KR20090046001A - 우라늄 폐촉매의 감용 및 고정화 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우라늄이 함유된 폐기물을 감용 및 고정화하여 중저준위방사성폐기물로 처리하는 기술에 관한 것으로, 상세하게는 (a) 우라늄을 함유하는 폐기물을 1200 내지 1800℃로 가온하여 휘발성 물질을 분리ㆍ냉각하여 포집하는 단계; 및 (b) 상기 폐기물을 600 내지 1300℃로 감온하고 유리화제를 첨가하여 상기 폐기물을 유리화시키는 단계;를 포함하여 수행된다.

본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법은 우라늄이 함유된 폐기물은 물론 토양이 혼합된 우라늄 함유 방사성폐기물을 처리할 수 있는 장점이 있으며, 최종 고화체가 우라늄 폐기물의 1/2 내지 1/5의 부피를 가지며, 국내 중저준위방사성폐기물 처분장 수용 기준을 만족하는 장점이 있다. 또한 본 발명의 처리방법은 우라늄 폐기물에 함유된 안티몬계 화합물을 효과적으로 제거하며, 공정 단계가 단순하고, 단일한 로에서 수행되어 경제성이 높은 장점이 있다.

우라늄 폐기물, 방사성, 우라늄 폐촉매, 유리화, 고정화, 안티몬산화물

Description

우라늄 폐촉매의 감용 및 고정화 처리방법{Volume Reduction and Vitrification Treatment Method for Spent Uranium Catalyst Waste}

본 발명은 융점 및 비점의 차이를 이용하여 휘발성 물질을 제거하고, 유리화제를 이용하여 고정화시켜 우라늄이 함유된 폐기물을 중저준위방사성폐기물로 처리하는 기술에 관한 것으로, 특히 우라늄 폐기물이 규조토 같은 토양성분과 혼재되어 있을 경우에도 효과적으로 적용할 수 있는 기술이다.

방사성 폐기물은 자연환경에 미치는 위해성이 높아 방사선 반감기간을 고려하여 그 위해성이 사라질 때까지, 특정의 처분장에서 장기간 외부환경으로부터 고립, 관리되어져야 한다. 장기간동안 방사성 폐기물로부터 자연환경으로 위해성 물질이 외부확산되는 것을 방지하기 위해, 방사성 폐기물이나 방사성 핵종들은 여러 가지 물질들에 의해 고정화되어져야 하며, 이때 방사성 폐기물의 물리화학적 특성에 따라, 시멘트, 플라스틱, 아스팔트, 유리 및 세라믹등의 물질을 이용하여 고화처리를 한다.

우라늄이 함유된 폐촉매 또는 토양 성분이 혼입되어 있는 우라늄 폐기물의 처리에 관한 종래의 기술을 살펴보면 한국공개특허(제 2004-0068901호)는 감손우라늄이 포함된 폐촉매 처리방법에 관한 것으로 실리카를 나트륨화합물을 사용하여 용해시킨 후, 용해되지 않은 고체상태의 우라늄화합물을 액상의 규산나트륨 수용액으로 분리하여 고형화하는 폐촉매 처리방법이며, 한국공개특허(제 2005-0033092호)는 방사성 우라늄 슬러지 저감방법에 관한 것으로 용해도 차를 이용하여 화학염 성분과 우라늄 성분을 분리하는 방법이다.

일본 공개특허(제 2004-093445호)는 우라늄 성분을 포함하는 폐기물의 감용방법에 관한 것이며, 이산화규소 성분 및 우라늄 성분을 포함한 폐기물에 불화 수소 가스를 넣고 기상의 테트라플루오르화 규소를 생성, 수집하고, 폐기물중 이산화규소성분을 제거하는 방법이며, 일본 공개특허(제 2001-042091호)는 우라늄 폐기물의 처리 방법 및 분리된 슬래그의 처리방법에 관한 것으로, 이산화 규소를 포함한 플럭스와 산화성 가스등을 이용하여 슬래그를 분리하는 우라늄으로 오염된 철강계 폐기물의 고효율 제염 및 감용화 기술이다.

미국 공개특허(제5516968호)는 핵 폐기물로 오염된 토양의 처리방법에 관한 것으로, 오염된 토양을 암모니아성 액체를 이용하여 슬러리 형성, 침전, 토양입자의 하상 형성, 하상으로부터 핵폐기물의 제거, 암모니아성 액체분리등을 포함하는 토양의 제염방법이다.

상술한 종래의 우라늄 폐촉매(폐기물) 처리기술은 고온 습식처리로 산화규소를 액상의 산화나트륨규소 등으로 분리하고 잔여 유라늄안티몬을 칼슘실리케이트에 고정화 시키는 기술을 사용하고 있다. 기존 기술은 고온 용융반응공정, 고온고압 액상 반응공정, 원심분리 등 고액분리공정, 시멘트고정화공정 등 복잡한 공정장치로 인해 경제성이 낮고, 특히 규조토가 혼재되었을 시 적용이 어려우며, 산화나트륨규소 등 액상 폐기물에 우라늄의 동반으로 방사성 액상폐기물처리가 별도로 필요하다. 또한 수용상으로 실리카를 분리하고 잔여 우라늄을 고화하는 기존 기술은 공정 단계가 복잡하여 경제성이 없고, 수용상에 잔존하는 우라늄으로 액체 방사성폐기물 처리가 필요할 뿐 아니라 최종 고화체의 우라늄 함량이 국내 중저준위처분기준을 초과하게 되는 문제점이 있다.

특히 우라늄 폐촉매 폐기물의 일반적 처리방법은 비방사성 성분을 분리한 후 고화하여 중저준위방사성폐기물로 처분하며, 중저준위방사성폐기물의 국내 우라늄 농도 제한치(3700Bq/g이하, 천연우라늄 기준 우라늄 농도 14.6중량%이하)를 만족해야 한다. 그러나 우라늄 폐촉매의 높은 우라늄함량(MAC-3 기준 8.7중량%) 때문에 규소산화물의 전량 제거가 불가하나 상기 기존 기술들은 대부분 불필요한 규소산화물의 전량분리를 시도하고 있다. 그러나 본 기술은 산화규소를 고정화 매질로 사용하고 분리가 용이한 안티몬만 분리 감용하는 것을 특징으로 한다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 우라늄을 함유하는 폐기물은 물론 토양이 혼합되어 있는 우라늄 폐기물을 처리할 수 있는 단순하고 경제적인 처리방법을 제공하는 것이며, 우라늄 폐기물의 부피를 효과적으로 감소시키며 국내 중저준위방사성폐기물 처분장 수용 기준을 만족시키는 우라늄 폐기물의 처리방법을 제공하는 것이다.

국내 중저준위방사성폐기물의 우라늄 농도 제한치(알파 핵종 농도제한치)는 3700Bq/g이고 천연우라늄(Natural Uranium)과 감손우라늄 농도로 환산하면 각각 14.6중량%와 25.2중량%에 해당한다. 또한 제거된 성분을 비방사성폐기물로 환경에 방출하기 위해서는 제거된 성분에 동반된 우라늄 함유 농도가 매우 낮아야한다.(우라늄 농도 0.005중량% 이하)

국내에서 발생된 MAC-3 우라늄폐촉매의 우라늄과 안티몬 함유량은 각각 8.7중량%와 25중량%이며, 규조토와 혼합된 폐기물의 우라늄 농도는 그 보다 더 작다. 따라서 상기 우라늄폐촉매 폐기물을 처리함에 있어 우라늄 외의 성분을 분리 제거는 우라늄 농도제한치 이내로 제한을 해야한다.

본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법은 (a) 우라늄을 함유하는 폐기물을 1200 내지 1800℃로 가온하여 휘발성 물질을 분리ㆍ냉각하여 포집하는 단계; 및 (b) 상기 폐기물을 600 내지 1300℃로 감온하고 유리화제를 첨가하여 상기 폐기물을 유리화시키는 단계를 포함하여 수행되는 특징이 있다.

본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법으로 처리될 수 있는 상기 폐기물은 아크로니트릴 생산용 우라늄 폐촉매, 우라늄안티몬산화물, 산화안티몬 및 산화규소를 주성분으로 하며 Fe, Mo 및 Bi를 함유하는 우라늄 폐기물, 또는 규조토(또는 일반 토양 성분)를 포함하는 우라늄 폐기물인 것이 바람직하다.

(a) 단계의 상기 휘발성 물질은 산화안티몬, 산화몰리브덴 또는 이들의 혼합물이며, 상기 분리ㆍ냉각에 의해 분말형태로 포집되는 특징이 있다. 또한 상기 분말의 우라늄 함량이 0.0005 내지 0.005 중량%가 되도록 우라늄의 비말 동반을 억제하는 것이 바람직하다.

상기 (b) 단계의 우라늄농도는 0.005 내지 25 중량%인 것이 바람직하다.

(b) 단계의 상기 유리화제는 CaO, MnO 및 Na₂O에서 하나 이상 선택된 염기성산화물, Al₂O₃ 및 Fe₂O₃에서 하나 이상 선택된 중성산화물, 또는 이들이 혼합된 산화물인 특징이 있다. 이때, 상기 규조토에 포함된 산화알루미늄 성분은 유리화제의 역할을 수행할 수 있으며, 규조토에 함유된 유리화제의 양을 감안하여 적정량의 상기 중성산화물, 상기 염기성산화물, 또는 이들이 혼합된 산화물을 첨가하는 것이 바람직하다.

(b) 단계의 상기 유리화 단계에 냉각된 공기 또는 산소가 공급되는 것이 바람직하다.

상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계는 단일한 로(furnace)에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 로는 자기유도로(Induction furnace), 전기아크로(Arc furnace) 또는 콜드 크루시블 용융로(cold crucible induction furnace)인 것이 바람직하며, 상기 (b) 단계는 유리화된 용융상의 상기 폐기물이 로(furnace)의 하부 태핑(tapping)을 통해 방출 및 냉각되어 수행되는 특징이 있다.

상기 방법으로 안티몬을 기상으로 제거하고 남은 폐기물의 우라늄 농도는 국내 중저준위방사성폐기물 처분제한치 이내가 되도록 한다. 이때 산화규소는 고화매질로 사용한다. 규조토 혼합 우라늄폐촉매 폐기물 같이 안티몬 제거 후 우라늄농도가 처분제한치 보다 훨씬 적을 경우에는 처분제한 농도까지 방사성폐기물 소각재 같은 타 방사성폐기물을 함께 고화처리 할 수 있다.

본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법은 우라늄과 안티몬이 다량 함유되었고 실리카가 주성분인 우라늄안티몬산화물 폐촉매는 물론, 토양이 혼합된 우라늄 함유 방사성폐기물을 고온 공정을 통해 부피를 줄이고 고정화하여 중저준위 방사성폐기물로 처분할 수 있는 장점이 있으며, 공정 단계가 단순하며, 단일한 로에서 수행되어 경제성이 높은 장점이 있다. 본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법에 의한 최종 고화체는 국내 중저준위방사성폐기물 처분장 수용 기준(천연우라늄 기준 우라늄 농도 14.6중량%이하)을 만족함과 동시에 폐기물의 부피를 1/2 내지 1/5로 감소시키는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법의 공정을 도시한 일 흐름도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 우라늄 폐기물을 1200 내지 1800℃ 온도로 가온하여, 우라늄 폐기물 내에 존재하며 상기의 온도에서 휘발하는 휘발성 물질(산화안티몬, 산화몰리브덴)을 분리ㆍ냉각하여 분말형태로 포집하여 1차 분리감용 시킨 후, 우라늄 폐기물을 600 내지 1300℃ 온도로 감온하고 유리화제를 첨가하여 유리화되어 용융된 우라늄 폐기물을 얻고, 상기 유리화되어 용융된 우라늄 폐기물을 고화시켜 유리화된 중저준위의 우라늄 폐기물(고화체) 제조하여 2차 감용을 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이 본 발명은 우라늄 폐기물을 비정질 유리화하고 안티몬을 제거함으로 높은 감용 달성할 수 있다.

본 발명의 처리방법을 사용하여 효과적으로 처리될 수 있는 우라늄을 함유하는 방사성 폐기물은 우라늄 폐촉매, 특히 아크로니트릴 생산용 우라늄 폐촉매(예; MAC-3), 우라늄안티몬산화물, 산화안티몬 및 산화규소를 주성분으로 하며 Fe, Mo 및 Bi를 함유하는 우라늄 폐기물, 또는 규조토(또는 토양)와 혼재되어 있는 우라늄 폐기물이다.

본 발명의 한 특징은 상기 1200 내지 1800℃ 온도에서 수행되는 분리 및 수거 단계인데, 이는 우라늄 폐기물에 함유되어 있는 각종 물질의 융점과 비점의 차이를 이용한 것이다. 일 예로, 산화안티몬의 융점과 비점은 각각 656℃, 1425℃ 이고, 산화몰리브덴의 융점과 비점은 795℃와 1155℃이다. 그러나 우라늄, 산화규소, Fe, Bi의 비점은 상기 온도보다 높다. 따라서 상기 비점의 차이에 의해 1200 내지 1800℃ 온도보다 비점이 낮은 산화안티몬, 산화몰리브덴을 포함하는 휘발성 물질을 우라늄 폐기물에서 기체로 분리시켜 냉각을 통해 분말의 형태로 회수할 수 있게 되는 것이다. 국내에서 주로 사용하고 있는 MAC-3 같은 우라늄 폐촉매는 약25중량%가 산화안티몬이며 상기 휘발분리 제거로 상당량의 방사성폐기물 감용효과를 얻게 된다. 이때, 비점의 차이에 의해 포집된 분말형태의 물질은 우라늄폐기물의 자체처분 기준을 만족하도록 우라늄의 비말 동반을 억제하여 포집하는 것이 바람직하다.

휘발성 물질을 기화시켜 분리 회수한 후, 온도를 600 내지 1300℃로 낮추어 잔여 폐기물을 유리화를 시킨다. 우라늄 폐기물을 유리화시키기 위해서는 산화 규소에 산소를 제공하여 산화규소의 결정구조를 절단하고 오쏘실리케이트(orthosilicate) 이온을 만들 수 있는 산화알루미늄 같은 산화물 형태의 유리화 제가 필요하다. 그러나 규조토나 토양이 혼재된 우라늄 폐기물인 경우, 규조토나 토양에 함유된 산화알루미늄 등이 유리화제의 역할을 한다. 따라서 규조토나 토양의 분량과 성분에 따라 추가적인 유리화제를 적정량 첨가하는 것이 바람직하다.

우라늄 폐촉매는 반응면적을 크게 하기 위해 많은 기공을 갖는 분말상이다. 폐촉매와 혼재된 규조토나 토양이 비정형 유리로 변형되면 많은 부피 감용효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 방사성 폐기물을 지하 처분장에서 상태계로부터 안정하게 격리시키켜야 한다. 방사성폐기물은 물과 접촉시 침출성이 적어야하므로 방사성폐기물의 유리화는 중저준위 방사성폐기물의 고정화 기술 중에서 가장 우수한 방법으로 평가 받고 있다.

따라서 우라늄 폐촉매를 포함하는 우라늄 폐기물의 유리화는 높은 감용성과 처분 안전성을 만족시키는 방사성폐기물의 감용 및 고정화 방법이다. 특히, 규조토나 토양이 혼재된 우라늄폐기물의 경우에는 규조토나 토양 자체를 유리화제로 이용함으로 씨멘트 같은 고정화제의 추가에 의한 방사성폐기물 부피증가가 거의 없게 된다.

우라늄 폐기물을 용융시켜 슬래그화하여 유리화시키기 위해 첨가되는 상기 유리화제는 CaO, MnO 및 Na₂O에서 하나 이상 선택된 염기성산화물, Al₂O₃ 및 Fe₂O₃에서 하나 이상 선택된 중성산화물, 또는 이들이 혼합된 산화물인 것이 바람직하다. 이때, 상술한 바와 같이 우라늄 폐기물이 규조토가 섞여있는 경우, 규조토 성분에 존재하는 산화알루미늄은 상기 유리화제의 역할을 수행하게 되므로, 추가적인 유리 화제의 소요량을 최소화 할 수 있다. 또한, 상기 폐기물의 휘발성 성분을 분리 제거한 후 폐기물 내에 잔여하는 규소산화물 등이 우라늄 폐기물의 유리화 매체로 이용될 수 있다.

상기 유리화제를 투입하고, 바람직하게는 산소를 흘려 상기 휘발성 물질이 제거된 우라늄 폐기물을 600 내지 1300℃ 온도에서 용융처리 한다.

우라늄 폐기물을 용융시켜 슬래그화하여 유리화하는 기술적 배경을 살펴보고자한다. 일반적으로 슬래그의 구성성분은 이들 내의 화학적 성분 거동에 따라 염기성 산화물(CaO, MnO, FeO, Na₂O), 산성 산화물(SiO₂, P₂O₅), 중성 산화물(Al₂O₃, Fe₂O₃), 염(CaF₂, Na₂AlF₆(cryolite), CaS)로 나눌 수 있다. SiO₂ 산소원자와 규소원자들 사이의 공유결합은 Si원자에서 2개의 전자의 부족을 나타내는데, 이는 SiO₂ 결정격자에서 이웃하는 분자의 산소원자에 의해 조절될 수 있다. 순수한 SiO₂는 완전한 3차원 배열의 결정구조로 결합되어 있는데, 염기성 산화물을 순수한 SiO₂ 융체에 첨가하면 크리스토발라이트(cristobalite)의 결정격자의 사면체 연결이 끊어지게 된다. 염기성 산화물을 계속 첨가하면 끊어진 고리의 수 또한 증가한다.

실제 슬래그를 구성하는 산화물 단독으로는 녹는점이 매우 높기 때문에 상기 600 내지 1300℃ 온도에서 우라늄 폐기물이 용융되어 슬래그화 되도록 우라늄 폐기물의 종류에 따라 상기 유리화제를 조절하여 첨가한다. 이를 위해 바람직하게는 우라늄 폐기물에 존재하는 산화규소 100 중량부에 대하여 상기 유리화제를 10 내지 90 중량부 첨가하는 것이 바람직하다.

도 2는 철과 산소의 상태도(phase diagram)이다. 이 계에서 용융 공정에서 관심을 갖는 것은 액상의 온도 영역이다. 도 2의 상태도에 보듯이 이 계에는 용융 금속과 용융 산화물의 두 액상 영역이 존재하고, 이들 사이에는 넓은 범위의 혼합 간격(miscibility gap)이 존재한다. 도 2에서 왼쪽 끝부분은 용철이 차지하는 영역이며, A점은 순철의 녹는점 1,536℃를 나타낸다. 용철 중에 산소가 용해되면 철의 녹는점이 감소되는데, 0.16% 산소(O)에서 1,528℃가 되며, 이때 고상과 액상 철은 산소를 22.6% 포함하는 용융 산화철과 평형을 이룬다(B, C점). 더 높은 온도에서는 산소를 포함한 용철만이 용융 산화물과 평형을 유지하며 존재한다.

도 3은 엘링험 다이어그램(Ellingham diagram)에 의해 여러 가지 산화물의 상대적 안전성을 보여주고 있는 온도에 따는 산화 반응의 자유에너지(Gibb's free energy)이다. 도 3의 자유에너지는 2Ca + O₂ = 2CaO, 1.33Al+O₂ =0.667Al₂O₃, 2Co+O₂ = 2CoO, 2Fe + O₂ = 2FeO, U+O₂ = UO₂의 반응에 따른 자유에너지이다.

도 4는 본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법이 수행되는 장치의 일 예이다. 상기 휘발성 물질을 분리 수거하는 단계 및 상기 우라늄 폐기물을 용융시켜 슬래그화하여 유리화시키는 단계는 단일한 로(furnace, 110)에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 로는 자기유도로(Induction furnace), 전기아크로(Arc furnace) 또는 콜드 크루시블 용융로(cold crucible induction furnace)일 수 있다. 상기 로(110)가 1200 내지 1800℃ 온도로 가온되면 우라늄 폐기물에 함유되어 있는 휘발 성 물질이 휘발되어 필터(120)를 거쳐 냉각/포집기(130)에서 냉각되어 분말형으로 포집되게 된다. 이후, 상기 로(110)는 600 내지 1300℃ 온도로 감온되고, 상기 유리화제가 첨가되어 상기 우라늄 폐기물은 용융상의 슬러그가 된다. 이때, 도 2 내지 도 3을 통해 기술한 바와 같이 융점을 낮추고 슬러그화를 용이하게 하기 위해 산소 또는 산소를 함유한 공기가 흐르는 분위기거나 공기(또는 산소) 분위기에서 수행되는 것이 바람직하다. 공기(또는 산소)를 흘리거나 공기(또는 산소)로 버블링시키는 경우, 바람직하게 산화안티몬 100 중량당 산소 10 내지 50 중량 투입되는 것이 바람직하다. 유리화된 용융상의 상기 우라늄 폐기물이 로(110)의 하부 태핑(tapping, 111)을 통해 방출 및 냉각되어 최종 처리물인 고화체를 얻을 수 있다. 상기 하부 태핑(111)을 통한 방출여부를 조절하기 위해 태핑(111)의 하단에 개폐 밸브(112)가 구비된 것이 바람직하다.

도 5는 상술한 본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법을 통해 감용 및 고정화된 고화체의 사진이다. 도 5(a)는 처리전 우라늄 폐기물의 사진이며, 도 5(b)는 처리후 고화체의 사진이다.

도 6은 본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법에 의해 감소되는 부피를 정리하여 도시한 그래프이다.

상술한 본 발명의 처리방법을 통해 얻어지는 유리화된 우라늄폐기물의 우라늄농도는 국내 중저준위방사성폐기물 처분제한치(천연우라늄과 감손우라늄 기준 우라늄 농도 각각 14.6 및 25.2중량%이하)를 만족하는 특징을 가지고, 규조토가 다량 혼합되어 우라늄 폐기물이 함유하는 우라늄 농도가 처분제한치보다 훨씬 적을 경우 에는 그 핵종농도 여유분만큼 소각재 같은 타 방사성폐기물을 혼합하여 본 발명의 처리방법을 시행할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 우라늄 폐기물의 종류, 처리 장치와 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법의 공정을 도시한 일 흐름도이며,

도 2는 철과 산소의 상태도(phase diagram)이며,

도 3은 각종 산화물의 상대적 안전성을 보여주는 엘링험 다이어그램(Ellingham diagram)이며,

도 4는 본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법이 수행되는 장치의 일 예이며,

도 5는 본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법을 통해 감용 및 고정화된 고화체의 사진이며, 도 5(a)는 처리전 우라늄 폐기물의 사진이며, 도 5(b)는 처리후 고화체의 사진이며,

도 6은 본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법에 의해 감소되는 부피를 정리하여 도시한 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

110 : 로(furnace) 120 : 필터

130 : 냉각/포집기 111 : 하부 태핑

112 : 개폐 밸브

Claims (11)

1. 하기의 단계를 포함하여 수행되는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.

   (a) 우라늄을 함유하는 폐기물을 1200 내지 1800℃로 가온하여 휘발성 물질을 분리ㆍ냉각하여 포집하는 단계; 및

   (b) 상기 폐기물을 600 내지 1300℃로 감온하고 유리화제를 첨가하여 상기 폐기물을 유리화시키는 단계;
2. 제 1항에 있어서, (a) 단계의

   상기 폐기물은 아크로니트릴 생산용 우라늄 폐촉매인 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
3. 제 1항에 있어서, (a) 단계의

   상기 폐기물은 우라늄안티몬산화물, 산화안티몬 및 산화규소를 주성분으로 하며 Fe, Mo 및 Bi를 함유하는 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
4. 제 1항에 있어서, (a) 단계의

   상기 폐기물은 규조토 또는 토양을 포함하는 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
5. 제 2항 내지 제 4항에서 선택된 어느 한 항에 있어서, (a) 단계의

   상기 휘발성 물질은 산화안티몬, 산화몰리브덴 또는 이들의 혼합물이며, 상기 분리ㆍ냉각에 의해 분말로 포집하며, 상기 분말의 우라늄 함량이 0.0005 내지 0.005 중량%가 되도록 우라늄의 비말 동반을 억제하는 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
6. 제 1항에 있어서, (b) 단계의 우라늄농도는 0.005 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
7. 제 1항에 있어서, (b) 단계의

   상기 유리화제는 CaO, MnO 및 Na₂O에서 하나 이상 선택된 염기성산화물, Al₂O₃ 및 Fe₂O₃에서 하나 이상 선택된 중성산화물, 또는 이들이 혼합된 산화물인 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
8. 제 5항 또는 제 7항에 있어서, (b) 단계의

   상기 유리화제는 상기 규조토에 함유된 산화알루미늄, 상기 염기성산화물, 상기 중성산화물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
9. 제 7항에 있어서, (b) 단계의

   상기 유리화 단계에 냉각 공기 또는 산소가 공급되는 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 (a) 단계 및 상기 (b) 단계는 단일한 로(furnace)에서 수행되며, 상기 로는 자기유도로(Induction furnace), 전기아크로(Arc furnace) 또는 콜드 크루시블 용융로(cold crucible induction furnace)인 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 (b) 단계는 유리화된 용융상의 상기 폐기물이 로(furnace)의 하부 태핑을 통해 방출 및 냉각되어 수행되는 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.

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