SiO₂-Al₂O₃-P₂O₅ 무기복합체를 이용한 LiCl-KCl 방사성 폐기물의 안정화/고형화: Part 1. LiCl-KCl의 탈염화 반응거동 및 고형화특성

조인학,박환서,안수나,김인태,조용준,Cho, In-Hak,Park, Hwan-Seo,Ahn, Soo-Na,Kim, In-Tae,Cho, Yong-Zun 한국방사성폐기물학회 2012 방사성폐기물학회지 Vol.10 No.1

The metal chloride wastes from a pyrochemical process to recover uranium and transuranic elements has been considered as a problematic waste difficult to apply to a conventional solidification method due to the high volatility and low compatibility with silicate glass. In this study, a dechlorination approach to treat LiCl-KCl waste for final disposal was adapted. In this study, a $SiO_2-Al_2O_3-P_2O_5$ (SAP) inorganic composite as a dechlorination agent was prepared by a conventional sol-gel process. By using a series of SAPs, the dechlorination behavior and consolidation of reaction products were investigated. Different from LiCl waste, the dechlorination reaction occurred mainly at two temperature ranges. The thermogravimetric test indicated that the first reaction range was about $400^{\circ}C$ for LiCl and the second was about $700^{\circ}C$ for KCl. The SAP 1071 (Si/Al/P=1/0.75/1 in molar) was found to be the most favorable SAP as a dechlorination agent under given conditions. The consolidation test revealed that the bulk shape and the densification of consolidated forms depended on the SAP/Salt ratios. The leaching test by PCT-A method was performed to evaluate the durability of consolidated forms. This study provided the basic information on the dechlorination approach. Based on the experimental results, the dechlorination method using a $SiO_2-Al_2O_3-P_2O_5$ (SAP) could be considered as one of alternatives for the immobilization of waste salt. 사용후 핵연료내 우라늄 및 초우란원소를 회수하는 파이로프로세싱 공정에서 배출되는 금속염화물계 방사성 폐기물은 높은 휘발특성과 붕규산계 유리와의 낮은 상용성으로 인해 고화처리가 쉽지 않은 폐기물이다. 이를 위해, 본 연구에서는 고화처리의 한 방법으로 탈염화 반응을 통한 고화체제조 개념을 채택하였다. 솔젤법을 이용하여 탈염화물질, $SiO_2-Al_2O_3-P_2O_5$ (SAP)을 합성하였으며 이를 이용하여 탈염화 반응거동 반응생성물의 고형화 특성을 조사하였다. LiCl계 폐기물과 달리, LiCl-KCl폐기물의 반응은 두 개의 온도범위에서 반응이 진행되며, $400^{\circ}C$의 경우에는 LiCl이, 약 $700^{\circ}C$에서는 KCl이 주로 반응하는 것으로 확인되었다. 여러 가지 반응실험을 통하여 LiCl-KCl의 탈염화 반응에 가장 적합한 물질은 SAP 1071 (Si/Al/P=1/0.75/1 in molar)인 것으로 확인되었다. 4가지 종류의 고형화 실험을 통하여 고화체의 bulk shape과 densification은 SAP/Salt의 비에 영향 받는 것을 확인하였다. 제조된 고형화 시료는 Product Consistency Test-A법을 이용하여 기본적인 내구성을 평가하였다. 본 연구는 $SiO_2$, $Al_2O_3$, $P_2O_5$로 이루어진 탈염화 물질을 이용하여 반응특성과 고형화 특성에 대한 기본적인 정보를 제공하였으며, 이와 같은 실험을 통하여, 본 연구에서 제안된 탈염화 고화처리방법이 휘발특성이 높고 기존 유리매질과 상용성이 낮은 금속염화물계 폐기물에 적용이 가능함을 확인하였다.

고온건식 탈황공정에서 연료가스의 환원성 가스에 의한 아연계 탈황제의 특성 연구

조인학(In-Hak Cho),박노국(No-Kuk Park),한기보(GI Bo Han),윤석훈(Suk Hoon Yoon),이태진(Tae Jin Lee) 한국에너지학회 2008 한국에너지공학회 학술발표회 Vol.2008 No.-

석탄가스조성으로 H_2S 초정밀정제를 위한 ZnO 나노구조체의 성능 평가

조인학(Cho, In-Hak),박노국(Park, No-Kuk),한기보(Han, Gi-Bo),윤석훈(Yoon, Suk-Hoon),이태진(Lee, Tae-Jin) 한국신재생에너지학회 2008 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.05

SiO₂-Al₂O₃-P₂O₅ (SAP) 무기복합체를 이용한 LiCl-KCl 방사성 폐기물의 안정화/고형화: Part 2. SAP조성에 따른 안정화/고형화특성 변화

안수나,박환서,조인학,김인태,조용준,Ahn, Soo-Na,Park, Hwan-Seo,Cho, In-Hak,Kim, In-Tae,Cho, Yong-Zun 한국방사성폐기물학회 2012 방사성폐기물학회지 Vol.10 No.1

금속염화물계 방사성 폐기물은 전해공정으로 이루어진 파이로프로세싱공정의 주요한 방사성 폐기물이다. 이와 같은 폐기물은 탄산염이나 질산염과 달리 고온에서 분해되지 않고 바로 휘발되며, 기존의 규산계 유리와 상용성이 낮아 처리가 쉽지 않다. 본 연구팀은 금속염화물계 폐기물을 고화처리하는 방법으로 탈염화처리법을 채택하였다. 본 연구에서는 그 후속적인 연구로서, 탈염화물질로 제안된 SAP ($SiO_2-Al_2O_3-P_2O_5$)의 조성을 변화시켜 LiCl-KCl과의 반응성을 향상시키고 고화공정을 단순화시키고자 하였다. 기본물질계에 $Fe_2O_3$를 첨가할 경우 무게반응비 SAP/Salt를 3에서 2.25로 낮출수 있으며, Fe가 Al을 치환하는 몰분율이 0.1이상이 될 경우에는 오히려 반응성이 점진적으로 감소하는 것으로 확인되었다. 또한 M-SAP에 $B_2O_3$를 첨가할 경우에는 유리매질을 사용하지 않고 monolithic form을 제조할 수 있었다. 침출 시험결과 U-SAP 1071이 가장 높은 내구성을 보여주었으며, 1 g의 금속폐기물을 처리시 약 3~4 g의 고화체가 발생되며, 이는 기존의 고화처리법보다 약 $\frac{1}{3}{\sim}\frac{1}{4}$배정도 최종처분부피가 감소되는 효과를 얻을 수 있다. 이상의 실험결과로부터, 기존의 유리고화공정으로 처리가 어려운 휘발성 금속염화물계 폐기물을 단 하나의 물질을 이용하여 처리할 수 있음을 확인하였으며, 이러한 처리방법은 고화처리시 발생되는 부피를 최소화활 수 있는 대안적인 고화처리방법이 될 것으로 판단된다. Metal chloride waste is generated as a main waste streams in a series of electrolytic processes of a pyrochemical process. Different from carbonate or nitrate salt, metal chloride is not decomposed into oxide and chlorine but it is just vaporized. Also, it has low compatibility with conventional silicate glasses. Our research group adapted the dechlorination approach for the immobilization of waste salt. In this study, the composition of SAP ($SiO_2-Al_2O_3-P_2O_5$) was adjusted to enhance the reactivity and to simplify the solidification process as a subsequent research. The addition of $Fe_2O_3$ into the basic SAP decreased the SAP/Salt ratio in weight from 3 for SAP 1071 to 2.25 for M-SAP( Fe=0.1). The experimental results indicated that the addition of $Fe_2O_3$ increased the reactivity of M-SAP with LiCl-KCl but the reactivity gradually decreased above Fe=0.1. Also, introducing $B_2O_3$ into M-SAP requires no glass binder for the consolidation of reaction products. U-SAP ($SiO_2-Al_2O_3-Fe_2O_3-P_2O_5-B_2O_3$) could effectively dechlorinate the LiCl-KCl waste and its reaction product could be consolidated as a monolithic form without a glass binder. The leaching test result indicated that U-SAP 1071 was more durable than other SAPs wasteform. By using U-SAP, 1 g of waste salt could generated 3~4 g of wasteform for final disposal. The final volume would be about 3~4 times lower than the glass-bonded sodalite. From these results, it could be concluded that the dechlorination approach using U-SAP would be one of prospective methods to manage the volatile waste salt.

탄산화물(Li₂CO₃, K₂CO₃)을 이용한 반응증류공정에서 LiCl-KCl 공융염 내 NdCl₃의 분리특성

은희철,최정훈,이태교,조인학,김나영,유재욱,박환서,안도희,Eun, Hee-Chul,Choi, Jung-Hoon,Lee, Tae-Kyo,Cho, In-Hak,Kim, Na-Young,Yu, Jae-Uk,Park, Hwan-Seo,Ahn, Do-Hee 한국방사성폐기물학회 2015 방사성폐기물학회지 Vol.13 No.3

사용후핵연료 파이로프로세싱에서 발생하는 방사성폐기물의 양을 최소화하기 위해서는 방사성 핵종 함유 염폐기물을 효과적으로 처리할 수 있는 기술개발이 필요하다. 이를 위해 탄산화물(Li₂CO₃, K₂CO₃)을 이용한 반응증류공정에서 LiCl-KCl 공융염 내 NdCl₃의 분리특성을 관찰하였다. HSC-Chemistry 프로그램을 이용한 탄산화물과 NdCl₃의 반응모델결과에서 NdCl₃는 탄산화물의 주입조건 및 온도변화에 따라 산염화물(NdOCl) 또는 산화물(Nd₂O₃) 형태로 전환됨이 확인되었으며, 탄산화물의 주입조건에 따른 LiCl-KCl-NdCl₃계의 반응증류시험에서 반응모델결과와 유사한 경향을 확인하였다. 이 결과들을 이용하여 LiCl-KCl 공융염 내 NdCl₃를 고화가 용이한 산화물 형태로 분리하기 위한 공정조건을 도출하였다. It is necessary to develop an effective waste salt treatment technology for the minimization of radioactive waste generation from the pyroprocessing of spent nuclear fuel. For this reason, the separation characteristics of NdCl₃ from LiCl-KCl eutectic salt in a reactive distillation process using Li₂CO₃ or K₂CO₃ were observed. NdCl₃ was converted into oxychloride (NdOCl) or oxide (Nd₂O₃) in the reaction model between NdCl₃ and the carbonates using HSC-Chemistry, and this result was confirmed in the reactive distillation test of the LiCl-KCl-NdCl₃ system using the carbonates. Based on these results, the reactive distillation process conditions were determined to separate NdCl₃ into an oxide form (Nd₂O₃) which can be easily fabricated into a final waste form.

용융탄산염을 이용한 고농도 염소 및 염화수소가스 처리 및 재활용에 관한 연구

은희철 ( Hee Chul Eun ),최정훈 ( Jung Hoon Choi ),조인학 ( In Hak Cho ),양희철 ( Hee Chul Yang ),박환서 ( Hwan Seo Park ) 조선대학교 공학기술연구원 2014 공학기술논문지 Vol.7 No.4

A high concentration of Cl2 and HCl gas is generated from the solidification process of chlorinated metal wastes from the pyrochemical process of used nuclear fuel. In this study, a treatment test of a high concentration of Cl2 and HCl gas was performed using the molten carbonate equipment. A high concentration of Cl2 and HCl gas was captured as a from of LiCl in the molten carbonate (Li2CO3), and the Cl2 and HCl gas was not detected in the flue gas from the equipment. After the treatment test, the used carbonate from the equipment was composed of Li2CO3 and LiCl. The used carbonate was effectively divided into LiCl and a mixture of Li2O and Li2CO3 through a vacuum distillation process. It is considered that LiCl is possible to recycle to the pyrochemical process and the mixture can be reused for the treatment of Cl2 and HCl gas.

LiCl-KCl 공융염 내 LaCl3의 산화분리에 관한 연구

은희철 ( Hee Chul Eun ),최정훈 ( Jung Hoon Choi ),조인학 ( In Hak Cho ),이태교 ( Tae Kyo Lee ),유재욱 ( Jae Uk Yu ),한승엽 ( Seung Youb Han ),김나영 ( Na Young Kim ),박환서 ( Hwan Seo Park ),안도희 ( Do Hee Ahn ) 조선대학교 공학기술연구원 2015 공학기술논문지 Vol.8 No.4

The pyrochemical process of nuclear spent fuel generates a considerable amount of LiCl-KCl eutectic waste salt containing radioactive rare earth chlorides. To minimize this radioactive waste salt, it is necessary to develop an effective separation technology of rare earths from the salt. For this reason, separation characteristics of LaCl3 in LiCl-KCl eutectic salt in a reactive distillation process using a chemical agent (K2CO3, Li2CO3, Li2O) were observed. LaCl3 was separated into an oxychloride form (LaOCl) and an oxide from (La2O3) in the reactive distillation tests of LiCl-KCl-LaCl3 system. All the separations of LaCl3 in LiCl-KCl eutectic salt reached 0.999 regardless of injection conditions of the agents. This means that La in LiCl-KCl eutectic salt can be effectively separated through the reactive distillation process using alkali carbonates (K2CO3, Li2CO3) cheaper than Li2O. Thus, it is thought that the reactive distillation process using the carbonates can be utilized to separate rare earths in LiCl-KCl eutectic salt.