KR101940033B1 - 방사화 콘크리트를 재활용한 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법 및 이를 이용한 방사성 폐기물의 처리방법 - Google Patents
방사화 콘크리트를 재활용한 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법 및 이를 이용한 방사성 폐기물의 처리방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따르면, 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법에 있어서, 방사화 콘크리트 폐기물을 분쇄하고 골재와 페이스트를 분리하는 제1 단계(S100); 상기 페이스트를 이용하여 고화재 원료를 제조하는 제2 단계(S200);를 포함하되, 상기 제2 단계(S200)는, 상기 페이스트에 추가재료를 혼합한 혼합물을 하소처리 하는 하소처리 단계(S210); 상기 하소처리 단계(S210) 이후에 상기 혼합물을 소성로에서 소성처리 하는 소성처리 단계(S220); 및 상기 소성처리 단계(S220) 이후에 상기 혼합물을 급냉시켜 클링커를 제조하는 급냉처리 단계(S230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법이 제공된다.
Description
본 발명은 방사성 폐기물 처리 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방사화된 콘크리트를 재활용하여 방사성 폐기물 처리를 위한 고화재를 제조하고 이를 이용하여 방사성 폐기물을 처리할 수 있도록 하여, 저비용 고효율 폐기물 처리가 가능토록 하는 방사화 콘크리트를 재활용한 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법 및 이를 이용한 방사성 폐기물의 처리방법에 관한 것이다.
원전 해체과정에서 발생하는 방사성 폐기물은 콘크리트를 비롯하여 철재와 가연성 소재 및 비가연성 소재 등으로 다양하다.
이 중 콘크리트 폐기물은 전체 폐기물에서 70% 이상으로서, 가장 많은 양을 차지한다.
원전 해체 과정에서 발생되는 폐콘크리트의 경우, 위치와 용도에 따라 방사능 준위가 매우 다양하지만 반응로를 둘러싸고 있는 방호벽을 제외한 대부분의 경우, 방사능 물질에 의한 오염이나 중성자에 의해 방사성 물질로 바뀌게 되는 방사화는 거의 발생하지 않다.
그러나 콘크리트는 원전 폐기물 중 가장 큰 부피를 차지하기 때문에 이를 적절하게 처리할 수 있는 기술의 개발을 통해 콘크리트의 폐기물 처리비용을 절감할 필요성이 있다.
원전 해체 시 발생되는 폐기물의 대표적인 고화방법은 유리화이지만, 유리화는 고준위 폐기물의 고화에 최적화된 방법이다.
우리나라의 경우 사용된 핵연료를 제외하면 고준위 폐기물이 거의 없다고 볼 수 있기 때문에, 중ㅇ저준위 폐기물에 대해서는 유리화 방법이 고비용 저효율인 단점을 갖는다.
또한 유리화는 고비용일뿐만 아니라 유리화는 유리 매질을 소각된 방사성 폐기물과 용융로에서 함께 용융시킨 뒤 상온에서 고화시켜 유리를 만드는 방법으로, 공정 및 처리가 까다로운 단점을 갖는다.
종래의 방사화 콘크리트 폐기물 처리에 관한 선행기술 목록은 이하와 같다.
- 발명의 명칭 : 폐콘크리트 분말을 이용한 저탄소형 재생시멘트 제조방법
출원번호/일자 : 10-2015-0191759 / 2015.12.31.
- 발명의 명칭 : 철-인산 유리를 이용한 중저준위 방사성 폐기물 유리화방법
출원번호/일자 : 10-2006-0106203 / 2007.10.11
본 발명은 상술된 종래의 방사성 콘크리트의 처리방법의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 방사화 콘크리트를 재활용하여 중ㅇ저준위 방사성 폐기물을 처리하는 데 사용되는 고화재를 제조할 수 있도록 하는 방사화 콘크리트를 재활용한 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법 및 이를 이용한 방사성 폐기물의 처리방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 방사화 콘크리트의 재활용 과정에서 방사성 물질이 포함되어 있지 않은 골재를 분리하여 재활용함으로써 자원의 재활용 비율을 높임과 아울러 폐기물의 양을 감소시켜 방사성 물질 폐기의 효율을 높일 수 있는 방사화 콘크리트를 재활용한 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법 및 이를 이용한 방사성 폐기물의 처리방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 방사성 폐기물의 처리에 사용되는 고화재의 물성을 안정적으로 개선하여 초기 반응성을 높임과 아울러 중장기 반응을 최소화하여 안정적인 폐기물 처리를 가능토록 하는 방사화 콘크리트를 재활용한 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법 및 이를 이용한 방사성 폐기물의 처리방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따르면 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법에 있어서, 방사화 콘크리트 폐기물을 분쇄하고 골재와 페이스트를 분리하는 제1 단계(S100); 상기 페이스트를 이용하여 고화재 원료를 제조하는 제2 단계(S200);를 포함하되, 상기 제2 단계(S200)는, 상기 페이스트에 추가재료를 혼합한 혼합물을 하소처리 하는 하소처리 단계(S210); 상기 하소처리 단계(S210) 이후에 상기 혼합물을 소성로에서 소성처리 하는 소성처리 단계(S220); 및 상기 소성처리 단계(S220) 이후에 상기 혼합물을 급냉시켜 클링커를 제조하는 급냉처리 단계(S230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법이 제공된다.
이 경우 상기 제2 단계(S200)는 상기 급냉처리 단계(S230) 이후에 상기 클링커를 분쇄함과 아울러 이수석고를 혼합하여 상기 고화재 원료를 제조하는 고화재 원료 제조단계(S240);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법일 수 있다.
또한, 상기 추가재료는 석회석; 및 산화철;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법일 수 있다.
또한, 상기 추가재료는 알칼리 융제;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법일 수 있다.
또한, 상기 페이스트는 SiO2의 함량이 15 중량% 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법일 수 있다.
또한, 상기 혼합물은 석회포화도(LSF)가 0.83 내지 1.00 이고, 규산률(SM)이 2.3 내지 3.5이며, 철률(IM)이 1.2 내지 2.2인 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법일 수 있다.
또한, 상기 알칼리 융제는 망초이며, 상기 망초는 상기 클링커 대비 중량 %가 1.5 내지 3.5인 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법일 수 있다.
또한, 상기 고화재 원료의 상기 클링커의 분말도는 2000 Blaine 내지 5000 Blaine인 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법을 이용하여 제조된 고화재를 이용한 방사성 폐기물의 처리방법에 있어서, 폐기물 처리용기(10)에 방사성 폐기물을 수납하고, 상기 고화재를 투입하여 고화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물의 처리방법이 제공된다.
이 경우 상기 골재 중 방사화 되지 않은 골재는 재활용 골재로 활용하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물의 처리방법일 수 있다.
본 발명에 따르면 방사화 콘크리트를 재활용하여 중ㅇ저준위 방사성 폐기물을 처리하는 데 사용되는 고화재를 제조할 수 있도록 하여 자원 재활용과 폐기물 처리를 동시에 가능토록 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면 방사화 콘크리트의 재활용 과정에서 방사성 물질이 포함되어 있지 않은 골재를 분리하여 재활용함으로써 자원의 재활용 비율을 높임과 아울러 폐기물의 양을 감소시켜 방사성 물질 폐기의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면 방사성 폐기물의 처리에 사용되는 고화재의 물성을 안정적으로 개선하여 초기 반응성을 높임과 아울러 중장기 반응을 최소화하여 안정적인 폐기물 처리를 가능토록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 방사화 콘크리트의 처리 과정을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사화 콘크리트를 재활용하여 고화재를 제조하고, 제조된 고화재를 이용하여 방사성 폐기물을 처리하는 과정을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고화재의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사화 콘크리트를 재활용하여 고화재를 제조하고, 제조된 고화재를 이용하여 방사성 폐기물을 처리하는 과정을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고화재의 구성도.
본 발명에 따른 방사화 콘크리트를 재활용한 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법 및 방사성 폐기물의 처리방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부된 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
본 발명은 방사화 콘크리트를 재활용하여 고화재를 제조하고, 제조된 고화재를 이용하여 방사성 폐기물을 처리할 수 있도록 한, 효율적인 방사성 폐기물 처리방법에 관한 것이다(도 2).
본 발명에 따른 방사성 폐기물 처리용 고화재는 방사화 콘크리트 폐기물을 분쇄하고 골재와 페이스트를 분리하는 제1 단계(S100) 및 페이스트를 이용하여 고화재 원료를 제조하는 제2 단계(S200)를 포함한다(도 2).
일반적으로 중성자에 노출된 방사화 콘크리트의 경우 방사화된 원소(cobalt, europium)는 페이스트 부분에 대부분 존재하고, 콘크리트에서 60% 이상의 부피를 차지하는 골재에는 방사성 원소가 포함되지 않는다.
따라서, 방사화 콘크리트에 포함된 골재와 페이스트를 분리하여 골재는 청정 골재로 재활용하고 페이스트는 방사성 폐기물 처리용 고화재로 재활용함으로써 처리하여야 할 콘크리트 폐기물의 부피를 30% 이하로 감소시킬 수 있다.
골재는 페이스트에 포함된 SiO2의 함량이 15 중량% 내지 30 중량%에 이르기 까지 분리하는 것이 바람직하다.
제2 단계(S200)는 페이스트에 추가재료를 혼합한 혼합물을 하소처리 하는 하소처리 단계(S210), 하소처리 단계(S210) 이후에 혼합물을 소성로에서 소성처리 하는 소성처리 단계(S220), 소성처리 단계(S220) 이후에 혼합물을 급냉시켜 클링커를 제조하는 급냉처리 단계(S230) 및 급냉처리 단계(S230) 이후에 클링커를 분쇄함과 아울러 이수석고를 혼합하여 고화재 원료를 제조하는 고화재 원료 제조단계(S240)를 포함할 수 있다(도 2).
하소처리 단계(S210)는 배합된 혼합물을 건조 및 분쇄하여 900도 내지 1000도의 온도에서 하소처리를 수행한다.
소성처리 단계(S220)는 하소처리 단계를 거친 혼합물을 1250도 내지 1350로로 소성로에서 소성처리를 수행한다.
소성처리 단계(S220)를 거친 혼합물은 급냉하여 클링커로 제조된다(S230).
클링커는 분쇄되어 고화재 원료를 형성한다(S240).
고화재 원료의 클링커의 분말도는 2000 Blaine 내지 5000 Blaine인 것이 바람직하다.
고화재 원료는 수경성 재생 시멘트의 성질을 띄며, 후술되는 바와 같이 폐기물 처리용기(10)에 방사성 폐기물과 함께 투입되어 고화된다.
본 발명에 따른 고화재를 이용하여 폐기물 처리용기(10)를 충진하는 경우 법령(방사성 폐기물 인수방법 등에 관한 규정)이 정하는 바와 같이 3.44(MPa) 이상의 강도를 확보할 수 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추가재료는 석회석 및 산화철을 포함할 수 있다.
더하여, 추가재료는 알칼리 융제를 더 포함할 수 있다.
이 경우 알칼리 융제는 망초일 수 있으며, 망초는 클링커 대비 중량 %가 1.5 내지 3.5인 것이 바람직하다.
일반적으로 고온의 소성 공정 주에 투입되는 알칼리 융제는 칼슘 산화물 또는 알루미늄 산화물과 반응하여 조강성 클링커 광물을 생성하므로 시멘트의 조기 강도 발현에 기여한다.
다만, 시멘트의 응결시간을 짧게하고 장기적 관점에서의 최종 강도에 악영향을 미치는 단점이 있어 시멘트 제조시 투입되지 않는 것이 일반적이다.
그러나 방사성 폐기물의 처리에 사용되는 고화재는 일반적인 시멘트와는 달리 조기에 안정적인 고화재로서의 강도 발현의 물성을 확보하고 조기 반응 이후에는 수축이나 결정 구조의 변화로 인한 균열 발생을 최소화할 수 있는 안정성 확보가 요구된다.
따라서, 본 발명에서는 일반적인 시멘트와는 달리 고화재의 제조에 있어 알칼리 융제를 투입함으로써 조기강도 발현의 효과 및 장기 반응성을 낮추어 안정적인 폐기물 보관을 가능토록 하는 효과를 확보한다.
망초는 알칼리(Na2O)와 황화물(SO3)의 화합물로서, 저온에서 액상화하여 클링커의 소성 온도를 낮추는 융제 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라 일반적인 포틀랜트 시멘트 클링터의 소성 온도보다 100도 이상을 낮출 수 있는 효과를 얻게 한다.
더하여 조강성 융제인 망초는 황화이온을 포함하고 있으므로 소성 과정 중에서 고온에서 가용성 무수석고를 형성함으로써 수화시에 팽창성 에트링자이크 수화물을 형성하여 경화된 고화재의 수축 저감 효과를 얻도록 한다.
망초는 클링커 대비 중량 %가 1.5 중량% 내지 3.5 중량%가 포함됨이 바람직하다.
본 발명에 따른 혼합물은 석회포화도(LSF)가 0.83 내지 1.00 이고, 규산률(SM)이 2.3 내지 3.5이며, 철률(IM)이 1.2 내지 2.2인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 고화재는 폐기물 처리용기(10)에 방사성 폐기물과 함께 투입되어 법령이 정하는 강도 발현을 가능토록 한다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
S100 : 제1 단계
S200 : 제2 단계
S210 : 하소처리 단계
S220 : 소성처리 단계
S230 : 급냉처리 단계
S240 : 고화재 원료 제조단계
S200 : 제2 단계
S210 : 하소처리 단계
S220 : 소성처리 단계
S230 : 급냉처리 단계
S240 : 고화재 원료 제조단계
Claims (10)
- 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법에 있어서,
방사화 콘크리트 폐기물을 분쇄하고 골재와 페이스트를 분리하는 제1 단계(S100);
상기 페이스트를 이용하여 고화재 원료를 제조하는 제2 단계(S200);를 포함하되,
상기 제2 단계(S200)는,
상기 페이스트에 추가재료를 혼합한 혼합물을 하소처리 하는 하소처리 단계(S210);
상기 하소처리 단계(S210) 이후에 상기 혼합물을 소성로에서 소성처리 하는 소성처리 단계(S220); 및
상기 소성처리 단계(S220) 이후에 상기 혼합물을 급냉시켜 클링커를 제조하는 급냉처리 단계(S230);를 포함하며,
상기 제2 단계(S200)는
상기 급냉처리 단계(S230) 이후에 상기 클링커를 분쇄함과 아울러 이수석고를 혼합하여 상기 고화재 원료를 제조하는 고화재 원료 제조단계(S240);를 더 포함하고,
상기 추가재료는
석회석; 및
산화철;을 포함하며,
상기 추가재료는
알칼리 융제;를 더 포함하고,
상기 페이스트는 SiO2의 함량이 15 중량% 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 혼합물은 석회포화도(LSF)가 0.83 내지 1.00 이고, 규산률(SM)이 2.3 내지 3.5이며, 철률(IM)이 1.2 내지 2.2인 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 알칼리 융제는 망초이며,
상기 망초는 상기 클링커 대비 중량 %가 1.5 내지 3.5인 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법.
- 제7항에 있어서,
상기 고화재 원료의 상기 클링커의 분말도는 2000 Blaine 내지 5000 Blaine인 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법.
- 제7항의 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법을 이용하여 제조된 고화재를 이용한 방사성 폐기물의 처리방법에 있어서,
폐기물 처리용기(10)에 방사성 폐기물을 수납하고, 상기 고화재를 투입하여 고화시키는 단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물의 처리방법.
- 제9항에 있어서,
상기 골재 중 방사화 되지 않은 골재는 재활용 골재로 활용하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물의 처리방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020170110834A KR101940033B1 (ko) | 2017-08-31 | 2017-08-31 | 방사화 콘크리트를 재활용한 방사성 폐기물 처리용 고화재의 제조방법 및 이를 이용한 방사성 폐기물의 처리방법 |
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| KR (1) | KR101940033B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102368220B1 (ko) | 2021-10-08 | 2022-03-03 | 한국건설기술연구원 | 폐콘크리트 미분말과 프러시안블루를 혼입한 방사성 폐기물용 고화제 및 이를 이용한 방사성 폐기물의 고화처리방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040087061A (ko) * | 2003-04-04 | 2004-10-13 | 한국지질자원연구원 | 폐콘크리트 미분말을 이용한 포틀랜드 시멘트 제조방법 및 그 제품 |
| KR101061480B1 (ko) * | 2009-08-04 | 2011-09-02 | 한국수력원자력 주식회사 | 방사성 콘크리트 폐기물로부터 감용처리방법 및 청정골재 제조방법 |
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2017
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