KR820001250B1 - 비활성 캐리어의 건조와 피복장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

비활성 캐리어의 건조와 피복장치

도면은 본 발명에 따른 장치의 계통도.

본 발명은 방사능 폐기물을 건조시키고, 여과되지 않는 건조제로부터 결합제를 이용하여 건조제를 결합시키는 비활성 캐리어 장치에 관한 것이다.

동력로 발전소의 운전은 상당량의 저 준위 방사능 폐기물을 발생시킨다. 이러한 폐기물을 처분하기 위해서, 상기 폐기물들은 고화되어야 한다.

상기한 폐기물의 주요 성분들은 다음과 같다.

a) BWR내에서 사용된 냉각수를 아주 높은 정화도로 유지하기 위하여 사용된 폐이온 교환수지, 이 수지들은 비이드(bead)형태이며 습식고화를 위하여 동량의 물이 공급된다.

b) 약간의 방사능 핵종들에 오염된 이온 교환수지 재생공정에서 생성되는 희석 황산 나트륨 용액.

c) 필터로 피복되고 이온교환 배드로 사용된 이른바 파우덱스(Powdex)라 불리우는 분말 이온교환수지. 오염된 파우덱스는 습식고화를 위하여 물이 공급된다.

d) 오염되고, 습식고화를 위하여 물이 공급되는 규조토, 세루리트(Cellulite) 및 솔카-프록(Solka-Floc)같은 필터 조제 피복제.

e) PWR를 통하여 재순환하는 붕산. 오염된 붕산은 고화 및 매몰을 위하여 제거한다.

f) 장치의 오염제거 및 플로워를 세척하기 위한 세정 용액. 이러한 세정 용액은 정정제, 옥살산, 인산, 과망간산칼륨, 수산화칼륨, 수산환나트륨을 포함한다.

현재 기술로서, 이 용액들은 증발기에 의해 농축된다. 황산 나트륨은 종래의 증발기 내에서는 20%의 고화가 달성되고, 붕산은 12%의 고화가 달성된다. 보다 높은 고화농축도를 얻기 위하여 많은 시도는 있었지만, 이들은 심각한 스케일링 및 부식을 야기시킨다. 티타늄 튜브로 순환된 증발기에 의해 가끔 황산나트륨은 25%의 고화가 달성된다. 증발기 저부에 있는 수분 습윤 수지 및 필터 보조제는 고화를 위해 상기 세멘트 또는 우레아 포름 알데히드(U-F)와 혼합한다.

이러한 혼합은 용량을 약 1.6배 정도 증가시킨다. 물 고화시키기 위하여 다량의 세멘트 또는 우레아 포름 알데하이드 수지를 사용했다.

현재 이러한 고체 폐기물을 매몰하는데 드는 비용은 약 892＄/㎥이다. 만약 물이 고화되기 전에 제거될 수 있다면 상당한 비용을 절감할 수 있다. 황산 나트륨은 방사능 폐기물의 대부분을 형성하여 수반된 경제성 문제의 좋은 본보기를 제공한다. 20% 황산 나트륨 용액의 약 0.28㎥은 세멘트 또는 우레아 포름 알데하이드 수지와 혼합될때 0.448㎥의 고화된 방사능 폐기물을 형성한다.

20% 황산나트륨 용액의 0.28㎥은 61kg의 건조 황산나트륨을 포함한다. 분말 황산나트륨의 용적 밀도는 약 1.621g/cm이다. 간극을 충전시키는 결합제의 35%를 혼합하면, 용적은 단지 10% 정도밖에 상승하지 않는다. 결과적으로 61kg의 건조 황산나트륨은 결합제와 혼합될 때 0.042㎥의 용적을 가지며, 우레아 포름 알데하이드 또는 세멘트로 고화될 때와 비교하면 약 10 : 1 보다 약간 큰 용적 감소를 나타낸다.

이렇게 용적을 감소시키기 위한 다양한 장치들이 현재 실시되고 있다. 한가지 예로서 고체 과립으로 형성된 물질들을 소성시키는 것이다. 다른 한 예는 뜨거운 아스팔트내에서 물질들을 혼합하는 것이다. 이러한 모든 장치들은 그 나름대로 장단점을 갖고 있지만 현재로는 간단하고 저렴한 가격 및 저용적 방법으로 상기한 저준위 방사능 폐기물을 고화시키는 장치를 개발하지 못했다. 따라서 본 발명에 의하면 그러한 장치들이 제공된다.

본 발명의 목적은 건조 산출물을 연속적으로 건조시키고 피복시키는 장치에 있어서, 낮은 여과 속도를 갖는 피복되고 주조될 수 있는 혼합물 및 스케일을 일으키지 않는 증발장치를 제공하는데 있다. 상기한 본 발명의 목적 및 기타 목적들은 첨부된 도면을 참조하여 하기 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명을 실시하기 위한 본 장치는 액체 용매 용액(용액이란 단어는 순수한 용액 및 분산을 포함한다)을 공급하며, 고체 용질은 분산된 고체입자 형태인 비활성 캐리어내로 떠나는 건조된 용질을 유출시키는 용매를 생성시키기 위하여 뜨거운 비활성 캐리어내로 도입된다.

입자들을 운반하는 비활성 캐리어는 차등 습윤에 의해 입자들을 피복하기 위하여 도입되는 입자들을 결합제가 있는 제2스테이숀으로 유출된 다음 피복된 입자들은 서로 결합하며 그로해서 이들은 분리단계에서 중력에 의해서 비활성캐리어로부터 쉽게 분리될 수 있다. 여기서 사용된 "차등 습윤" 또는 "차등적 습윤"이란 용어는 고체 입자들이 비활성 캐리어에 의한 것보다 액체 결합제에 의해서 습윤되어 질때보다 큰 친화력을 갖는 조건을 의미한다. 이러한 조건은 액체 결합제가 고체 입자들의 주의를 유동하고 피복하는 것과 같이 비활성 캐리어를 대치시키는 것을 실제로 측정할 수 있으므로 쉽게 결정할 수 있다. 더구나 이러한 조건이 존재하지 않는다면 본 발명을 실시하기 위한 장치는 피복되지 않는 입자들에는 적용되지 않으며 캐리어내의 접착제의 현탁액 및 캐리어내의 입자의 현탁액에 적용된다.

일반적으로 차등습윤은 캐리어가 비극성이고 결합제 및 입자들이 100%정도로 예언할 수는 없지만 극성 또는 그와 반대일때 통상적으로 존재한다. 이러한 조건은 조작조건 및 진동조건에서 테프론

(Teflon

) 또는 기타 비-점착 용기내에서 물질들을 대치하므로서 변화시킬 수 있다. 만약 결합이 분리상처럼 일어난다면, 차등 습윤은 존재한다. 본 발명은 용액으로부터 용매를 제거시키고 건조 고체 용질의 캡슐형태로 만드는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 여러 물질들은 하기의 기준과 일치되어야 한다.

1. 고체 용질은 비가용성이어야 하며 비활성 캐리어와 반응하지 않아야 한다.

2. 결합제는 비가용성이어야 하며, 캐리어내에서 분리상으로 형성되어야 하므로 비활성 캐리어와 반응하지 않아야 한다.

3. 결합제는 조작조건에서 액체이어야 하지만 응고될 수 있고, 열가소적으로 또는 화학반응에 의해서 본 장치로부터 제거된다.

4. 비활성 캐리어는 비싼 회수조작을 하지 않고 연속적으로 재사용하기 위하여 상대적으로 낮은 중기압에 의한 액체이어야 한다.

5. 입자들은 결합제에 의하여 차등 습윤되어야 한다.

그러므로 본 발명의 장치는 여러 방면에 적용되며, 하기에는 황산나트륨 용액의 농축에 대하여서 상술되어지고, 황산나트륨 용액이 제한하는 것보다 더 나은 본보기라는 것을 인식하게 될 것이며, 본 발명의 범위는 단지 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.

이하 도면을 참조하여 본 장치를 설명한다.

본 장치는 계량펌프(5)에 의하여 급수되는 관선(4)를 통하여 증발기(2)에 공급하는 건조될 용액원(1)을 포함한다. 증발기(2)의 한쪽은 콘덴서(6)과 연결되고 다른 한쪽은 열교환기(10)을 통과하고 증발기(2)를 후퇴시켜서 증발장치내에 포함된 비활성 캐리어를 회전시키는 펌프(7)과 연결된다. 콘덴서(6)은 이온 교환 배드에 반환된 용측물에 의하여 대기로 직접 통풍될 수 있다. 만약 환경적인 목적을 위하여 다른 처리가 필요하다면, 콘덴서로부터 나온 가스는 HEPA 필터(18)을 통하여 대기로 분출될 수 있으며 응축물은 증발기(2)에서 재순환될 수 있는 비활성 캐리어의 여하한 잔류흔적을 제거하기 위하여 액체분리기(17)를 통과할 수 있다. 펌프(7)의 한쪽으로부터 나온 측류(3)은 다른 펌프(7)의 유입구를 뒤로 두면서 제트 혼합기(8) 및 (9)를 통과하여 증발기(2)내에 포함된 슬러리를 회전시킨다. 비활성 캐리어는 배플(12) 또는 높은 단류조건으로 증발기내에서 유체를 유지하기 위한 다른 난류 증가장치가 제공될 수 있는 증발기내에서 아주 빠른 속도로 주사된다. 여기서 사용된 "높은 난류 조건"이란 용어는 원용액이 증기의 폭발 인화가 일어나지 않는 뜨거운 비활성 캐리어내로 도입될때 증발기(2)내에서의 난류조건을 의미한다.

이러한 조건은 폭발인화가 일어날때 아주 분명하게 나타나므로 실험에 의하여 여하한 특수장치에 대해서도 쉽게 측정될 수 있다. 이것은 재생된 증기에 의해 방울 및 입자의 운반을 야기시킨다.

이러한 조건은 증기로부터 특수한 물체를 문질러서 작은 거품과 같이 증기를 재생시켜 최종적으로 대치될때까지 증가된 난류를 침체시킨다. 이러한 난류의 최소준위는 본 발명에 의해서 유지된다. 또한 증발기는 캐리어가 펌프(7)로 유출되기 전에 모든 증기 재생이 증발기내에서 일어나게끔 유출형태 및 체류시간을 고려하여 설계되었다.

본 발명의 장치는 또한 계량펌프(14)에 의하여 제트 혼합기(8)내로 공급되는 결합기(13)을 포함하며, 여기서 결합제는 극단 난류의 조건하에서 건조된 특수 용질을 운반하는 비활성 캐리어와 혼합된다.

상기 결합제는 적당한 중합물질 또는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, 페놀성 화합물, 셀루로오즈 화합물, 에폭시, 폴리에스테르, 아크로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 우레아포름 알데하이드 및 기타류와 같은 접착물질이다.

상기 결합제의 일반적인 특징들은 공정온도에서 상대적으로 유동하고 차등습윤에 의하여 특수한 물질을 캡슐화할 수 있으며 주의 온도에서 고체 물질을 경와시키거나 또는 냉각시킬 수 있다는 점에 있다.

특수한 사용을 위하여, 물 용해도에 대한 저항은 페 방사능의 처분과 관련해서 무척 중요하며, 결합제의 최종 산출물로부터 특수물질의 여과에 대해 저항하게 된다. 열가소성 중합체들은 열경화성 중합체와 같이 유용하다. 열경화성 중합체의 경우에는 경화제를 최종 산출물내로 도입시킬 필요가 있으며, 중합체가 경화될 가능성을 피하기 위하여 비활성 캐리어로부터 제거한 후 본 장치에 의해 수행하는 것이 바람직하다.

도면에서, 정화제(11)은 펌프(20)에 의해 정적 혼합기(16)내로 계량되며, 정적 혼합기는 계량펌프(17)로부터 공급된 산출물과 혼합된후, 주조 가능한 방사능 폐기물 용기(19)로 도입되며 여기서 고화된다.

증발기, 펌프, 제트혼합기, 분리기, 열교환기 및 연결도관으로 구성된 전체 장치는 비활성 캐리어 회로를 통하여 내부 표면에 어떤 물질등이 고착되는 경향을 제거하기 위하여 피복된 테프론이 바람직하다.

원용액내의 액체는 열교환기로 절대 도입되지 않으며 본 장치내에 형성된 용적문제가 제거되는 것은 도면으로부터 명시된다.

피라핀계 탄화수소류, 실리콘액체, 프탈레이트류, 터미눌(Therminol) 또는 다우텀(Dowtherm)과 같은 상업용 열전이 액체, 고분자량 알코올, 고온액체 중합체 및 기타류와 같은 고비점 액체를 건조시키고 피복시키는 수용액은 적당한 캐리어이며, 상기한 중합체들은 적당한 결합제이다.

상기 열거한 것들은 단순한 예에 불과하며 상기한 선정기준내에서 이들 물질을 조합하여 본 발명에 따라 사용할 수 있다.

전형적인 장치에서 건조되고 피복된 최종 산출물은 황산나트륨과 같은 특수한 물질이 65-75%이며, 결합제는 25-35%이다. 특수장치에 대한 실질조성은 아주 가변적이다. 특수한 물질의 입자 크기는 증가되며 보다 높은 고체 부하는 일반적으로 얻어질 수 있다는 것을 발견하였다.

입자크기 분포는 높은 온도에서는 일반적으로 작은 입자를 산출하고 낮은 온도에서는 일반적으로 큰 입자를 산출하듯이 증발기의 온도를 적당하게 선정하므로서 조절될 수 있다.

입자크기에 영향을 주는 다른 요인은 증발기내에서 결정의 평균 잔류시간이다. 더 긴 잔류시간에 의하여 재순환하는 입자들은 용액의 새로운 방울과 접촉하며 성장하게 된다.

결정의 잔류시간은 측류(3)을 통과하는 유속에 반비례한다. 일반적으로 서술된 본 장치는 하기하는 실시예에서 비활성 캐리어와 같은 실리콘 기름을 사용하여 에폭시 수지로 피복된 주조 가능한 무수입자들에 황산나트륨 용액을 제거하기 위하여 사용된 장치의 바람직한 예를 서술하고 있다.

[실시예 1]

비활성 캐리어를 건조시키고 피복시키는 장치는 비활성 캐리어로 디메틸실리콘 기름 및 접착제로 셀화학회사의 에폰

(Epon

)과 같은 글리시드닐 에테르를 사용하여 20%의 황산나트륨 폐용액을 매분당 3.71ℓ처리할 수 있도록 고안되어 있다. 헥사하이드로프탈릭 안하이드라이드는 경화제로 사용된다.

산출물을 149℃에서 3시간동안 경화시킨다. 본 장치는 149℃의 증발기내에서 공칭작동 온도에 의해 설계된다. 비활성 캐리어는 매분당 약 473ℓ의 높은 유출속도에서 열교환기를 통하여 재순환되며, 그 온도는 열교환기를 통하여 10.5kg/㎠의 증기가 유출하므로서 166℃로 상승한다. 매시간당 15.9ℓ의 속도로 20%의 황산나트륨 용액을 처리함에 있어(54.4kg/시간 Na₂SO₄및 313kg/시간 H₂O), 결합제는 매시간당 15.5g의 속도로 제트 혼합기를 통과하여 비활성 캐리어내로 공급되며 피복된 입자들은 분리기내에서 제거된다. 사용된 에폭시 수지는 실내온도에서는 고체이며, 149℃의 장치의 조작온도에서는 액체이다. 이것은 분리기 및 냉각기로부터 제거된 에폭시 수지내에서 캡슐화된 황산나트륨의 열가소성 고체를 형성한다.

상기 수지는 매시간당 2.63kg의 경화제를 첨가하고 3시간동안 149℃에서 제거된 산출물을 유지하므로서 영구 고체로 형성될 수 있다. 이러한 공정은 매시간당 경화, 건조 및 피복된 75% 황산나트륨의 약 0.033㎥을 처리한다.

상기 경화 산출물은 149℃보다 더 높은 온도에서 안정되며 본 장치의 고유의 낮은 여과 속도를 크게 조장시킨다.

종래의 황산나트륨 세멘트 혼합물로 피복된 산출물과 비교하면 세멘트 여과속도의 3%의 여과속도를 나타낸다.

상기 서술은 이 분야에 숙달된 자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들면 본 장치내에서 방화제 또는 습식제 또는 가소제의 첨가는 물질에 바람직한 화학적 특성 또는 물리적 특성을 부가시키는데 사용될 수 있다.

상기한 것과 기타 변형들은 하기하는 청구범위에 의해 단지 제한될 뿐 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 성취될 수 있다.

Claims (1)

1. 폐기물 용적 감소장치에 있어서, 고비등 불활성 캐리어 용액과 혼합하기 힘든 물을 미리 예정한 수준까지 부분적으로 충진시키는데 사용되는 지급 증발기장치(2)와, 상기 캐리어 용액을 가열시키는 가열장치(10)와, 상기 캐리어 용액으로부터 특수물질을 분리하는 분리장치(9)와, 상기 비활성 캐리어를 순환시키는 펌프장치(7)와, 상기 캐리어 용액을 상기 증발기(2)내로 재도입하기 전에 상기 가열장치(10)를 통해서 상기 증발기(2)로부터 상기 분리장치(9)까지 연속방법으로 유출시키며 상기 펌프, 가열기, 증발기 및 분리기와 연결된 유체 이송장치(3), 와 방사능 고체의 수용성 원(源)과, 비활성 캐리어내에서 현탁된 방사능 고체를 제거하는 상기 수용성 분산으로부터 물이 급속하게 증발되는 상기 증발기내에서 상기 캐리어 용액의 수준 이하로 수용성 분산을 도입하는 장치와, 상기한 비활성 캐리어와 혼합되지 않고 반응도 하지 않는 경화성 결합제 및 용액원과, 상기 분리장치의 상류점에서 상기 유체 이송장치내로 결합제를 도입시키는 장치와, 상기 분리기로부터 상기 결합제를 피복된 고체 방사능 물질을 회수하는 장치, 등으로 구성된 것을 특징으로 하는 비활성 캐리어의 건조와 피복장치.

Images