[논문]합성무기복합체 조성변화에 따른 모의 LiCl 염폐기물의 탈염소화/고형화

김나영; 조인학; 박환서; 안도희

doi:10.7733/jnfcwt.2016.14.3.211

[국내논문] 합성무기복합체 조성변화에 따른 모의 LiCl 염폐기물의 탈염소화/고형화
Dechlorination/Solidification of LiCl Waste by Using a Synthetic Inorganic Composite with Different Compositions 원문보기

Journal of nuclear fuel cycle and waste technology = 방사성폐기물학회지, v.14 no.3, 2016년, pp.211 - 221

김나영 (한국원자력연구원) , 조인학 (한국원자력연구원) , 박환서 (한국원자력연구원) , 안도희 (한국원자력연구원)

초록
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파이로 공정에서 발생되는 염폐기물은 휘발성이 높아 고온공정에 적용하기 어려우며, 폐기물내에 존재하는 염소로 인해, 전통적인 유리매질에 대한 상용성이 낮은 특성을 가지고 있어, 새로운 고화방법이 필요하다. KAERI에서는 탈염소화법을 이용하여 염소를 탈리하고, 일반적인 유리매질에 고화하는 연구방법을 제안하였다. 본 연구에서는 기존의 탈염소화법에 사용된 합성무기복합체(SAP, $SiO_2-Al_2O_3-P_2O_5$)에 첨가물로서, $Fe_2O_3$ 및 $B_2O_3$를 부가하여 5성분계의 복합체를 제조하고, 조성에 따른 탈염소화반응 및 고화체의 특성을 조사하였다. 탈염소화 반응은 조성에 따른 생성물의 변화 경향은 크지 않았으며, 유사한 반응메커니즘으로 주어진 시간 내에 반응이 진행되는 것으로 나타났다. Si-rich phase와 P-rich phase를 화학적으로 연결시켜주는 $Al_2O_3$와 $B_2O_3$의 함량이 높은 경우에는 고화체내 상분리의 정도는 상대적으로 낮게 나타나며, 구성원소의 분포가 보다 균일한 형태를 보였다. PCT-A 침출시험법을 통한 조성에 따른 내구성의 평가결과, 기준조성을 벗어나는 경우에는 내침출성이 낮게 나타났으나, EA glass(Environmental Assessment glass)의 값보다는 우수한 것으로 확인되었다. 이상의 결과로 부터, 주어진 적정 Si와 P의 조성분율하에서, Al과 B의 함량변화는 고화체의 미세구조와 내침출성에 영향을 주는 것을 확인할 수 있었으며, 미세구조와 내침출성의 연관관계에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Waste salt generated from a pyro-processing for the recovery of uranium and transuranic elements has high volatility at vitrification temperature and low compatibility in conventional waste glasses. For this reason, KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute) suggested a new method to de-chlorinate waste salt by using an inorganic composite named SAP ($SiO_2-Al_2O_3-P_2O_5$). In this study, the de-chlorination behavior of waste salt and the microstructure of consolidated form were examined by adding $B_2O_3$ and $Fe_2O_3$ to the original SAP composition. De-chlorination behavior of metal chloride waste was slightly changed with given compositions, compared with that of original SAP. In the consolidated forms, the phase separation between Si-rich phase and P-rich phase decreases with the amount of $Al_2O_3$ or $B_2O_3$ as a connecting agent between Si and P-rich phase. The results of PCT (Product Consistency Test) indicated that the leach-resistance of consolidated forms out of reference composition was lowered, even though the leach-resistance was higher than that of EA (Environmental Assessment) glass. From these results, it could be inferred that the change in the content of Al or B in U-SAP affected the microstructure and leach-resistance of consolidated form. Further studies related with correlation between composition and characteristics of wasteform are required for a better understanding.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

1. Synthetic procedure of inorganic composites in this study.

제안 방법

PCT-A 정적침출시험법(ASTM Standard C 1285-02)을 이용하여 고화체의 내침출성을 평가하기 위해서 고화체 시료를 75~150 ㎛ 크기로 분쇄한 후, 시료 1 g을 취하여 테프론(Teflon) 용기(용량: 30 ml)에담고, 시료 1 g에 대하여 증류수 10 ml의 비로 90°C에서 7일 간 수행하였다.
U-SAP의 조성변화에 따른 염폐기물의 탈염소화 반응특성을 살펴보기 위해 Table 1에 나타낸 조성을 갖는 매질을 이용하여 모의 염폐기물의 탈염소화 반응을 실시하였다. 이러한 탈염소화 반응과정에서 염소함량을 고려한 이론적인 무게감량 대비 일정시간 간격에서의 무게감량을 비로 산출하여 탈염소화 반응율을 도출하였으며, 그 결과를 Fig.
각각의 원료물질들은 U-SAP의 조성을 고려하여 일정한 몰비의 양만큼 취하여 에탄올(EtOH) 또는 증류수에 녹인 후 혼합하였고, 이를 70°C에서 3일 간 숙성한 후 90°C 및 110°C에서 약 3일 간 서서히 건조시켰으며, 650°C의 전기로에서 약 12 시간 동안 열처리하여 제조하였다.
고화체의 구조적 형태를 살펴보기 위해 XRD 분석을 실시하였으며, 그 결과를 Fig. 9에 나타내었다. Fig.
고화체의 내침출특성을 평가하기 위해 제조된 고화체들을 분말화하여 침출시험(PCT-A)을 실시함으로서 각 고화체의 침출율(normalized leach loss)을 산출하였으며, 그 결과를 Fig. 10에 나타내었다. 그림에서 보는 것처럼, U-SAP을 이용하여 제조한 고화체가 비교적 내침출성이 높은 것으로 확인되었다.
모의 염폐기물 탈염소화 반응생성물을 소결하여 고화체를 제조하였으며, 이 때 얻은 고화체의 단면의 형태를 Fig. 6과 같이 나타내어 U-SAP 조성변화에 따른 고화체의 외형적 특성을 살펴보았다. U-SAP의 경우에는 상분리(phase separation)와 기공(pore)이 없는 외형적으로 균질한 형태의 고화체를 형성하였다.
모의 염폐기물을 제조하기에 앞서 위의 시약들은 200°C에서 약 4시간 동안 가열하여 수분을 완전히 제거한 후 사용하였으며, 수분의 존재 유무를 열적무게감량 분석(TGA)을 통해 확인하였다.
모의 염폐기물의 탈염소화 반응에서 U-SAP과 모의 염 폐기물의 혼합비는 기존의 연구결과를 활용하여 2:1(무게기준)로 설정하였고, 반응온도는 650°C로 고정하였으며, 이 때 탈염소화 반응이 원활하게 진행하기 위해 1 L/min의 속도로 산소를 주입하였다[17].
또한 붕산은 규산계 유리에서 공정온도(융점)를 낮추면서, 내구성을 유지하거나 증진시키는 효과를 가지는 물질로 잘 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 점을 고려하여 기준 조성인 U-SAP 대비 Al₂O₃와 B₂O₃의 조성을 변화시켜 합성무기복합체를 제조하였으며, 그 조성을 Table 1에 나타내었다.
본 연구에서는 합성무기복합체(U-SAP)을 이용하여 염 폐기물의 탈염소화 및 고화체시험을 통해 U-SAP조성에 따른 반응속도, 생성물 및 고화체의 구조적 특성과 침출특성을 평가하였다.
본 연구팀에서는 붕규산 유리와 인산유리의 주성분인 SiO₂, Al₂O₃, P₂O₅로 구성된 합성무기복합체(SAP)를 이용하여 금속염화물 형태의 염폐기물을 탈염소화 반응을 거쳐 열적으로 안정한 생성물로 전환한 후, 유리매질을 첨가하여 소결함으로써 안정한 고화체를 제조하는 기술을 개발하였다. 제조한 무기합성복합체를 이용한 염폐기물의 탈염소화 반응은 산화조건하에서 SAP무기매질내에 존재하는 무기산화물과 반응하여 알칼리 금속 인산화물, 알루미늄-규소산화물,알루미늄-인 산화물들로 얻을 수 있다[14,15].
이러한 탈염소화 반응을 위해 U-SAP과 모의 염폐기물의 혼합은 Ar 분위기의 글러브 박스 내에서 수행되었다. 시간에 따른 모의 염폐기물의 탈염소화 진행상황을 확인하기 위해 일정시간 간격으로 반응물의 무게를 측정하였으며, 탈염소화 반응을 완료한 후 열적무게감량(TG)를 측정하여 산출된 탈염소화 반응율과 비교하였다. 탈염소화 반응생성물의 고화체 제조를 위해 탈염소화 생성물을 100 ㎛ 이하로 분쇄하여 graphite에 담고, Ar 분위기하 1150°C의 운전온도에서 4시간 동안 열처리하여 고형화시료를 제조하였다.
이들과 달리 거시적으로 많은 기공과 상분리가 나타났던 합성무기복합체 A-D와 B-D 고화체들은 600 ㎛ 영역 내에서도 상분리가 존재하였고, 10~30 ㎛ 범위에서 U-SAP의 경우보다 크고 입경범위가 넓은 상분리 입자가 다량 확인되었다. 이러한 미세구조 결과들은 거시적(외형적) 형상과 비슷한 경향을 보임을 알 수 있으나 U-SAP의 경우에는 외형과 달리 다양한 입경범위의 상분리가 존재하여 미시적 균질성은 합성무기복합체 A-I와 B-I를 이용하여 제조한 고화체가 우수할 것으로 예상되었으며, 이에 대한 경향을 고려하여 제조한 고화체 내 주요성분들의 분포특성을 관찰하기 위해 상분리 입경을 관찰한 15 ㎛ 영역 내에서 SEM-mapping을 실시하였으며, 그 결과를 Fig. 8에 나타내었다. Fig.
이러한 오차를 고려하여 Fig. 3에 나타낸 모의 염 폐기물의 탈염소화 반응율을 검증하고자 상온에서 900°C까지 10°C/min의 속도로 승온시키면서 상기의 실험에서 얻어진 탈염소화 반응생성물의 열적무게감량(TG)을 측정하였으며, 그 결과를 Fig. 4에 나타내었다.
이상의 실험에서 얻어진 탈염소화 생성물과 고화체의 구조적 형태를 살펴보기 위해 X-선 회절분석(X-ray powder diffraction, XRD, Rikaku, Cu Kα radiation)을 수행하였고, 고화체의 미세구조 및 구성 성분들의 분포특성을 살펴보기 위해서 전계방출 주사전기현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM, FEI Company, Magellan 400)을 이용하여 표면분석을 수행하였다.
조성변화에 따른 U-SAP의 구조적 변화를 살펴보기 위해 합성/제조된 U-SAP의 XRD 분석을 실시하였으며, 그 결과를 Fig. 2에 나타내었다. Fig.
탈염소화 반응생성물의 고화체 제조를 위해 탈염소화 생성물을 100 ㎛ 이하로 분쇄하여 graphite에 담고, Ar 분위기하 1150°C의 운전온도에서 4시간 동안 열처리하여 고형화시료를 제조하였다.
탈염소화 생성물의 구조적 차이를 살펴보기 위해 XRD 분석을 실시하였으며, 그 결과를 Fig. 5에 나타내었다. Fig.

대상 데이터

실험에 사용된 모의 염폐기물은 LiCl, CsCl, SrCl2 (AlfaAesar, 99%) 등의 시약을 이용하여 각각 90wt%, 6.8wt%,3.2wt% 등의 조성을 가지도록 제조하였다. 모의 염폐기물을 제조하기에 앞서 위의 시약들은 200°C에서 약 4시간 동안 가열하여 수분을 완전히 제거한 후 사용하였으며, 수분의 존재 유무를 열적무게감량 분석(TGA)을 통해 확인하였다.
합성무기복합체(U-SAP)는 솔젤법을 이용하여 제조하였으며, TEOS(Tetraethyl orthosilicate, Aldrich, 98%), 염화알루미늄(AlCl3·6H2O, Junsei, 98%) 및 인산(H3PO4, Junsei,85%), 염화철(FeCl3, Aldrich, 97%)과 붕산(H3BO3, Yakuri Pure Chemical) 등을 Si, Al, P, Fe, B의 원료로 사용하였다.

데이터처리

상기 고화체의 미세구조를 관찰하고자 FE-SEM을 이용한 표면분석을 실시하였으며, 그 결과를 Fig. 7에 나타내었다. Fig.

성능/효과

2에서 확인되었듯이 U-SAP과 A-I 및 B-I는 복합체의 구조적 형태가 유사하였으며, 이 특징이 탈염소화 반응율 변화의 유사성과 관련성이 있을 것으로 판단된다. A-D와 B-D의 경우에는 반응시간이 6시간 경과하였을 때 탈염소화 반응율이 100% 도달하였으며, 이는 U-SAP의 경우보다 반응효율이 높은 것임을 알 수 있다. 이전의 연구에 따르면, 염폐기물의 탈염소화에 관여하는 물질은 SiO₂와 P₂O₅인 것으로 알 수 있다.
이 결과는 물리적으로 불안정한 형상이 화학적 안정성과 반드시 연관성을 가지는 것이 아님을 보여주는 예시가 되리라 판단된다. Fig. 10에서와 같이 고화체 내 각 구성원소들의 침출율은 U-SAP의 조성 변화에 따라 두드러진 경향을 보이지 않았으며, 모든 고화체의 내침출성이 EA glass에 비해 우수한 것으로 확인되었다.
3에 나타내었다. Fig. 3에서 보는 것처럼, U-SAP을 비롯하여 조성을 달리한 모든 매질에 대해 반응시간이 4시간이 경과하는동안 탈염소화 반응이 급격히 진행되고 있음을 알 수 있고,반응시간이 6시간 경과하였을 때 90% 이상의 탈염소화 반응율을 보였으며, 그 이후부터는 반응이 서서히 진행되어서 24시간이 경과하였을 때 탈염소화 반응이 종료되었다. U-SAP을 이용하여 모의 염폐기물의 탈염소화를 진행할 경우 반응시간이 6시간 내외에서 약 95% 이상의 탈염소화 반응율을 보였으며, 이후 탈염소화 반응이 서서히 진행되어 24시간 경과 시 반응이 완료됨을 확인하였다.
5에 나타내었다. Fig. 5에서 볼 수 있듯이 U-SAP을 이용하여 얻은 탈염소화 반응생성물에서는 SAP을 이용한 모의 염폐기물의 탈염소화 반응을 수행하였던 이전 연구결과에서와 같이 Li_xAl_xS_i3-_xO₆과 Li₃PO₄이 존재하는 것으로 확인되었으며[14-15], 이러한 반응생성물은 본 연구에서 얻어진 모든 탈염소화 반응생성물에서도 동일하게 형성함을 알 수 있었다. Fig.
7에 나타내었다. Fig. 7에서 볼 수 있듯이 600 ㎛의 영역 내에서 U-SAP을 이용하여 제조한 고화체의 미세구조는 육안으로 관찰한 거시적인 형상에서와 같이 균질한 형태를 보였으나 10~30 ㎛ 영역 내에서는 상분리가 존재함이 확인되었으며, 분리된 상의 사이즈는 1~5 ㎛ 내외의 입자들로 구성되어 있었다. U-SAP을 이용한 고화체와 같이 거시적으로 균질한 형태를 띠였던 합성무기복합체 A-I를 이용하여 제조한 고화체 또한 600 ㎛ 영역 내에서는 비교적 균질 하였고, 10~30 ㎛ 범위에서는 상분리가 확인되었으나 U-SAP의 경우에 비교해 분리된 상의 크기가 작고 크기범위가 좁은 형태를 보여 U-SAP의 경우보다 미시적인 균질성이 높은 것으로 판단되었다.
8에 나타내었다. Fig. 8에서 볼 수 있듯이 U-SAP을 이용하여 제조한 고화체에서 관측된 분리된 상은 P-rich phase임을 확인하였고, 분리된 상을 Si-rich phase가 둘러싸고 있는 것으로 나타났다. Al은 주로 Si-rich phase에 분포하였고, Sr은 Si의 분포경향과 거의 동일하였으며, Cs과 Fe는 고화체 내 균일하게 분포하고 있음이 확인되었다.
3에서 보는 것처럼, U-SAP을 비롯하여 조성을 달리한 모든 매질에 대해 반응시간이 4시간이 경과하는동안 탈염소화 반응이 급격히 진행되고 있음을 알 수 있고,반응시간이 6시간 경과하였을 때 90% 이상의 탈염소화 반응율을 보였으며, 그 이후부터는 반응이 서서히 진행되어서 24시간이 경과하였을 때 탈염소화 반응이 종료되었다. U-SAP을 이용하여 모의 염폐기물의 탈염소화를 진행할 경우 반응시간이 6시간 내외에서 약 95% 이상의 탈염소화 반응율을 보였으며, 이후 탈염소화 반응이 서서히 진행되어 24시간 경과 시 반응이 완료됨을 확인하였다. A-I와 B-I의 경우 또한 U-SAP을 이용한 탈염소화 반응에서와 같은 반응율변화를 보였다.
7에서 볼 수 있듯이 600 ㎛의 영역 내에서 U-SAP을 이용하여 제조한 고화체의 미세구조는 육안으로 관찰한 거시적인 형상에서와 같이 균질한 형태를 보였으나 10~30 ㎛ 영역 내에서는 상분리가 존재함이 확인되었으며, 분리된 상의 사이즈는 1~5 ㎛ 내외의 입자들로 구성되어 있었다. U-SAP을 이용한 고화체와 같이 거시적으로 균질한 형태를 띠였던 합성무기복합체 A-I를 이용하여 제조한 고화체 또한 600 ㎛ 영역 내에서는 비교적 균질 하였고, 10~30 ㎛ 범위에서는 상분리가 확인되었으나 U-SAP의 경우에 비교해 분리된 상의 크기가 작고 크기범위가 좁은 형태를 보여 U-SAP의 경우보다 미시적인 균질성이 높은 것으로 판단되었다. 합성무기복합체 B-I를 이용하여 제조한 고화체는 600 ㎛ 영역 내에서도 미세한 크기의 상분리가 존재함이 확인되었으며, 10~30 ㎛ 범위에서 관찰한 결과 분리된 상이 균일하게 분포하지 않았으며,분리된 상의 크기는 A-I의 경우보다 작고 입경범위가 더 좁았다.
고화체 내 구성원소들의 침출율에서 붕소의 침출율이 가장 높은 것으로 나타났고, 특히 거시적 형상과 미시적 형상이 비교적 균질하였던 합성무기복합체 B-I를 이용하여 제조한 고화체에서의 붕소의 침출율이 가장 높게 나타났으며, 이는 고화체 내 B₂O₃ 함량이 가장 높은 것과 관련이 있을 것으로 판단된다. 거시적 및 미시적 관찰에서 가장 비균질한 형상을 보였던 A-D 고화체는 불안정한 형상과 달리 내침출성이 비교적 우수한 것으로 확인되었다. 이 결과는 물리적으로 불안정한 형상이 화학적 안정성과 반드시 연관성을 가지는 것이 아님을 보여주는 예시가 되리라 판단된다.
고화체 내 구성원소들의 침출율에서 붕소의 침출율이 가장 높은 것으로 나타났고, 특히 거시적 형상과 미시적 형상이 비교적 균질하였던 합성무기복합체 B-I를 이용하여 제조한 고화체에서의 붕소의 침출율이 가장 높게 나타났으며, 이는 고화체 내 B2O3 함량이 가장 높은 것과 관련이 있을 것으로 판단된다.
10에 나타내었다. 그림에서 보는 것처럼, U-SAP을 이용하여 제조한 고화체가 비교적 내침출성이 높은 것으로 확인되었다. 고화체 내 구성원소들의 침출율에서 붕소의 침출율이 가장 높은 것으로 나타났고, 특히 거시적 형상과 미시적 형상이 비교적 균질하였던 합성무기복합체 B-I를 이용하여 제조한 고화체에서의 붕소의 침출율이 가장 높게 나타났으며, 이는 고화체 내 B₂O₃ 함량이 가장 높은 것과 관련이 있을 것으로 판단된다.
탈염소화 반응은 간단히 아래의 반응식으로 표현할 수 있으며, 금속염화물의 산화물 형태로 전환과 휘발되는 염소의 양으로부터 정확하게 무게감량을 예측할 수 있다. 본 논문에서 사용된 반응비를 고려하면, 약 40wt%의 무게 감량을 예측할 수 있다.
)의 함량에 따라 고화체의 형상이 달라질 수 있다. 본 연구에서는 합성무기복합체 내 Al₂O₃ 또는 B₂O₃의 함량을 변화시켜 모의 염폐기물의 탈염소화 및 고화체 특성을 평가하였으며, 합성무기복합체 내 상기 성분들의 함량변화가 탈염소화반응 특성에 미치는 영향은 낮고 고화체의 균질성과 화학적 내구성에는 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 결과를 통해, Al₂O₃ 또는 B₂O₃의 함량이 일정수준(17wt% 또는 11wt%) 높은 조성 범위 내에서 복합체를 합성할 경우 비교적 내침출성이 높고 균질한 형태의 고화체를 제조할 수 있을 것으로 판단되며, 이에 대한 세부조성설정을 위해 추가적인 연구수행이 필요하다.
B-I의 경우 또한 U-SAP 고화체와 같이 상분리와 기공이 존재하지 않는 외형적으로 균질한 고화체의 형태를 보였고, 합성무기복합체 A-I를 이용한 고화체는 상분리가 존재하였으나 기공이 없는 비교적 균질한 형상을 나타내었다. 이들과 달리 A-D의 경우에는 고화체의 단면에서 다양한 크기의 기공과 상분리가 확인되었고, B-D를 이용하여 제조한 고화체의 단면에는 미세한 크기의 기공과 상분리가 많이 존재하는 것으로 확인되어 A-D와 B-D를 이용하여 제조한 고화체는 불안정한 구조를 형성함을 알 수 있었다. 이러한 외형적 형상에 대한 결과를 볼 때 고화체를 구성하는 조성에서 U-SAP 대비 Al₂O₃ 또는 B₂O₃의 함량이 높을 때 상 분리 및 기공이 존재하지 않고, 비교적 균질한 형태의 고화체를 제조할 수 있음을 확인하였다.
합성무기복합체 B-I를 이용하여 제조한 고화체는 600 ㎛ 영역 내에서도 미세한 크기의 상분리가 존재함이 확인되었으며, 10~30 ㎛ 범위에서 관찰한 결과 분리된 상이 균일하게 분포하지 않았으며,분리된 상의 크기는 A-I의 경우보다 작고 입경범위가 더 좁았다. 이들과 달리 거시적으로 많은 기공과 상분리가 나타났던 합성무기복합체 A-D와 B-D 고화체들은 600 ㎛ 영역 내에서도 상분리가 존재하였고, 10~30 ㎛ 범위에서 U-SAP의 경우보다 크고 입경범위가 넓은 상분리 입자가 다량 확인되었다. 이러한 미세구조 결과들은 거시적(외형적) 형상과 비슷한 경향을 보임을 알 수 있으나 U-SAP의 경우에는 외형과 달리 다양한 입경범위의 상분리가 존재하여 미시적 균질성은 합성무기복합체 A-I와 B-I를 이용하여 제조한 고화체가 우수할 것으로 예상되었으며, 이에 대한 경향을 고려하여 제조한 고화체 내 주요성분들의 분포특성을 관찰하기 위해 상분리 입경을 관찰한 15 ㎛ 영역 내에서 SEM-mapping을 실시하였으며, 그 결과를 Fig.
이러한 구조적 형태는 합성무기복합체 A-I, A-D, B-I 등을 이용하여 제조한 고화체들에서도 확인되었다. 이들과 달리 합성무기 복합체 B-D를 이용하여 제조한 고화체 결정성 화합물을 구성하고 있었으며, 주요 결정성 화합물은 Li_xAl_xSi₃-_xO₆였고, 이 화합물과 함께 Li₃PO₄가 결정상 화합물로 존재하는 것으로 확인되었다.
이러한 외형적 형상에 대한 결과를 볼 때 고화체를 구성하는 조성에서 U-SAP 대비 Al2O3 또는 B2O3의 함량이 높을 때 상 분리 및 기공이 존재하지 않고, 비교적 균질한 형태의 고화체를 제조할 수 있음을 확인하였다.
이상과 같은 U-SAP의 조성을 달리하여 탈염소화 반응 후 제조한 고화체의 물리화학적 특성에 대한 결과들을 종합해볼 때 주요 구성원소(Si, P, Al)들의 화학적 안정성은 큰 차이가 없는 것으로 보이며, U-SAP 대비 Al2O3 또는 B2O3의 함량을 일정수준으로 증가시킬 경우 기공이 없고, 비교적 균질한 형태의 고화체를 제조할 수 있을 것으로 판단된다.
이상의 결과들을 통해 조성을 변화시켜 제조한 U-SAP 이용 모의 염폐기물의 탈염소화 반응은 반응속도 측면에서의 미소한 차이는 있으나 거의 유사한 형태의 반응거동을 가지는 것으로 판단되며, 이는 염폐기물의 탈염소화 반응 메커니즘에 관여하는 물질인 SiO₂, Al₂O₃, P₂O₅ 등이 다른 조성비를 보이고는 있으나 모든 합성무기복합체에서 충분히 존재하기 때문으로 판단된다.
7에서 크고 넓은 입경의 상분리가 확인된 합성무기복합체 A-D와 B-D를 이용하여 제조한 고화체에서도 거의 유사하게 확인되었다. 합성무기복합체 A-D와 B-D의 경우 기준조성으로 제조한 고화체와 같이 Si-rich phase와 P-rich phase의 분리가 두드러지고 P-rich phase의 크기와 입경이 비교적 크고 넓은 것으로 나타났다. 이와 달리 합성무기복합체 A-I와 B-I를 이용하여 제조한 고화체의 경우에는 상분리에 의한 영향 없이 고화체 구성성분들의 분포가 균일하게 형성되어있었으며, 이는 SiO₂와 P₂O₅에 대한 Al₂O₃와 B₂O₃의 가교역할이 잘 구현되어 상분리가 미세한 크기 및 범위에서 생성된 것과 깊은 관계가 있을 것으로 추정된다.
U-SAP을 이용한 고화체와 같이 거시적으로 균질한 형태를 띠였던 합성무기복합체 A-I를 이용하여 제조한 고화체 또한 600 ㎛ 영역 내에서는 비교적 균질 하였고, 10~30 ㎛ 범위에서는 상분리가 확인되었으나 U-SAP의 경우에 비교해 분리된 상의 크기가 작고 크기범위가 좁은 형태를 보여 U-SAP의 경우보다 미시적인 균질성이 높은 것으로 판단되었다. 합성무기복합체 B-I를 이용하여 제조한 고화체는 600 ㎛ 영역 내에서도 미세한 크기의 상분리가 존재함이 확인되었으며, 10~30 ㎛ 범위에서 관찰한 결과 분리된 상이 균일하게 분포하지 않았으며,분리된 상의 크기는 A-I의 경우보다 작고 입경범위가 더 좁았다. 이들과 달리 거시적으로 많은 기공과 상분리가 나타났던 합성무기복합체 A-D와 B-D 고화체들은 600 ㎛ 영역 내에서도 상분리가 존재하였고, 10~30 ㎛ 범위에서 U-SAP의 경우보다 크고 입경범위가 넓은 상분리 입자가 다량 확인되었다.

후속연구

거시적 및 미시적 관찰에서 가장 비균질한 형상을 보였던 A-D 고화체는 불안정한 형상과 달리 내침출성이 비교적 우수한 것으로 확인되었다. 이 결과는 물리적으로 불안정한 형상이 화학적 안정성과 반드시 연관성을 가지는 것이 아님을 보여주는 예시가 되리라 판단된다. Fig.
본 연구에서는 합성무기복합체 내 Al₂O₃ 또는 B₂O₃의 함량을 변화시켜 모의 염폐기물의 탈염소화 및 고화체 특성을 평가하였으며, 합성무기복합체 내 상기 성분들의 함량변화가 탈염소화반응 특성에 미치는 영향은 낮고 고화체의 균질성과 화학적 내구성에는 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 결과를 통해, Al₂O₃ 또는 B₂O₃의 함량이 일정수준(17wt% 또는 11wt%) 높은 조성 범위 내에서 복합체를 합성할 경우 비교적 내침출성이 높고 균질한 형태의 고화체를 제조할 수 있을 것으로 판단되며, 이에 대한 세부조성설정을 위해 추가적인 연구수행이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	금속염화물을 고화하는 방법 중 광물을 사용하는 경우 어떠한 문제점이 있는가?	미국 ANL(Argonne National Laboratory)에서는 LiCl-KCl계 폐기물에 대한 고화매질로 sodalite를 이용하는 방법을 개발하였으며[8-12], 러시아 RIAR(Research Institute of Atomic Reactors)의 경우에는 NaCl-KCl계에 대하여 상용성이 있는 인산계 유리매질을 개발하였다[13]. 그러나 광물을 사용할 경우에는 염소를 고정화 할 수 있는 양이 낮으며, 염소와 상용성이 있는 유리의 경우에는 상대적으로 내구성이 낮은 단점을 가진다.
	파이로프로세싱이란?	전기화학적 방법을 이용하여 사용후핵연료에서 재사용이 가능한 U 및 TRU 금속을 회수하는 파이로프로세싱(Pyroprocessing)에서는 전해질로서 알칼리 금속염화물을 사용하며, 이 과정에서 방사성 폐기물로서 염화물 형태의 핵분열생성물이 함유된 염폐기물이 발생된다[1]. PWR 사용후핵연료 파이로프로세싱에서 발생되는 염폐기물은 두 가지로 전해환원공정에서 발생되는 I/II족 핵종을 함유한 LiCl 염폐기물과 전해제련공정에서 발생되는 희토류 핵종을 함유한 LiCl-KCl공융염폐기물이 있다[1].
	금속염화물을 고화하는 방법으로는 어떠한 방법이 있는가?	금속염화물을 고화하는 방법으로 염소(chlorine)를 고정화하는 광물 또는 염소와 상용성이 있는 유리매질을 이용하여 직접 고화하는 방법이 있다[4-7]. 미국 ANL(Argonne National Laboratory)에서는 LiCl-KCl계 폐기물에 대한 고화매질로 sodalite를 이용하는 방법을 개발하였으며[8-12], 러시아 RIAR(Research Institute of Atomic Reactors)의 경우에는 NaCl-KCl계에 대하여 상용성이 있는 인산계 유리매질을 개발하였다[13].

참고문헌 (18)

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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