It is.
본 발명은 도 1에 나타낸 바와 같이, 가연성 잡고체(지류, 섬유류, 비닐류, 플라스틱류, 고분자 이온교환수지류 등) 또는 가연성 잡고체에 40중량% 이내의 비가연성 잡고체를 혼합한 혼합체에 물유리를 바탕으로 하는 규산염 용액(SiO2≥35%)을 유리형성제로 혼합체 100중량부에 대하여 50~200중량부를 혼합하여 원통형으로 성형하고 건조한 것을 고압연소반응기에 넣고 가연성 잡고체 단위 중량당 0.15∼0.20M/g의 산소(≥99.9%) 분위기에서 폭발적 연소반응을 유도함으로써 유리화하는 것을 특징으로 하는 연소합성법(combustion synthesis)과 가연성 잡고체를 凹형이나 벌집형으로 압축성형하고 그 안에 가연성 잡고체 100중량부에 대하여 15중량부 이내의 비가연성 잡고체를 충진한 것을 연소합성법과 동일한 조건에서 가연성 잡고체를 폭발적으로 연소시켜 산화시킴과 동시에 그 연소열을 충진되어 있는 비가연성 잡고체에 전달시켜 유리화하는 것을 특징으로 하는 연소로법(combustion furnace)으로 구성된다.As shown in Fig. 1, the present invention provides water glass to a combustible catch (paper, fiber, vinyl, plastics, polymer ion exchange resins, etc.) or a mixture of a combustible catch of not more than 40% by weight in a combustible catch. Silicate solution (SiO 2 ≥35%) based on the mixture was formed into a cylindrical shape by mixing 50 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the mixture with a glass forming agent, and put the dried one into a high-pressure combustion reactor. Combustion synthesis characterized in that vitrification by inducing an explosive combustion reaction in an oxygen (≥99.9%) atmosphere of M / g and compression-molded combustible catch body in the shape of honeycomb or honeycomb, and combustible catch 100 Filling the non-combustible catches within 15 parts by weight with respect to parts by weight explosively burns and combusts the flammable catches under the same conditions as the combustion synthesis method. At the same time is composed of the heat of combustion holding non-flammable, which is filled with the combustion method, characterized in that the vitrified by passing through a sieve (combustion furnace).
연소반응은 고압에 견딜 수 있고 가스주입 및 배출, 점화장치, 응축수와 유리체 배출구, 냉각장치 및 살수장치가 장착된 밀폐용기에서 유도시킴으로써 유리 생성체에 포집되지 못한 방사성 핵종의 흄 및 연소과정에서 발생하는 염소, 질소산화물, 황산화물 등 부생가스들을 가연성 폐기물의 산화(연소)과정에서 발생하는 수 분과 접촉시켜 흡수, 응축할 수 있게 하여 과도한 배기가스 처리장치 없이도 거의 전량을 응축수 중의 용존 이온 형태로 포집할 수 있게 한다.Combustion reactions occur during the process of fume and combustion of radionuclides that have not been trapped in the glass product by being able to withstand high pressures and being guided in closed vessels equipped with gas injection and discharge, ignition, condensate and vitreous outlets, cooling and watering devices. By-products such as chlorine, nitrogen oxides, and sulfur oxides can be absorbed and condensed by contact with moisture generated during the oxidation (combustion) process of flammable wastes, and almost all of them are collected in the form of dissolved ions in condensate without excessive exhaust gas treatment. Make it possible.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 가연성 잡고체를 소각한 후 그 소각재를 비가연성 폐기물과 마찬가지로 외부에너지를 이용하여 유리화시키거나 전기에너지를 이용하여 고온의 유리용탕을 제조한 후 그 위에 가연성 폐기물을 투입하여 소각시킴으로써 그 소각재가 유리용탕내로 유입되도록 하는 등의 외부에너지 의존적이고 장시간 가열에 의해 유리화가 가능한 기존 처분방법과는 달리 가연성 폐기물에 적정량의 유리형성제를 첨가하거나 적정량의 비가연성 잡고체를 혼합 또는 장입하고 폭발적인 연소반응을 유도함으로써 가연성 폐기물 자체가 갖는 발열량만으로 첨가된 유리형성제와 함께 가연성 폐기물의 회분을 유리화시킴은 물론 혼합 또는 충진한 비가연성 폐기물까지도 유리화시킬 수 있게 한다. The present invention incinerates the incineration ash by burning the flammable catch body and burning the incineration ash using external energy as in the case of non-flammable waste, or by manufacturing the high temperature molten glass using electrical energy and then burning the flammable waste thereon. Unlike conventional disposal methods that can be vitrified by external energy-dependent and long-term heating such as to allow the inflow into the glass molten metal, an appropriate amount of glass forming agent is added to a flammable waste, or an appropriate amount of non-combustible grates are mixed or charged and explosive combustion By inducing the reaction, it is possible to liberate the ash of the combustible waste together with the glass-forming agent added only by the calorific value of the combustible waste itself, as well as to mix and fill the non-combustible waste mixed or filled.
동시에 유리생성체에 미포집된 방사성 흄을 포함 각종 환경유해가스성분을 2차적인 포집공정 없이 그 자체에서 응축수 상으로 완전 포집시켜 회수할 수 있게 함으로서 방사성 폐기물의 고온 처분공정에서 우려되는 방사성 흄의 환경누출 등 각종 환경유해성을 원천적으로 차단할 수 있게 한다. At the same time, it is possible to collect and recover various environmentally harmful gas components, including radioactive fumes, which are not captured in the glass product by condensate on its own, without a secondary collection process. It is possible to fundamentally block various environmental hazards such as environmental leakage.
또한, 본 발명은 산소 분위기 하에서 가연성 잡고체의 가연성분을 폭발적으로 연소시켜 그 발생열에 의해 무기성분을 용융, 유리화시키는 방법으로 방사성 핵종을 포함한 무기성분의 용융 및 유리화가 수십초 이내에 종결되기 때문에 외부에너지에 의해 장시간 가열해야만 하는 기존 방법에 비해 방사성 흄의 발생이 최소화 되고 상대적으로 유리생성체내 방사성 핵종의 포집효율이 증가되는 효과를 얻을 수 있다. 동시에 산소주입 이전에 연소반응기내에 존재하는 공기를 최대한 제거함으로써 연소열에 의해 공기중의 질소로부터 생성되는 질소산화물(thermal NOx)의 발생을 원천적으로 방지할 수 있어 기존의 고온처리법이 갖는 다량의 질소산화물 생성 문제를 극복할 수 있게 한다.In addition, the present invention is a method of explosive combustion of the combustible component of the flammable holding body in the oxygen atmosphere to melt and vitrify the inorganic component by the heat generated, so that the melting and vitrification of the inorganic component including the radionuclide is terminated within several ten seconds. Compared with the existing method of heating by energy for a long time, the generation of radioactive fumes can be minimized and the collection efficiency of radionuclides in glass products can be relatively increased. At the same time, by removing the air present in the combustion reactor as much as possible before oxygen injection, it is possible to fundamentally prevent the generation of thermal NO x generated from the nitrogen in the air by the heat of combustion. It helps to overcome the problem of oxide formation.
본 발명에서 처분 가능한 가연성 폐기물의 예로는 지류, 섬유류 등 셀룰로스계와 비닐류, 플라스틱류, 고무류, 양이온 및 음이온교환수지 등 고분자계열을 들 수 있으며, 가연성으로 2,000cal/g 이상의 발열량을 낼 수 있는 유기물질이면 어느 것이든 처분이 가능하다. 다만 연소합성법을 적용하는 경우 지류나 섬유류처럼 유리형성제인 규산염 용액을 흡습할 수 있거나 이온교환수지나 활성탄처럼 비가연성 잡고체와 균질하게 혼합할 수 있는 재질이 바람직하다.Examples of the combustible wastes that can be disposed of in the present invention include celluloses such as paper, fibers, and polymers such as vinyls, plastics, rubbers, cations, and anion exchange resins, and are organically capable of generating calorific value of 2,000 cal / g or more with combustibility. Any substance can be disposed of. However, when the combustion synthesis method is applied, a material capable of absorbing a silicate solution, which is a glass-forming agent, such as paper or fiber, or mixing homogeneously with a non-combustible catch like an ion exchange resin or activated carbon is preferable.
본 발명의 연소합성법에서 유리형성제로 사용 가능한 규산염 용액은 SiO2기준 5∼20중량% 범위로 희석한 물유리(SiO2 35∼38%, Na2O 17∼19%) 용액을 그대로 사용하여도 되지만 생성 유리체의 화학적 내구성을 증대시키기 위하여 가능한 Na/Si 중량비가 0.3 이하의 조성범위를 갖는 용액상 또는 콜로이드상을 제조하여 사용하는 것이 바람직하다.Available silicate solution used to form the zero glass in the combustion synthesis method of the present invention will be used as the water-glass (SiO 2 35~38%, Na 2 O 17~19%) diluted with 5 to 20% by weight solution based on SiO 2 In order to increase the chemical durability of the resulting vitreous, it is preferable to prepare and use a solution phase or colloidal phase having a composition range of Na / Si weight ratio of 0.3 or less.
본 발명에서 사용 가능한 비가연성 폐기물로는 제올라이트처럼 분상체이거나 폐유리, 콘크리트, 모래 등과 같이 유리형성에 도움이 되면서 분상체로 가공이 가능하여 가연성 폐기물 또는 붕소나 물유리와 같은 유리형성제 혹은 융점저하제와 혼합이 가능한 무기물질이면 어느 것이든 사용이 가능하다. 또한 공기필터처럼 직포 또는 부직포형으로 내부에 다수의 공극을 갖고 있어 붕소나 물유리와 같은 분상 또는 용액상의 유리형성제 혹은 융점저하제를 흡입 또는 흡수할 수 있는 재질의 무기물질 역시 연소로법에서 비가연성 잡고체로 사용이 가능하다. Non-flammable wastes that can be used in the present invention can be processed into powders while helping to form glass such as waste powder, concrete, sand, or the like as zeolites, or combustible wastes or glass-forming agents such as boron or water glass, or melting point lowering agents. Any inorganic material that can be mixed with the can be used. In addition, as an air filter, a woven or nonwoven fabric has a plurality of voids therein, and inorganic materials made of a material capable of inhaling or absorbing powdery or melting point reducing agents such as boron or water glass are also non-combustible in the combustion furnace method. Can be used as a holding body.
도 1은 본 발명의 열폭발 연소법에 의한 방사성 폐기물의 유리화를 위한 공정도로서, 유리화를 위한 에너지원으로 가연성 잡고체를 기본재료로 하여, 연소합성법의 경우 유리형성제로 규산염 용액을 첨가하고, 여기에 선택적으로 포집효율 증대를 위한 열량조절 및 잉여 발열량을 이용하여 동반 유리화 처분을 실현하기 위해 비가연성 잡고체를 첨가할 수 있으며, 연소로법의 경우 가연성 잡고체를 凹형 또는 벌집형으로 압축성형하고 그 凹부에 가연성 잡고체 100중량부에 대하여 15중량부 이내의 비가연성 잡고체를 충진하고, 그 위에 선택적으로 포집효율 증대를 위해 비가연성 잡고체 100중량부에 대하여 SiO2 기준 5중량부 이내의 물유리를 첨가하거나 융점저하를 위해 비가연성 잡고체 100중량부에 대하여 20중량부 이내의 붕소를 첨가할 수 있다. 각각의 혼합비율은 건조중량 기준으로 가연성 잡고체가 45∼98%, 유리형성제 또는 융점저하제 등 기능성 첨가제가 2∼20%이며, 비가연성 잡고체는 가연성 잡고체의 열량에 따라 50중량%까지 첨가할 수 있다. 1 is a process chart for vitrification of a radioactive waste by the thermal explosion combustion method of the present invention, using a combustible catcher as a base material as an energy source for vitrification, in the case of a combustion synthesis method to add a silicate solution as a glass forming agent, Optionally, non-combustible catches can be added to realize entrained vitrification disposal using calorie control and surplus calorific value to increase the collection efficiency.In the case of the combustion furnace method, the combustible catches are compressed into shaped or honeycomb. Fill the convex part with 15 parts by weight of non-combustible catches with respect to 100 parts by weight of flammable catches, and thereon, within 5 parts by weight with respect to SiO 2 with respect to 100 parts by weight of non-combustible catches to increase the collection efficiency. To add water glass or boron within 20 parts by weight may be added to 100 parts by weight of the non-combustible catch body to lower the melting point. Each mixing ratio is 45 ~ 98% of flammable catches on the basis of dry weight, 2 ~ 20% of functional additives such as glass forming agent or melting point lowering agent, and nonflammable catches can be added up to 50% by weight depending on the amount of heat of the flammable catches. can do.
연소합성법은 이 혼합조성비 범위내에서 가연성 폐기물 및 비가연성 폐기물을 적정하게 취하여 유리형성제를 흡습시키거나 토련기 또는 포트밀 등에 의한 혼합방법으로 혼합한 다음, 적정 크기의 원통상으로 성형한 후 이를 건조시킨다. 연소로법은 가연성 잡고체의 폭발연소시 충진된 비가연성 잡고체의 비산을 방지하지 위하여 가연성 잡고체로 뚜껑을 덮고, 물유리를 첨가하는 경우에는 건조한다. 건조된 혼합물은 연소반응기에 0.5∼2중량%/연소반응기 부피의 범위로 장입하고 밀폐한 다음 진공펌프를 이용하여 연소반응기내 공기를 최대한 제거하고, 가연성 잡고체의 단위중량당 0.15∼0.20M/g의 산소를 충진한 다음 점화시키는 방식으로 연소반응을 유도하여 유리고화체를 제조한다. 유리고화체의 발생량 및 방사성 핵종 포집효율은 방사성 핵종, 가연성 및 비가연성 잡고체의 종류와 혼합비율, 연소열량, 유리형성제 등 기능성 첨가제의 첨가량에 따라 좌우되었으며, 대체로 연소열량이 낮을수록(가연성 잡고체 자체 또는 비가연성 폐기물의 혼합비율 증가에 따른 연소열량 저하 포함), 유리형성제 등 기능성 첨가제의 첨가량이 증가할수록 증가하였다. 핵종별로는 기화온도가 높은 핵종일수록 유리고화체내 포집효율이 증가하였다. Combustion synthesis method suitably takes in combustible waste and non-combustible waste within this mixing composition ratio, absorbs glass-forming agent, or mixes it by mixing method using a refining machine or pot mill, etc. To dry. The combustion furnace method is covered with a flammable holder to prevent scattering of the non-combustible holder filled during explosion combustion of the flammable holder, and is dried when water glass is added. The dried mixture is charged to the combustion reactor in the range of 0.5 to 2% by weight / combustion reactor volume and sealed, and then the air in the combustion reactor is removed as much as possible using a vacuum pump, and 0.15 to 0.20 M / A glass solid is produced by inducing a combustion reaction by filling with g of oxygen and then igniting. The amount of generation of glass solids and the efficiency of radionuclide collection depended on the type of radionuclide, flammable and non-combustible catches, the mixing ratio, the amount of combustion, and the amount of functional additives such as glass formers. The increase in the amount of functional additives, such as the lowering of the heat of combustion due to the increase of the mixing ratio of the sieve itself or the non-combustible waste, and the glass forming agent, increased. By nuclide, the higher the vaporization temperature, the higher the collection efficiency in the glass solids.
방사성 핵종의 유리체내 포집효율, 부피 감용화율 및 생성 유리체의 성상 등을 고려할 때 연소합성법은 연소열량이 3,500±500cal/g, 유리형성제인 규산염 용액의 농도가 SiO2 기준 10∼15중량%, 첨가량은 가연성 폐기물 100중량부에 대해 50∼200중량부, 비가연성 잡고체의 첨가량은 가연성 잡고체와 비가연성 잡고체를 혼합한 혼합체의 40중량% 이내가 바람직하였으며, 연소합성법의 경우 연소열량은 충진된 비가연성 잡고체 단위 중량당 65,000±5,000cal/g, 포집효율 증대를 위한 물유리 첨가량은 SiO2 기준 비가연성 잡고체 100중량부에 대하여 5중량부, 융점저하제로서 붕소 첨가량은 비가연성 잡고체 100중량부에 대하여 20중량부 이내가 가장 바람직하였다.Radionuclides intravitreal collection efficiency, the rate and volume gamyong generated when considering the properties of the glass body combustion synthesis is the combustion heat is 3,500 ± 500cal / g, the concentration of glass forming agent silicate solution 10 to 15% by weight based on SiO 2, the amount 50 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of silver combustible waste, and the amount of non-combustible catches added is preferably within 40% by weight of the mixture of the combustible catches and the non-combustible catches. 65,000 ± 5,000cal / g per unit weight of the non-combustible catch, added 5 parts by weight to 100 parts by weight of non-combustible catches based on SiO 2 , the addition of boron is a non-combustible catch 100 It was most preferable within 20 weight part with respect to weight part.
상기 조건에서 얻어질 수 있는 감용화율은 90% 이상, 방사능 핵종의 유리고 화체내 포집효율은 세슘과 코발트의 함유량이 각각 0.5중량%일 때를 기준으로 세슘 80% 이상, 코발트 95% 이상으로 높았으며, 이때 유리체 또는 응축수로 회수하지 못한 방사성 핵종의 손실률은 코발트 0.01% 미만, 세슘 0.05% 미만으로 극히 낮았다. 또한 생성된 유리체의 물성은 비중 2.1∼2.6g/cm3, 압축강도 85∼2,100kgf/cm2, 화학적 내구성은 TCLP 용출실험에서 세슘 2.5% 이하, 코발트 8.1% 이하의 용출률과 MCC-1P 단기침출실험에서 세슘 0.25∼2.17g/m2, 코발트 0.002∼1.58g/m2의 침출률을 보여 본 발명의 열폭발 연소법에 의해 외부 가열에너지 없이 중·저준위 방사성 폐기물을 물성과 화학적 내구성이 우수한 유리체로 처분할 수 있었다. Under the above conditions, the reduction rate was 90% or higher, and the collection efficiency in the free solid of the radionuclide was higher than 80% cesium and 95% or more cobalt based on when the content of cesium and cobalt was 0.5% by weight, respectively. At this time, the loss rate of radionuclides which could not be recovered by vitreous or condensate was extremely low, less than 0.01% of cobalt and less than 0.05% of cesium. In addition, the physical properties of the resulting glass body is gravity 2.1~2.6g / cm 3, compressive strength 85~2,100kgf / cm 2, the chemical durability and the dissolution rate is MCC-1P term leaching of cesium more than 2.5%, and 8.1% cobalt in the TCLP leaching test Experimental results show leaching rates of cesium 0.25-2.17g / m 2 and cobalt 0.002-1.58g / m 2 . Could dispose.
본 발명의 대표적인 실시예는 다음과 같다. Representative embodiments of the present invention are as follows.
<실시예 1> <Example 1>
종이류와 면류를 중량비 6:4의 비율로 혼합한 혼합체(발열량 3,700±300cal/g·DS, 강열감량 99.5±0.3중량%, 핵종 함유율 코발트 0.5중량%, 세슘 0.5중량%)100중량부에 SiO2 기준 5중량%의 규산염 용액(Na/Si 중량비≤0.3)을 200중량부를 혼합하고 건조한 다음 100kgf/cm2의 압력조건에서 가압 성형하였다. 이 성형체를 고압연소반응기에 0.5∼2.0중량%/연소반응기부피를 넣고 완전 밀폐한 후 반응기의 내부압력을 0.3기압 이하까지 진공펌프로 흡인 배기하고 가연물 단위중량당 0.15∼0.20M/g의 산소(≥99.9%)를 충진한 다음 반응기 내부에 설치된 냉각코일에 냉각수를 순환시키면서 전기스파크를 이용하여 연소반응을 개시시켰다. 반응기의 온도를 상온까지 냉각하고 반응기 내부에 10ml의 흡수액를 고압 분사한 후 연소가스를 배기하고 반응기 내부에 생성된 유리질과 액상의 잔류물을 회수하였다. 이 과정에서 얻어진 방사성 핵종의 유리체내 포집효율, 유리체의 물성과 화학적 내구성 및 부피 감용화율은 표 1과 같다(이하 동일). SiO 2 to 100 parts by weight of a mixture of paper and noodles in a weight ratio of 6: 4 (heating amount 3,700 ± 300 cal / g · DS, loss on ignition 99.5 ± 0.3% by weight, nuclide content 0.5% by weight cobalt, 0.5% by weight cesium) A standard 5 wt% silicate solution (Na / Si weight ratio ≦ 0.3) was mixed with 200 parts by weight, dried, and pressure molded at a pressure of 100 kgf / cm 2 . The molded product was placed in a high pressure combustion reactor with 0.5 to 2.0 wt% / combustion reactor volume and completely sealed, and suctioned and evacuated the reactor to a pressure of 0.3 atm or less with a vacuum pump, and 0.15 to 0.20 M / g of oxygen per unit weight of combustibles ( ≧ 99.9%) was charged and the combustion reaction was initiated using an electric spark while circulating the cooling water in the cooling coil installed inside the reactor. The temperature of the reactor was cooled to room temperature, 10 ml of absorbent liquid was injected under high pressure into the reactor, the combustion gas was evacuated, and the glassy and liquid residues generated in the reactor were recovered. The collection efficiency, vitreous physical properties, chemical durability and volume reduction rate of the radionuclides obtained in this process are shown in Table 1 below.
<실시예 2> <Example 2>
양이온 및 음이온 교환수지를 중량비 1:1로 혼합한 것(7,300±800cal/g·DS, 강열감량 95.9±0.3중량%)에 비가연성 잡고체의 혼합분말(유리+모래+콘크리트=1+1+0.15중량비)을 가연성분:비가연성분이 중량비로 6:4가 되도록 첨가한 다음 실시예 1의 규산염 용액을 가연성+비가연성분의 총 중량대비 80중량%를 첨가하고 포트밀을 이용하여 균질하게 혼합하고 성형한 후 건조하였다. 방사성 핵종의 함유율은 최종 성형체 기준 코발트 0.5중량%, 세슘 0.5중량%가 되도록 인위적으로 조절하였다. 이하 실시예 1과 동일한 방법에 의해서 연소반응을 개시시켰다.Mixed powder of non-flammable catches (glass + sand + concrete = 1 + 1 +) with a mixture of cation and anion exchange resins in a weight ratio of 1: 1 (7,300 ± 800 cal / g · DS, loss of ignition 95.9 ± 0.3% by weight) 0.15 weight ratio) is added so that the flammable component: non-flammable component is 6: 4 by weight, and then the silicate solution of Example 1 is added to the total weight of the flammable + non-flammable component by weight and mixed homogeneously using a pot mill. After molding, it was dried. The content of radionuclide was artificially adjusted to 0.5 wt% of cobalt and 0.5 wt% of cesium based on the final molded product. The combustion reaction was started by the same method as in Example 1 below.
<비교예 1> Comparative Example 1
실시예 1의 최종 성형체를 백금도가니에 넣고 전기로를 이용하여 1,250℃ 조건에서 2시간동안 가열하여 용융시키고 500℃까지 노냉시킨 다음 꺼내 상온까지 공냉시키는 방법으로 유리체를 제조하였다.The final molded product of Example 1 was put in a platinum crucible and heated by melting at 1,250 ° C. for 2 hours using an electric furnace, and then quenched to 500 ° C., and a glass body was prepared by air cooling to room temperature.
<비교예 2>Comparative Example 2
실시예 2의 최종 성형체를 대상으로 비교예 1과 같은 방법으로 유리체를 제조하였다.The glass body was manufactured by the method similar to the comparative example 1 with respect to the final molded object of Example 2.
[표 1]TABLE 1
1) 구형의 유리체를 직접 이용하여 측정한 비정형 일축압축강도를 나타냄 1) It shows atypical uniaxial compressive strength measured using spherical glass body directly.
*일축압축강도=σ/0.19, σ=파괴하중/(체적⅔) * Uniaxial compressive strength = σ / 0.19, σ = destructive load / (volume⅔)
2) 감용화율(%)=(생성 유리체의 부피/유리화전 성형체의 부피)×100 2) reduction ratio (%) = (volume of produced glass / volume of molded body before vitrification) x 100
표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 연소합성법이 방사성 핵종의 유리체내 포집효율 및 배기가스로의 손실률이 외부가열식인 전기로 용융법에 비해 우수하였다. 이는 개방상태에서 장시간 고온가열에 의해 유리화하는 전기로법과 달리 본 발명의 연소합성법은 밀폐용기에서 가연성 잡고체의 폭발적 연소반응에 의해 극히 짧은 시간내에 잔류 무기성분의 용융과 냉각(유리화)이 이루지기 때문에 방사성 핵종의 기화와 탈기가 상대적으로 적고, 또 연소-용융과정에서 방사성 흄이 발생한다 할지라도 직접 외부로 방출되지 못하고 반응기내에서 대부분 다시 응축되어 수분과 함께 응축수내 이온상으로 재포집될 수 있기 때문이다. 본 발명의 연소합성법은 전기로법과 비교하여 거의 같은 수준의 감용화율 및 물성을 갖는 유리체를 얻을 수 있었 지만 유리체의 화학적 내구성은 낮았다. 이는 본 발명의 연소합성법이 갖는 한계로 순간적인 용융과 냉각에 의해 유리체가 형성되어지는 만큼 망목구조와 같이 유리체내에 방사성 핵종을 안정하게 고정할 수 있는 구조의 형성이 상대적으로 불완전하게 이루어지기 때문이다.As can be seen from Table 1, the combustion synthesis method of the present invention was superior to the electric furnace melting method of the external heating type of the trapping efficiency and the exhaust gas loss rate of the radionuclide in the glass body. Unlike the electric furnace method which vitrifies by high temperature heating in the open state for a long time, the combustion synthesis method of the present invention melts and cools (vitrifies) residual inorganic components in a very short time by the explosive combustion reaction of the flammable holder in a closed container. The evaporation and degassing of radionuclides is relatively small, and even if radioactive fumes are generated during the combustion-melting process, they cannot be discharged directly to the outside and can be recondensed in the reactor and recaptured as ions in condensate with water. Because. In the combustion synthesis method of the present invention, a glass body having almost the same degree of reduction rate and physical properties as compared to the electric furnace method was obtained, but the chemical durability of the glass body was low. This is because the combustion synthesis method of the present invention has a relatively incomplete formation of a structure capable of stably fixing radionuclides in the vitreous body, such as a mesh structure, as the vitreous body is formed by instant melting and cooling. to be.
<실시예 3> <Example 3>
실시예 1의 종이류와 면류 혼합체(발열량 3,700±300cal/g·DS, 강열감량 99.5±0.3중량%)를 100kgf/cm2의 압력에서 凹형으로 압축성형하고 그 凹부에 폐유리 분말(핵종 함유율 코발트 0.5중량%, 세슘 0.5중량%)을 종이-면 혼합체 중량대비 5∼15중량% 충진하고 종이류와 면류 혼합체를 압축성형하여 제작한 뚜껑으로 밀봉한 다음 실시예 1과 동일한 방법에 의해서 연소반응을 개시시켰다.Paper and noodle mixtures (heating amount 3,700 ± 300cal / g · DS, ignition loss 99.5 ± 0.3% by weight) of Example 1 were compression molded into a mold at a pressure of 100kgf / cm 2 and waste glass powder (nuclide content rate) 0.5 wt% of cobalt and 0.5 wt% of cesium) were charged in an amount of 5-15 wt% based on the weight of the paper-cotton mixture and sealed with a lid prepared by compression molding of the paper and noodles mixture. Started.
그 결과 충진한 방사성 핵종 함유 유리분말이 종이류와 면류 혼합체의 연소열에 의해 일부 또는 전부가 용융되어 비정질의 유리체를 형성하였으나, 충진한 폐유리 분말 전량이 완전히 용융되어 유리체가 되는 충진비율은 8중량% 이하부터 였으며, 방사성 핵종의 포집효율 및 재용출률 등을 고려할 때 6중량%(폐유리 분말의 충진량 기준 연소열량 약 62,000cal/g) 정도가 가장 적정하였다. 충진율 6중량%에서 얻어진 감용화율 및 생성 유리체의 방사성 핵종 포집효율, 물성, 화학적 내구성은 표 2와 같다(이하 동일). As a result, the filled radionuclide-containing glass powder was melted in part or in whole by the heat of combustion of paper and facets mixture to form an amorphous glass body, but the filling ratio of the filled waste glass powder was completely melted and became a glass body was 8% by weight. From below, considering the collection efficiency and re-elution rate of radionuclides, about 6% by weight (about 62,000 cal / g of combustion heat based on the amount of waste glass powder filled) was most appropriate. The solubilization rate and the radionuclide capture efficiency, physical properties and chemical durability of the resulting vitreous obtained at 6% by weight of the filling rate are shown in Table 2 (the same).
<실시예 4> <Example 4>
실시예 3과 동일하게 압축성형체를 제조하여 6중량%의 폐유리 분말을 충진하 고 그 상부에 SiO2 기준 5∼20중량%의 물유리 용액을 폐유리 분말 충진량 대비 30중량%를 적가하고 뚜껑을 덮은 후 완전 건조하였다. 이 건조체를 실시예 1과 동일한 방법으로 연소시켰다.In the same manner as in Example 3, a compression molded product was prepared and filled with 6 wt% of waste glass powder, and 5-20 wt% of water glass solution based on SiO 2 was added dropwise to 30 wt% of the waste glass powder filling and the lid was Cover and dry completely. This dry body was combusted in the same manner as in Example 1.
물유리 첨가량에 따른 유리체내 방사성 핵종 포집효율을 검토한 결과 물유리 첨가량이 증가할수록 포집효율이 증가하였으나 SiO2 기준 20중량% 이상의 물유리 용액은 점성이 높아 폐유리분말에 흡수되지 못할 뿐만 아니라 15중량%와 비교하여 포집효율의 증대효과가 오차범위 이내에 불과하다는 점에서 물유리의 적정농도는 SiO2 기준 15중량%(폐유리분말 중량대비 실제 첨가량 SiO2 기준 4.5중량%) 정도였다. 이 조건에서 얻어진 유리체의 방사성 핵종 포집효율, 물성 및 화학적 내구성은 표 2와 같다.As a result of examining the radionuclide capture efficiency in the glass body according to the amount of water glass added, the collection efficiency increased as the amount of water glass added increased, but the water glass solution of more than 20% by weight based on SiO 2 was not viscous and absorbed by waste glass powder. comparison in that the increasing effect of the collection efficiency is just within the margin of error adequate concentration of water glass was about 15% by weight based on SiO 2 (waste glass powder, 4.5% by weight compared to the actual amount SiO 2 basis weight). The radionuclide capture efficiency, physical properties and chemical durability of the vitreous obtained under these conditions are shown in Table 2.
<실시예 5>Example 5
실시예 3의 종이류와 면류 혼합체를 중저준위 방사성 폐기물로 발생하는 가연성 잡고체중 발열량이 가장 높은 비닐과 플라스틱 혼합체(발열량 11,000±50cal/g, 강열감량 99.1±0.5중량%)로 대체하고 동일 폐유리 분말을 비닐-플라스틱 혼합체 중량대비 15중량%(충진 폐유리 분말의 중량기준 약 73,000cal/g) 충진하고 실시예 3과동일한 방법으로 연소시켜 유리체를 제조하였다.The paper and noodle mixtures of Example 3 were replaced with the vinyl and plastic mixtures with the highest calorific value of calorific value generated in the low and low level radioactive waste (heating amount of 11,000 ± 50cal / g, loss of ignition of 99.1 ± 0.5% by weight) and the same waste glass powder A glass body was prepared by filling 15% by weight (about 73,000 cal / g based on the weight of the filled waste glass powder) based on the weight of the vinyl-plastic mixture and burning it in the same manner as in Example 3.
<실시예 6><Example 6>
실시예 3의 폐유리 분말을 붕소 20중량%를 첨가한 콘크리트 분말(핵종 함유율 코발트 0.5중량%, 세슘 0.5중량%)로 대체하고 실시예 3과 동일한 방법으로 유리 체를 제조하였다.The waste glass powder of Example 3 was replaced with concrete powder (0.5% by weight of cobalt, 0.5% by weight of cesium) containing 20% by weight of boron, and a glass sieve was prepared in the same manner as in Example 3.
<실시예 7><Example 7>
실시예 3의 폐유리 분말을 붕소 20중량%를 첨가한 제올라이트 분말(핵종 함유율 코발트 0.5중량%, 세슘 0.5중량%)로 대체하고 실시예 3과 동일한 방법으로 유리체를 제조하였다.The glass body was manufactured by the same method as Example 3, replacing the waste glass powder of Example 3 with the zeolite powder (0.5 weight% of cobalt content, 0.5 weight% of cesium) which added 20 weight% of boron.
<비교예 3> Comparative Example 3
실시예 3의 폐유리 분말을 백금도가니에 넣고 전기로를 이용하여 1,250℃ 조건에서 2시간동안 가열하여 용융시키고 500℃까지 노냉시킨 다음 꺼내 상온까지 공냉시키는 방법으로 유리체를 제조하였다.The waste glass powder of Example 3 was put into a platinum crucible and heated by melting at 1,250 ° C. for 2 hours using an electric furnace, and then cooled to 500 ° C., and then the glass body was prepared by air cooling to room temperature.
<비교예 4> <Comparative Example 4>
실시예 6의 콘크리트 분말(붕소 20중량% 함유)을 비교예 3과 동일한 방법으로 유리체를 제조하였다.The glass body was manufactured by the method similar to the comparative example 3 with the concrete powder (containing 20 weight% of boron) of Example 6.
<비교예 5> Comparative Example 5
실시예 7의 제올라이트 분말(붕소 20중량% 함유)을 비교예 3과 동일한 방법으로 유리체를 제조하였다.The glass body was manufactured by the method similar to the comparative example 3 with the zeolite powder (containing 20 weight% of boron) of Example 7.
[표 2]TABLE 2
실시예 3∼5는 가연성 잡고체의 연소열을 이용하여 비가연성 잡고체인 폐유리를 유리화한 것으로 동일 폐유리 분말을 대상으로 전기로에서 유리화한 비교예 3과 비교하여 방사성 핵종의 유리체내 포집효율이 월등히 높음을 알 수 있다. 또한 실시예 4는 충진된 비가연성 잡고체의 상부에 소량의 물유리를 첨가함으로써 방사성 핵종의 유리체내 포집효율을 증대시킬 수 있음을, 실시예 5는 가연성 잡고체의 연소열량이 증가하면 더 많은 양의 비가연성 잡고체를 유리화시킬 수 있음을 보여주고 있다. 이는 첨가된 물유리가 충진된 비가연성 잡고체의 융점을 저하시켜 빠르게 융체화시킴과 동시에 생성된 방사성 흄의 일탈을 방지하는 역할을 하기 때문이며, 가연성 잡고체의 연소열량이 증가하는 만큼 그 안에 충진되어 있는 비가연성 잡고체에 전달되는 열량이 증가하기 때문이다. 한편 물유리 첨가와 연소열 증가로 인해 각각 유리체의 화학적 내구성과 포집효율이 감소하는 경향을 보였으나 그 감소율은 동일한 핵종 함량의 폐유리를 대상으로 플라즈마 용융법을 적용하여 유리화한 김희준 등(2002년, 한국폐기물학회지)의 결과(유리체내 방사성 핵종 포집효율 코발트 23.4%와 세슘 86.9%, TCLP 용출률 코발트 61.9%와 세슘 20.8%)와 비교할 때 전혀 문제가 되지 않는 수준이었다. 실시예 6과 실시예 7은 콘크리트와 제올라이트를 유리화한 것으로 그 융점이 높아 연소열만으로 유리화하기 위해서는 20중량% 내외의 붕소를 융점저하제로 첨가해야 하지만 방사성 핵종의 유리체내 포집효율은 비교예 4와 5의 전기로 용융에 비해 월등히 우수하였다. 생성 유리체의 화학적 내구성도 비교예 4와 5의 전기로 용융에 비해서는 낮았지만 김희준 등의 플라즈마 용융법(TCLP 용출률 코발트 17.9%, 세슘 0.39%)과 비교하여 결코 뒤떨어지지 않는 수준이었다.Examples 3 to 5 vitrified the waste glass, which is a non-flammable catch body, by using the heat of combustion of the combustible catch body, and compared with Comparative Example 3 in which the same waste glass powder was vitrified in an electric furnace, the collection efficiency of radionuclides in the vitreous body was much higher. It can be seen that high. In addition, Example 4 can increase the trapping efficiency of the radionuclide in the vitreous body by adding a small amount of water glass on top of the filled non-combustible scaffold, Example 5 shows that the increase in the amount of heat of combustion It has been shown that the non-combustible holding material can be vitrified. This is because the added water glass lowers the melting point of the filled non-combustible catches and melts quickly, and at the same time serves to prevent deviation of the generated radioactive fumes, and is filled therein as the amount of heat of combustion of the combustible catches increases. This is because the amount of heat transferred to the non-combustible retainer is increased. On the other hand, due to the addition of water glass and increasing the heat of combustion, the chemical durability and collection efficiency of the glass body decreased, but the reduction rate was vitrified by plasma melting method for waste glass with the same nuclide content (2002, Korea) The results of the Korean Society of Waste Science (NCR) showed no problem at all compared to the radionuclide capture efficiency of cobalt 23.4% and cesium 86.9% and TCLP dissolution rate 61.9% and cesium 20.8%. Example 6 and Example 7 are vitrified concrete and zeolite. The melting point is high, and in order to vitrify only combustion heat, about 20 wt% of boron should be added as a melting point lowering agent. It was much better than the melting of the electric furnace. Although the chemical durability of the produced glass body was lower than the electric furnace melting of Comparative Examples 4 and 5, it was inferior to the plasma melting method of Kim Hee-jun et al. (TCLP dissolution rate cobalt 17.9%, cesium 0.39%).
본 발명은 방사성 폐기물을 유리화 처분함에 있어 가연성 잡고체 또는 가연성 잡고체와 비가연성 잡고체의 혼합물에 유리형성제로 적정량의 규산염 용액을 첨가하거나 가연성 잡고체를 凹형으로 압축성형하고 그 凹부에 비가연성 잡고체를 충진하고 산소분위기 조건의 고압연소반응조에서 가연성 잡고체를 연소시키는 열폭발 연소반응을 통해 가연성 잡고체의 무기성분(회분)은 물론 혼합된 비가연성을 잡고체를 용융시켜 유리화할 수 있게 하거나 가연성 잡고체를 완전 산화시킴과 동시에 그 산화열(연소열)에 의해 충진되어 있는 비가연성 잡고체가 유리화될 수 있게 함으로써, 외부 가열에너지 없이 가연성 잡고체의 연소열만으로 가연성 및 비가연성 방사성 폐기물을 유리화 처분할 수 있게 하는 효과를 가지게 한다.In the present invention, in the vitrification disposal of radioactive waste, an appropriate amount of silicate solution is added to the combustible or the mixture of the combustible and non-combustible catches as a glass forming agent, or the combustible catches are compressed into a X-shape and the ratio is The thermal explosive combustion reaction, which fills a flexible catch body and burns a combustible catch in a high-pressure combustion tank in an oxygen atmosphere, can melt and vitrify the inorganic component (ash) of the flammable catch as well as the mixed nonflammable catch. Or to completely oxidize the flammable catch and vitrify the non-flammable catch filled by the heat of oxidation (combustion heat), thereby vitrifying flammable and non-combustible radioactive waste by only the heat of combustion of the flammable catch without external heating energy. Have the effect of disposing.
또한 본 발명의 유리화 방법은 밀폐용기에서 가연성 잡고체의 폭발적 연소반응을 바탕으로 하고 있어, 잔류 무기성분의 유리화를 위한 용융과 냉각이 극히 짧은 시간내에 이루어질 수 있게 하고, 그로 인해 핵종의 기화에 따른 방사성 흄의 발생을 최대한 억제하여, 실시예와 비교예에서 알 수 있듯이, 유리체내 방사성 핵종의 포집효율을 향상시킴은 물론 처분과정에서 방사성 흄이 발생한다 할지라도 이를 직접 배기시키지 않고 반응기내에 체류시켜 수분과 함께 응축, 재포집할 수 있게 함으로써 방사성 핵종의 완전처분 및 관리를 실현할 수 있게 하며, 더 나아가 연소반응에 공기(질소)의 혼입을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 연소반응기내의 공기를 연소반응전에 최대한 제거할 수 있게 함으로써, 연소열 또는 용융열에 의해 공기중의 질소로부터 생성되는 질소산화물(thermal NOx)의 발생을 원천적으로 방지할 수 있게 하여, 종래 고온처리법이 갖는 대량의 질소산화물 발생문제를 해결할 수 있게 하는 효과도 얻을 수 있다.In addition, the vitrification method of the present invention is based on the explosive combustion reaction of the flammable holding body in a sealed container, so that melting and cooling for vitrification of the residual inorganic components can be achieved in a very short time, and thus the nucleation of the nuclide By suppressing the generation of radioactive fumes to the maximum, as can be seen in the Examples and Comparative Examples, not only does the collection efficiency of radionuclides in the vitreous body improve, but even if radioactive fumes are generated during disposal, they are kept in the reactor without directly evacuating them. By condensing and recapturing with moisture, it is possible to realize the complete disposal and management of radionuclides, and furthermore, to minimize the incorporation of air (nitrogen) into the combustion reaction, as well as the air in the combustion reactor before the combustion reaction. From the nitrogen in the air by the heat of combustion or heat of fusion, Effect that allows to be able to fundamentally preventing the generation of nitrogen oxides that are generated (thermal NO x), to address a large amount of NOx generation problem prior high temperature treatment has can be obtained.
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