KR20190075599A - Volume Reduction and Vitrification Treatment Method for Spent Uranium Catalyst Waste without Generation of Secondary Wastes - Google Patents

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KR20190075599A
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조남찬
주영종
김기태
이종현
넬싯얀 하이크
이태혁
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한전원자력연료 주식회사
충남대학교산학협력단
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    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28Treating solids
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    • G21F9/302Processing by fixation in stable solid media in an inorganic matrix
    • G21F9/305Glass or glass like matrix

Abstract

The present invention relates to a uranium waste immobilization processing method capable of reducing volume of uranium waste catalyst up to 1/4, satisfying uranium concentration limit of intermediate/low level radioactive waste without generating secondary waste by adding a vitrification agent into the uranium waste catalyst to vitrify the uranium waste catalyst. The method comprises: a step (1) of mixing uranium waste catalyst with the vitrification agent to manufacture silicate or borosilicate having low melting temperature; and a step (2) of charging the mixture into a crucible to melt and vitrify the same. According to the present invention, by mixing uranium waste catalyst with the vitrification agent and performing a melting process in a crucible, it is possible to reduce volume up to 1/4 such that a domestic disposal site to be constructed in the future is used effectively and cost for disposing of uranium waste catalyst can be reduced.

Description

2차 폐기물이 발생하지 않는 우라늄 폐 촉매의 감용 및 고정화 처리 방법 {Volume Reduction and Vitrification Treatment Method for Spent Uranium Catalyst Waste without Generation of Secondary Wastes}Technical Field [0001] The present invention relates to a method for reducing and securing uranium waste catalysts in which secondary wastes are not generated,

본 발명은 2차 폐기물 발생이 없는 우라늄 폐 촉매 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유리화제를 이용하여 처분되어야 할 우라늄 폐 촉매의 고정화 및 부피감용과 고정화시킴과 동시에 우라늄 폐 촉매 처리 공정에서 2차 폐기물이 발생하지 않는 우라늄 폐 촉매의 처리 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for treating uranium waste catalysts free from secondary wastes. More particularly, the present invention relates to a method for treating waste uranium catalysts, which comprises the steps of immobilization of uranium spent catalyst to be disposed of, The present invention relates to a method for treating spent uranium catalysts in which no waste is generated.

방사성 폐기물은 자연환경에 미치는 위해성이 높아 방사선 반감기간을 고려하여 그 위해성이 사라질 때까지, 특정의 처분장에서 장기간 외부환경으로부터 고립, 관리되어야 한다. 장기간 동안 방사성 폐기물로부터 자연환경으로 위해성 물질이 외부 확산되는 것을 방지하기 위해, 방사성 폐기물이나 방사성 핵종들은 여러 가지 물질들에 의해 고정화되어야 하며, 이때 방사성 폐기물의 물리화학적 특성에 따라 시멘트, 플라스틱, 아스팔트, 유리 및 세라믹 등의 물질을 이용하여 고화 처리를 한다.Radioactive waste should be isolated from the external environment for a long period of time at a specific repository until the risks are neglected due to the high risks to the natural environment, taking into account the radiation half-life period. Radioactive waste or radionuclides must be immobilized by a variety of materials in order to prevent the outgassing of hazardous materials from the radioactive waste to the natural environment for a long period of time. At this time, depending on the physicochemical properties of the radioactive waste, cement, plastic, asphalt, The material is solidified using materials such as glass and ceramics.

국내에서는 1970년대 이후 합성 섬유 원료인 아크릴로니트릴(Acrylonitrile: CH2=CHCN)을 생산하기 위하여 다공성의 산화규소 (지지체: SiO2)에 우라늄 (U)과 안티몬(Sb)의 복합 산화물인 USbO5 또는 USb3O10를 담지한 우라늄 촉매가 개발되었다. 이러한 우라늄 촉매의 우라늄은 우라늄-235가 대부분 제거되고 거의 우라늄-238 만을 갖는 감손 우라늄만을 사용한다. In Korea, acrylonitrile, synthetic fiber materials since the 1970's acrylic composite oxide of USbO 5 of uranium (U) and antimony (Sb) to:: (SiO 2 substrate) (Acrylonitrile CH 2 = CHCN) in the porous silicon oxide to produce Or USb 3 O 10 supported uranium catalysts have been developed. Uranium of this uranium catalyst uses only depleted uranium with almost all of uranium-235 removed and almost uranium-238 only.

국내의 경우, 이러한 우라늄 폐 촉매는 원자력법에 근거하여 방사성 폐기물로 처리해야 하는 실정에 있다. 국내 한 민간 기업의 경우 2004년까지 이러한 우라늄 촉매를 이용한 아크릴계 합성 섬유를 생산하였으며 그간 약 7,100 드럼 (1드럼 = 200리터)의 우라늄 폐 촉매가 발생되어 저장되어 있다.   In Korea, these uranium waste catalysts have to be treated as radioactive waste based on the Atomic Energy Act. In the case of a domestic private company, acrylic synthetic fibers using uranium catalyst were produced until 2004, and about 7,100 drums (1 drum = 200 liters) of uranium spent catalyst were generated and stored.

국내 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 인도 규정은 과기부 고시 제 205-18에 따르면, 방사성 폐기물 고화 체의 경우 알파방사능 기준치가 3,700Bq/g 이하로, 이것은 천연 우라늄일 경우 우라늄 함량이 14.6 중량부, 감손 우라늄일 때 우라늄 함량이 25.2중량부에 해당된다. 이러한 방사성 폐기물이 비방사성 폐기물 수준으로 환경에 방출하기 위해서는 고체 폐기물 내 우라늄이 약 0.005 중량부 이하의 매우 낮은 우라늄 농도를 가져야 한다. According to Article 205-18 of the Ministry of Internal Affairs and Communications, the radioactivity standard value of radioactive waste is less than 3,700 Bq / g, which is 14.6 parts by weight of uranium in case of natural uranium, Uranium content corresponds to 25.2 parts by weight. In order for these radioactive wastes to be released to the environment at the level of non-radioactive waste, uranium in the solid waste must have a very low uranium concentration of less than about 0.005 part by weight.

현재 국내에서 발생된 감손 우라늄을 사용한 우라늄 폐 촉매의 방사능은 향후 경주 지역에서 운영될 방사성 폐기물 처분장 인수기준에는 부합하나, 현재 처분 비용이 200L 드럼 당 850 만 원 정도이지만, 향후 처분비용이 드럼 당 대략 1,000만 원 수준에 도달할 것으로 예측하고 있고, 우라늄 폐 촉매의 처분을 위한 고화 체 제조 과정에서 첨가물에 의한 부피 증가를 감안하면, 최종 처분될 폐기물은 거의 10,000 드럼에 육박할 것이며, 이는 처리 비용을 제외하고도 직접 처분 시 비용이 1,000억에 육박할 수 있다. At present, the radioactivity of uranium waste catalyst using the depleted uranium generated in Korea is in conformity with the acceptance criteria of radioactive waste repository to be operated in Gyeongju in the future, but the disposal cost is about 8.5 million won per 200L drum, It is estimated that the final disposal waste will reach nearly 10,000 drums, considering the volume increase due to additives in the process of manufacturing solid waste for the disposal of uranium waste catalyst, Except for this, direct disposal costs can reach 100 billion won.

우라늄 폐 촉매에 사용된 우라늄은 감손 우라늄으로 경제적 가치가 거의 없으므로 우라늄만 선택적으로 완전히 방사성 폐기물 처분장에 처분한다면, 처분 대상 폐기물의 부피감용은 이론적으로 최대 약 95% 정도까지 가능하며, 이때 분리된 우라늄만 처분 비용은 50억 정도가 된다. 하지만, 우라늄 폐 촉매에 포함되어 있는 Fe, Si, Sb 및 기타 원소로부터 우라늄을 화학적으로 분리하는 것은 기술적으로 매우 어려우며, 우라늄의 양을 줄이는 측면에서는 유리하나, 화학적 분리 공정에서 사용되는 산성용액 또는 알칼리성 용액으로 인한 2차 폐기물 발생과 용액 내에서 완전히 분리되지 않은 우라늄은 새로운 오염원으로 작용할 것이다. 또한, 우라늄 폐 촉매 내에서 완벽하게 우라늄을 분리 한다고 하더라도 이는 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 인도 규정의 우라늄 함량을 초과하게 되는 문제점이 있다. Since uranium used in the uranium waste catalyst has little economic value as the depleted uranium, if the uranium is selectively selectively disposed of in the radioactive waste repository, the volume of waste to be disposed can be theoretically up to about 95% The disposal cost is about 5 billion won. However, it is technically very difficult to chemically separate uranium from Fe, Si, Sb, and other elements contained in the uranium spent catalyst, and it is advantageous in terms of reducing the amount of uranium, but the acidic solution or alkaline The generation of secondary wastes from the solution and uranium that is not completely separated in solution will act as a new source of pollutants. Also, even if uranium is completely separated from uranium spent catalyst, it has a problem of exceeding the uranium content of the regulation for the middle and low level radioactive waste delivery.

그러므로 향후 건설될 국내 처분장의 효과적인 사용과 우라늄 폐 촉매 처분 비용의 감소 관점에서 2차 폐기물의 발생이 없으며, 중ㆍ저준위 방사성 폐기물 인도 규정의 우라늄 함량을 초과하지 않는 우라늄 폐 촉매의 감용화 처리 기술은 국가적인 차원에서 시급히 개발이 필요한 기술이다. Therefore, there is no generation of secondary wastes in view of the effective use of the domestic repository to be constructed and the reduction of the cost of disposal of uranium waste catalysts, and the technology for screening uranium waste catalysts that does not exceed the uranium content of the regulations on the delivery of low- and mid- It is a technology that urgently needs to be developed at the national level.

기존의 우라늄 폐 촉매의 감용 처리 방법은 등록 특허 10-0587157에서 제시한 바와 같이 탄산나트륨 (NaCO3), 탄산수소나트륨 (NaHCO3) 등의 나트륨 화합물을 우라늄 폐 촉매와 혼합 하여 1000~1600 ℃의 온도에서 반응시켜 규산나트륨(Na2SiO3)을 만든 후, 이를 10~200 ℃의 온도의 물과 혼합하여 액상 규산나트륨을 생성시키고, 액상의 규산나트륨과 용존 하지 않는 고체 물질을 고액분리기로 분리하는 방법이다. 등록 특허 제 10-1207339에서는 우라늄 폐 촉매를 탄산알칼리와 고온에서 반응시켜 알칼리염을 만든 후 이를 물에 용해시킨다. 제조된 수용액에 탄산염을 첨가하여 우라늄을 침출 후 금속우라늄으로 회수하는 방법이다. 등록특허 10-926462에서는 우라늄 촉매를 고온에서 가열하여 산화안티몬 (Sb2O3), 산화몰리브덴 (MoO3)과 같은 휘발성 물질을 분리하고, 휘발성 물질이 분리 제거된 나머지 폐기물에 유리화 제를 첨가하여 고온에서 용융하여 유리화된 우라늄 고화 체를 제조하는 방법이다. 미국 등록 특허 US9181605 B2에서는 우라늄 폐 촉매를 알칼리 용액에 용해시키고, 용해되지 않은 물질은 산성 용액에 용해를 시킨다. 이후 탄산염과 과산화수소를 이용하여 pH를 조절하여 규소 (Si)와 우라늄 (U)을 각각 분리하는 공정이다. A conventional method for depressurizing uranium waste catalyst is a method in which sodium compounds such as sodium carbonate (NaCO 3 ) and sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) are mixed with a uranium spent catalyst as disclosed in Patent Document 10-0587157, after reacting in made of sodium silicate (Na 2 SiO 3), to this mixture and the temperature of 10 ~ 200 ℃ water to produce a liquid sodium silicate, to separate the solid material of a liquid sodium silicate and is not dissolved in the solid-liquid separator Method. In Patent Registration No. 10-1207339, an uranium waste catalyst is reacted with an alkali carbonate at a high temperature to form an alkali salt, which is then dissolved in water. A carbonate is added to the prepared aqueous solution to extract uranium and recover it as metal uranium. In Patent Document 10-926462, a uranium catalyst is heated at a high temperature to separate volatile substances such as antimony oxide (Sb 2 O 3 ) and molybdenum oxide (MoO 3 ), and vitrification agents are added to the remaining waste in which volatile substances are separated and removed And melting at high temperature to produce vitrified uranium solidified body. U.S. Patent No. 9,181,602 B2, in which uranium spent catalyst is dissolved in an alkali solution, and the undissolved material is dissolved in an acidic solution. Then, pH is controlled by using carbonate and hydrogen peroxide to separate silicon (Si) and uranium (U).

상술한 종래의 우라늄 처리기술은 고온 용융 반응공정, 고온고압 액상 반응공정, 원심분리, 고온 휘발 공정 등 복합한 공정장치로 인해 경제성이 낮다. 또한 수용액으로 규소(Si)를 분리하고 잔여 우라늄을 고화하는 기존 기술은 액상 폐기물에 우라늄의 잔류로 인한 방사성 액상 폐기물 처리가 별도로 필요하다. 특히 우라늄 폐 촉매 폐기물은 중ㆍ저준위방사성폐기물의 국내 우라늄 농도 제한치(3,700Bq/g 이하, 천연 우라늄 기준 14.6 중량부 이하, 감손 우라늄 25.2 중량부 이하)를 만족해야 한다. 그러나 우라늄 폐 촉매의 높은 우라늄 함량으로 인해 산화규소의 전량 제거 시 중ㆍ저준위방사성폐기물의 우라늄 농도 제한치를 초과하기에 산화규소의 전량 제거가 불가하나 기존의 기술들은 대부분은 불필요한 규소 및 산화규소의 전량 분리를 시도하고 있다. The above-described conventional uranium processing technology has low economic efficiency due to a combined process apparatus such as a high-temperature melt reaction process, a high-temperature high-pressure liquid phase reaction process, a centrifugal separation, and a high-temperature volatilization process. In addition, existing technologies for separating silicon (Si) from aqueous solution and solidifying residual uranium require separate treatment of radioactive liquid waste due to the residual uranium in the liquid waste. In particular, the uranium waste catalyst wastes must satisfy the domestic uranium concentration limit (less than 3,700 Bq / g, less than 14.6 parts by weight of natural uranium, and less than 25.2 parts by weight of depleted uranium) of low- and mid-level radioactive waste. However, due to the high uranium content of the uranium spent catalyst, it is impossible to remove all of the silicon oxide because of exceeding the uranium concentration limit of the middle and low level radioactive waste when all the silicon oxide is removed. However, most of the existing technologies do not include all the unnecessary silicon and silicon oxide We are trying to separate.

이에 본 출원인은 우라늄 폐 촉매에 유리화 제를 첨가하여 우라늄 폐 촉매를 유리화 시켜 2차 폐기물의 발생이 없으며, 중ㆍ저준위방사성폐기물의 우라늄 농도 제한치를 만족하며, 우라늄 폐 촉매의 부피감용이 최대 1/4까지 가능한 방법을 제공하고자 한다. The Applicant has found that the addition of a vitrification agent to the uranium waste catalyst liberates the uranium spent catalyst to liberate secondary wastes, satisfies the uranium concentration limit of the low- and mid-level radioactive wastes, To provide a possible method.

한국 등록특허 제 10-0587157호 (2006. 05. 29 등록)Korean Registered Patent No. 10-0587157 (Registered on May 29, 2006) 한국 등록특허 제 10-0926462호 (2008. 11. 05 등록)Korean Registered Patent No. 10-0926462 (Registered on Nov. 05, 2008) 한국 등록특허 제 10-1207339호 (2012. 11. 27 등록)Korean Registered Patent No. 10-1207339 (Registered Nov. 27, 2012) 미국 등록특허 US9181605 B2 (2015.11.10.)US registered patent US 9181605 B2 (Nov. 10, 2015)

본 발명의 목적은, 우라늄을 함유하고 있는 폐 촉매의 부피감용 및 고정화 처리방법을 제공함으로써, 2차 폐기물의 발생 없이 우라늄 폐 촉매의 부피를 효과적으로 감용 시키며 국내 중ㆍ저준위방사성폐기물 처분장 수용 기준을 만족시키는 우라늄 폐 촉매의 처리 방법을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a volumetric and immobilization treatment method of spent catalyst containing uranium to effectively absorb the volume of uranium spent catalyst without generating secondary wastes and satisfy the domestic standard of low and mid level radioactive waste repository And a method for treating uranium spent catalyst.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 고체 분말의 우라늄 폐 촉매를 유리화제와 혼합하여 혼합물을 제조 단계; 및 (2) 상기 혼합물을 도가니에 장입 후 용융하여 유리화 시키는 단계를 포함하며, 상기 유리화제는 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 산화물, 붕산염, 산화 붕소, 산화알루미늄 또는 이들이 혼합된 산화물인 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법을 제공하는 것을 본 발명의 일 측면으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing a mixture comprising: (1) mixing a uranium waste catalyst of a solid powder with a vitrification agent to prepare a mixture; And (2) charging the mixture into a crucible, melting and vitrifying the mixture, wherein the vitrification agent is an immobilization treatment method of uranium waste which is an alkali metal carbonate, an alkali oxide, a borate, a boron oxide, As an aspect of the present invention.

상기 (1) 단계의 상기 우라늄 폐 촉매는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이 이산화규소(SiO2) 지지체에 담지 된 형태일 수 있다.The uranium spent catalyst in the step (1) may be in the form of a compound represented by the following general formula (1) supported on a silicon dioxide (SiO 2 ) support.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

UwSbxMyOz U w Sb x M y O z

(M=Fe, Al, Mo, V, Bi 중에서 선택된 어느 하나 이상이고, w, x, y, z는 산화물을 구성하는 몰 비이다.)(M = at least one selected from among Fe, Al, Mo, V and Bi, and w, x, y and z are molar ratios constituting the oxide).

상기 (1)단계의 상기 우라늄 폐 촉매의 우라늄(U) 농도는 우라늄 폐 촉매 100 중량부 대비 0.005 내지 25 중량부일 수 있다.The uranium (U) concentration of the uranium spent catalyst in the step (1) may be 0.005 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the uranium spent catalyst.

상기 알칼리 금속 탄산염은 Na2CO3, K2CO3, CaCO3 및 MgCO3 중 적어도 하나 이상일 수 있다.The alkali metal carbonate may be at least one or more of Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , CaCO 3 and MgCO 3 .

상기 알칼리 산화물은 Na2O, K2O, CaO 및 MgO 중 적어도 하나 이상일 수 있다.The alkali oxide may be at least one or more of Na 2 O, K 2 O, CaO and MgO.

상기 붕산염은 NaBO2, Na2B4O7, KBO2 및 CaBO3 중 적어도 하나 이상일 수 있다.The borate salt may be at least one or more of NaBO 2 , Na 2 B 4 O 7 , KBO 2 and CaBO 3 .

상기 (1) 단계는 우라늄 폐 촉매 100 중량부에 대하여 상기 유리화 제 5 내지 20 중량부를 혼합하여 제조된 혼합물을 이용할 수 있다.In the step (1), a mixture prepared by mixing 5 to 20 parts by weight of the vitrification with respect to 100 parts by weight of the uranium waste catalyst may be used.

상기 (2) 단계에서 상기 가열온도는 1000 내지 1300 ℃의 온도이며, 용융은 1 내지 4 시간 동안 수행되는 것일 수 있다.In the step (2), the heating temperature may be 1000 to 1300 ° C, and the melting may be performed for 1 to 4 hours.

또한, 본 발명은 상기의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법으로 제조된 압축 강도 18 내지 23.5 MPa인 우라늄 폐기물 고화체를 제공하는 것을 본 발명의 다른 측면으로 한다.It is another aspect of the present invention to provide a uranium waste solidified body having a compressive strength of 18 to 23.5 MPa produced by the method for immobilizing uranium waste.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 우라늄 폐 촉매는 물론 우라늄 함유 방사성 폐기물을 단일 공정을 통해 부피감용과 고정화를 동시에 진행하여 중ㆍ저준위 방사성 폐기물로 처분할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, uranium-containing radioactive waste as well as uranium-containing waste catalysts can be simultaneously disposed for volume and immobilization through a single process, and can be disposed of as low- and mid-level radioactive waste.

또한, 본 발명은 단일 공정을 통한 방사성 폐기물을 처리함으로써 경제성이 높고 2차 폐기물이 발생하지 않아, 국내 중ㆍ저준위 방사성폐기물 처분장 수용 기준 (3,700Bq/g 이하, 천연 우라늄 기준 14.6wt%,이하, 감손 우라늄 25.2wt% 이하)을 만족함과 동시에 폐기물의 부피를 1/3 내지 1/4로 감용 시키는 효과가 있다.In addition, the present invention is economically feasible by treating radioactive waste through a single process, does not generate secondary wastes, and is suitable for domestic low-level radioactive waste repository acceptance standards (3,700 Bq / g or less, 14.6 wt% 25.2 wt% or less of depleted uranium), and at the same time, the volume of waste is reduced to 1/3 to 1/4.

도 1은 본 발명의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법을 통해 감용 및 고정화 된 고화 체 이미지이며, 도 1(a)는 처리 전 우라늄 폐기물과 유리화 제를 혼합한 사진이며, 도 1(b)는 용융처리 후 고화 체의 이미지이다.Fig. 1 (a) is a photograph showing a mixture of uranium waste and a vitrification agent before treatment, Fig. 1 (b) is a photograph showing a mixture of uranium waste and a vitrification agent, It is an image of a solidified body.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 일 형태에 따른 우라늄 폐 촉매의 감용 및 고정화 처리방법은 (1) 우라늄 폐 촉매 및 유리화 제를 혼합하여 혼합물을 만드는 단계; 및 (2) 상기 혼합물을 가열하는 단계를 포함한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for reducing and immobilizing uranium waste catalyst, comprising the steps of: (1) mixing a uranium waste catalyst and a vitrification agent to form a mixture; And (2) heating the mixture.

상기 (1) 단계의 우라늄 폐 촉매는 아크로니틀린 생산용 우라늄 폐 촉매에 국한되지 않고, 상기 우라늄 폐 촉매는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이 이산화규소(SiO2) 지지체에 담지 된 형태일 수 있다.The uranium spent catalyst in the step (1) is not limited to the uranium spent catalyst for producing acornitrine, and the uranium spent catalyst may be a form in which a compound represented by the following formula 1 is supported on a silicon dioxide (SiO 2 ) support .

[화학식 1][Chemical Formula 1]

UwSbxMyOz U w Sb x M y O z

(M=Fe, Al, Mo, V, Bi 중에서 선택된 어느 하나 이상이고, w, x, y, z는 산화물을 구성하는 몰 비이다.)(M = at least one selected from among Fe, Al, Mo, V and Bi, and w, x, y and z are molar ratios constituting the oxide).

상기 (1) 단계의 우라늄 폐 촉매는 이산화규소(SiO2, Silicon dioxide), 산화안티몬(antimony oxide), 우라늄(U) 및 산화철(Iron oxide)를 포함하며, 상기 우라늄 폐 촉매의 우라늄(U) 농도는 우라늄 폐 촉매 100 중량부 대비 0.005 내지 25 중량부일 수 있다.The uranium spent catalyst of the step (1) includes silicon dioxide (SiO 2 ), antimony oxide, uranium (U) and iron oxide, and the uranium (U) The concentration may be 0.005 to 25 parts by weight relative to 100 parts by weight of the uranium spent catalyst.

바람직하게는, 상기 우라늄 폐 촉매에서, 상기 이산화규소는 상기 우라늄 폐 촉매 100 중량부에 44 내지 55 중량부, 상기 산화안티몬은 25 내지 30 중량부, 상기 우라늄은 5 내지 10 중량부 5 내지 10 중량부, 상기 산화철은 1 내지 5 중량부일수 있으며, 상기 산화안티몬은 Sb2O3, Sb2O4 및 Sb2O5 으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 조합일 수 있으며, 상기 산화철은 FeO, Fe2O3 및 Fe3O4 으로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 이상의 조합일 수 있다.Preferably, in the uranium spent catalyst, the silicon dioxide is contained in an amount of 44 to 55 parts by weight based on 100 parts by weight of the uranium spent catalyst, 25 to 30 parts by weight of the antimony oxide, 5 to 10 parts by weight of the uranium, And the iron oxide may be 1 to 5 parts by weight, and the antimony oxide may be one or a combination of two or more selected from the group consisting of Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 and Sb 2 O 5 , , Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 .

상기 (1) 단계의 유리화제는 우라늄 폐기물의 종류에 따라 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 산화물, 붕산염, 산화붕소(B2O3) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합된 산화물일 수 있으며, 이 외에도 저 융점의 규산염 또는 붕규산 유리 형성이 가능한 화합물일 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 알칼리 금속 탄산염은 Na2CO3, K2CO3, CaCO3 및 MgCO3 중 적어도 1 이상이며, 상기 알칼리 산화물은 Na2O, K2O, CaO 및 MgO 중 적어도 1 이상이며, 상기 붕산염은 NaBO2, Na2B4O7, KBO2 및 CaBO3 중 적어도 1 이상일 수 있다.The vitrification agent in step (1) may be one or more selected from the group consisting of alkali metal carbonates, alkali oxides, borates, boron oxide (B 2 O 3 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) May be a mixed oxide of two or more kinds, and may be a compound capable of forming a silicate or borosilicate glass having a low melting point. More specifically, the alkali metal carbonate is at least one or more of Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , CaCO 3 and MgCO 3 , The alkali oxide is at least one or more of Na 2 O, K 2 O, CaO and MgO, and the borate may be at least one of NaBO 2 , Na 2 B 4 O 7 , KBO 2 and CaBO 3 .

상기 (1) 단계는 우라늄 폐 촉매의 유리화 형성을 위해 하나 또는 둘 이상의 유리화제를 혼합하여 첨가할 수 있으며, 그 함량은 우라늄 폐 촉매 100 중량부에 대하여 20 중량부 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10 내지 15 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유리화제가 5 중량부 미만인 경우 우라늄 폐 촉매의 용융이 발생하지 않아 유리화 된 고화체를 제조하기 어려울 수 있으며, 20 중량부를 초과하는 경우 제조비용 증가의 우려가 있으므로 상기 범위로 사용하는 것이 바람직하다. In the step (1), one or two or more of the vitrification agents may be added to the uranium spent catalyst in order to form vitrification, and the content thereof is preferably 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the uranium spent catalyst. More preferably 10 to 15 parts by weight. If the amount of the vitrification agent is less than 5 parts by weight, melting of the uranium waste catalyst may not occur and it may be difficult to produce a vitrified solidified body, and if it exceeds 20 parts by weight, the production cost may increase.

상기 (2) 단계에서 혼합물의 가열의 위해 상기 (1) 단계에서 제조된 혼합물을 흑연(graphite) 도가니에 장입한 후 박스형 전기로에서 용융을 수행할 수 있으며, 우라늄 폐 촉매 고화 체 형성을 위하여 용융 공정은 1000 내지 1300 ℃로 1 시간 내지 4 시간 동안 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1100 내지 1250 ℃에서 2시간 내지 3시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다. In the step (2), the mixture prepared in the step (1) may be charged into a graphite crucible for heating the mixture, and then melted in a box-shaped electric furnace. In order to form a uranium waste catalyst solidified body, Is preferably carried out at 1000 to 1300 ° C for 1 hour to 4 hours, more preferably at 1100 to 1250 ° C for 2 hours to 3 hours.

상기 제조방법으로 제조된 우라늄 폐기물 고화 체는 압축강도 18 내지 23.5 MPa를 가지며, 우라늄 폐 촉매의 초기 부피를 1/3 내지 1/4로 감용 시킨다. The uranium waste solid body produced by the above method has a compressive strength of 18 to 23.5 MPa, and the initial volume of uranium spent catalyst is reduced to 1/3 to 1/4.

또한, 우라늄 농도는 국내 중·저준위 방사성 폐기물의 처분 제한치(3,700Bq/g 이하, 천연 우라늄 기준 14.6wt%, 이하, 감손 우라늄 25.2wt% 이하)를 만족하는 특징이 있다.In addition, the uranium concentration is characterized by satisfying the disposal limit of domestic low-level radioactive waste (3,700Bq / g or less, 14.6wt% based on natural uranium, 25.2wt% or less of depleted uranium).

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

실시예 1.Example 1.

도 1(a)를 참조하면, 이산화규소(SiO2) 지지체에 담지 된 형태로서 하기 표 1의 조성을 가지는 고체 분말의 우라늄 폐 촉매(MAC-3, Solutia Inc.) 90 중량부와 탄산나트륨(Na2CO3) 10 중량부를 혼합한 혼합물을 흑연 도가니에 장입하였다. 이후 흑연 도가니를 박스형 전기로에 장입하여 실험을 진행하였다. 전기로의 승온 속도는 5℃/분으로 실험을 진행하였으며, 용융 및 고화 체 형성을 위하여 1200 ℃에서 4시간 유지하였다. 실험 이후 전기로 내에서 냉각을 하여 고화체를 제조하였다.Referring to Figure 1 (a), silicon dioxide (SiO 2) of the solid powder has to as a form supported on the support a composition of Table 1 Catalyst uranium (MAC-3, Solutia Inc.) 90 parts by weight of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) was charged into a graphite crucible. Then, the graphite crucible was charged into a box-type electric furnace and the experiment was conducted. The heating rate of the electric furnace was 5 ° C./minute and maintained at 1200 ° C. for 4 hours for melting and solidification. After the experiment, the solidified material was cooled in an electric furnace.

조성Furtherance 화학식The 함량(wt%) Content (wt%) silicon dioxide실리콘 이산화물 SiO2 SiO 2 45-5545-55 antimony oxide안 미 산화물 Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5 Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5 25-3025-30 Uranium Uranium UU 5-105-10 Iron oxide Iron oxide FeO, Fe2O3, Fe3O4 FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4 1-51-5

실시예 2.Example 2.

상기 실시예 1에서 고화체 형성을 위하여 1150 ℃에서 실험을 진행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 우라늄 폐 촉매 고화체를 제조하였다. The uranium waste catalyst solidified body was prepared in the same manner as in Example 1, except that the experiment was carried out at 1150 ° C for solidification in Example 1.

실시예 3Example 3

상기 실시예 1에서 고화체 형성을 위하여 1250 ℃에서 실험을 진행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 우라늄 폐 촉매 고화체를 제조하였다. The uranium waste catalyst solidified body was prepared in the same manner as in Example 1, except that the experiment was carried out at 1250 ° C. for solidification in Example 1.

실시예 4Example 4

상기 실시예 1에서 유리화제로 탄산칼륨(K2CO3) 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 우라늄 폐 촉매 고화체를 제조하였다.A uranium spent catalyst solidified body was prepared in the same manner as in Example 1, except that 10 parts by weight of potassium carbonate (K 2 CO 3 ) was used as a vitrification agent in Example 1.

실시예 5Example 5

상기 실시예 1에서 유리화제로 산화붕소(B2O3) 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 우라늄 폐 촉매 고화체를 제조하였다.A uranium spent catalyst solidified body was prepared in the same manner as in Example 1 except that 10 parts by weight of boron oxide (B 2 O 3 ) was used as a vitrification agent in Example 1.

실시예 6Example 6

상기 실시예 1에서 유리화제로 탄산나트륨(Na2CO3)과 산화붕소(B2O3) 혼합물을 10 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 우라늄 폐 촉매 고화체를 제조하였다. A uranium spent catalyst solidified body was prepared in the same manner as in Example 1 except that 10 parts by weight of a mixture of sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and boron oxide (B 2 O 3 ) was used as a vitrification agent in Example 1.

측정예 Measurement example

상기 실시예 1 내지 실시예 6에서 제조한 우라늄 폐 촉매 고화체의 물성을 하기의 방법으로 측정하였다. The physical properties of the uranium spent catalyst solidified bodies prepared in Examples 1 to 6 were measured by the following methods.

(1) 압축 시험(1) Compression test

실시예에 따른 우라늄 폐 촉매 고화체의 압축 강도 측정은 우라늄 고화체를 지름 10mm, 높이 20mm로 가공한 후 ASTM C39 방법에 따라 인장 시험기(MTS-810)를 이용하여 측정하였다.The compressive strength of the uranium waste catalyst solidified body according to the embodiment was measured by using a tensile tester (MTS-810) according to the ASTM C39 method after processing the uranium solidified body to a diameter of 10 mm and a height of 20 mm.

(2) 방사능 침출 실험(2) Radiation leaching experiment

실시예에 따른 우라늄 폐 촉매 고화체의 방사능 침출 실험은 30 내지 35 ℃의 물에서 10일(day) 동안 침지시킨 후 물의 방사능을 측정하였다. The activity of the uranium waste catalyst solidified body according to the embodiment was measured by measuring the radioactivity of water after immersion for 10 days in water at 30 to 35 ° C.

상기 측정예를 수행한 실시예 1 내지 실시예 6의 물성 측정값은 하기 표 2에 정리하여 도시하였다.The measured values of physical properties of Examples 1 to 6 in which the measurement examples were carried out are summarized in Table 2 below.

압축 강도(MPa)Compressive strength (MPa) 방사능 검출량(Bq/ml)Radioactivity detection (Bq / ml) 부피 감소율(%)Volume Reduction Rate (%) 허용치Tolerance 3.44 MPa 이상3.44 MPa or more 0.08 Bq/ml 이하0.08 Bq / ml or less 실시예 1Example 1 22.222.2 0.0690.069 67.767.7 실시예 2Example 2 18.718.7 0.0730.073 62.962.9 실시예 3Example 3 23.523.5 0.0580.058 69.769.7 실시예 4Example 4 20.0520.05 0.0750.075 65.565.5 실시예 5Example 5 19.719.7 0.0810.081 6060 실시예6Example 6 21.621.6 0.0770.077 64.264.2

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.Having described specific portions of the present invention in detail, those skilled in the art will appreciate that these specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (9)

(1) 고체 분말의 우라늄 폐 촉매를 유리화제와 혼합하여 혼합물을 제조 단계; 및
(2) 상기 혼합물을 도가니에 장입 후 용융하여 유리화 시키는 단계를 포함하며,
상기 유리화제는 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 산화물, 붕산염, 산화 붕소, 산화알루미늄 또는 이들이 혼합된 산화물인 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
(1) mixing the uranium waste catalyst of the solid powder with a vitrifying agent to prepare a mixture; And
(2) charging the mixture into a crucible, melting and vitrifying the mixture,
Wherein the vitrification agent is an alkali metal carbonate, an alkali oxide, a borate, a boron oxide, an aluminum oxide or an oxide mixed with them.
제1항에 있어서,
상기 (1) 단계의 상기 우라늄 폐 촉매는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이 이산화규소(SiO2) 지지체에 담지 된 형태인 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
[화학식 1]
UwSbxMyOz
(M=Fe, Al, Mo, V, Bi 중에서 선택된 어느 하나 이상이고, w, x, y, z는 산화물을 구성하는 몰 비이다.)
The method according to claim 1,
Wherein the uranium spent catalyst in the step (1) is a form in which a compound represented by the following formula (1) is supported on a silicon dioxide (SiO 2 ) support.
[Chemical Formula 1]
U w Sb x M y O z
(M = at least one selected from among Fe, Al, Mo, V and Bi, and w, x, y and z are molar ratios constituting the oxide).
제 1 항에 있어서,
상기 (1)단계의 상기 우라늄 폐 촉매의 우라늄(U) 농도는 우라늄 폐 촉매 100 중량부 대비 0.005 내지 25 중량부인 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the uranium (U) concentration of the uranium spent catalyst in the step (1) is 0.005 to 25 parts by weight relative to 100 parts by weight of the uranium spent catalyst.
제 1 항에 있어서,
상기 알칼리 금속 탄산염은 Na2CO3, K2CO3, CaCO3 및 MgCO3 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alkali metal carbonate is at least one of Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , CaCO 3 and MgCO 3 .
제 1 항에 있어서,
상기 알칼리 산화물은 Na2O, K2O, CaO 및 MgO 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the alkali oxide is at least one or more of Na 2 O, K 2 O, CaO and MgO.
제 1 항에 있어서,
상기 붕산염은 NaBO2, Na2B4O7, KBO2 및 CaBO3 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the borate salt is at least one of NaBO 2 , Na 2 B 4 O 7 , KBO 2 and CaBO 3 .
제1항에 있어서,
상기 (1) 단계는 상기 우라늄 폐 촉매 90 중량부에 대하여 상기 유리화 제 5 내지 20 중량부를 혼합하여 제조된 혼합물을 이용하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
The method according to claim 1,
The method for immobilizing uranium waste using the mixture prepared by mixing 5 to 20 parts by weight of the vitrification with respect to 90 parts by weight of the uranium spent catalyst.
제 1 항에 있어서,
상기 (2) 단계는 1000 내지 1300 ℃의 온도에서 1 내지 4 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (2) is performed at a temperature of 1000 to 1300 캜 for 1 to 4 hours.
제 1 항의 우라늄 폐기물의 고정화 처리방법으로 제조된 압축 강도 18 내지 23.5 MPa인 우라늄 폐기물 고화체.A uranium waste solid body having a compressive strength of 18 to 23.5 MPa produced by the method for immobilizing uranium waste according to claim 1.
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