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전해환원공정발생 LiCl 염폐기물 재생기술
Reuse Technology of LiCl Salt Waste Generated from Electrolytic Reduction Process of Spent Oxide Fuel 원문보기

방사성폐기물학회지 = Journal of the Korean Radioactive Waste Society, v.8 no.1, 2010년, pp.57 - 63  

조용준 (한국원자력연구원) ,  정진석 (한국원자력연구원) ,  이한수 (한국원자력연구원) ,  김인태 (한국원자력연구원)

초록
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경막결정화를 이용한 산화물 사용후연료의 전해환원 공정에서 발생하는 LiCl 염폐기물 내 포함되어 있는 Cs 및 Sr을 분리(농축)에 대한 실험을 수행하였다. 결정화 공정에서 Cs 및 Sr과 같은 불순물들은 불순물들의 용융염상 및 결정상에 대한 용해도이 차리로 분리되어 최종적으로 작은 양의 LiCl 용융염내에 농축된다. 본 연구에서는 LiCl-CsCl-$SrCl_2$ 계에대한 고체-액체 상평형도를 통해 결정화를 통한 분리가능성을 파악하였으며 열전달방정식의 계산을 통해 경막결정화 운전중 LiCl 용융염상의 온도분포를 예측할 수 있었다. 경막결정화 공정에서 결정성장 속도는 분리효율에 큰 영향을 미쳤으며 90%의 LiCl 재생율을 가정할 경우 20-25 l/min의 냉각속도 그리고 $0.2g/min{\cdot}cm^2$ 보다 작은 결정성장 속도조건에서 각각의 Cs 및 Sr에 대하여 90% 정도의 분리효율을 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Layer crystallization process was tested for the separation(or concentration) of cesium and strontium fission products in a LiCl waste salt generated from an electrolytic reduction process of a spent oxide fuel. In a crystallization process, impurities (CsCl and $SrCl_2$) are concentrated...

주제어

#파이로공정   #LiCl 염페기물   #재생   #Cs/Sr 분리   #경막결정화  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 결정판 외부의 부식은 결정판 표면에 형성되는 결정생성을 저하시킬 수 있기 때문에 부식을 최소화하기 위하여 결정판은 Inconel-625재질을 이용하여 제작하였다. 결정화 공정에서는 결정이 생성되는 특성을 시각적으로 관찰할 수 없으므로 본 연구에서는 결정판으로 유입/유출되는 냉각공기 의 온도변화를 통해 결정생성 특성을 파악하고자 하였으며 이를 위하여 결정판의 입/ 출구에 열전대를 설치하고 데이터 획득장치(data acquisition system)를 이용하여 공정중의 온도변화를 실시간으로 관찰할 수 있도록 하였다. 냉각용 공기로는 수분이 제거된 압축공기를 사용하였다.
  • 특히, 고방열성 인 I족 및 II족 핵종을 포함하고 있는 LiCl 염폐기물의 경우 용융온도가 6101로 고온이어서 제올라이트에 의한 이온교환 방법을 적용할 경우 고온에 의한 제올라이트 구조붕괴에 의해 I/II족 핵종에 대한 이온교환이 불가능하며, Cs 및 Sr과 같은 I/H족 핵종은 UC1 용융염에 불용성인침 전물로의 반응성 이 매우 낮을 뿐만 아니라 만약 침 전물이 형성되더라도 그 침전물 자체가 LiCl 용융염에 용해도를 가지기 때문에 침전물 형성에 의한 침전분리도 불가능하여 공융염폐기물 처리에 이용되는 기술을 적용할 수 없기 때문에 LiCl 염 폐기물 처리를 위한 대체기술 개발은 매우 시급한 실정이라 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 결정 화(crystallization)공정의한 종류인 경막결정화(layer crystallization) 방법을 이용하여 LiCl 염폐기물내에 존재하는 Cs 및 Sr을 분리하고자 하였다. 즉, 경막결정화를 이용하여 LiCl 염폐기물에 포함되어 있는 Cs 및 Sr을 소량의 LiCl에 농축시켜 분리하는 LiCl 염폐기물 정제에 대한 연구를 수행하였다.
  • 하지만 열역학적 불순물의 경우 적용되는 계의 고유한 고-액상 평형에 의해 결정되는 것으로 제거가 어렵기 때문에 결정화를 이용한 LiCl 염 정제공정의 가능성 및 대략적인 운전조건(냉각온도 조건)을 예측하기 위해서서는 LiCl-CsCl-SrCl? 계의 고-액 상평형도에 정보가 반드시 필요한다. 따라서 본연구에서는 LiCl염내 CsCl 및 SrCL가 포함되어 있을 때 온도 및 이들 농도변화에 따른 고-액 상평형특성을 Factsage software⑻를 이용하여 파악하였다.
  • 수행하였다. 본 연구에서는 경막결정화 방법을 이용하여 LiCl 염폐기물내에 포함되어 있는 Cs 및 Sr을 소량의 LiCl 용융염에 분리/농죽하고자 하였다. 온도에 따른 LiCl- CsCl-SrCL계의 상평형도를 통해 결정화를 통한 Cs 및 Sr의 농축/분리가 가능함을 알 수 있었으며 수학적인 계산을 통해 계산한 결정화 공정중 LiCl 용융염의 온도분포를 예측하여 대략적인 운전조건(온도차 및 냉각공기유량등)에 대한정보를 얻을 수 있었다.
  • 원전에서 발생하는 사용후 연료의 파이로공정 에서 발생하는 염폐기물 중 전해환원 공정에서 발생하며 고방열성인 I/II족 핵종을 포함하고 있는 LiCl 염폐기물의 처리에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 경막결정화 방법을 이용하여 LiCl 염폐기물내에 포함되어 있는 Cs 및 Sr을 소량의 LiCl 용융염에 분리/농죽하고자 하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 결정 화(crystallization)공정의한 종류인 경막결정화(layer crystallization) 방법을 이용하여 LiCl 염폐기물내에 존재하는 Cs 및 Sr을 분리하고자 하였다. 즉, 경막결정화를 이용하여 LiCl 염폐기물에 포함되어 있는 Cs 및 Sr을 소량의 LiCl에 농축시켜 분리하는 LiCl 염폐기물 정제에 대한 연구를 수행하였다.
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참고문헌 (14)

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