KR20220056649A - 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 고화체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 고화체에 관한 것으로, 상세하게는 Bi2O3, B2O3, ZnO 및 SiO2를 포함하는 고형화 매질을 제공하는 단계, 방사성 탄소를 포함하는 탄산염과 상기 고형화 매질을 혼합한 고형화 혼합물을 제공하는 단계 및 상기 고형화 혼합물을 압축 성형하는 단계를 포함하는, 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법; 및 이에 제조된 고화체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 고화체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사성 탄소를 포함하는 이산화탄소의 광물화 등에 의해 획득되는 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 고화체에 관한 것이다.
원자력 시설의 공기 정화계통에서 발생되는 폐활성탄은 자체 처분 허용 농도를 초과하는 유기물 및/또는 무기물 형태의 3H 및 14C를 함유하고 있으며, 이와 같은 폐활성탄 폐기물량은 점차적으로 증가하는 추세이다. 이러한 폐활성탄은 처리가 용이하지 않은 난처리성 폐기물로 대부분 원자력 시설 내에 저장되어 있기 때문에 이를 방사성 폐기물로 처리할 경우 영구 처분을 위한 처리비용이 상당량 발생될 것이며, 추후 처분공간에 대한 부담이 크게 작용할 것으로 예상된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 상기의 폐활성탄 3H 및 14C를 자체처분이 가능한 수준까지 제거할 수 있는 기술개발을 위한 연구들이 수행되고 있다. 이러한 기술들은 대부분 C-14가 가스상의 14CO2 형태로 배출되기 때문에 이를 안정한 형태로 포집할 수 있는 기술이 필요하며, 예를 들어 가스상의 14CO2를 포집하기 위해 가장 많이 사용되는 알칼리토 원소는 Ca이며, 포집 생성물의 형태는 CaCO3이다.
한편, 이러한 Ca 탄산염인 탄산염 광물 내 C-14의 비율이 일정수준으로 존재할 경우 의료용 또는 고부가가치 제품으로 활용이 가능하지만, 이러한 수준으로 포집 생성물을 얻는 것이 용이하지 않아 대부분이 처분을 고려해야 하는 방사성 폐기물로 분류되어 안정한 형태의 고화체로 처리하여야 한다. 포집 생성물을 고화체로 제조하기 위한 비교적 용이한 방법으로는 상온에서 수행할 수 있는 시멘트 고화방법이나, 이 방법은 고화체 제조에 있어서 양생을 위한 시간 등에 상당 기간이 소요되며, 밀도가 낮아 처분 폐기물이 상당량 발생될 수 있는 문제점을 보유하고 있다.
이러한 문제점과 포집 생성물의 특성을 고려하여 저융점 유리매질을 이용하여 상기의 포집 생성물을 분해되는 온도 아래의 조건에서 균질한 고화체를 제조할 수 있는 고화체 제조방법에 있어서, 고화체의 안정성 및 현장 적용성을 고려한 고화체 제조 시의 세부 조건이 제공되는 경우 관련 분야에서 유용하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
이에 본 발명의 한 측면은 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조 시 고화체의 안정성 증진을 위한 세부 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 압축 강도 및 밀도가 향상되고 안정성이 증진된 고화체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, Bi2O3, B2O3, ZnO 및 SiO2를 포함하는 고형화 매질을 제공하는 단계; 방사성 탄소를 포함하는 탄산염과 상기 고형화 매질을 혼합한 고형화 혼합물을 제공하는 단계; 및 상기 고형화 혼합물을 압축 성형하는 단계를 포함하는 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법이 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법에 의해 제조된 고화체가 제공된다.
본 발명의 고화체 제조방법에 의하면 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체로써 압축 강도 및 밀도가 향상되어 안정성이 증진된 고화체를 획득할 수 있으며, 그 결과 고화체의 처분 안정성이 향상되어 처분 기준을 크게 상회하는 압축 강도 조건에서 균질한 고화체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 고화체 제조에 사용될 수 있는 예시적인 바닥면 분리형 몰드 구조체를 도시한 것이다.
도 2는 압축압력에 따른 고화체의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 3은 탄산염 부하(Waste loading)에 따른 고화체의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 4는 소결 온도에 따른 고화체의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제조된 예시적인 고화체 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 제조된 예시적인 고화체의 SEM-Mapping 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 압축압력에 따른 고화체의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 3은 탄산염 부하(Waste loading)에 따른 고화체의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 4는 소결 온도에 따른 고화체의 XRD 패턴을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제조된 예시적인 고화체 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 제조된 예시적인 고화체의 SEM-Mapping 이미지를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 압축을 통한 소결 고화체를 제조할 때 압축한 시료는 압축 용기인 몰드에서 토출하여 소결하는데, 토출 시 성형체의 형태가 유지되지 않고 부서지는 경우가 잘 발생하나, 본 발명에 의하면 이러한 문제점을 해결하며 고화체의 처분 안정성이 향상되어 처분 기준을 크게 상회하는 압축 강도 조건에서 균질한 고화체를 제조할 수 있는 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법이 제공된다.
보다 상세하게 본 발명의 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법은 Bi2O3, B2O3, ZnO 및 SiO2를 포함하는 고형화 매질을 제공하는 단계; 방사성 탄소를 포함하는 탄산염과 상기 고형화 매질을 혼합한 고형화 혼합물을 제공하는 단계; 및 상기 고형화 혼합물을 압축 성형하는 단계를 포함하는 것이다.
이와 같이 본 발명의 방법에 의하면 압축된 상태로 몰드에서 압축 시료를 분리하지 않고 몰드 내에서 소결 후 소결된 시료를 몰드에서 분리함으로써 제조 공성에서의 실수를 최소화하여 수율을 향상시키고 시료의 회수가 용이해진다.
상기 고형화 매질을 제공하는 단계는 고형화 매질 조성물 전체 중량을 기준으로 Bi2O3 76.1-78.1 wt%, B2O3 8.7-9.1 wt% ZnO 12.0-12.6 wt% 및 SiO2 1.6-1.8 wt%를 포함하는 고형화 매질 조성물을 용융하는 단계; 및 상기 용융된 물질을 냉각시키는 단계를 포함하여 수행될 수 있다.
이때, 상기 Bi2O3, B2O3, ZnO 및 SiO2을 혼합하는 단계는 각 성분을 상기 일정 비율로 혼합하는 것으로, 상기와 같은 함량으로 혼합된 성분으로 고형화 매질의 유리를 제조할 경우, 용융점이 440 내지 460℃인 유리 고형화 매질을 제조할 수 있다. 이때, 바람직하게 상기 각 성분은 예를 들어 전체 성분의 총 몰수를 기준으로 Bi2O3 34.7 내지 35.3몰%, B2O3 27.0 내지 27.1몰%, ZnO 31.9 내지 32.0몰% 및 SiO2 5.8 내지 6.2몰%로 혼합된 것일 수 있다.
상기 용융하는 단계는 Bi2O3, B2O3, ZnO 및 SiO2 분말이 혼합된 분말을 880 내지 950℃의 온도에서 1 내지 2시간 동안 열처리하여 수행될 수 있으나, 상기 분말들을 용융시킬 수 있는 온도라면, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 열 처리 시, 분당 5 내지 10℃ 정도로 승온할 수 있으며, 열처리의 용이성을 고려할 때 공기 분위기로 유지하는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니고, 고농도의 산소 분위기로 열처리를 해도 무방하다.
나아가, 상기와 같이 열처리에 의해 생성된 분말의 용융물은 저융점 유리구조를 가지도록 하기 위해 급속히 냉각시키는 것이 필요하며, 이를 위해 용융물을 수냉하는 것이 가장 효과적이다. 이를 위해 상기 용융물을 신속히 증류수에 들이부음으로써 급속히 냉각시킬 수 있다.
상기의 냉각과정을 거쳐 얻은 유리구조의 냉각물을 분말 형태로 만들기 위해 분쇄하는 양에 따라 다양한 분쇄장치를 사용하여 상기 냉각물을 분쇄할 수 있으며, 예를 들어 상기 분쇄는 상기 저융점 유리분말의 평균 입도 크기가 180 내지 220 메쉬가 되도록 수행할 수 있다. 상기 저융점 유리분말의 평균 입도 크기가 현저히 작으면 비산이 잘되어 취급이 용이하지 않은 문제가 발생할 수 있으며, 현저히 크면 저융점 유리분말과 방사성 탄소를 포함하는 탄산염 광물 분말과의 고형화 반응이 효과적으로 진행되지 않아 제조된 고화체의 견고성과 균질성이 낮아지고 고화체의 겉밀도가 현저히 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
이때, 방사성 탄소를 포함하는 탄산염 및 고형화 매질 등은 분말 형태로 제공될 수 있으며, 이들 분말의 평균 입자 크기(입경)은 동일 내지 유사한 것이 바람직하며, 예를 들어 고형화 매질의 평균 입자 크기는 방사성 탄소를 포함하는 탄산염 분말의 평균 입자 크기의 0.8 내지 1.2배일 수 있다. 이때 분말화를 위한 분쇄 단계는 성분 별로 각각 또는 혼합하여 진행될 수 있으며, 따라서 이들 성분을 혼합하는 단계와 함께 또는 별도로 제한 없이 수행될 수 있다.
분말의 균질한 혼합은 혼합하는 양에 따라 적절한 형태의 교반장치를 이용할 수 있으며, 수백 g 수준의 분말을 혼합할 경우에는 마노(agate) 유발을 이용하거나 밀폐용기 내에서 쉐이킹(shaking)을 통해 수행할 수 있으며, 이때 10분 이상 혼합을 실시하는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 고형화 혼합물에 있어서, 상기 탄산염은 상기 고형화 혼합물 총 중량을 기준으로 35 내지 40 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 30 중량% 미만인 경우에는 처리되는 폐기물의 양이 적어 공정 경제상 바람직하지 않을 수 있으며, 40 중량%를 초과하는 경우에는 고형화 매질의 결합이 약해 고화체의 안정성이 떨어지고 압축강도가 낮아지는 경향이 있다. 한편, 상기 범위 내 고화체의 압축강도의 차이는 크지 않으므로 처분 페기물 발생량을 고려할 때 38 내지 40 중량%으로 포함되는 것이 효과적일 것으로 판단된다. 상기와 같은 탄산염의 함량은 본 명세서에서 고형화 혼합물 총 중량을 기준으로 하는 탄산염 부하(Waste loading)로도 지칭될 수 있다.
한편, 상기 압축 성형하는 단계는 2.2-2.4 ton/cm2의 압력 하에서 수행되는 것이 바람직하며, 고화체는 2.2 ton/cm2 미만의 압축압력에서 성형 후 소결될 때 탄산화물을 충분히 지지하지 못하여 쉽게 부서지거나 고화체의 상 및/또는 하 표면이 잘 깨어지는 단점이 있으며, 2.4 ton/cm2를 초과하는 압축압력에서 성형 후 소결될 때는 비교적 안정하고 밀도가 높은 고화체가 제조되나, 압축압력 증가에 따른 안정성과 밀도의 증가는 크지 않으며, 압축압력이 높을 경우 추후 현장에서 고화체를 제조하기 위한 압축장치의 한계를 초과하는 문제점을 가질 수 있다.
나아가, 본 발명의 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법은 압축 성형된 성형체를 소결하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 소결하는 단계는 450 내지 500℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 450 내지 470℃, 더욱 바람직하게는 460℃의 온도에서 수행된다. 소결 온도가 450℃ 미만일 경우에는 고화매질의 결합이 제대로 진행되지 않아 고화체가 형성되지 않을 수 있으며, 500℃을 초과할 경우에는 고화체 내에 Ca 탄산염의 분해에 의한 기공 생성이 급격하게 증가하여 실제 포집된 이산화탄소 형태의 C-14의 상당량이 가스상으로 배출되는 문제가 발생된다.
또한 탄산염의 열적 안정성과 고형화 매질의 결합 강도를 고려하여 소결 시간은 가능한 최소화하는 것이 바람직하나, 예를 들어 1시간 내지 5시간 동안 수행될 수 있으며, 예를 들어 3시간 내지 5시간 동안 수행될 수 있고, 다만 소결 시간은 이에 제한되는 것은 아니며, 고화체 양에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 방사성 탄소를 포함하는 탄산염 광물은 탄산칼슘(CaCO3), 탄산스트론튬(SrCO3) 및 탄산바륨(BaCO3)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 탄산칼슘(CaCO3)인 것이다. 특히, 탄산칼슘은 해리 온도가 600℃ 정도로 낮으며, 본 발명에 의하면 이보다 낮은 온도에서 안정적으로 고형화를 획득할 수 있다.
본 발명에 있어서 방사성 탄소는 예를 들어 14C인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 9C(p), 10C(β＋), 11C(β＋, EC), 14C(β－), 15C(β－), 16C(n) 등을 포함하는 것이다.
나아가, 본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법에 의해 제조된 고화체가 제공된다.
본 발명에 의해 획득되는 고화체의 크기 및 형태는 특히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 본 발명의 고화체의 평균 횡단멱적은 60 내지 100 cm2이고, 평균 높이는 60 내지 80cm인 것일 수 있으나, 특정한 형태 및 사이즈로 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 의해 획득되는 고화체 밀도는 2.7 g/cm3 내지 3.49 g/cm3이고, 압축강도는18 내지 50 MPa인 것일 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의해 획득되는 고화체는 압축 강도 및 밀도가 향상되어 안정성이 증진됨에 따라 고화체의 처분 안정성이 향상되어 처분 기준을 크게 상회하는 압축 강도 조건에서 균질한 고화체를 제조할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1. 고형화 매질의 제조
Bi2O3, B2O3, ZnO 및 SiO2 분말을 파기 표 1 범위의 함량으로 혼합하여 약 900℃에서 용융한 후 증류수를 이용하여 급냉(water quenching), 건조 및 분말화 함으로써 약 450℃의 용융 온도를 가지는 분말 형태의 고형화 매질을 준비하였다.
| 성분 | wt% |
| Bi2O3 | 76.1-78.1 |
| B2O3 | 8.7-9.1 |
| ZnO | 12.0-12.6 |
| SiO2 | 1.6-1.8 |
이렇게 획득된 고형화 매질의 입자 상 겉밀도는 약 3.18 g/cm3이며, 900℃까지 무게감량이 거의 없는 열적 안정성을 보유하고 있는 것으로 확인되었다.
2.
고화체의
제조
14CO2를 포함하는 CO2 가스 광물화 생성물과 같은 열화학적 특성을 가지는 모사 시료로 CaCO3 시약(assay>99%) 분말을 입도 크기가 약 200메쉬(mesh)가 되도록 분쇄하였다. 상기 탄산염 분말과 1.에서 획득된 고형화 매질 분말을 균질하게 혼합하였다. 이때 이 두 성분의 전체 중량을 기준으로 탄산염 분말 40 wt%를 포함하도록 분말 혼합기에 장입하여 균질하게 혼합하였다.
이렇게 획득된 혼합물을 아래의 도 1과 같은 형태로서 STS 304 또는 316L 재질의 몰드 구조체 내에 2.2-2.4 ton/cm2의 압력으로 시료를 압축 성형하여 고화체 제조를 위한 성형체(소결 시료)를 준비하였다. 이때 사용한 몰드 구조체는 200 L 크기의 처분 용기를 기준으로 횡축 단면적의 1/3에 해당하는 횡축 단면적 내 도 1과 같은 틀이 세로축 방향으로 존재하여 세로축 방향으로 압축할 경우 횡축 단면적 모양으로 압축되는 구조체로 상부는 오픈되어 있고 바닥 면은 분리되는 형태이다. 도 1에 예시적으로 도시된 몰드 구조체 틀은 10개의 동일 면적으로 구분되도록 설정한 것이며, 가장 내측에 위한 것 외 나머지 9개는 같은 형태를 가지는 것이다. 이러한 몰드 구조체의 높이는 70 cm로 하였고, 이는 높이 20 cm의 고화체를 만들기 위해 주입되는 혼합된 분말 시료의 높이보다 약간 높은 수치로 하였다. 이 몰드 구조체를 이용하여 제조되는 고화체의 횡단면적은 약 80 cm2였다.
몰드 구조체 내 압축된 시료는 450 내지 470℃의 온도에서 1시간 내지 3시간 소결하였다. 소결 후 실온으로 냉각하여 몰드 구조체에서 바닥면을 분리하면서 고화체를 회수하였다. 소결 후 고화체는 고형화 매질의 용융 및 응축으로 인해 성형된 형태에서 미소한 수축이 발생되어 몰드 구조체에서 바닥면과 함께 분리가 용이하게 진행될 수 있다. 고화체와 함께 분리된 바닥면은 고화체의 이송과 처분용기 내 장입 시 취구 개념으로 활용될 수 있고, 바닥면이 분리된 몰드 구조체는 다른 바닥면과 조립되어 다시 재사용될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면 토출 공정이 포함되지 않으므로, 토출 시 성형체의 형태가 유지되지 않는 문제가 없어 압축 시료 제조의 실수를 최소화하고, 나아가 시료의 회수를 용이하게 할 수 있다.
3.
고화체의
분석
(1) 고형화 매질 및 CaCO3 혼합물의 압축 압력에 따른 고화체 제조특성
고형화 매질 및 CaCO3 혼합물의 전체 중량을 기준으로 CaCO3 부하(loading)를 40 wt%로 하고, 압축 압력을 1.0 ton/cm2에서 4.0 ton/cm2까지 증가시키면서 450℃에서 1시간 동안 소결하여 고화체를 제조하였다.
소결된 고화체의 밀도는 압축 압력이 1.0 ton/cm2에서 4.0 ton/cm2까지 증가함에 따라 2.7 g/cm3에서 3.35 g/cm3까지 증가한 것으로 확인되었고, 도 2에 나타난 바와 같이 고화체는 그림 3과 같이 모든 조건에서 결정과 비정질이 공존하는 형태였다.
한편, 제조된 고화체는 2.4 ton/cm2 이상의 압축압력에서 성형될 때보다 바람직한 안정한 형태로 제조되며, 이보다 압력이 낮은 조건에서 쉽게 부서지는 것으로 확인되었다.
(2) CaCO3 부하(loading)에 따른 고화체 특성
CaCO3 부하(loading)를 고형화 매질 및 CaCO3 혼합물의 전체 중량을 기준으로 30 내지 50 wt% 범위에서 증가시키면서, 압축 압력 2.2-2.4 ton/cm2, 소결 온도 450 ℃, 소결 시간 1 h의 조건에서 고화체를 제조하였다.
그 결과 도 3에 나타난 바와 같이 CaCO3 부하(loading) 증가에 따라 고화체의 밀도는 3.49 g/cm3에서 2.90 g/cm3로 감소되었고, 제조된 고화체는 CaCO3 부하(loading)가 40 wt% 이하일 때 비교적 안정한 형태로 제조되며, 이보다 높은 함량 조건에서는 쉽게 부서지는 것을 확인할 수 있었다.
(3) 소결 온도에 따른 고화체 특성
CaCO3 부하(loading)를 고형화 매질 및 CaCO3 혼합물의 전체 중량을 기준으로 40 wt%로 하고, 압축 압력 2.2-2.4 ton/cm2 범위에서 소결 온도를 450-550 ℃로 변화시키면서 1 시간 동안 소결하여 고화체를 제조하였다.
그 결과 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이 소결 온도가 증가함에 따라 고화체의 밀도는 3.18 g/cm3에서 2.71 g/cm3로 감소하였고, 소결 온도 475 ℃에서부터 고화체 내에 기공이 형성되는 것으로 확인되었다. 따라서, 소결 온도가 증가할수록 고화체 내 기공이 크게 증가하여 이로 인해 고화체의 부피가 증가하고 밀도가 감소되었다. 이와 같은 고화체 내 기공은 CaCO3의 분해로 인한 CO2 가스가 배출됨에 따라 발생되는 것으로 추정된다. 한편, 소결 온도가 500℃를 초과하는 경우에는 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이 비정질의 고형화 매질이 점차적으로 기공이 존재하는 결정 구조로 전환되어 고화체의 강도가 크게 감소되어 쉽게 부서졌다.
(4) 고화체의 압축강도 평가
CaCO3 부하(loading)를 고형화 매질 및 CaCO3 혼합물의 전체 중량을 기준으로 40 wt%로 하고, 압축 압력 2.2-2.4 ton/cm2 범위에서 소결 온도를 450-470 ℃로 변화시키면서 1시간 및 3시간 동안 소결하여 고화체를 제조하였다. 도 5는 450-470 ℃의 소결 온도에서 3시간 동안 소결을 수행하여 획득한 고화체 사진이다.
한편, 소결 온도 및 시간 변화에 따른 압축강도(MPa)를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
| 소결 시간(h) | ||
| 소결 온도(℃) | 1 | 3 |
| 450 | 17.95 | 29.87 |
| 460 | 27.15 | 42.09 |
| 470 | - | 44.80 |
제조된 고화체는 모두 처분기준인 3.4 MPa를 크게 상회하는 압축강도를 보유하고 있음을 확인할 수 있었으며, 소결 시간 및 소결 온도가 증가할수록 고형화 매질의 결합(bonding) 강도가 증가하여 압축 강도가 증가하는 것으로 생각된다.
한편, 475℃에 근접하는 소결 온도에서 가장 높은 압축 강도를 나타내었으며, 다만 온도 상승에 따라 고화체 내 기공이 발생할 수 있으므로, 고화체 제조 시 적정 소결 온도 및 소결 시간은 약 460 ℃, 및 약 3시간이다. 다만, 이때 소결 시간은 시료 20g 기준이며, 고화체 양의 증가에 따라 소결 시간은 적절하게 증가될 수 있다.
압축 강도가 높은 고화체의 경우 미소한 수축이 발생한 것으로 추정되며, 이로 인해 몰드 내에서 고화체 제조 시료를 압축성형하고 토출하지 않은 상태에서 소결 및 냉각한 후 비교적 쉽게 몰드에서 분리할 수 있었다.
(5) 고화체 균질성 평가
CaCO3 부하(loading)를 고형화 매질 및 CaCO3 혼합물의 전체 중량을 기준으로 40 wt%로 하고, 압축 압력 2.4 ton/cm2에서 소결 온도 450℃, 소결 시간 1 시간 조건으로 고화체를 제조하였다.
도 6에 고화체의 SEM-mapping을 통해 제조한 고화체 내 주요 성분들의 분포를 나타내었으며, CO2 광물화 생성물인 CaCO3와 고형화 매질이 상분리 없이 균질하게 분포되어 있음을 확인하였다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
Claims (10)
- Bi2O3, B2O3, ZnO 및 SiO2를 포함하는 고형화 매질을 제공하는 단계;
방사성 탄소를 포함하는 탄산염과 상기 고형화 매질을 혼합한 고형화 혼합물을 제공하는 단계; 및
상기 고형화 혼합물을 압축 성형하는 단계
를 포함하는, 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 고형화 매질을 제공하는 단계는 고형화 매질 조성물 전체 중량을 기준으로 Bi2O3 76.1-78.1 wt%, B2O3 8.7-9.1 wt% ZnO 12.0-12.6 wt% 및 SiO2 1.6-1.8 wt%를 포함하는 고형화 매질 조성물을 용융하는 단계; 및 상기 용융된 물질을 냉각시키는 단계를 포함하여 획득되는, 수행되는, 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 탄산염은 상기 고형화 혼합물 총 중량을 기준으로 35 내지 40중량%로 포함되는, 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 압축 성형하는 단계는 2.2-2.4 ton/cm2의 압력 하에서 수행되는, 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 압축 성형된 성형체를 소결하는 단계를 추가로 포함하는, 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 소결하는 단계는 450 내지 500℃의 온도에서 수행되는, 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 방사성 탄소를 포함하는 탄산염 광물은 탄산칼슘(CaCO3), 탄산스트론튬(SrCO3) 및 탄산바륨(BaCO3)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법에 의해 제조된, 고화체.
- 제8항에 있어서, 고화체 밀도는 2.7 g/cm3 내지 3.49 g/cm3이고, 압축강도는18 내지 50 MPa인, 고화체.
- 제8항에 있어서, 고화체의 평균 횡단멱적은 60 내지 100 cm2이고, 평균 높이는 60 내지 80cm인, 고화체.
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| KR1020200141420A KR102457702B1 (ko) | 2020-10-28 | 2020-10-28 | 방사성 탄소를 포함하는 탄산염의 고화체 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 고화체 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS6036999A (ja) * | 1983-08-09 | 1985-02-26 | 株式会社荏原製作所 | 放射性ほう酸ナトリウム廃液の減容固化物、減容固化方法及びその装置 |
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| JP2016508228A (ja) | 2013-01-09 | 2016-03-17 | エレクトリシテ・ドゥ・フランス | 炭素質放射性廃棄物、特に黒鉛を処理するための設備 |
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