본 연구에서는 방사성폐기물 아스팔트고화체를 장기간 저장시 형태유지가 되지 않는 단점을 보완하기 위하여 폴리에틸렌을 고화보조제로 아스팔트에 첨가하여 전처리의 분쇄 공정 없이 입상수지를 직접 고화처리 함으로서 시멘트 고화체처럼 형태안정성을 지니는 아스팔트 고화체를 제조하는 방법을 개발하고 이 방법에 의해 제조된 고화체의 침출특성을 평가하여 실제 방사성 폐이온 교환수지 처리에 적용함을 그 목적으로 하였다. 실험결과 고화보조제인 폴리에틸렌은 아스팔트와 폐수지가 혼합된 고화체내에서 가교역활을 하며 PE 함유량이 10 wt% 이상일 때 장기간 노출실험에서도 고화체 형태를 그대로 유지하였다. 최적조업조건은 폐수지의 함유량이 무게비로 40wt% 이고 PE의 함유량이 10wt%이며 이때 고화체내부에 수지입자의 밀도도 균일하게 분포됨을 확인하였다. 실험은 폐이온교환수지에 아스팔트를 혼합하고 여기에 폴리에틸렌(PE) 필름을 고화보조제로 첨가함으로서 고화체의 균일성, 수분과 접촉시 고화체의 침출을 최저로 하는 안정된 고화체를 개발하였다.
본 연구에서는 방사성폐기물 아스팔트고화체를 장기간 저장시 형태유지가 되지 않는 단점을 보완하기 위하여 폴리에틸렌을 고화보조제로 아스팔트에 첨가하여 전처리의 분쇄 공정 없이 입상수지를 직접 고화처리 함으로서 시멘트 고화체처럼 형태안정성을 지니는 아스팔트 고화체를 제조하는 방법을 개발하고 이 방법에 의해 제조된 고화체의 침출특성을 평가하여 실제 방사성 폐이온 교환수지 처리에 적용함을 그 목적으로 하였다. 실험결과 고화보조제인 폴리에틸렌은 아스팔트와 폐수지가 혼합된 고화체내에서 가교역활을 하며 PE 함유량이 10 wt% 이상일 때 장기간 노출실험에서도 고화체 형태를 그대로 유지하였다. 최적조업조건은 폐수지의 함유량이 무게비로 40wt% 이고 PE의 함유량이 10wt%이며 이때 고화체내부에 수지입자의 밀도도 균일하게 분포됨을 확인하였다. 실험은 폐이온교환수지에 아스팔트를 혼합하고 여기에 폴리에틸렌(PE) 필름을 고화보조제로 첨가함으로서 고화체의 균일성, 수분과 접촉시 고화체의 침출을 최저로 하는 안정된 고화체를 개발하였다.
In this study, a modified bituminization technology has been developed, which needs no grinding of the granular resin waste, and enables the solid form to keep its shape stability as good as that of a cemented solid from Also, the study intended to apply the developed technology to the practical...
In this study, a modified bituminization technology has been developed, which needs no grinding of the granular resin waste, and enables the solid form to keep its shape stability as good as that of a cemented solid from Also, the study intended to apply the developed technology to the practical treatment of radioactive resin waste. In the experiment, the granular type resin was used and the straight-run distillation bitumen with penetration rate 60/70 was used as the solidifying agent. The PE was used as the additive. The shape stability increased remarkably with the additive of PE, which act as a binder in the solid form. The shape of the solid form was maintained without failure during the long-term exposure test when the additive content of spent PE is more than 10wt%. The proper ranges of bitumen content, PE content and operating temperature are 30-50wt%, 10-20wt% and $180^{\circ}C$ respectively. The bituminized solid form of radioactive resin waste by the technology of this study has the remarkably superior quality than the conventional solid forms, partially for the shape stability.
In this study, a modified bituminization technology has been developed, which needs no grinding of the granular resin waste, and enables the solid form to keep its shape stability as good as that of a cemented solid from Also, the study intended to apply the developed technology to the practical treatment of radioactive resin waste. In the experiment, the granular type resin was used and the straight-run distillation bitumen with penetration rate 60/70 was used as the solidifying agent. The PE was used as the additive. The shape stability increased remarkably with the additive of PE, which act as a binder in the solid form. The shape of the solid form was maintained without failure during the long-term exposure test when the additive content of spent PE is more than 10wt%. The proper ranges of bitumen content, PE content and operating temperature are 30-50wt%, 10-20wt% and $180^{\circ}C$ respectively. The bituminized solid form of radioactive resin waste by the technology of this study has the remarkably superior quality than the conventional solid forms, partially for the shape stability.
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문제 정의
또 폐수지로 고화처리된 아스팔트 고화체는 안정한 형태로 장기간 저장이 어려울 뿐만 아니라 물과 접촉 시 팽윤 등으로 인하여a방사성물질이 누출된다는 단점이 있다. 본 연구는 고화처리의 매질로 사용되는 아스팔트의 물리, 화학적 성질을 조사하고 고화처리 기술과 고화공정을 조사하였다. 이문헌연구를 토대로 액체 폐기물 처리시 이온교환공정에서 사용하고 있는 입상형 양이온 교환 수지에 도로 포장용 직류 아스팔트를 혼합하고 여기에 폴리에틸렌을 고화보조제로 첨가하였다.
실험 결과 고화체 내의 수지의 균일성, 강도 강화, 수분과 접촉 시 고화체의 팽윤 및 침전을 최저로 하는 안정된 아스팔트 고화체를 개발하였다. 본 연구를 통하여 방사성 아스팔트 고화체는 장기간 저장에도 형태 안정성이 유지되어 안정성을 확보할 수 있으며 고화시 폐수지의 함량을 높힘으로 감용율을 증대할 수 있고 방사성 폐이온 교환수지의 제약요건인 고화체의 불균일성, 수분과 접촉 시 고화체의 팽윤 및 침출을 최저로 하는 안정된 아스팔트 고화체를 개발하고 고화체내의 불균일한 밀도분포 등의 단점을 해소하므로서 고화체 안정성 확보에 기여하고자 한다.
제안 방법
폐수지 함량을 40wt%, 50wt%, 60wt%로 하고 PE의 양을 10wt%로 첨가하여 제조된 시료를 증류수에 일정 기간 동안 침수시켜 팽윤율 및 침출을 관찰하였다. 또한 고화체 내의 수지 밀도 분포 상태 규명을 위하여 고화체를 3등분하여 상중하의 밀도를 측정하였으며 ASTM D36의 Ring and Ball 방법을 사용하여 고화체의 점도를 측정하였다.
용량이 42인 실험장치의 반응기는 이중벽으로 만들었으며 혼합물 이 용이하게 배출할 수 있도록 Mixer는 스크류 형태로 제작하였고 반응기의 뚜껑은 혼합시증발되어 나오는 증기를 응축할 수 있도록 하였다. 본 실험에서 고화보조제인 폴리에틸렌을 아스팔트에 대한 무게비를 기준으로 하고 수지의 함유율은 고화체 전체에 대한 무게비를 기준으로 하여 아스팔트, 고화보조제, 수지의 무게를 달아 반응기에 넣고 서서히 열매체 유를 가열하여 실험 온도인 180℃로 고정하였다. 완전히 혼합된 혼합물은 각각의 실험 항목에 맞도록 mold용기에 시료를 받았으며 실온에서 24시간 냉각시킨후 mold를 제거하여 실험을 수행하였다.
완전히 혼합된 혼합물은 각각의 실험 항목에 맞도록 mold용기에 시료를 받았으며 실온에서 24시간 냉각시킨후 mold를 제거하여 실험을 수행하였다. 실험 항목으로는 고화보조제 첨가량에 따른 혼합 및 혼합 물 배출 가능성을 관찰하고 대기 중에 고 화체시료를 장기간 놓아 고화체의 형태 안정성을 평가하였다. 폐수지 함량을 40wt%, 50wt%, 60wt%로 하고 PE의 양을 10wt%로 첨가하여 제조된 시료를 증류수에 일정 기간 동안 침수시켜 팽윤율 및 침출을 관찰하였다.
회분식 Pot형 아스팔트 고화장치는 아스팔트 고화장치 중에서 가장 단순한 형태이며 폐기물에 포함된 입자의 크기가 미세하지 않아도 장치에 손상을 주지 않으므로 입자가 있는 폐기물에 적합하다. 용량이 42인 실험장치의 반응기는 이중벽으로 만들었으며 혼합물 이 용이하게 배출할 수 있도록 Mixer는 스크류 형태로 제작하였고 반응기의 뚜껑은 혼합시증발되어 나오는 증기를 응축할 수 있도록 하였다. 본 실험에서 고화보조제인 폴리에틸렌을 아스팔트에 대한 무게비를 기준으로 하고 수지의 함유율은 고화체 전체에 대한 무게비를 기준으로 하여 아스팔트, 고화보조제, 수지의 무게를 달아 반응기에 넣고 서서히 열매체 유를 가열하여 실험 온도인 180℃로 고정하였다.
본 연구는 고화처리의 매질로 사용되는 아스팔트의 물리, 화학적 성질을 조사하고 고화처리 기술과 고화공정을 조사하였다. 이문헌연구를 토대로 액체 폐기물 처리시 이온교환공정에서 사용하고 있는 입상형 양이온 교환 수지에 도로 포장용 직류 아스팔트를 혼합하고 여기에 폴리에틸렌을 고화보조제로 첨가하였다. 실험 결과 고화체 내의 수지의 균일성, 강도 강화, 수분과 접촉 시 고화체의 팽윤 및 침전을 최저로 하는 안정된 아스팔트 고화체를 개발하였다.
제조된 고화체를 실온에서 24시간 냉각 후 3등분하여 상중하의 밀도를 측정하였다. 제조된 고화 체의 상 중하의 밀도를 측정한 결과 PE첨가 함유율이 5wt% 이상만 되면 고화체 내 수지의 밀도분 포는 약 l.
실험 항목으로는 고화보조제 첨가량에 따른 혼합 및 혼합 물 배출 가능성을 관찰하고 대기 중에 고 화체시료를 장기간 놓아 고화체의 형태 안정성을 평가하였다. 폐수지 함량을 40wt%, 50wt%, 60wt%로 하고 PE의 양을 10wt%로 첨가하여 제조된 시료를 증류수에 일정 기간 동안 침수시켜 팽윤율 및 침출을 관찰하였다. 또한 고화체 내의 수지 밀도 분포 상태 규명을 위하여 고화체를 3등분하여 상중하의 밀도를 측정하였으며 ASTM D36의 Ring and Ball 방법을 사용하여 고화체의 점도를 측정하였다.
대상 데이터
고화체 내의 수지의 균일성 및 고화체의 팽윤 등 안정된 아스팔트 고화체를 개발하기 위하여 고화매질로 침입도 60/70의 낮은 침입도를 갖는 직류 아스팔트를 사용하였으며 저밀도 폴리에 칠렌 (LDPE) 필름을 고화보조제로 사용하였다. 또한 실험에 사용된 이온교환수지는 입상형 양이온수지를 분쇄하지 않고 실험에 직접 사용하였다.
연화 온도는 저밀도일 때는 105℃, 고밀도일 때는 124℃ 정도이다. 실험에 사용된 폴리에틸렌은 농업용 필름 제조에 주로 사용되는 저밀도 폴리에 틸렌(LDPE)으로 사업적으로 제조된 칩 형태를 사용하였다.
성능/효과
1.폴리에틸렌과 이온교환수지의 함유량이 증가할수록 혼합시간도 짧아졌으며 침수 실험에서 이온교환수지 함유량(건조기준)이 40w%일 때 전혀 팽윤이 없어 고화체 내에 폐수지의 함량을 증가시켜 처리할 수 있었다.
방사성 액체폐기물 처리 과정에서 발생되는 폐이온 교환 수지는 주로 시멘트, 아스팔트, 고분자 물 질(Polymer)에 의하여 고화처리되고 있다.2,5) 시멘트 고화체에 비하여 아스팔트 고화체는 폐기물 감용율이 우수하고 방사성 물질의 침출율이 낮다는 장점이 있다. 그러나 아스팔트 고화처리시 고화체내의 균일한 밀도를 만들기 위하여 폐수지의 경우에 분쇄와 같은 전처리 공정을 거처야 한다.
2.폴리에틸렌 함유량이 10wt% 이상이면 입상이온 교환수지의 침전을 막을 수 있어 이온교환수지를 분쇄하지 않고도 고화체 내 밀도 분포가 균일한 고화체를 만들 수 있었다.
3. 침수 실험에서 이온교환수지 함유량(건조기준)이 40w%일 때 전혀 팽윤이 없었으며, 50w%일 때 표면이 조금 팽윤되며, 60w%일 때 전체적으로 팽윤이 일어났다.
4.폴리에틸렌 함유량이 10wt% 이상이면 고화체의 장기적 형태 안정성을 유지하였으며 이온교환수지 아스팔트 고화체의 침출 메커니즘은 확산(Diffusion) model로 해석되며 침출 저항성이 매우 높은 것으로 판명되었다.
아스팔트는 연화점이 낮아 상온에서도 고화체드럼으로부터 미세한 공간을 통하여 아스팔트가 흘러나 옴으로서 저장관리 측면에서 많은 문제점을 야기시킬 수 있다. PE 함유율을 Ow%, 5wt%, 10wt%, 15wt%, 20w%로 증가시키고 수지 함량을 30, 40, 50, 60wt%로 변화시키면서 제조된 고화체를 Ring and Ball 방법에 의해 연화점을 측정한 결과로서 수지 함량과 PE함량이 증가할수록 연화점은 증가하였다. 이는 고화체 내에서 PE가 아스팔트와 혼합되면서 체인고리역활을 하여 고화체의 밀도 분포를 균일하게 하고 강도를 증가시켜 연화점을 높혀준다고 생각된다.
이문헌연구를 토대로 액체 폐기물 처리시 이온교환공정에서 사용하고 있는 입상형 양이온 교환 수지에 도로 포장용 직류 아스팔트를 혼합하고 여기에 폴리에틸렌을 고화보조제로 첨가하였다. 실험 결과 고화체 내의 수지의 균일성, 강도 강화, 수분과 접촉 시 고화체의 팽윤 및 침전을 최저로 하는 안정된 아스팔트 고화체를 개발하였다. 본 연구를 통하여 방사성 아스팔트 고화체는 장기간 저장에도 형태 안정성이 유지되어 안정성을 확보할 수 있으며 고화시 폐수지의 함량을 높힘으로 감용율을 증대할 수 있고 방사성 폐이온 교환수지의 제약요건인 고화체의 불균일성, 수분과 접촉 시 고화체의 팽윤 및 침출을 최저로 하는 안정된 아스팔트 고화체를 개발하고 고화체내의 불균일한 밀도분포 등의 단점을 해소하므로서 고화체 안정성 확보에 기여하고자 한다.
제조된 고화체를 실온에서 24시간 냉각 후 3등분하여 상중하의 밀도를 측정하였다. 제조된 고화 체의 상 중하의 밀도를 측정한 결과 PE첨가 함유율이 5wt% 이상만 되면 고화체 내 수지의 밀도분 포는 약 l.l-1.3g/cm3으로 균일하게 분포되었으며 폴리에틸렌 15wt% 첨가시 수지 함량 40w%의 고화체밀도는 1.12g/cm3로 폐수지는 고화체 내 상중 하부분에서 매우 균일하게 분포되었다. 수지 함량이 증가할수록 고화체의 밀도는 증가 하나 PE함량이 증가할수록 밀도가 저하된다.
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