KR101289231B1 - 방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법 - Google Patents

방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일측면인 방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법은 지르콘 정광(Zircon Concentrates)을 준비하는 단계, 상기 준비된 지르콘 정광에 황산용액 및 질산용액을 부피비로, 1 : 1~3으로 첨가하는 단계, 상기 지르콘 정광, 황산용액 및 질산용액을 70~80℃에서 교반하는 단계, 상기 교반된 용액으로부터 침출수를 여과하는 단계 및 상기 여과단계 후, 여과되지 않은 지르콘을 50~60℃에서 세척하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF ZIRCON CONCENTRATES WITH LOW CONTENTS OF RADIOACTIVITY ELEMENTS}
본 발명은 세라믹 코팅재료로 많이 사용되는 지르콘 정광에 관한 것으로서, 지르콘 정광에 포함된 방사성 원소 함량을 저감시키기 위한 방법에 관한 것이다.
지르콘(Zircon, ZrSiO4)은 세라믹 코팅재료 등으로 사용될 수 있으며, 지르콘 정광은 제련원료 또는 공업원료로 직접 사용할 수 있을 정도로 품위가 높여진 광석을 의미한다. 그러나, 이러한 지르콘 정광이라고 하더라도, 어느 정도의 불순물이 여전히 포함되어 있다. 그리고, 상기 불순물에는 방사성원소도 포함되어 있는 것이 문제이다. 지르콘 정광은 주로 세라믹 코팅재료로 사용되는데, 이러한 세라믹 코팅재료는 대부분 인간생활 주변에 사용되기 때문에 인체에 해로운 방사성 원소가 포함되어 있다면, 이러한 방사성 원소를 최소화시킬 필요가 있는 것이다.
이를 해결하기 위하여, 통상적으로 고온 산침출(Hot Acid Leach, HAL)방법을 통하여 지르콘 정광을 분해하고, 화학적 처리를 통하여 방사성 원소를 선택적으로 분리하였다. 이러한 기술로서 특허문헌 1이 제안되었으나, 상기 특허문헌 1에 제안된 기술은 지르콘 정광을 분해하기 위해 융제를 사용하거나, 고온에서 공정이 진행되어, 공정단계가 복잡해져, 제조시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
따라서, 공정단계가 단순하면서도, 지르콘 정광으로부터 방사성 원소를 높은 효율로 제거할 수 있는 기술에 대한 연구가 절실한 시점이다.
한국 특허공개공보 1994-7000729호
발명의 일측면은, 공정단계가 단순하면서도, 지르콘 정광으로부터 방사성 원소를 높은 효율로 제거할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면인, 방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법은 지르콘 정광(Zircon Concentrates)을 준비하는 단계, 상기 준비된 지르콘 정광에 황산용액 및 질산용액을 부피비로, 1 : 1~3으로 첨가하는 단계, 상기 지르콘 정광, 황산용액 및 질산용액을 70~80℃에서 교반하는 단계, 상기 교반된 용액으로부터 침출수를 여과하는 단계 및 상기 여과단계 후, 여과되지 않은 지르콘을 50~60℃에서 세척하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 황산용액 및 질산용액은, 상기 지르콘 정광 1kg 대비 10~30kg으로 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 황산용액의 농도는 95~99%인 것이 바람직하며, 상기 질산용액의 농도는 57~63%인 것이 바람직하다.
상기 교반하는 단계는 30~180분간 유지되는 것이 바람직하다.
상기 교반하는 단계에서 상기 황산용액 및 질산용액은 산성도(pH)가 유지되도록 추가로 공급되는 것이 바람직하다.
상기 침출수를, NaOH를 이용하여 중화한 후, 건조하여 방사성원소를 회수할 수 있다.
상기 세척 후, 세척수를 NaOH를 이용하여 중화한 후, 건조하여 방사성원소를 회수할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 산침출공정에 사용되는 산의 종류 및 그 비율을 최적화함으로서, 종래보다 공정시간을 획기적으로 단축할 수 있으며, 이를 통하여 생산성을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일측면인 지르콘 정광의 제조방법에 대한 흐름도이다.
본 발명자들은 지르콘 정광에 포함된 방사성 원소를 저감하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 산침출공정에 사용되는 산의 종류 및 그 비율을 최적화하여, 공정시간을 최대한 단축시키고, 높은 효율로서 방사성 원소를 저감시킬 수 있다는 사실을 확인하고, 본 발명에 이르게 되었다.
이하, 본 발명의 일측면인 방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명에서 설명하는 방사성원소는 방사능을 갖는 원소들을 총칭하는 용어이며, 그 중 우라늄(U)과 토륨(Th)을 중심으로 설명한다. 이러한 기재가 방사성원소의 범위를 한정하는 것은 아니다.
먼저 지르콘 정광을 준비한다. 이 때, 준비된 지르콘 정광은 특별히 한정되는 것은 아니며, 지르콘 정광으로 지칭되는 모든 정광을 포함할 수 있다.
상기 준비된 지르콘 정광에 황산용액과 질산용액의 혼합용액을 첨가한다. 이는 상기 지르콘 정광내에 존재하는 방사성 원소를 용해하기 위한 것이다. 여기서, 상기 지르콘 정광 1kg 당 상기 혼합용액은 10~30kg을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 혼합용액을 10kg 미만으로 첨가하는 경우, 지르콘 정광내에 존재하는 방사성 원소의 용해가 불충분하다. 또한, 용해 효과가 포화되고, 경제성을 고려하여, 상기 혼합용액의 상한은 30kg으로 제어하는 것이 바람직하다.
그리고, 여기서, 상기 황산용액 및 질산용액을 부피비로, 1 : 1~3로 제어하는 것이 바람직하다. 질산용액을 황산용액 대비 1~3로 혼합함으로서, 지르콘 정광 내에 존재하는 방사성 원소가 용해될 수 있다. 또한, 상기 황산용액의 농도는 95~99%인 것이 바람직하며, 상기 황산용액의 농도는 96~98%가 보다 바람직하다. 또한, 상기 질산용액의 농도는 57~63%인 것이 바람직하며, 상기 질산용액의 농도는 59~61%인 것이 보다 바람직하다.
그리고, 상기 지르콘 정광, 황산용액 및 질산용액을 70~80℃에서 교반한다. 상기 온도범위에서 교반하는 이유는 상기 복합산에 의하여 지르콘 정광 내에 존재하는 방사성원소가 녹아나오는 속도를 증진시키기 위함이다. 여기서, 상기 온도가 70℃ 미만인 경우 반응시간이 많이 소요되어 공정시간이 많이 소요된다. 반면에, 상기 온도가 80℃ 초과하는 경우, 증발하는 용액이 많아 혼합용액의 낭비를 초래한다.
상기 교반시 유지 시간은 30~180분인 것이 바람직하다. 상기 유지시간이 30분 미만인 경우에는 지르콘 정광 내에 존재하는 방사성 원소가 용해될 수 시간이 부족하다. 또한, 용해 효과가 포화되고, 경제성을 고려하여, 상기 유지시간의 상한은 180분으로 제어하는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 황산용액과 질산용액의 혼합용액은 교반시 지르콘 정광과 화학반응이 일어나 소모되기 때문에, 추가적으로 상기 혼합용액을 공급하여, 최초 혼합용액의 pH가 유지될 수 있도록 제어하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 혼합용액을 추가로 공급하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 초기 pH가 유지될 수 있는 방법이라면, 어떠한 방법도 가능하다.
상기 교반에 의하여, 상기 산용액에 의하여 지르콘 정광에서 방사성원소는 열적 분해되고, 여과공정에 의하여 침출수로 제공된다. 이러한 침출수를 염기성 용액을 이용하여 중화한 후 건조하여 방사성원소를 회수할 수 있다. 상기 염기성 용액은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 발명에서는 NaOH를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 여과공정에 의하여, 침출되지 않고 남게 되는 것은 방사성원소가 저감된 지르콘이다. 본 발명에서는 세척효율을 증대시키기 위하여, 냉수가 아닌 온수를 이용하여 상기 지르콘을 세척하는 것이 바람직하다. 다만, 상기 온수의 온도는 50~60℃로 제어하는 것이 보다 바람직하다.
상기 세척공정에서 상기 지르콘을 세척한 후 제공되는 세척수는 염기성 용액을 이용하여 중화한 후 건조하여 방사성원소를 회수할 수 있다. 상기 염기성 용액은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 발명에서는 NaOH를 이용하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예 1)
지르콘 정광을 준비한 후 하기 표 1의 조건을 만족하는 황산용액 및 질산용액을 이용하여 산침출공정을 실시하였다. 여기서, 상기 황산용액 및 질산용액의 투입량은 지르콘 정광 시료 대비, 14.3배로 투입하였다. 실시 전의 우라늄 및 토륨의 함량은 각각 0.049중량% 및 0.67중량%였으며, 질산용액의 농도는 60%이고, 황산용액의 농도는 97%였다. 80~90℃에서 교반 후 50℃에서 세척하였다. 실시 후 우라늄 및 토륨 함량을 계산하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.
구분 질산용액:황산용액
(부피비)		 반응시간
(분)		 실시 후
우라늄 및 토륨함량(ppm)		 감소율
(%)
발명예1 1 : 1 30 562 92
발명예2 1 : 1 60 765 89
발명예3 1 : 1 120 549 92
발명예4 1 : 1 180 540 92
발명예5 2 : 1 60 481 93
발명예6 2 : 1 120 487 93
발명예7 2 : 1 180 607 92
발명예8 3 : 1 60 662 90
발명예9 3 : 1 120 542 92
발명예10 3 : 1 180 474 93
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 질산용액 및 황산용액으로 지르콘 정광을 산침출하는 경우 89% 이상의 높은 방사성원소의 함량 저하의 효과가 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 2)
지르콘 정광을 준비한 후 하기 표 2의 조건을 만족하는 황산용액 및 질산용액을 이용하여 산침출공정을 실시하였다. 실시 전의 우라늄 및 토륨의 함량은 각각 0.049중량% 및 0.67중량%였으며, 질산용액의 농도는 60%(발명예 11 내지 14) 또는 70%(발명예 15 내지 18)이고, 황산용액의 농도는 97%였다. 80~90℃에서 교반 후 50℃에서 세척하였다. 실시 후 우라늄 및 토륨 함량을 계산하여 하기 표 2에 함께 나타내었다.
구분 질산용액:황산용액
(부피비)		 (질산용액+황산용액)
/지르콘정광
(무게비)		 반응시간
(분)		 실시 후
우라늄 및
토륨함량(ppm)		 감소율
(%)
발명예11 2 : 1 20 120 160 98
발명예12 2 : 1 30 180 180 98
발명예13 3 : 1 20 120 176 98
발명예14 3 : 1 30 180 163 98
발명예15 2 : 1 20 120 185 97
발명예16 2 : 1 30 180 146 98
발명예17 3 : 1 20 120 143 98
발명예18 3 : 1 30 180 176 98
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 질산용액 및 황산용액으로 지르콘 정광을 산침출하는 경우 97% 이상의 높은 방사성원소의 함량 저하의 효과가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 더불어, 실시예 1과 대비하여 검토하여 볼 때, 지르콘 정광 대비 복합산(질산용액+황산용액)을 많이 투입하는 경우, 방사성 원소의 함량 저하가 높음을 확인할 수 있다. 그러나, 복합산과 지르콘 정광의 무게비가 20배 및 30배의 효과가 유사하므로, 환경적인 측면을 고려할 때, 20배로 투입하는 것이 가장 효율적이다.

Claims (8)

  1. 지르콘 정광(Zircon Concentrates)을 준비하는 단계;
    상기 준비된 지르콘 정광에 황산용액 및 질산용액을 부피비로, 1 : 1~3으로 첨가하는 단계;
    상기 지르콘 정광, 황산용액 및 질산용액을 70~80℃에서 교반하는 단계;
    상기 교반된 용액으로부터 침출수를 여과하는 단계; 및
    상기 여과단계 후, 여과되지 않은 지르콘을 50~60℃에서 세척하는 단계를 포함하며,
    상기 황산용액 및 질산용액은, 상기 지르콘 정광 1kg 대비 10~30kg으로 첨가되는 방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 황산용액의 농도는 95~99%인 것을 특징으로 하는 방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 질산용액의 농도는 57~63%인 것을 특징으로 하는 방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 교반하는 단계는 30~180분간 유지되는 것을 특징으로 하는 방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 교반하는 단계에서, 상기 황산용액 및 질산용액은 최초 첨가시의 산성도(pH)가 유지되도록 추가로 공급되는 것을 특징으로 하는 방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 침출수를 NaOH를 이용하여 중화한 후 건조하여 방사성원소를 회수하는 것을 특징으로 하는 방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 세척 후, 세척수를 NaOH를 이용하여 중화한 후 건조하여 방사성원소를 회수하는 것을 특징으로 하는 방사성 원소 함량이 낮은 지르콘 정광의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR900000343B1 (ko) * 1983-02-23 1990-01-25 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼 방사성오염금속의 제염방법(除染方法)
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