KR102375027B1 - 붕소가 포함된 방사성 폐기물 고화방법 및 이에 따른 방사성 폐기물 고화체 - Google Patents

붕소가 포함된 방사성 폐기물 고화방법 및 이에 따른 방사성 폐기물 고화체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 붕소가 포함된 방사성 폐기물 고화방법에 관한 것으로서, (a) 방사성 폐기물, 메타카올린(metakaolin), 건식 실리카(fumed silica), 수산화칼륨 및 물이 혼합되어 제2혼합물이 생성되는 단계를 포함하며, 상기 방사성 폐기물에는 붕소(boron)가 포함되어 있는 방사성 폐기물 고화방법에 관한 것이다.

Description

붕소가 포함된 방사성 폐기물 고화방법 및 이에 따른 방사성 폐기물 고화체{A method of solidifying radioactive waste containing boron and the solidified waste form thereof}
본 발명은 붕소가 포함된 방사성 폐기물 고화방법 및 이에 따른 방사성 폐기물 고화체에 관한 것으로서, 방사성 폐기물을 고화로 처분함에 있어서, 방사성 폐기물에 포함된 수용성 붕소에 의해 시멘트의 수화반응이 방해됨에 따라 시멘트 응결과 고화체의 압축강도에 부정적인 영향을 미치는 시멘트를 이용한 종래의 고화방법에 따른 문제점을 해결하고자, 메타카올린 등을 이용하여 붕소가 포함된 방사성 폐기물을 고화하는 방법 및 이에 따른 방사성 폐기물 고화체에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력발전시설에서 사용하고 수명을 다하여 폐기해야 하는 원자로 장치나 장비들 중에는 방사성 물질에 오염된 것들이 대부분이다.
이와 같이 방사성 물질에 오염된 건축물, 설비, 기계장치, 구조물 등은 단순히 매립하거나 소각하지 못하고 반드시 방사성 물질을 제거하는 제염 및 절단 등의 감용처리를 한 뒤 원자력법 및 환경법상의 규정에 따라 처리되어야 한다.
이러한 처리 규정에 따라 원자력발전소에서 발생되는 농축폐액, 폐수지, 폐필터와 같은 비고정형 물질이나 고방사능 물질은 고정된 형태로 안전하게 보관하기 위해 시멘트(콘크리트), 파라핀, 아스팔트, 폴리머 등의 고화물질을 통하여 고화되어 저장 드럼에 담기게 된다.
이러한 방사성 폐기물은 방사성 폐기물 처분장에 영구적으로 처분되는데, 처분된 방사성 폐기물에 포함된 고정화된 핵종들이 인근 환경으로 유출되지 않도록 안정적인 고화처리를 하는 것이 중요한데, 중저준위 방사성 폐기물은 시멘트를 이용하여 고화처리하여 안정화를 하는 것이 일반적이다.
한편, 가압경수로(Pressurized Water Reactor: PWR) 운전시 원자로의 출력을 조정하고 반응도를 제어하기 위해 1차 계통에 약 500-2,000ppm 가량의 붕산을 첨가한다. 1차 계통 냉각수의 일부는 시료채취, 붕산농도 조절, 누수 등에 의해 상당량의 액체폐기물로 수집된다. 수집된 액체폐기물 중 희석 또는 방출될 수 없는 방사능 준위를 갖는 액체폐기물은 원전 내 설치된 농축폐액건조설비(CWDS)를 이용하여 농축 건조된다. 건조된 농축폐액 폐기물 (borate waste)의 주성분은 B2O3 와 Na2O이며 발전소 운전 특성에 따라 화학 조성에 차이가 있는 것으로 알려져 있다.
상술한 붕소가 포함된 농축폐액 폐기물은 중저준위 방사성 폐기물로 분류되며 구조적 안정성과 부피감용을 위해 고화 처분이 필요하다. 상술한 바와 같이 고화 처분을 위한 물질로 시멘트가 널리 사용되고 있는데, 이는 다른 고화 방법보다 단순한 제조 공정, 재료에 대한 높은 이해도 및 경제성 때문인 것으로 알려져 있다.
그러나 농축폐액 폐기물의 주성분인 붕소(B)는 시멘트의 수화 반응 (hydration reaction)을 방해하여 결과적으로 시멘트의 응결 지연 (setting retardation)과 낮은 압축강도의 원인으로 보고되고 있다.
이와 관련된 주요 반응 메커니즘을 살펴보면, 수화반응에 의해 형성된 포틀랜드석(portlandite)(Ca(OH)2)이 물과 반응하여 염기성 환경이 형성되고, 이후 Ca2+과 OH- 이온 농도가 증가하면서 붕산염(borate)이 용해된다. 이에 칼슘(Calcium)과 붕소(boron)가 결합하여 시멘트 표면에서 불용성의 칼슘붕산화물 (insoluble calcium borate)을 형성하게 되고, 생성된 칼슘붕산화물은 시멘트와 물의 접촉을 막는 protective layer 역할을 하며, 시멘트의 수화 반응을 막아 고화체가 형성되는 시멘트의 응결과 압축강도에 부정적인 영향을 미치게 되는 것으로 알려져 있다.
붕소가 포함된 방사성 폐기물을 고화체로 처분하는 방법에 따른 문제점을 해결하고자, 상술한 바와 같이 유리화 및 파라핀, 폴리머를 이용하여 농축폐액을 고화하는 방안이 제안되었다. 그러나 현재까지 제시된 고화 방안들은 경제성이 떨어지거나, 폐기물을 가공하는 추가 공정이 필요하다는 단점이 있다. 유리화는 고온 공정 및 설비가 필요하며 파라핀은 무기물과 유기물의 극성 차이로 인해 불균질한 고화체가 제조될 수 있다. 폴리머의 경우 농축폐액을 과립화하는 추가 공정이 필요한 실정이다.
이에 따라, 붕소가 포함된 방사성 폐기물을 고화시킴에 있어서, 효율적이면서 압축강도가 강한 고화체를 제조할 수 있는 고화방법에 대한 연구가 절실히 필요한 실정이다.
(특허문헌 1) KR10-2181217 B
종래기술에 따른 문제점을 해결하고자, 붕소가 포함된 방사성 폐기물을 효율적으로 고화시키고, 고화된 고화체의 높은 압축강도를 유지할 수 있는 방사성 폐기물 고화방법 및 이에 따른 방사성 폐기물 고화체를 제안하고자 한다.
종래기술에 따른 문제점을 해결하고자, 본 발명에 따른 방사성 폐기물 고화방법은, (a) 방사성 폐기물, 메타카올린(metakaolin), 건식 실리카(fumed silica), 수산화칼륨 및 물이 혼합되어 제2혼합물이 생성되는 단계를 포함하며,
상기 방사성 폐기물에는 붕소(boron)가 포함될 수 있다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계는, (a-1) 상기 방사성 폐기물, 건식 실리카(fumed silica), 수산화칼륨 및 물이 혼합되어 제1혼합물이 생성되는 단계; 및
(a-2) 상기 (a-1) 단계 이후, 상기 제1혼합물에 상기 메타카올린(metakaolin)이 혼합되어 상기 제2혼합물이 생성되는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 (a-1) 단계에서 생성된 제1혼합물이 10 내지 14시간 동안 교반된 이후, 상기 (a-2) 단계가 진행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 방사성 폐기물의 100 중량부에 대해서 상기 붕소의 중량부는 60 이상이고, 나트륨의 중량부는 10 이상일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 방사성 폐기물의 중량부는 8 내지 15일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 메타카올린(metakaolin)의 중량부는 26 내지 31일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 수산화칼륨의 중량부는 18 내지 21일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 건식 실리카(fumed silica)의 중량부는 14 내지 16일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 물의 중량부는 24 내지 27이며, 상기 물은 탈이온수일 수 있다.
종래기술에 따른 문제점을 해결하고자, 본 발명에 따른 방사성 폐기물 고화체는 상술한 방사성 폐기물 고화방법에 의해 제조될 수 있다.
바람직하게는, 상기 방사성 폐기물 고화체에서, 붕소의 몰과 알루미늄의 몰을 합한 몰에 대한 규소의 몰의 비율은 1.2 내지 1.6일 수 있다.
바람직하게는, 상기 방사성 폐기물 고화체에서, 상기 붕소의 몰과 상기 알루미늄의 몰을 합한 몰에 대한 상기 규소의 몰의 비율은 1.45 내지 1.55일 수 있다.
종래기술에 따른 문제점을 해결하고자, 본 발명에 따른 방사성 폐기물 처리방법은, (b) 방사성 폐기물, 메타카올린(metakaolin), 건식 실리카(fumed silica), 수산화칼륨 및 물이 혼합되어 제2혼합물이 생성되는 단계를 포함하며, 상기 방사성 폐기물에는 붕소(boron)가 포함될 수 있다.
바람직하게는, 상기 (b-1) 단계는, (b-1) 상기 방사성 폐기물, 건식 실리카(fumed silica), 수산화칼륨 및 물이 혼합되어 제1혼합물이 생성되는 단계; 및
(b-2) 상기 (b-1) 단계 이후, 상기 제1혼합물에 상기 메타카올린(metakaolin)이 혼합되어 상기 제2혼합물이 생성되는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 방사성 폐기물의 100 중량부에 대해서 상기 붕소의 중량부는 60 이상이고, 나트륨의 중량부는 10 이상일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 방사성 폐기물의 중량부는 8 내지 15일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 메타카올린(metakaolin)의 중량부는 26 내지 31일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 수산화칼륨의 중량부는 18 내지 21일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 건식 실리카(fumed silica)의 중량부는 14 내지 16일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 물의 중량부는 24 내지 27이며, 상기 물은 탈이온수일 수 있다.
상술한 과제해결수단을 인하여, 방사성 폐기물에 붕소가 포함된 상태에서도 일정한 정도의 압축강도를 유지할 수 방사성 폐기물 고화체를 제조할 수 있고, 종래기술보다 농축폐액 폐기물인 방사성 폐기물을 장기적으로 안전하게 고화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방사성 폐기물 고화방법을 개략적으로 도시화한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 방사성 폐기물 고화방법에서 각각의 화학 조성의 중량비율에 따라 제조된 방사성 폐기물 고화체에 대한 압축강도를 도시화한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 방사성 폐기물 고화방법으로 제조된 방사성 폐기물 고화체의 11B 고체 핵자기공명 분석 결과이다.
이하, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의성을 위해 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1을 참조하여 붕소가 포함된 방사성 폐기물을 고화하는 방사성 폐기물 고화방법을 설명한다.
본 발명에서 방사성 폐기물 고화체란 고화물질과 방사성 폐기물이 섞여서 혼합된 상태에서 고화된 것을 지칭한다. 본 발명에서 방사성 폐기물 고화체는 메타카올린 기반의 지오폴리머를 활용한 방사성 폐기물 고화체를 제조하는 방법을 제안하고자 한다.
붕소가 포함된 방사성 폐기물, 탈이온수(DWI), 수산화나트륨(NaOH) 및 건식 실리카(fumed silica)를 이용하거나 또는 붕소가 포함된 방사성 폐기물, 탈이온수(DWI), 수산화칼륨(KOH) 및 건식 실리카(fumed silica)를 이용하여 방사성 폐기물 고화체를 제조하였다.
본 발명에 따른 방사성 폐기물은, 원자로에서 발생된 액체폐기물로서 붕소가 포함된 액체폐기물이 농축 건조된 상태의 분말 형태의 농축폐액 폐기물일 수 있다.
본 발명에 따른 메타카올린은 비정질 알루미노규산염이 주성분이며 칼슘의 함량이 1% 이하인 메타카올린일 수 있다.
[표 1]
Figure 112021067677820-pat00001
[표 2]
Figure 112021067677820-pat00002
[표 3]
Figure 112021067677820-pat00003
표 1은, 화학 조성의 중량비율을 나타낸 표 2의 각각의 경우에 따라 제조된 방사성 폐기물 고화체의 화학 조성의 몰비율과, 방사성 폐기물 고화체 전체 중량에 대해서 방사성 폐기물의 중량비율을 나타내고 있다.
표 2는 표 1에서 Si/(Al+B) 비율에 해당하는 방사성 폐기물 고화체를 제조하기 위해 이용된 화학 조성의 중량비율을 나타내고 있다.
화학 조성의 중량비율에 따른 방사성 폐기물 고화체의 압축강도에 대한 효과를 비교하기 위한 표 3은, Si/(Al+B) 비율이 1.5에 해당하는 방사성 폐기물 고화체를 제조하기 위해 이용된 화학 조성의 중량비율을 나타내고 있다. 표 3의 화학 조성의 중량비율은 그 범위에 있어서 표 2의 화학 조정의 중량비율과 일정한 정도의 차이를 둔 중량비율이다.
1. 알칼리 자극제 제조
우선적으로 제조된 방사성 폐기물 고화체의 화학 조성이 표 1과 같이 되도록, 탈이온수, 수산화나트륨(NaOH), 건식 실리카를 혼합하여 수산화나트륨 알칼리 자극제를 제조하였다. 또한, 제조된 방사성 폐기물 고화체의 화학 조성이 표 1과 같이 되도록, 탈이온수, 수산화칼륨(KOH), 건식 실리카를 혼합하여 수산화칼륨 알칼리 자극제를 제조하였다.
나아가, 표 3의 중량비율에 해당하는 알칼리 자극제를 제조하였다.
2. 제1혼합물 및 제3혼합물 제조
이후, 제조된 방사성 폐기물 고화체의 화학 조성이 표 1과 같이 되도록, 수산화칼륨 알칼리 자극제 각각에 붕소가 포함된 방사성 폐기물을 첨가하여 제1혼합물을 생성한 후 25℃에서 약 12시간 동안 교반하였다.
마찬가지로, 제조된 방사성 폐기물 고화체의 화학 조성이 표 1과 같이 되도록, 수산화나트륨 알칼리 자극제에 붕소가 포함된 방사성 폐기물을 첨가하여 제3혼합물을 생성한 후 25℃에서 약 12시간 동안 교반하였다.
마찬가지로, 표 3의 중량비율의 수산화나트륨 알칼리 자극제에 붕소가 포함된 방사성 폐기물을 첨가하여 혼합물을 생성한 후 25℃에서 약 12시간 동안 교반하였다.
실험에 사용된 방사성 폐기물은 실제 방사성 폐기물의 성분비율에 맞게 시약을 배합하여 제조한 모의 방사성 폐기물이다.
3. 제2혼합물 및 제4혼합물 제조
다음으로, 제조된 방사성 폐기물 고화체의 화학 조성이 표 1과 같이 되도록, 붕소가 포함된 방사성 폐기물이 포함된 수산화칼륨 알칼리 자극제에 메타카올린을 첨가하여 제2혼합물을 생성한 후, 원심분리형 믹서기를 사용하여 1800RPM에서 약 2분 동안 제2혼합물을 교반하였다.
마찬가지로, 제조된 방사성 폐기물 고화체의 화학 조성이 표 1과 같이 되도록, 붕소가 포함된 방사성 폐기물이 포함된 수산화나트륨 알칼리 자극제에 메타카올린을 첨가하여 제4혼합물을 생성한 후, 원심분리형 믹서기를 사용하여 1800RPM에서 약 2분 동안 제4혼합물을 교반하였다.
마찬가지로, 표 3의 중량비율로 붕소가 포함된 방사성 폐기물이 포함된 수산화나트륨 알칼리 자극제에 메타카올린을 첨가하여 혼합물을 생성한 후, 원심분리형 믹서기를 사용하여 1800RPM에서 약 2분 동안 제4혼합물을 교반하였다.
4. 양생
다음으로, 제2혼합물 및 제4혼합물을 지름과 비율이 1:2인 실린더형 몰드에 타설하였다. 이후, 60℃가 유지되는 오븐에서 6일 동안 양생한 후 상온에서 1일 동안 보관하였다. 이후, 재령 7일 압축강도를 측정하였다.
표 3의 중량비율로 붕소가 포함된 방사성 폐기물이 포함된 수산화나트륨 알칼리 자극제에 메타카올린을 첨가하여 생성된 혼합물에 대해서도 마찬가지이다.
중량비율에 대해서 설명한다.
표 2에서 Si/(Al+B)는 표 1에서 표시된 제조된 방사성 폐기물 고화체에서, 붕소의 몰과 알루미늄의 몰을 합한 몰 대비 규소의 몰을 나타내고 있다.
표 3에서 Si/(Al+B)는 표 3의 중량비율에 따라 제조된 방사성 폐기물 고화체에서, 붕소의 몰과 알루미늄의 몰을 합한 몰 대비 규소의 몰을 나타내고 있다.
방사성 폐기물 고화체에서 규소의 함량에 따라 방사성 폐기물 고화체의 기계적 물성(압축강도를 포함)에 많은 영향을 미치는 것으로 알려진 바, 붕소의 몰과 알루미늄의 몰을 합한 몰을 기준으로 규소의 몰 비율을 달리하였을 경우에 따른 압축강도를 살펴보기 위함이다.
표 1에서 수산화칼륨 알칼리 자극제를 이용한 방사성 폐기물 고화체에서 나트륨(Na)은 알칼리 자극제가 아닌 방사성 폐기물에 포함된 나트륨이다.
나아가, 붕소의 몰과 알루미늄의 몰을 합한 몰을 기준으로 물의 몰 비율은 9일 수 있다.
또한, 표 2는 각각의 방사성 폐기물 고화체를 제조함에 있어서, 수산화칼륨 알칼리 자극제를 이용하여 방사성 폐기물 고화체를 제조하기 위한 제2혼합물에서의 화학 조성의 중량비율과, 수산화나트륨 알칼리 자극제를 이용한 방사성 폐기물 고화체를 제조하기 위한 제4혼합물에서의 화학 조성의 중량비율을 나타내고 있다.
수산화칼륨 알칼리 자극제를 이용한 방사성 폐기물 고화체의 중량비율을 다음과 같다.
사용된 방사성 폐기물에서 붕소의 함량은 방사성 폐기물 100 중량부에 대해서 60 이상의 중량부일 수 있으며, 사용된 방사성 폐기물에서 나트륨의 함량은 방사성 폐기물 100 중량부에 대해서 10 이상의 중량부일 수 있다.
바람직하게는, 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 붕소가 포함된 방사성 폐기물의 중량부는 8 내지 15일 수 있다.
바람직하게는, 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 메타카올린(metakaolin)의 중량부는 26 내지 31일 수 있다.
바람직하게는, 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 수산화칼륨의 중량부는 18 내지 21일 수 있다.
바람직하게는, 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 건식 실리카(fumed silica)의 중량부는 14 내지 16일 수 있다.
바람직하게는, 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 물의 중량부는 24 내지 27이며, 상술한 바와 같이 물은 탈이온수일 수 있다.
수산화나트륨 알칼리 자극제를 이용한 방사성 폐기물 고화체의 중량비율은 다음과 같다.
사용된 방사성 폐기물에서 붕소의 함량은 방사성 폐기물 100 중량부에 대해서 60 이상의 중량부일 수 있으며, 사용된 방사성 폐기물에서 나트륨의 함량은 방사성 폐기물 100 중량부에 대해서 10 이상의 중량부일 수 있다.
바람직하게는, 제4혼합물의 100 중량부에 대해서 붕소가 포함된 방사성 폐기물의 중량부는 9 내지 16일 수 있다.
바람직하게는, 제4혼합물의 100 중량부에 대해서 메타카올린(metakaolin)의 중량부는 28 내지 33일 수 있다.
바람직하게는, 제4혼합물의 100 중량부에 대해서 수산화나트륨의 중량부는 13 내지 14일 수 있다.
바람직하게는, 제4혼합물의 100 중량부에 대해서 건식 실리카(fumed silica)의 중량부는 15 내지 17일 수 있다.
바람직하게는, 제4혼합물의 100 중량부에 대해서 물의 중량부는 27 내지 28이며, 상술한 바와 같이 물은 탈이온수일 수 있다.
중량비율에 따른 방사성 폐기물 고화체의 압축강도에 대한 효과를 비교하기 위한 방사성 폐기물 고화체의 중량비율은 표 3에 따르며, 마찬가지로 사용된 방사성 폐기물에서 붕소의 함량은 방사성 폐기물 100 중량부에 대해서 60 이상의 중량부일 수 있으며, 사용된 방사성 폐기물에서 나트륨의 함량은 방사성 폐기물 100 중량부에 대해서 10 이상의 중량부일 수 있다.
도 2를 참조하여 각각의 방사성 폐기물 고화체의 압축강도에 대해서 설명한다.
이러한 압축강도는 상술한 바와 같이, 제2혼합물 및 제4혼합물을 지름과 비율이 1:2인 실린더형 몰드에 타설한 후, 60℃가 유지되는 오븐에서 6일 동안 양생한 후 상온에서 1일 동안 보관한 이후 재령 7일 압축강도이다. 표 3의 중량비율에 따른 혼합물도 마찬가지이다.
수산화칼륨 알칼리 자극제를 이용한 방사성 폐기물 고화체의 압축강도와 수산화나트륨 알칼리 자극제를 이용한 방사성 폐기물 고화체의 압축강도를 비교하기 위하여, 표 1에서 나타낸 바와 같이, 수산화나트륨 알칼리 자극제를 이용한 방사성 폐기물 고화체에서 나트륨에 대한 알루미늄과 붕소의 몰 비율은, 수산화칼륨 알칼리 자극제를 이용한 방사성 폐기물 고화체에서 칼륨에 대한 알루미늄과 붕소의 몰 비율을 동일하게 하였다.
수산화칼륨 알칼리 자극제를 이용한 방사성 폐기물 고화체의 압축강도가 전반적으로 수산화나트륨 알칼리 자극제를 이용한 방사성 폐기물 고화체의 압축강도보다 높았다. 따라서 알칼리 자극제로 수산화나트륨을 사용한 경우보다 수산화칼륨을 이용한 방사성 폐기물 고화체가 더 적합함을 알 수 있다.
메타카올린 기반 지오폴리머는 특정 규소/알루미늄 비율(1.9 내지 2.1)까지 규소의 함량에 비례하여 압축강도가 증가하는데, 이는 Si-O-Si 결합의 비율이 증가하기 때문으로 알려져 있다.
나트륨보다 이온의 크기가 큰 칼륨은 분자 사슬이 긴 실리케이트 올리고머 (silicate oligomer)와 결합하여 미세구조의 연결성을 높여 압축강도에 긍정적인 영향을 주는 것으로 알려져 있다.
추가적으로, 표 3의 중량비율에 따라 제조된 방사성 폐기물 고화체의 경우 압축강도가 0으로 나타내고 있다.
즉, 표 2에 따른 수산화칼륨 알칼리 자극제를 이용한 방사성 폐기물 고화체의 압축강도와 표 3에 따라 제조된 방사성 폐기물 고화체의 압축강도에는 현저한 차이를 나타내고 있음을 알 수 있는 바, 화학 조성의 중량비율에 따라 제조된 방사성 폐기물 고화체의 압축강도가 달라짐을 알 수 있다.
표 3의 중량비율의 경우에는 압축강도가 0인 바, 고화되지 않아 방사성 폐기물 고화체가 형성되지 않은 상태를 나타내고 있다. 즉, 붕소가 포함된 방사성 폐기물인 경우, 표 3의 중량비율이 포함되는 일정한 범위의 중량비율 내에서 제조되는 경우, 방사성 폐기물이 고화되지 않아 방사성 폐기물 고화체가 생성되지 않음을 알 수 있다.
도 3을 참조하여 방사성 폐기물 고화체에 포함된 붕소와 규소의 결합구조를 설명한다.
알칼리 자극제의 종류에 상관없이 모든 방사성 폐기물 고화체에서 붕소와 규소의 결합을 지시하는 4B(1B,3Si) 피크가 발견되었으며 이는 방사성 폐기물의 주성분인 붕소가 지오폴리머 구조의 실리콘을 치환하고 결합되었음을 의미한다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 방사성 폐기물, 메타카올린(metakaolin), 건식 실리카(fumed silica), 수산화칼륨 및 물이 혼합되어 생성된 제2혼합물로 제조되는 방사성 폐기물 고화체에 있어서,
    상기 방사성 폐기물에는 붕소(boron)가 포함되어 있으며,
    상기 방사성 폐기물 고화체에서, 상기 붕소의 몰과 알루미늄의 몰을 합한 몰에 대한 규소의 몰의 비율은 1.2 내지 1.6인 방사성 폐기물 고화체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사성 폐기물의 100 중량부에 대해서 상기 붕소의 중량부는 60 이상이고, 상기 방사성 폐기물에 포함된 나트륨의 중량부는 10 이상인 방사성 폐기물 고화체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 방사성 폐기물의 중량부는 8 내지 15인 방사성 폐기물 고화체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 메타카올린(metakaolin)의 중량부는 26 내지 31인 방사성 폐기물 고화체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 수산화칼륨의 중량부는 18 내지 21인 방사성 폐기물 고화체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 건식 실리카(fumed silica)의 중량부는 14 내지 16인 방사성 폐기물 고화체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2혼합물의 100 중량부에 대해서 상기 물의 중량부는 24 내지 27이며,
    상기 물은 탈이온수인 방사성 폐기물 고화체.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사성 폐기물 고화체에서, 상기 붕소의 몰과 상기 알루미늄의 몰을 합한 몰에 대한 상기 규소의 몰의 비율은 1.45 내지 1.55인 방사성 폐기물 고화체.
  13. 삭제
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  19. 삭제
  20. 삭제
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