KR101567720B1 - Solidification System and Its Method for Pelletized Radioactive Waste Using Low Melting Metal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저융점 금속을 이용한 방사성 폐기물 펠릿소결체의 고형화 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원자력발전소 또는 원자력시설에서 발생되는 농축폐액, 폐수지, 슬러지 등의 방사성 폐기물을 분쇄하여 바인더와 함께 성형한 펠릿을 소결한 펠릿소결체를 납, 주석, 비스무스와 같은 저융점(low melting point)의 금속을 이용하여 고형화함으로써 방사성 폐기물을 더욱 안정적으로 저장 처리할 수 있도록 하는 저융점 금속을 이용한 방사성 폐기물 펠릿소결체의 고형화 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a system for solidifying a pellet of a radioactive waste pellet using a low melting point metal and a method thereof, and more particularly to a system for solidifying a pellet of a radioactive waste pellet using a low melting point metal, and more particularly to a method for pulverizing radioactive waste such as concentrated liquor, waste water, and sludge generated in a nuclear power plant or a nuclear power plant, A pellet sintered body obtained by sintering the pellets formed together is solidified by using a metal having a low melting point such as lead, tin and bismuth, thereby making it possible to more stably store the radioactive waste. To a solidification system of a pellet-sintered body and a method thereof.
원자력 발전소를 운전하는 과정에서 또는 정비하는 과정에서 농축폐액과 같은 다량의 방사성 액체폐기물이 발생되며, 이러한 방사성 액체폐기물은 통상 폐액 증발기를 통해 증발 및 처리됨으로써 1차적으로 감용된 다음, 농축폐액건조설비(CWDS) 등을 포함하는 액체폐기물처리장치에 의해 최종적으로 분말형태로 만들어지는데, 이와 같이 액체폐기물처리장치를 이용하여 방사성 액체폐기물을 처리하는 과정에서 이온교환수지 등이 사용되고, 또한 슬러지가 발생되며, 이들도 방사성 폐기물로서 취급된다.
During the operation or maintenance of a nuclear power plant, large amounts of radioactive liquid wastes such as concentrated wastes are generated. These radioactive liquid wastes are first evaporated and treated through a waste liquid evaporator, (CWDS), and the like. Finally, an ion exchange resin or the like is used in the process of treating the radioactive liquid waste by using the liquid waste disposal apparatus, and sludge is generated , Which are also treated as radioactive waste.
한편 "중저준위 방사성폐기물 인도규정" 및 "방사성폐기물 인수방법 등에 관한 규정"에 의하면 균질폐기물(농축폐액, 폐수지, 슬러지, 소각재 등)의 경우 고형화하여야 하고, 고형화된 고화체는 구조적 안정성, 침출성, 유리수 측정과 같은 시험기준을 통과하여야 한다고 규정하고 있으며, 다른 국가에서도 이와 유사한 규정을 마련하여 놓고 중저준위 방사성 폐기물을 처리 및 관리하고 있다.On the other hand, according to the "Regulations on the Delivery of Medium and Low-Level Radioactive Waste" and "Regulations on the Method of Acquisition of Radioactive Waste", it is necessary to solidify the homogeneous wastes (concentrated wastes, waste water, sludge, incineration ash), and the solidified solidifies the structural stability, It is required to pass test standards such as rational number measurement. In other countries, similar regulations are prepared and the low-level radioactive waste is treated and managed.
현재까지 개발되어 사용되고 있는 고형화를 통한 중저준위 방사성 폐기물 처리방법에는 시멘트 고화, 아스팔트 고화, 폴리머 고화 및 파라핀 고화 등의 방법이 있다.Methods for treating medium- and low-level radioactive waste through solidification, which have been developed and used so far, include cement solidification, asphalt solidification, polymer solidification and paraffin solidification.
시멘트는 방사성 폐기물의 고화제로서 우수한 특성을 가지고, 입수가 쉬우며 값싸고 충분한 강도와 장기간에 걸친 안전성을 기대할 수 있어 시멘트 고화법을 이용한 방사성 폐기물 처리방법은 여러 가지 장점을 가지고 있기는 하지만 이 방법은 고화 처리하는 경우 폐기물의 양이 증가된다는 문제가 있으며, 이러한 이유로 감용율이 개선된 신형 시멘트 고화법이 개발되었으며, 붕산염을 함유하는 PWR(가압 경수로형) 원자력 발전소에서 발생하는 농축 폐액의 고화 등에는 신형 시멘트 고화법을 채용함으로써 감용률을 개선하고 있으나 여전히 폐기물의 양이 증가된다는 문제점은 남아 있다. Cement has excellent properties as a solidifying agent of radioactive waste, it is easy to obtain, cheap, sufficient strength and long-term safety can be expected. Although the method of treating radioactive waste using the cement solidification method has various advantages, The present invention provides a new cement solidification method that improves the utilization rate of the cement. The cement consolidation method has been developed for PWR (pressurized light water reactor type) nuclear power plant containing borate. The use of the new cement hardening method improves the utilization rate, but there still remains the problem that the amount of waste increases.
그리고 아스팔트 고화법은 원자력발전소, 사용 후 연료 재처리시설 등에서 발생하는 저준위방사성폐기물을 가열, 용융한 아스팔트와 함께 혼합하여 고화체 내에 안정하게 가두는 폐기물처리법으로 폐기물 중 잔존수분의 대부분이 제작과정에서 제거되므로 시멘트고화법에 비해 우수한 감용효과를 가지며 내침출성 또한 우수한 장점이 있으나 고화체 자체가 가연성이어서 화재에 취약하다는 단점이 있다.The asphalt solidification method is a waste treatment method that mixes low level radioactive waste generated from nuclear power plants and spent fuel reprocessing facilities together with heated and melted asphalt and stably in a solid body. Most of the remaining water in the waste is removed It has a superior sweetening effect and an excellent anti-ablative effect as compared with the cement hardening method, but has a disadvantage that the solidified body itself is combustible and vulnerable to fire.
또한 플라스틱 고화법은 열경화성 플라스틱 또는 열가소성 플라스틱을 이용한 방법으로 높은 감용효율이 높은 고화방법이기는 하지지만 아스팔트 고화체와 같이 고화체 자체가 가연성이라는 결점이 있다.In addition, the plastic solidification method is a method of using a thermosetting plastic or a thermoplastic plastic to achieve a high curing efficiency, but the drawback is that the solid body itself is flammable like an asphalt solid.
또한 파라핀 고화 방법의 경우 고화제인 파라핀의 물리/화학적 특성으로 인해 인수기준 및 인도규정에서 명시하고 있는 침수 및 침출시험, 인화성 시험 등의 시험기준을 충족하기가 쉽지 않다는 문제점이 있다.
In addition, in the case of the paraffin solidification method, there is a problem that it is difficult to meet the test standards such as the immersion and leaching test and flammability test specified in the acceptance standard and the delivery regulation due to the physical / chemical characteristics of the paraffin as the solidifying agent.
상기와 같은 종래의 고형화를 통한 중저준위 방사성 폐기물 처리방법이 가지는 문제점을 해결하기 위해 펠릿소결체를 통한 고화방법이 제시되었는데, 이 방법은 먼저 중저준위의 방사성 폐기물을 건조, 분체화시킨 후 소량의 바인더를 혼합하여 펠릿화하여 펠릿소결체로 만드는 이 방법은 폐기물의 용량을 종래의 시멘트 고화법에 비해 평균 1/7정도로 대폭 감량할 수 있을 뿐만 아니라 고화제나 고화시기를 선택할 수 있고, 펠릿사이에 고화제를 흘려 넣는 것만으로도 고형화가 가능하며, 또한 고화제의 종류에 의해 감용성이 영향을 받지 않는다는 등의 여러 가지 장점이 있다.In order to solve the problems of the above-described conventional low-level radioactive waste disposal method through solidification, a solidification method through a pellet sintered body has been proposed. In this method, the radioactive waste of a medium to low level is first dried and pulverized and then mixed with a small amount of binder In this method, pellets are made into pelletized sintered bodies. In this method, the amount of waste can be greatly reduced to about 1/7 of the conventional cement solidification method. In addition, a solidifying agent or a solidifying agent can be selected. It is possible to solidify the composition even if it is only put into the container, and the sensitivity is not influenced by the kind of the solidifying agent.
그러나 상기와 같은 장점에도 불구하고 펠릿소결체는 그 내부에 방사성 물질이 포함되어 있기 때문에 배출 허용기준을 충족하지 못하고, 따라서 펠릿소결체를 처분하기 위해서는 이를 다시 고형화시킴으로써 안정된 상태로 하여야 하는데, 현재 이러한 펠릿소결체를 효과적으로 고형화하는 방법 등이 개발되어 있지 않아 펠릿소결체를 효과적으로 고형화할 수 있는 시스템 및 방법의 개발이 요구된다.
However, in spite of the above advantages, the pellet sintered body does not satisfy the discharge allowance criterion because the radioactive material is contained in the pellet sintered body. Therefore, in order to dispose the pellet sintered body, the pellet sintered body must be stabilized by solidifying it again. There is no need to develop a system and a method for effectively solidifying the pellet sintered body.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하여 안출된 것으로, 원자력시설에서 발생하는 가연성 또는 비가연성 방사성 폐기물을 펠릿화한 펠릿소결체를 저융점 금속을 사용하여 고형화함으로써 더욱 효과적으로 처리 및 보관할 수 있도록 하는 저융점 금속을 이용한 방사성 폐기물 펠릿소결체의 고형화 시스템 및 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
The present invention has been accomplished in view of the above-mentioned needs, and it is an object of the present invention to provide a pelletized sintered body having pelletized flammable or nonflammable radioactive waste generated in a nuclear power plant by solidifying the pelletized sintered body using a low melting point metal, The present invention provides a solidification system and method for a radioactive waste pellet using a metal.
상기와 같은 방사성 폐기물 펠릿소결체의 고형화 시스템을 제공하고자 하는 본 발명의 목적은, 저융점 금속을 가열하여 용융시키는 전기로와; 전기로에 의해 용융된 액상의 저융점 금속과 펠릿소결체가 주입되는 캐스팅 몰드와; 캐스팅 몰드의 내부에 주입되는 펠릿소결체와 저융점 금속을 가압하는 가압장치 및; 캐스팅 몰드에 의해 성형된 고화체를 수용하는 드럼으로 구성하는 것에 의해 달성된다.An object of the present invention is to provide a solidification system for a pellet of a radioactive waste pellet, comprising: an electric furnace for heating and melting a low melting point metal; A casting mold into which a low melting point metal and a pellet sintered body are injected into a liquid phase molten by an electric furnace; A pellet sintered body injected into the casting mold and a pressurizing device for pressurizing the low melting point metal; And a drum for receiving the solid body molded by the casting mold.
또한 방사성 폐기물 펠릿소결체의 고형화 시스템을 제공하고자 하는 본 발명의 목적은, 고형화 시스템은 저융점 금속을 가열하여 용융시키는 전기로와; 전기로에 의해 용융된 액상의 저융점 금속과 펠릿소결체가 주입되는 드럼 및; 드럼의 외주면에 설치되어 드럼의 내부에 주입된 펠릿소결체와 저융점 금속을 가진시키는 진동장치로 구성하는 것에 의해서도 달성된다.Another object of the present invention is to provide a solidification system for a radioactive waste pellet sintered body, wherein the solidification system comprises an electric furnace for heating and melting the low melting point metal; A drum into which a low melting point metal and a pellet sintered body are melted by an electric furnace; And a vibrating device provided on the outer circumferential surface of the drum for causing the pellet-sintered body injected into the drum and the low-melting-point metal to be excited.
그리고 본 발명은 가압장치는 실린더와, 실린더의 내부에서 승강 동작되는 피스톤과, 피스톤과 연결되는 피스톤로드 및 피스톤로드의 하단에 설치되는 가압판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the pressure device comprises a cylinder, a piston which is moved up and down in the cylinder, a piston rod connected to the piston, and a pressure plate installed at the lower end of the piston rod.
또한 본 발명은 가압장치의 가압판에는 캐스팅 몰드에 의해 형성된 고화체를 쉽게 빼낼 수 있도록 이송지그가 장탈착 가능한 구조로 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.The present invention is also characterized in that the pressure plate of the pressure device is provided with a structure in which the transfer jig can be detachably attached so that the solid body formed by the casting mold can be easily removed.
이에 더하여 본 발명은, 드럼의 내부에는 고화체의 유동을 방지할 수 있도록 스페이서가 구비되는 것을 또 다른 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that a spacer is provided inside the drum to prevent the solidified body from flowing.
그리고 방사성 폐기물 펠릿소결체의 고형화 방법을 제공하고자 하는 본 발명의 또 다른 목적은 고형화 방법을, 펠릿소결체와 캐스팅 몰드를 준비하는 준비단계와; 용융점이 낮은 금속을 액상으로 용융시키는 저융점 금속 용융단계와; 용융된 저융점 금속을 원통 형상의 캐스팅 몰드에 주입한 다음, 펠릿소결체를 투입함으로써 원통 형상의 성형체로 성형하는 용융 금속 주입 단계와; 용융 금속 주입단계에 의해 성형된 성형체를 냉각시켜 고체 상태의 고형체를 만드는 고형화 단계 및; 고형화 단계에 의해 생성된 고형체를 상기 캐스팅 몰드로부터 빼내 드럼의 내부에 넣고 드럼의 개방된 상부를 마감하여 밀봉하는 고형체 안치 단계로 구성하는 것에 의해 달성된다.Another object of the present invention is to provide a method for solidifying a pellet of a radioactive waste pellet, comprising the steps of: preparing a pellet sintered body and a casting mold; A low-melting-point metal melting step of melting a metal having a low melting point into a liquid phase; A molten metal injection step of injecting a molten low-melting metal into a cylindrical casting mold, and then pouring the pelletized sintered body into a cylindrical shaped body; A solidification step of cooling the formed body formed by the molten metal injection step to obtain a solid body in a solid state; And a solid casting step in which the solid body produced by the solidifying step is taken out of the casting mold and placed in the interior of the drum and the upper open end of the drum is sealed.
그리고 방사성 폐기물 펠릿소결체의 고형화 방법을 제공하고자 하는 본 발명의 또 다른 목적은 고형화 방법을, 펠릿소결체와 캐스팅 몰드를 준비하는 준비단계와; 용융점이 낮은 금속을 액상으로 용융시키는 저융점 금속 용융단계와; 용융 상태의 저융점 금속을 원통 형상의 드럼에 주입한 다음, 펠릿소결체를 투입하고, 다시 용융된 저융점 금속을 주입함으로써 원통 형상의 성형체로 성형하는 용융 금속 주입 단계 및; 용융 금속 주입단계에 의해 성형된 성형체를 냉각시켜 고체 상태의 고형체를 만드는 고형화 단계로 구성하는 것에 의해서도 달성된다.Another object of the present invention is to provide a method for solidifying a pellet of a radioactive waste pellet, comprising the steps of: preparing a pellet sintered body and a casting mold; A low-melting-point metal melting step of melting a metal having a low melting point into a liquid phase; A molten metal injection step of injecting molten low melting point metal into a cylindrical drum and then injecting the pellet sintered body and injecting the molten low melting point metal again to form a cylindrical shaped body; And a solidification step of cooling the formed body by the molten metal injection step to obtain a solid body in a solid state.
또한 본 발명은 용융 금속 주입단계에는 가압장치에 의해 캐스팅 몰드의 내부에 주입된 펠릿소결체와 저융점 금속을 가압하는 과정이 구비되는 것을 또 다른 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized in that the step of injecting the molten metal further comprises a step of pressing the pellet sintered body and the low melting point metal injected into the casting mold by a pressurizing device.
이에 더하여 본 발명은 용융 금속 주입단계는 드럼의 내부에 펠릿소결체가 부상하는 것을 방지하도록 클램프가 설치된 상태에서 이루어지는 것을 또 다른 특징으로 한다.
In addition, the present invention is characterized in that the step of injecting molten metal is performed in a state in which a clamp is installed to prevent the pellet sintered body from floating inside the drum.
본 발명은 화학적으로 안정된 납과 같은 저융점 금속을 이용하여 방사성 폐기물이 포함된 펠릿소결체를 고형화함으로써 방사성 폐기물을 더욱 안정적이면서도 안전하게 처분할 수 있도록 한다.The present invention solidifies the pellet sintered body containing radioactive waste by using a low melting point metal such as chemically stable lead, thereby making it possible to more securely and safely dispose of the radioactive waste.
또한 본 발명은 펠릿소결체를 저융점 금속에 의해 고정하여 고화시킬 때 드럼 내에 클램프를 설치하여 고화시킴으로써 고화체 내에 펠릿소결체가 균일하게 분포된다.Further, in the present invention, when a pellet-sintered body is fixed by a low-melting-point metal and solidified, a clamp is provided in the drum to solidify the pellet so that the pellet compact is uniformly distributed in the solidified body.
그리고 본 발명은 드럼이나 캐스팅 몰드 내에 용융 상태의 금속을 주입할 때 기포 등이 효과적으로 제거되도록 함으로써 고화체 내에 공기층이 형성되는 것을 방지한다.
The present invention effectively removes air bubbles or the like when a melted metal is injected into a drum or a casting mold, thereby preventing an air layer from being formed in the solidified body.
도 1a, 1b는 본 발명에 따른 저융점 금속을 이용한 방사성 폐기물 고형체를 고형화하기 위한 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전기로 및 틸팅유닛의 예를 보인 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 캐스팅 몰드 및 가압장치의 예를 보인 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 드럼 및 고정유닛의 예를 보인 단면도,
도 5(a)는 실시예 1에 따른 저융점 금속을 이용한 방사성 폐기물 고형체를 고형화하는 방법을 순서대로 나타낸 공정도,
도 5(b)는 실시예 2에 따른 저융점 금속을 이용한 방사성 폐기물 고형체를 고형화하는 방법을 순서대로 나타낸 공정도이다.FIGS. 1A and 1B are views schematically showing a system for solidifying a solid state radioactive waste using a low melting point metal according to the present invention,
2 is a front view showing an example of an electric furnace and a tilting unit according to the present invention;
3 is a sectional view showing an example of a casting mold and a pressurizing device according to the present invention,
4 is a sectional view showing an example of a drum and a fixing unit according to the present invention,
Fig. 5 (a) is a process chart showing a method of solidifying a solid body of radioactive waste using a low-melting-point metal according to the first embodiment,
Fig. 5 (b) is a process chart showing a method of solidifying a solid state radioactive waste using the low melting point metal according to the second embodiment in order. Fig.
이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성과 작용을 더욱 상세히 설명한다.
Hereinafter, the structure and operation of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, which show preferred embodiments.
본 발명은 원자력시설에서 발생하는 가연성 또는 비가연성 방사성 폐기물을 펠릿화한 고형체를 저융점 금속을 사용하여 고형화함으로써 효과적으로 고형화하여 처리할 수 있는 저융점 금속을 이용한 방사성 폐기물 고형체의 고형화 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것으로, 이를 위해 본 발명의 고형화 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 전기로(10), 캐스팅 몰드(20), 가압장치(30), 냉각장치(21) 및 드럼(40)으로 이루어지는데, 본 발명에 따른 고형화 방법은 이들 시스템을 사용하여 고형체를 고형화하기 때문에 이하에서는 본 발명에 따른 고형화 시스템에 대해 별도로 상술하지 않고, 고형화 시스템을 이용하여 고형화하는 방법에 대해 상술함으로써 고형화 시스템에 대한 설명을 대신한다.
The present invention relates to a system and a method for solidifying a radioactive waste solid body using a low-melting-point metal capable of effectively solidifying and treating a solid body formed by pelletizing flammable or non-radioactive radioactive waste generated in a nuclear power plant by using a low melting point metal The solidification system of the present invention is provided with an
본 발명에 있어서 저융점 금속을 이용한 방사성 폐기물 고형체를 고형화할 때 어떤 방식으로 고형화하는지에 따라, 즉 도 1a와 도 1b에 각각 도시된 바와 같이 캐스팅 몰드(20)를 이용하여 원통 형태의 고화체로 성형한 다음 이 성형된 고화체를 다시 드럼(40)에 주입하는 방식으로 고형화하는지, 아니면 캐스팅 몰드(20)를 사용하지 않고 드럼(40)을 이용하여 고화체를 성형하는 방식으로 고형화하는지에 따라 2가지 방식으로 이루어지며, 이하에서는 이들 2가직 방식을 각각 하나의 실시예로 하여 설명한다.
In the present invention, depending on how solidification of the radioactive waste solid body using the low melting point metal is achieved, that is, as shown in FIGS. 1A and 1B, the
<실시예 1>≪ Example 1 >
실시예 1은 도 1a 및 도 5a에 도시된 바와 같이 먼저 캐스팅 몰드(20)를 이용하여 펠릿소결체(1)에 용융 상태의 저용점 금속(2)을 주입함으로써 원통 형태의 고화체로 성형한 다음, 이 원통 형상으로 성형된 고화체를 다시 드럼에 주입하는 방식의 고형화 방법에 관한 것이다.
In the first embodiment, as shown in Figs. 1A and 5A, the molten low-
(1) 준비 단계(S100)(1) preparation step (S100)
이 단계는 처분적합성 등을 만족하지 못하는 폐기물을 건조 및 분체화시킨 다음 소량의 바인더를 혼합하여 펠릿으로 성형한 후 소결과정을 거친 펠릿소결체(1)와, 이 펠릿소결체(10)와 용융 상태의 금속을 주입하기 위한 캐스팅 몰드(20) 등을 준비하는 단계로서, 이때 펠릿소결체(1)는 호퍼의 내부에 주입된 상태로 준비된다.
In this step, the waste that does not satisfy the disposal suitability, etc. is dried and pulverized, and then a small amount of binder is mixed and molded into pellets and then sintered. The pellet sintered body 1, Preparing a
(2) 저융점 금속 용융 단계(S110)(2) melting the low melting point metal (S110)
이 단계는 용융점이 낮은 금속을 전기로(10) 등을 이용하여 액상으로 용융시키는 단계이다.This step is a step of melting a metal having a low melting point into a liquid phase using an
본 발명에 사용되는 저융점 금속(2)은 납, 주석, 비스무스 중에서 어느 하나의 금속 또는 이들이 조합되어 선택되는데 이는 저융점 금속(2) 중에서도 취급이 용이하면서도 가격이 저렴하고, 또한 이들 금속은 안정된 금속이기 때문에 이들을 이용하여 펠릿소결체(1)를 고형화시키는 경우 펠릿소결체(1)가 안정된 상태로 존재할 수 있어 고화체의 처리와 보관이 더욱 안전하게 이루어질 수 있다는데 따른 것이다.The low melting point metal (2) used in the present invention is selected from any one of lead, tin and bismuth or a combination thereof, which is easy to handle among low melting point metals (2) The pellet sintered body 1 may exist in a stable state when solidifying the pelletized sintered body 1 by using them, so that the solidified body can be treated and stored more safely.
본 발명에서는 상기와 같은 저융점 금속(2)을 용융시킬 때 전기로(10)가 사용되며, 본 발명에 사용되는 전기로(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 내부의 저융점 금속(2)을 캐스팅 몰드(20) 등에 쉽게 주입할 수 있도록 90°이상으로 틸팅되는 틸팅유닛(11)이 구비되는데, 이를 위해 전기로(10)에는 지지프레임(11A)이 구비되어 이 지지프레임(11A)에 전기로(10)가 회전 가능하게 설치되고, 지지프레임(11A)의 상부 일측에는 전기로(10)의 회전축(11C)과 연결되는 구동유닛(11B)이 설치되어 이구동유닛(11B)의 화전 동작에 의해 전기로(10)가 틸팅되며, 이때 구동유닛(11B)과 회전축(11C) 사이에는 감속기(도면부호 없음)를 설치하여 전기로(10)가 적정 속도로 틸팅될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.In the present invention, the
또한 전기로(10)를 이용하여 저융점 금속(2)을 용융시킬 때 이 과정에서 많은 유해가스가 발생되게 되며, 따라서 전기로(10)에는 배출되는 유지가스를 포집할 수 있도록 가스포집장치(12)가 설치된다.
In addition, when the low
(3) 용융 금속 주입 단계(S120)(3) Molten metal injection step (S120)
이 단계는 상기 준비단계(S100) 및 저융점 금속 용융단계(S120)에 의해 준비된 펠릿소결체(1)와 용융 상태의 저융점 금속(2)을 원통 형상의 캐스팅 몰드(20)에 주입함으로써 원통 형상의 성형체로 성형하는 단계로서 이때 일정량의 저융점 금속(2)이 먼저 투입된 다음, 펠릿소결체(1)가 투입된다.This step is performed by injecting the pellet compact 1 prepared by the preparing step S100 and the low melting point metal melting step S120 and the molten low
본 발명에 사용되는 캐스팅 몰드(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 상부가 개방된 원통 형상으로 이루어지고, 이때 캐스팅 몰드(20)의 내경은 캐스팅 몰드(20)에 의해 성형된 고화체가 후술하는 드럼(40)의 내부에 쉽게 수용될 수 있도록 드럼(40)의 내경과 동일하거나 조금 작은 크기를 가진다.
The casting
성형체를 성형하기 위해 펠릿소결체(1)가 주입된 캐스팅 몰드(20)에 용융 상태의 저융점 금속을 주입하게 되면 융용된 저융점 금속(2)의 부력에 의해 펠릿소결체가 부상하게 됨으로써 조밀한 구조의 고화체를 형성할 수 없게 되고, 또한 용융 상태의 금속에는 기포 등이 존재하여 성형된 고화체에 공기층이 형성될 수 있기 때문에 본 발명에서는 일정량의 용융된 저융점 금속(2)을 캐스팅 몰드(20)에 주입한 다음, 이들을 가압장치(30)에 의해 가압함으로써 펠릿소결체(1)의 투입과정에서 발생하는 공기층을 제거한다.When the molten low melting point metal is injected into the casting
본 발명에 사용되는 가압장치(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 캐스팅 몰드(20)의 상부에 위치되는 실린더(31)와, 실린더(31)의 내부에서 승강 동작되는 피스톤(32)과, 이 피스톤(32)과 하향으로 연결되는 피스톤로드(33) 및 이 피스톤로드(33)의 하단에 설치되는 가압판(34)으로 이루어지며, 이때 가압판(34)은 가압과정에서 배출되는 공기가 쉽게 통과할 수 있도록 메시 형태일 수 있으며, 그 눈의 크기는 펠릿소결체(1)의 크기(직경)보다 작은 것이 바람직하다.3, the
따라서 고화체를 성형할 때에는 먼저 캐스팅 몰드(20)의 외주면에 설치된 가열유닛을 동작시킨 상태에서 캐스팅 몰드(20)의 내부에 캐스팅 몰드(20)의 내부 용적에 15~20% 상당하는 양의 펠릿소결체(1)를 주입한 다음, 전기로를 틸팅시켜 용융된 저융점 금속(2)을 캐스팅 몰드(20)에 주입한 후, 캐스팅 몰드(20)의 상부에 가압장치(30)를 위치시켜 동작시키면 캐스팅 몰드(20)의 개방된 상부 공간을 통해 가압판(34)이 서서히 하강되면서 용융된 저융점 금속(3)과 펠릿소결체(1)가 동시에 가압되면서 기포가 제거된다.Therefore, when the solidified body is molded, first, in the state in which the heating unit provided on the outer circumferential surface of the casting
이때 가압장치(30)에 부착된 가압판(34)은 5~10 cm/초의 느린 하강속도를 가지면서 5 kgf/cm2 이하의 압력으로 가압되며, 이에 의해 조밀한 구조의 고화체가 성형된다.In this case the
상기와 같은 과정에 의해 저융점 금속이 주입되고 나면 이를 냉각시켜 고체상태의 고화체로 만든 다음, 이 고화체를 캐스팅 몰드(20)로부터 빼내 원통 형상의 드럼(40)에 넣어야 하는데, 통상 냉각과정에서 용융 금속의 체적이 줄어들기 때문에 캐스팅 몰드(20)로부터 고화체를 쉽게 빼낼 수 있지만, 본 발명에서는 고화체를 캐스팅 몰드로부터 더욱 쉽게 빼낼 수 있도록 도 3에 도시된 바와 같이 가압판(34)의 저면에 복수 개의 이송지그(35)가 구비되며, 이러한 이송지그(35)는 가압판(34)에 볼트 등에 의해 결합함으로써 장탈착 가능한 구조로 이루어지고, 이때 이송지그(35)의 크기는 각각 고화체 높이의 30~40%에 해당하는 길이를 가지도록 형성됨으로써 이송지그(35)를 이용하여 캐스팅몰드(20)로부터 고화체를 빼낼 때 고화체 전체를 쉽게 빼낼 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
After the low melting point metal is injected by the above process, the molten metal is cooled to obtain a solidified solid. Then, the solidified material is taken out of the casting
(4) 고형화 단계(S130)(4) solidification step (S130)
이 단계는 상기 용융 금속 주입 단계(S120)에 의해 성형된 성형체를 냉각시켜 고체 상태의 고형체를 만드는 단계로서 이에 의해 방사선 폐기물의 더욱 안정화되는데, 이때 냉각은 공랭식과 수냉식 중 어느 방식으로도 이루어질 수 있으나, 고형화 공정의 신속화를 위해 수냉식으로 냉각하는 것이 바람직하며, 이를 위해 캐스팅 몰드(20)의 외주면에는 앞서 언급한 가열장치와는 별도로 워터재킷(water jacket)이 설치된다.
This step is a step of cooling the molded body formed by the molten metal injection step (S120) to make a solid body in a solid state, thereby further stabilizing the radioactive waste, wherein the cooling can be performed by either of the air cooling system and the water cooling system However, in order to speed up the solidification process, it is preferable to cool the water-cooled type. To this end, a water jacket is installed on the outer circumferential surface of the casting
(5) 고형체 안치 단계(S140)(5) Solid holding stage (S140)
이 단계는 상기 고형화 단계(S400)에 의해 고형화된 고형체를 캐스팅 몰드(20)로부터 빼내 처분용 드럼(40)의 내부에 넣고 드럼(40)의 개방된 상부를 마감함으로써 드럼(40)을 밀봉하는 단계로서, 이 단계에 의해 펠릿소결체(1)가 포함된 고화체가 드럼(40) 내에 안치되고 나면 고화체가 안치된 드럼(40)은 원자력발전소 내의 보관장소 또는 영구처분장 등으로 이송된 다음 보관되거나 영구 처분된다.In this step, the solid body solidified by the solidification step (S400) is taken out of the casting
그리고 드럼(40)의 내부에 고형체를 안치시킬 때 고화체의 형성과정에서의 수축 등으로 인해 고화체의 크기가 드럼(40)의 내경보다 작을 수 있고, 이에 의해 드럼과 고화체 사이에 간극(틈)이 형성될 수 있으며, 이 경우 고화체가 드럼(40) 내에서 쉽게 유동될 수 있어 고화체가 안치된 드럼(40)을 이송시키거나 핸들링할 때 고화체의 유동에 의해 드럼(40)이 손상되는 등의 문제가 발생될 수 있다.When the solid body is placed in the
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 드럼(40)과 고화체 사이에 간극에 스페이서(도시되지 않음)를 설치하며, 이때 스페이서는 스테인레스강으로 이루어지고, 요철(凹凸)구조를 가지는 것이 바람직하다.
In order to solve this problem, in the present invention, a spacer (not shown) is provided in the gap between the
<실시예 2>≪ Example 2 >
실시예 2는 실시예 1에서와 같이 캐스팅 몰드(20)를 사용하지 않고, 곧바로 도 1b 및 도 5b에 도시된 바와 같이 드럼(40)에 펠릿소결체(1)를 주입한 다음, 용융 상태의 저용점 금속을 주입하여 냉각시킴으로써 고화시키는 방식의 고형화 방법에 관한 것이다.
The pellet sintered body 1 is injected into the
(1) 준비단계(S200)(1) preparation step (S200)
이 단계는 처분적합성 등을 만족하지 못하는 폐기물을 건조 및 분체화시킨 다음 소량의 바인더를 혼합하여 펠릿으로 성형한 후 소결과정을 거친 펠릿소결체(1)와, 이 펠릿소결체(1)와 용융 상태의 금속을 주입하기 위한 원통 형상의 드럼(40) 등을 준비하는 단계로서, 이때 펠릿소결체(1)는 호퍼의 내부에 주입된 상태로 준비된다.
This step is a step of drying and pulverizing wastes which do not satisfy disposal suitability, and then mixing a small amount of binder to form pellets and then sintering the pellet sintered body 1, A
(2) 저융점 금속 용융단계(S210)(2) melting the low melting point metal (S210)
이 단계는 용융점이 낮은 금속을 전기로 등을 이용하여 액상으로 용융시키는 단계로서, 상기 실시예 1과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
This step is a step of melting a metal having a low melting point into a liquid phase using an electric furnace or the like, which is the same as the first embodiment, and thus a detailed description thereof will be omitted.
(3) 용융 금속 주입단계(S220)(3) Molten metal injection step (S220)
이 단계는 상기 준비단계(S200) 및 저융점 금속 용융단계(S210)에 의해 준비된 펠릿소결체(1)와 용융 상태의 저융점 금속(2)을 원통 형상의 드럼(40)에 주입함으로써 원통 형상의 성형체를 성형하는 단계로서 이때 일정량의 용융된 저융점 금속(2)이 먼저 투입된 다음, 펠릿소결체(1)가 투입되고, 다시 용융된 저융점 금속(2)이 투입된다.
This step is performed by injecting the pellet compact 1 prepared by the preparing step S200 and the low melting point metal melting step S210 and the molten low
펠릿소결체가 주입된 드럼 내부에 용융 상태의 저융점 금속을 주입할 때 펠릿소결체(1) 사이에 용융 금속이 균일하게 분포되도록 하는 동시에 물리적 반응과 용융 금속이 끓음으로써 발생되는 기포 등이 제거되도록 하는 것이 바람직한데, 이를 위해 본 발명에서는 드럼(40)의 외주면에 탈부착이 가능한 진동장치(50)를 설치하여 용융 금속을 드럼에 주입할 때 드럼을 가진시키며, 이에 의해 용융 금속 중의 기포를 제거하여 공기층이 형성되는 것을 방지되는 동시에 펠릿소결체(1) 사이에 용융 금속이 균일하게 분포된다.The molten metal is uniformly distributed between the pellet sintered bodies 1 when the molten low melting point metal is injected into the drum into which the pellet sintered body is injected and at the same time the physical reaction and bubbles generated by boiling of the molten metal are removed In order to achieve this, in the present invention, a
본 발명에 사용되는 진동장치(50)는 Fe-Co, Diferal, Ni 소재로 이루어진 자기왜곡변환기가 구비된 진동장치(50)로서 이때 진동의 크기는 공진주파수를 조절함으로써 이루어진다.The
그리고 위의 실시예 1에서 설명한 바와 같이 펠릿소결체(1)가 수용된 드(40)럼의 내부에 액상의 용융 금속을 주입하게 되면 융용된 저융점 금속(2)의 부력에 의해 펠릿소결체(1)가 부상하게 됨으로써 펠릿소결체(1)가 분일하게 분포되며 조밀한 구조의 고화체를 형성할 수 없게 되며, 이에 따라 본 발명에서는 드럼(40)의 내부에 클램프(60)를 설치하여 펠릿소결체(1)가 부상되는 것을 방지하는데, 본 발명에 사용되는 클램프(60)는 도 4에 도시된 바와 같이 원판 형상의 상부고정판(61) 및 하부고정판(62)과, 이들 상하부고정판(61, 62)을 연결하는 복수 개의 연결봉(63)으로 이루어지고, 이들 연결봉(63)의 일단에는 각각 나사산이 형성되며, 이 나사산에 너트가 결합됨으로써 상하부고정판(61, 62)이 서로 연결된다.
When the liquid molten metal is injected into the interior of the die 40 in which the pellet sintered body 1 is accommodated, as described in the first embodiment, the pellet sintered body 1 is buoyant by the buoyancy of the melted low
따라서 성형체를 성형할 때에는 먼저 드럼(40)의 내부에 복수 개의 연결봉(63)이 끼워진 상태의 하부고정판(62)을 설치한 다음, 드럼(40)의 내부 용적에 15~20% 상당하는 양의 펠릿소결체(1)를 주입한 후 상부고정판(62)을 연결봉(63)의 상단에 위치시켜 결합한다.Therefore, in molding the molded body, first, a
상기 과정에 의해 펠릿소결체가 클램프(60)의 상하부고정판(61, 62) 사이에 위치되고 나면 드럼(40)의 외주면에 설치된 진동장치(50)의 공진주파수를 적절히 조절한 상태에서 진동장치(50)를 동작시켜 드럼(40)을 가진시키면서 전기로(10)를 틸팅시켜 용융된 저융점 금속(2)을 드럼(40)에 주입하며, 이에 의해 용융된 저융점 금속(2)이 펠릿소결체(1) 사이에 균일하게 분포되면서 성형체가 형성되고, 이때 진동에 의해 용융 금속 내의 기포가 제거된다.
After the pellet sintered body is positioned between the upper and
(4) 고형화 단계(S230)(4) solidification step (S230)
이 단계는 상기 용융 금속 주입단계(S220)에 의해 드럼(40)의 내부에서 원통 형상으로 성형된 성형체를 냉각시켜 고체 상태의 고형체를 만드는 단계로서, 이 단계는 상기 실시예 1과 같이 공랭식 또는 수냉식 중 어느 하나로 실시될 수 있다.
This step is a step for cooling the formed body formed into a cylindrical shape inside the
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 펠릿소결체를 납, 주석, 비스무스와 같은 저융점의 금속을 이용하여 고형화함으로써 방사성 폐기물을 더욱 안정적으로 처분할 수 있다.
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, the pellet sintered body is solidified by using a metal having a low melting point such as lead, tin or bismuth, so that the radioactive waste can be more stably disposed.
1: 펠릿소결체 2: 저융점 금속
10: 전기로 11: 틸팅유닛
11A: 지지프레임 11B: 구동유닛
11C: 회전축 12: 가스포집장치
20: 캐스팅 몰드 21: 냉각장치
30: 가압장치 31: 실린더
32: 피스톤 33: 로드
34: 가압판 40: 드럼
50: 진동장치 60: 클램프
61: 상부고정판 62: 하부고정판
63: 연결봉1: pellet sintered body 2: low melting point metal
10: electric furnace 11: tilting unit
11A:
11C: rotating shaft 12: gas collecting device
20: casting mold 21: cooling device
30: pressurizing device 31: cylinder
32: piston 33: rod
34: pressure plate 40: drum
50: Vibrating device 60: Clamp
61: upper fixing plate 62: lower fixing plate
63: connecting rod
Claims (11)
고형화 시스템은 납, 주석, 비스무스 중에서 선택되는 어느 하나의 저융점 금속을 가열하여 용융시키는 전기로(10)와;
상기 전기로(10)에 의해 용융된 액상의 저융점 금속과 펠릿소결체(1)가 주입되는 캐스팅 몰드(20)와;
상기 캐스팅 몰드(20)의 내부에 주입되는 펠릿소결체(1)와 저융점 금속을 가압하는 가압장치(30) 및;
상기 캐스팅 몰드(20)에 의해 성형된 고화체를 수용하는 드럼(40)으로 이루어지고,
상기 드럼(40)의 내부에는 상기 고화체가 유동되지 않도록 요철(凹凸) 구조의 스페이서가 구비되며,
상기 가압장치(30)는 실린더(31)와, 상기 실린더(31)의 내부에서 승강 동작되는 피스톤(32)과, 상기 피스톤(32)과 연결되는 피스톤로드(33) 및 상기 피스톤로드(33)의 하단에 설치되는 가압판(34)으로 이루어지고,
상기 가압장치(30)의 가압판(34)의 저면에는 상기 캐스팅 몰드에 의해 형성된 고화체 전체를 쉽게 빼낼 수 있도록 복수 개의 이송지그(35)가 장탈착 가능하도록 설치되며,
상기 이송지그(35)의 크기는 고화체 높이의 30~40%에 해당되는 길이를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 저융점 금속을 이용한 방사성 폐기물 고형체의 고형화 시스템.
A solidification system for solidifying and treating a pellet sintered body containing radioactive waste,
The solidification system comprises an electric furnace (10) for heating and melting any one low melting point metal selected from lead, tin and bismuth;
A casting mold 20 into which a pellet compact 1 and a low melting point metal in a liquid phase melted by the electric furnace 10 are injected;
A pellet sintered body (1) injected into the casting mold (20) and a pressurizing device (30) for pressurizing the low melting point metal;
And a drum (40) for receiving a solid body formed by the casting mold (20)
A spacer having a concavo-convex structure is provided in the drum 40 so that the solid body does not flow,
The pressure device 30 includes a cylinder 31, a piston 32 which is moved up and down in the cylinder 31, a piston rod 33 connected to the piston 32, And a pressure plate 34 provided at the lower end of the pressure plate 34,
A plurality of conveying jigs 35 are installed on the bottom surface of the pressure plate 34 of the pressurizing device 30 so that the entirety of the solid formed by the casting mold can be easily removed,
Wherein the size of the transfer jig (35) is formed to have a length corresponding to 30 to 40% of the height of the solidification body.
고형화 시스템은 납, 주석, 비스무스 중에서 선택되는 어느 하나의 저융점 금속을 가열하여 용융시키는 전기로(10)와;
상기 전기로(10)에 의해 용융된 액상의 저융점 금속과 펠릿소결체(1)가 주입되는 드럼(40) 및;
상기 드럼(40)의 외주면에 설치되어 상기 드럼(40)의 내부에 주입된 펠릿소결체(1)와 저융점 금속을 가진시키는 진동장치(50)로 이루어지고,
상기 드럼(40)의 내부에는 상기 펠릿소결체가 부상하는 것을 방지하도록 상, 하부고정판(61, 62) 및 상기 상,하부고정판(61, 62)을 연결하는 연결봉(63)으로 이루어진 클램프(60)가 설치되며,
상기 진동장치(50)는 자기왜곡변환기가 구비된 진동장치로서 공진주파수를 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 저융점 금속을 이용한 방사성 폐기물 고형체의 고형화 시스템.A solidification system for solidifying and treating a pellet sintered body containing radioactive waste,
The solidification system comprises an electric furnace (10) for heating and melting any one low melting point metal selected from lead, tin and bismuth;
A drum 40 into which the low melting point metal of the liquid phase melted by the electric furnace 10 and the pellet sintered compact 1 are injected;
And a vibration device (50) provided on the outer circumferential surface of the drum (40) for causing the pellet sintered body (1) injected into the drum (40)
A clamp 60 composed of a connecting rod 63 connecting the upper and lower fixing plates 61 and 62 and the upper and lower fixing plates 61 and 62 so as to prevent the pellet sintered body from floating in the drum 40, Respectively,
Wherein the vibration device (50) is a vibration device equipped with a magnetic distortion converter, and is configured to adjust a resonance frequency, wherein the solidification system comprises a low melting point metal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020140104446A KR101567720B1 (en) | 2014-08-12 | 2014-08-12 | Solidification System and Its Method for Pelletized Radioactive Waste Using Low Melting Metal |
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KR1020140104446A KR101567720B1 (en) | 2014-08-12 | 2014-08-12 | Solidification System and Its Method for Pelletized Radioactive Waste Using Low Melting Metal |
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KR1020140104446A KR101567720B1 (en) | 2014-08-12 | 2014-08-12 | Solidification System and Its Method for Pelletized Radioactive Waste Using Low Melting Metal |
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Cited By (2)
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KR20200004575A (en) * | 2018-07-04 | 2020-01-14 | (주)한국원자력 엔지니어링 | Solidification Processing method of Radioactive Waste |
KR102134868B1 (en) | 2020-01-30 | 2020-07-16 | (주)뉴클리어엔지니어링 | Nuclear dismantlement waste processing system using volume reduction and stabilization technology |
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