원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 시멘트 고화 레시피 및 고화 방법

원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 시멘트 고화 레시피 및 고화 방법{CEMENT CURING FORMULATION AND METHOD FOR HIGH-LEVEL RADIOACTIVE BORON WASTE RESINS FROM NUCLEAR REACTOR}

본 발명은 원자력 발전소의 높은 방사성 폐기물을 처리, 처치하는 기술분야에 속한 것으로서, 원자력 발전에 인한 폐수지에 사용하는 시멘트 고화 레시피 및 그 고화 방법에 관한 것이고, 특히 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 시멘트 고화 레시피 및 고화 방법에 관한 것이다.

가압수형 원자력 발전소 설비의 운행 및 도태 과정에서 대량의 붕소 함량이 높은 방사성 이온 교환 폐수지(이하 "폐수지"라고 약칭함)가 발생하게 되는데 건조 상태하에서의 폐수지는 외관이 입상의 작은 구형이거나 분말상을 나타내고, 용기에 보존하지 않았을 경우 쉽게 분산되고, 물을 만나면 침지되어 폐수지에 교환되고 섞인 방사성 핵종이 분리되기 때문에 환경을 오염하고 2차 오염을 초래하게 된다. 폐수지의 비중은 1.05~1.30으로서 물보다 약간 크고, 함수율이 상이하거나 수지의 종류가 상이하고 흡착된 이온이 상이할 경우 이의 비중은 다소 차이가 있다. 수중의 벌크 밀도는 0.65~0.85g/ml이다. 흡수 포화상태에 도달하지 못한 폐수지는 물을 만난 후 수분을 흡수하여 체적이 팽창하게 되는데, 건조 탈수 시 체적이 감소되고 체적의 변화가 크다. 이러한 수지는 재생이 어렵기에 대량의 방사성 폐수를 생성하게 되므로 반드시 적절하게 처리하여 환경에 대한 잠재적인 위험을 감소하여야 한다. 시멘트는 우수한 물리적, 화학적 및 역학적 성능을 가지고 있기 때문에 방사성 폐기물을 고화하는 양호한 매트릭스 재료이다. 저, 중 레벨의 방사성 폐기물의 고화 처리는 일반적으로 시멘트 고화 방식을 사용하는 바, 이는 비교적 성숙된 처리 기술이고 또한 가장 이른 방사성 폐기물을 처리하는 기술의 하나인데 방사성 폐기액 또는 방사성 고체 폐기물을 시멘트, 물, 첨가제 등과 일정한 비율로 혼합하고, 상온하에서 폐기물 고화체로 경화하는 처리 기술이다.

시멘트 고화체는 기계적 밀봉, 매트릭스 재료의 흡착 및 고용(固溶) 등 작용에 의해 핵종 이온을 시멘트 고화체에 유치하고, 시멘트 고화체의 성능은 시멘트 고화체의 화학적 조성, 물리적 구조 및 처하여 있는 외부 환경에 의해 결정된다. 시멘트는 물을 첨가한 후, 가소성 및 유동성이 있는 슬러리체로부터 점차적으로 일정한 강도를 가진 고체로 변하게 된다. 경화 시멘트 슬러리체는 비균일적인 다상 시스템으로서, 각종 수화생성물과 잔여 클링커로 구성된 고체상 및 공극에 존재하는 액체와 공기로 구성된다. 이온 교환 수지는 형태가 변화하지 않는 경우 높은 화학적 안정성을 가지고 있기 때문에 매트릭스 재료 자체가 시멘트와 호환하지 못하고 시멘트는 다만 감싸는 작용만 한다. 그러나 폐수지에 흡착된 주요 화학물질이 끊임없이 분리되어 나오므로, 일부 물질은 시멘트의 수화반응에 큰 영향을 미치게 되어 시멘트 슬러리의 급응결 또는 완응결을 유발하게 되는데, 심각한 완응결은 불응결을 초래하게 된다. 예를 들어, 본 발명의 처리 대상인 붕소 함량이 높은 폐수지는 기존의 시멘트 고화제를 사용할 경우, 시멘트 슬러리가 응결되지 못하는 현상이 나타나게 되는데 이 것은 붕산염이 바로 통상의 시멘트 응결 지완제이기 때문이다.

폐수지가 시멘트 고화된 후, 수지는 고화체의 캐비티 내에 감싸게 되는데. 즉 전체 고화체가 하나의 농 구조인 것이다. 시멘트 성분, 성형가능한 물-시멘트비와 성형 조건이 시멘트 고화체의 미공 구조를 결정하는데 미공 구조는 또한 시멘트 고화체의 밀도, 강도, 열 성능, 내구성 등과 같은 거의 모든 물리적, 화학적 성능을 결정한다. 방사성 핵종 이온은 시멘트 고화체의 연통된 미공을 거쳐 외부 매질로 확산될 수 있다. 대량의 연구에 따르면, 시멘트 고화를 진행할 때, 시멘트의 품종과 용량, 수지의 성능과 용량, 첨가제 성분, 물-시멘트비, 고화 처리 공정 등이 고화체 성능에 큰 영향을 미친다. 레시피가 불합리할 경우, 시멘트 고화체의 용량 증가가 크고, 물을 만나면 팽창되어 금이 생기거나 심지어 파쇄되어 방사성 핵종의 침출율이 높아지게 되므로 국가 표준에서 규정된 시멘트 고화체의 성능 지표에 도달하지 못하게 된다. 또한, 기존 기술에 있어서 함수율이 약 50% 정도인 폐수지에 대한 포함율은 일반적으로 40%이하이고, 낮은 포함율은 폐기물 생성량과 처치 원가를 증가하게 되는데 포함율이란 피포함물이 포함물의 총 체적에서 차지하는 백분율을 말한다.

기존의 폐수지를 시멘트 고화하는 기술에 있어서, 시멘트의 소모량을 줄이기 위하여 또한 비석을 첨가제로 많이 사용하는 바, 폐수지를 고화하는 과정에서 모래와 같은 기타 골재를 사용하지 않을 경우 시멘트의 비율이 높기 때문에 높은 수화열 현상이 일어나게 되는데 큰 체적의 콘크리트에 있어서 높은 수화열은 폐수지 고화체의 중심온도를 지나치게 높여 고화체를 팽창하여 폐기 고화체의 성능을 떨어지게 한다. 알루미네이트 시멘트와 같은 수화열이 높고 또한 방출시간이 집중된 고화 공정을 사용할 경우, 비석을 첨가하는 것이 효과적인 제어방법인데 이 것은 또한 전통의 콘크리트 제조과정에서 통상적으로 사용하는 수화열 제어 방법이기도 하나붕소 함량이 높은 방사성 폐수지의 고화가 일반적인 콘크리트 제조와 다르므로 일반적인 방사성 폐수지의 고화와도 다르다. 이 것은 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지의 폐액에 대량의 붕산 라디칼 이온 및 이온 교환 수지에 흡착된 기타 음이온/양이온이 함유되어 있어, 시멘트 고화 시 붕산 라디칼 이온과 이온 교환 수지에서 석출된 음이온/양이온이 시멘트 고화체의 화학적 특성을 변화시키게 되므로 비석을 첨가제로 일정한 양에 도달한 후, 시멘트 고화체의 성능을 강하시키고 심지어 시멘트 고화체가 물을 만난 후 고화체가 분화되는 현상이 일어나게 되기 때문이다.

또한, 붕소 함량이 높은 수지에 많은 양의 붕산 라디칼 이온이 함유되어 있어, 시멘트 고화 과정에서 많은 양의 붕산 라디칼 이온에 인해 응결시간이 길어지게 되는데 이 것은 시멘트 고화체의 성능에 대해 영향이 커서 시멘트 슬러리가 응결되지 못하고 시멘트 고화체의 강도가 강하되며 수지가 부상하여 박리되는 등 문제를 초래할 수 있으며, 이 또한 기존의 많은 시멘트 고화 레시피에 있어서, 구성 성분이 같으나 붕소 함량이 높은 폐수지의 시멘트 고화에 직접 사용되지 못하는 원인이기도 하다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 기존 기술에 따른 시멘트 고화 레시피의 고화 포함량이 작고, 고화체의 중심 온도가 높으며, 시멘트 슬러리의 응결이 좋지 않고, 또한 고화 강도가 낮은 결함에 대하여, 고화 포함량이 높고, 고화체의 중심 온도가 낮으며, 침출율 및 고화 강도가 높고, 또한 각항 지표가 모두 국가 표준을 만족할 수 있으며, 안전성이 높은 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 시멘트 고화 레시피를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 조작이 간편하고 고화 효과가 양호한 상기 시멘트 고화 레시피를 사용한 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지의 고화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 상기 하나의 기술적 과제를 해결하기 위하여 사용한 기술방안은, 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 170~260 중량부, 석회 5~20 중량부, 물 20~60 중량부, 고화 보조제 0.25~10 중량부 및 첨가제 2~20 중량부를 포함하는 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 시멘트 고화 레시피이다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 170~200 중량부, 석회 10~20 중량부, 물 20~40 중량부, 고화 보조제 0.25~10 중량부 및 첨가제 4~15 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 상기 시멘트 고화 레시피 중의 첨가제는 수산화 나트륨, 탄산 리튬 및 규산 나트륨 중의 적어도 2가지의 혼합물인 것이 바람직하다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 상기 고화 보조제는 0.25~5 중량부의 폴리카르본산계 감수제를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 상기 폴리카르본산계 감수제는 폴리아크릴산 나트륨, 포타슘 폴리아크릴레이트, 소디움 폴리부테노에이트 (sodium polybutenoate), 포타슘 폴리부테노에이트 (potassium polybutenoate), Basf glenium51(감수제의 품번), Sika ViscoCrete(감수제의 품번) 중의 하나인 것이 바람직하다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 상기 시멘트 고화 레시피 중의 고화 보조제는 1~5 중량부의 알루민산나트륨을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 198 중량부, 석회 11 중량부, 물 30 중량부, 고화 보조제 0.25 중량부, 첨가제 3.70 중량부를 포함하고, 상기 고화 보조제는 폴리아크릴산 나트륨이며, 상기 첨가제는 수산화 나트륨과 탄산 리튬의 혼합물인 것이 더 바람직하다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 184 중량부, 석회 10 중량부, 물 19 중량부, 고화 보조제 2 중량부, 첨가제 2 중량부를 포함하고, 상기 고화 보조제는 소디움 폴리부테노에이트이며, 상기 첨가제는 수산화 나트륨과 규산 나트륨의 혼합물인 것이 더 바람직하다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 170 중량부, 석회 9 중량부, 물 29 중량부, 고화 보조제 1 중량부, 첨가제 2.3 중량부를 포함하고, 상기 고화 보조제는 Sika ViscoCrete 20HE이며, 상기 첨가제는 탄산 리튬과 규산 나트륨의 혼합물인 것이 더 바람직하다.

본 발명이 상기 다른 하나의 기술적 과제를 해결하기 위하여 사용한 기술방안은,

1) 각종 고화제 원료 및 붕소 함량이 높은 폐수지를 칭량하거나 계량하여 준비하는데, 고화 레시피는 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 170~260 중량부, 석회 5~20 중량부, 물 20~60 중량부, 고화 보조제 0.25~10 중량부 및 첨가제 2~20 중량부를 포함하고,

2) 원료 중의 석회를 고화 용기 내에 첨가하고,

3) 교반하면서 붕소 함량이 높은 폐수지와 물을 제외한 기타 고화 보조제 원료를 첨가하고,

4) 교반하면서 시멘트를 첨가하고 교반 과정에서 물을 첨가하여 균일하게 교반하고,

5) 균일하게 교반한 후 방치, 양생하는 단계를 포함하는 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 고화 방법이다.

상기 단계 1)에 있어서, 상기 고화 레시피는 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 170~200 중량부, 석회 10~20 중량부, 물 20~40 중량부, 고화 보조제 0.25~10 중량부 및 첨가제 4~15 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 단계 1)에 있어서, 상기 고화 레시피의 첨가제는 수산화 나트륨, 탄산 리튬 및 규산 나트륨 중의 적어도 2가지의 혼합물인 것이 바람직하다.

상기 단계 1)에 있어서, 상기 고화 보조제는 0.25~5 중량부의 폴리카르본산계 감수제를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 단계 1)에 있어서, 상기 고화 레시피 중의 폴리카르본산계 감수제는 폴리아크릴산 나트륨, 포타슘 폴리아크릴레이트, 소디움 폴리부테노에이트, 포타슘 폴리부테노에이트, Basf glenium51, Sika ViscoCrete 중의 하나인 것이 바람직하다.

상기 단계 1)에 있어서, 상기 고화 보조제는 1~5 중량부의 알루민산나트륨을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 고화 방법의 단계 1)에 있어서, 붕소 함량이 높은 폐수지 중에 함유된 유리수의 중량비를 측정하여 붕소 함량이 높은 폐수지의 칭량 무게와 물의 칭량 무게를 환산하고, 상기 각종 고화제 원료를 칭량하며, 고화 보조제와 첨가제에 물을 첨가하여 용액으로 용해하는 것이 바람직하다.

상기 고화 방법의 단계 3)에 있어서, 계량 탱크를 통하여 고화 용기 내에 유리수가 있는 붕소 함량이 높은 폐수지를 첨가하고, 패들을 작동하여 교반한 후 고화 보조제와 첨가제를 첨가하는 바, 전기의 교반 속도는 15~25rpm이고, 후기의 교반 속도는 40~60rpm이며, 총 교반 시간은 100~120min이고, 수직축식 교반방식을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 고화 방법의 단계4)에 있어서, 교반기를 작동하여 교반 속도 15~25rpm으로 교반하는데, 교반하면서 시멘트 호퍼를 통하여 시멘트를 첨가 속도 800~1200kg/h로 용기 내에 천천히 첨가하고, 교반 과정에서 고화제가 요구하는 물의 중량부를 만족하도록 점차적으로 물을 첨가한 후 계속하여 0.5h 동안 교반하며, 패들을 상하로 움직여 균일하게 교반하는 것이 바람직하다.

상기 고화 방법의 단계 5)에 있어서, 교반을 멈춘 후 고화 용기를 양생실로 옴겨 표면에 차폐물을 덮여 28일간 방치, 양생하는 것이 바람직하다.

본 발명의 시멘트 고화 레시피는 기존의 기술에 비하여 아래와 같은 유익한 효과를 가진다.

본 발명의 시멘트 고화 레시피는 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 시멘트 고화 레시피인 것으로, 고화 매트릭스 성분은 시멘트, 석회, 물, 고화 보조제 및 첨가제이고, 고화 매트릭스 재료와 붕소 함량이 높은 폐수지는 혼합 후 높은 경도의 시멘트 블록을 형성하는데, 붕소 함량이 높은 폐수지가 높은 경도의 시멘트 블록에 분산되고 감싸이게 된다. 본 발명의 시멘트 고화 레시피는 기존의 시멘트 고화 레시피에 비하여 아래와 같은 양호한 이점을 가지고 있다. 붕소 함량이 높은 폐수지는 시멘트 고화체에서 균일하게 분산되는데 즉 붕소 함량이 높은 폐수지의 과립이 분산되게 감싸여 고화체가 파괴되어 갈라지거나 파쇄되어 많은 고화체 조각으로 되어도 붕소 함량이 높은 폐수지는 여전히 감싸이는 상태에 처할 수 있어, 방사성 누출의 위험을 감소시켜 더욱 높은 안전성을 가진다. 또한, 폐수지가 분산되게 감싸여 있으므로 본 발명으로 하여금 고화체가 높은 고화 포함량, 높은 고화 강도를 가지고 침출율이 낮아지며 포함량은 일반적으로 40%(V/V) 이상에 도달할 수 있고 가장 우수한 것은 59%(V/V)에 도달할 수 있으며 시멘트 고화체의 기타 각항 지표 또한 국가 표준 GB14569.1-2011의 요구를 만족할 수 있다. 이로써, 국가 표준을 만족하는 전제하에 되도록 많은 폐수지를 포함하고 고체 방사성 폐기물의 양을 감소하여 방사성 폐기물의 처치 원가를 절감한다.

더욱 중요한 것은, 본 발명에 따른 시멘트 고화제의 레시피는 기존의 시멘트 고화에 있어서 붕소 함량이 높은 수지로 인한 응결 시간이 길고 강도가 낮은 문제를 해결하였다. 또한, 비석을 감수제로 사용하지 않았기 때문에 일정량의 비석을 첨가한 후 고화 성능이 떨어지고 물을 만나면 분말화되는 문제를 방지하였다.

상기 첨가제로서 수산화 나트륨, 탄산 리튬과 규산 나트륨 중의 적어도 2가지의 혼합물을 선택하고, 상기 고화 보조제로서 예를 들어 폴리아크릴산 나트륨, 품번이 Basf glenium51인 폴리카르본산계 고성능 감수제, 품번이 Sika ViscoCrete인 폴리카르본산계 고성능 감수제 등과 같은 폴리카르본산계 감수제를 선택한다. 이러한 첨가제와 고화 보조제는 붕소 함량이 높은 폐수지에 대한 전문 배합으로서, 첨가제와 고화 보조제의 조화작용에 의해 시멘트 슬러리가 응결되지 못하는 문제, 시멘트 고화체의 강도가 낮은 문제와 수지가 부상하여 박리되는 문제 등을 효과적으로 해결하는데 가장 중요한 것은 시멘트 고화체의 포함율을 증가시켰다.

본 발명의 고화 방법은 기존의 기술에 비하여 아래와 같은 유익한 효과를 가진다.

원료를 첨가 완료 후, 교반 과정에서 거짓 응결 현상이 나타날 수 있는데 교반에 의해 혼합체에 균일하게 분산된 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지의 위치가 먼저 고정되고 뒤이은 방치 고화 과정에서 고화된 고화체에 분산되게 감싸여 높은 포함율, 높은 강도, 낮은 침출율을 구현한다. 본 발명은 고화 공정의 조건에 대한 요구가 낮고 쉽게 구현할 수 있으며 조작이 간편하고 고화 효과가 양호하여 현장의 고화 요구를 만족할 수 있다.

도 1은 본 발명의 구체적인 실시방식에 따른 폐수지의 시멘트 고화 블록에 있어서, 핵종의 첫 42일 동안의 침출율의 세미로그 그래프이다.
도 2는 본 발명의 구체적인 실시방식에 따른 폐수지의 시멘트 고화 블록에 있어서, 핵종의 1년간의 침출율의 세미로그 그래프이다.

이하, 도면 및 구체적인 실시방식과 결부하여 본 발명에 대하여 진일보로 설명하도록 한다.

원자력 발전소의 높은 붕소 함량의 방사성 폐기수지에 사용하는 시멘트 고화 조제에 있어서, 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 170~260 중량부, 석회 5~20 중량부, 물 20~60 중량부, 고화 보조제 0.25~10 중량부 및 첨가제 2~20 중량부를 포함한다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 170~200 중량부, 석회 10~20 중량부, 물 20~40 중량부, 고화 보조제 0.25~10 중량부 및 첨가제 4~15 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 첨가제는 수산화 나트륨, 탄산 리튬 및 규산 나트륨 중의 적어도 2가지의 혼합물인 것이 바람직하다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 상기 고화 보조제는 0.25~5 중량부의 폴리카르본산계 감수제를 포함한다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 상기 폴리카르본산계 감수제는 폴리아크릴산 나트륨, 포타슘 폴리아크릴레이트, 소디움 폴리부테노에이트, 포타슘 폴리부테노에이트, Basf glenium51(감수제의 품번), Sika ViscoCrete(감수제의 품번) 중의 하나이다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 고화 보조제는 1~5 중량부의 알루민산나트륨을 더 포함한다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 198 중량부, 석회 11 중량부, 물 30 중량부, 고화 보조제 0.25 중량부, 첨가제 3.70 중량부를 포함하고, 상기 고화 보조제는 폴리아크릴산 나트륨이며, 상기 첨가제는 수산화 나트륨과 탄산 리튬의 혼합물인 것이 더 바람직하다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 184 중량부, 석회 10 중량부, 물 19 중량부, 고화 보조제 2 중량부, 첨가제 2 중량부를 포함하고, 상기 고화 보조제는 소디움 폴리부테노에이트이며, 상기 첨가제는 수산화 나트륨과 규산 나트륨의 혼합물인 것이 더 바람직하다.

상기 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 170 중량부, 석회 9 중량부, 물 29 중량부, 고화 보조제 1 중량부, 첨가제 2.3 중량부를 포함하고, 상기 고화 보조제는 Sika ViscoCrete 20HE이며, 상기 첨가제는 탄산 리튬과 규산 나트륨의 혼합물인 것이 더 바람직하다.

본 발명이 상기 다른 하나의 기술적 과제를 해결하기 위하여 사용한 기술방안은,

1) 각종 고화제 원료 및 붕소 함량이 높은 폐수지를 칭량하거나 계량하여 준비하는데, 고화 레시피는 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 170~260 중량부, 석회 5~20 중량부, 물 20~60 중량부, 고화 보조제 0.25~10 중량부 및 첨가제 2~20 중량부를 포함하고,

2) 원료 중의 석회를 고화 용기 내에 첨가하고,

3) 교반하면서 붕소 함량이 높은 폐수지와 물을 제외한 기타 고화 보조제 원료를 첨가하고,

4) 교반하면서 시멘트를 첨가하고 교반 과정에서 물을 첨가하여 균일하게 교반하고,

5) 균일하게 교반한 후 방치, 양생하는 단계를 포함하는 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 고화 방법이다.

상기 단계 1)에 있어서, 상기 시멘트 고화 레시피는 100 중량부의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 시멘트 170~200 중량부, 석회 10~20 중량부, 물 20~40 중량부, 고화 보조제 0.25~10 중량부 및 첨가제 4~15 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 단계 1)에 있어서, 상기 시멘트 고화 레시피 중의 첨가제는 수산화 나트륨, 탄산 리튬 및 규산 나트륨 중의 적어도 2가지의 혼합물인 것이 바람직하다.

상기 단계 1)에 있어서, 상기 고화 보조제는 0.25~5 중량부의 폴리카르본산계 감수제를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 단계 1)에 있어서, 상기 고화 레시피 중의 폴리카르본산계 감수제는 폴리아크릴산 나트륨, 포타슘 폴리아크릴레이트, 소디움 폴리부테노에이트, 포타슘 폴리부테노에이트, Basf glenium51, Sika ViscoCrete 중의 하나인 것이 바람직하다.

상기 단계 1)에 있어서, 상기 고화 보조제는 1~5 중량부의 알루민산나트륨을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 고화 방법의 단계 1)에 있어서, 붕소 함량이 높은 폐수지에 함유된 유리수의 중량비를 측정하여 붕소 함량이 높은 폐수지의 첨가양을 환산하고, 상기 각종 고화 보조제와 첨가제에 물을 첨가하여 용액으로 용해하는 것이 바람직하다.

상기 고화 방법의 단계 3)에 있어서, 계량 탱크를 통하여 고화 용기 내에 유리수가 있는 붕소 함량이 높은 폐수지를 첨가하고, 패들을 작동하여 교반한 후, 고화 보조제와 첨가제를 첨가하는 바, 전기의 교반 속도는 15~25rpm이고, 후기의 교반 속도는 40~60rpm이며, 총 교반 시간은 100~120min이고, 수직축식 교반방식을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 고화 방법의 단계 4)에 있어서, 교반기를 작동하여 교반 속도 15~25rpm으로 교반하는데, 교반하면서 시멘트 호퍼를 통하여 시멘트를 첨가 속도 800~1200kg/h로 용기 내에 천천히 첨가하고, 교반 과정에서 고화제가 요구하는 물의 중량부를 만족하도록 점차적으로 물을 첨가한 후 계속하여 0.5h 동안 교반하며, 패들을 상하로 움직여 균일하게 교반하는 것이 바람직하다.

상기 고화 방법의 단계 5)에 있어서, 교반을 멈춘 후, 고화 용기를 양생실로 옴겨 표면에 차폐물을 덮여 28일간 방치, 양생하는 것이 바람직하다.

이하, 복수개의 실시예를 통하여 상기 기술방안을 설명하기로 한다.

1. 먼저 시멘트 고화 레시피를 상세하게 설명하도록 한다.

실시예 1. 원자력 발전소의 높은 붕소 함량의 방사성 폐수지에 사용하는 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100kg의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 42.5호 일반 규산염 시멘트 198kg, 석회 11kg, 물 30kg, 폴리아크릴산 나트륨 0.25kg, 첨가제(수산화 나트륨과 탄산 리튬의 혼합물) 3.70kg을 포함한다. 본 실시예의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지의 포함율은 46%이다.

실시예 2. 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100kg의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 42.5호 일반 규산염 시멘트 184kg, 석회 10kg, 물 19kg, 소디움 폴리부테노에이트 2kg, 첨가제(수산화 나트륨과 규산 나트륨의 혼합물) 2kg을 포함한다. 본 실시예의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지의 포함율은 50%이다.

실시예 3. 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100kg의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 42.5호 일반 규산염 시멘트 170kg, 석회 9kg, 물 29kg, 폴리카르본산계 고성능 감수제 Sika ViscoCrete 20HE(품번) 1kg, 첨가제(규산 나트륨과 탄산 리튬의 혼합물) 2.3kg을 포함하고, 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지의 포함율은 59%이다.

실시예 4. 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100kg의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 일반 규산염 시멘트 260kg, 석회 15kg, 물 40kg, 포타슘 폴리부테노에이트 5kg, 알루민산나트륨 5kg, 첨가제(수산화 나트륨과 탄산 리튬의 혼합물) 6kg을 포함한다. 본 실시예의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지의 포함율은 41%이다.

실시예 5. 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 시멘트 고화 레시피에 있어서, 100kg의 붕소 함량이 높은 폐수지를 고화시키는 것을 기준으로, 일반 규산염 시멘트 200kg, 석회 15kg, 물 40kg, 폴리카르본산계 고성능 감수제 Basf glenium51(품번) 10kg, 첨가제(수산화 나트륨과 탄산 리튬의 혼합물) 8kg을 포함한다. 본 실시예의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지의 포함율은 49%이다.

2. 이하, 원자력 발전소에서 발생된 붕소 함량이 높은 폐수지를 선택한 후, 각각 본 발명의 실시예 1~5의 고화 레시피를 사용하여 본 발명의 고화 방법에 따라 고화를 진행한다.

실시예 6. 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 고화 방법에 있어서,

1) 상기 실시예 1에 따른 고화제의 배합률에 따라 각종 고화제 원료를 칭량하는데, 붕소 함량이 높은 폐수지에 함유된 유리수의 중량비를 측정하여 붕소 함량이 높은 폐수지의 칭량 무게와 물의 칭량 무게를 환산하여 칭량하거나 계량하고, 먼저 고화 보조제와 첨가제에 물을 첨가하여 용액으로 용해하고,

2) 고화제 원료 중의 석회를 고화 용기 내에 첨가하고,

3) 계량 탱크를 통하여 고화 용기 내에 유리수가 있는 붕소 함량이 높은 폐수지를 첨가하고, 패들을 작동하여 교반한 후, 물을 제외한 고화 보조제와 첨가제의 용액을 첨가하는 바, 전기의 교반 속도는 15rpm(revolutions per minute, 회/분)이고, 후기의 교반 속도는 60rpm이며, 총 교반 시간은 100min이고, 수직축식 교반방식을 사용하고,

4) 교반기를 작동하여 교반 속도 25rpm으로 교반하는데, 교반하면서 시멘트 호퍼를 통하여 시멘트를 첨가 속도 800kg/h로 용기 내에 천천히 첨가하고, 교반 과정에서 고화제가 요구하는 물의 중량부를 만족하도록 점차적으로 물을 첨가한 후 계속하여 0.5h 동안 교반하며, 패들을 상하로 움직여 균일하게 교반하고,

5) 교반을 멈춘 후, 고화 용기를 양생실로 옴겨 표면에 차폐물을 덮여 28일간 방치, 양생하여 시멘트 고화체 샘플 1-1을 획득하는데 같은 원료와 같은 방법으로 반복 제조하여 번호가 1-2~1-6인 5개 샘플을 획득하는 단계를 포함한다.

실시예 7. 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 고화 방법에 있어서,

1) 상기 실시예 2의 고화제의 배합률에 따라 각종 고화제 원료를 칭량하여 준비하는데, 붕소 함량이 높은 폐수지에 함유된 유리수의 중량비를 측정하여 붕소 함량이 높은 폐수지의 첨가량과 물의 첨가량을 환산하고, 상기 고화 레시피 중의 각종 원료를 칭량하며, 고화 보조제와 첨가제에 물을 첨가하여 용액으로 용해하고,

2) 먼저 원료 중의 석회를 고화 용기 내에 첨가하고,

3) 계량 탱크를 통하여 고화 용기 내에 유리수가 있는 붕소 함량이 높은 폐수지를 첨가하고, 패들을 작동하여 교반한 후, 물을 제외한 고화 보조제와 첨가제의 용액을 첨가하는 바, 전기의 교반 속도는 25rpm(revolutions per minute, 회/분)이고, 후기의 교반 속도는 40rpm이며, 총 교반 시간은 110min이고, 수직축식 교반방식을 사용하며,

4) 교반기를 작동하여 교반 속도 15rpm으로 교반하는데, 교반하면서 시멘트 호퍼를 통하여 시멘트를 첨가 속도 1200kg/h로 천천히 용기 내로 첨가하고, 교반 과정에서 고화 레시피가 요구하는 물의 중량부를 만족하도록 점차적으로 물을 첨가한 후, 계속하여 0.5h 동안 교반하며, 패들을 상하로 움직여 균일하게 교반하고,

5) 교반을 멈춘 후, 고화 용기를 양생실로 옴겨 표면에 차폐물을 덮여 28일간 방치, 양생하여 시멘트 고화체 샘플 2-1을 획득하는데 같은 원료 및 같은 방법으로 반복 제조하여 번호가 2-2~2-20인 19개 샘플을 획득하는 단계를 포함한다.

실시예 8. 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 고화 방법에 있어서,

1) 상기 실시예 3의 고화제의 배합률에 따라 각종 고화제 원료를 칭량하거나 계량하여 준비하는데, 붕소 함량이 높은 폐수지에 함유된 유리수의 중량비를 측정하여 붕소 함량이 높은 폐수지와 물의 첨가량을 환산하고, 상기 고화 레시피 중의 각종 원료를 칭량하며, 고화 보조제와 첨가제에 물을 첨가하여 용액으로 용해하고,

2) 원료 중의 석회를 고화 용기 내에 첨가하고,

3) 계량 탱크를 통하여 고화 용기 내에 유리수가 있는 붕소 함량이 높은 폐수지를 첨가하고, 패들을 작동하여 교반한 후, 물을 제외한 고화 보조제와 첨가제의 용액을 첨가하는 바, 전기의 교반 속도는 20rpm(revolutions per minute, 회/분)이고, 후기의 교반 속도는 50rpm이며, 총 교반 시간은 110min이고, 수직축식 교반방식을 사용하며,

4) 교반기를 작동하여 교반 속도 20rpm으로 교반하는데, 교반하면서 시멘트 호퍼를 통하여 시멘트를 첨가 속도 1100kg/h로 용기 내에 천천히 첨가하고, 교반 과정에서 고화제가 요구하는 물의 중량부를 만족하도록 점차적으로 물을 첨가한 후 계속하여 0.5h 동안 교반하며, 패들을 상하로 움직여 균일하게 교반하고,

5) 교반을 멈춘 후, 고화 용기를 양생실로 옴겨 표면에 차폐물을 덮여 28일간 방치, 양생하여 시멘트 고화체 샘플 3-1을 획득하는데 같은 원료 및 같은 방법으로 반복 제조하여 번호가 3-2~3-6인 5개 샘플을 획득하는 단계를 포함한다.

실시예 9. 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 고화 방법에 있어서,

1) 상기 실시예 4의 고화제의 배합률에 따라 각종 고화제 원료를 칭량하거나 계량하여 준비하는데, 붕소 함량이 높은 폐수지에 함유된 유리수의 중량비를 측정하여 붕소 함량이 높은 폐수지와 물의 첨가량을 환산하고, 상기 고화 레시피 중의 각종 원료를 칭량하며, 고화 보조제와 첨가제에 물을 첨가하여 용액으로 용해하고,

2) 원료 중의 석회를 고화 용기 내에 첨가하고,

3) 계량 탱크를 통하여 고화 용기 내에 유리수가 있는 붕소 함량이 높은 폐수지를 첨가하고, 패들을 작동하여 교반한 후, 물을 제외한 고화 보조제와 첨가제의 용액을 첨가하는 바, 전기의 교반 속도는 22rpm(revolutions per minute, 회/분)이고, 후기의 교반 속도는 55rpm이며, 총 교반 시간은 100min이고, 수직축식 교반방식을 사용하며,

4) 교반기를 작동하여 교반 속도 16rpm으로 교반하는데, 교반하면서 시멘트 호퍼를 통하여 시멘트를 첨가 속도 900kg/h로 용기 내에 천천히 첨가하고, 교반 과정에서 고화제가 요구하는 물의 중량부를 만족하도록 점차적으로 물을 첨가한 후, 계속하여 0.5h 동안 교반하며, 패들을 상하로 작동하여 균일하게 교반하고,

5) 교반을 멈춘 후, 고화 용기를 양생실로 옴겨 표면에 차폐물을 덮여 28일간 방치, 양생하여 시멘트 고화체 샘플 4-1을 획득하는데, 같은 원료 및 같은 방법으로 반복 제조하여 번호가 4-2~4-6인 5개 샘플을 획득하는 단계를 포함한다.

실시예 10. 원자력 발전소의 붕소 함량이 높은 방사성 폐수지에 사용하는 고화 방법에 있어서,

1) 상기 실시예 5의 고화제의 배합률에 따라 각종 고화제 원료를 칭량하거나 계량하여 준비하는데, 붕소 함량이 높은 폐수지에 함유된 유리수의 중량비를 측정하여 붕소 함량이 높은 폐수지와 물의 첨가량을 환산하고, 상기 고화 레시피 중의 각종 원료를 칭량하며, 고화 보조제와 첨가제에 물을 첨가하여 용액으로 용해하고,

2) 원료 중의 석회를 고화 용기 내에 첨가하고,

3) 계량 탱크를 통하여 고화 용기 내에 유리수가 있는 붕소 함량이 높은 폐수지를 첨가하고, 패들을 작동하여 교반한 후, 물을 제외한 고화 보조제와 첨가제의 용액을 첨가하는 바, 전기의 교반 속도는 18rpm(revolutions per minute, 회/분)이고, 후기의 교반 속도는 45rpm이며, 총 교반 시간은 110min이고, 수직축식 교반방식을 사용하며,

4) 교반기를 작동하여 교반 속도 19rpm으로 교반하는데, 교반하면서 시멘트 호퍼를 통하여 시멘트를 첨가 속도 1150kg/h로 용기 내에 천천히 첨가하고, 교반 과정에서 고화 레시피가 요구하는 물의 중량부를 만족하도록 점차적으로 물을 첨가한 후 계속하여 0.5h 동안 교반하며, 패들을 상하로 움직여 균일하게 교반하고,

5) 교반을 멈춘 후, 고화 용기를 양생실로 옴겨 표면에 차폐물을 덮여 28일간 방치, 양생하여 시멘트 고화체 샘플 5-1을 획득하는데 같은 원료 및 같은 방법으로 반복 제조하여 번호가 5-2~5-6인 5개 샘플을 획득하는 단계를 포함한다.

실시예 11. 원자력 발전소 현장에서 붕소 함유 폐수지의 시멘트 고화 공학 규모의 열 테스트를 진행한다.

1) 아래와 같은 무게에 따라 붕소 함량이 높은 폐수지, 시멘트 고화제를 첨가하는데, 붕소 함량이 높은 폐수지에 함유된 유리수를 측정하여 붕소 함량이 높은 폐수지와 물의 첨가량을 계산한다. 붕소 함량이 높은 폐수지(물 함유) 430kg, 시멘트 737.7kg, 석회 40.57kg, 고화 보조제와 첨가제 55.3kg을 첨가하고, 폐수지에 함유된 물의 양을 제외한 추가적으로 첨가하여야 하는 물은 80L이다. 고화 보조제와 첨가제를 용액으로 용해한다.

2) 석회를 1입방 미터의 고화 배럴(체적이 1m ³ )에 첨가한다.

3) 계량 탱크를 통하여 1입방 미터의 고화 배럴에 폐수지를 넣은 후, 패들로 끊임없이 교반하고, 고화 보조제로서 폴리카르본산계 고성능 감수제 Basf gleninm51(품번) 55.3kg, 첨가제로서 수산화 나트륨과 탄산 리튬의 혼합물을 첨가한다.

4) 폐수지를 첨가한 후, 물로 계량 탱크를 씻어내고 물을 배럴에 넣으며, 시멘트를 첨가하여 계속하여 교반한 다음 시멘트의 첨가를 멈추는데 시멘트의 건조면이 상면에 쌓여 더 이상 교반하기 어려워지게 된다. 물 30L(추가적으로 첨가한 물은 합계 80L임)를 더 첨가하여 시멘트를 계속 교반하고, 시멘트 첨가 완료 후, 1입방 미터의 고화 배럴을 꺼내어 크레인으로 내리는데, 표층이 거짓 응결되는 것을 발견할 수 있고 온도 프로브를 삽입하면 온도가 19℃로부터 천천히 32℃까지 상승되는 것을 발견할 수 있다.

시멘트 슬러리 수화로 인한 온도 상승을 검측함에 있어서, RS285-661형 PTE 플레이트 온도 패치를 사용하고 외부에 RS363-0238형 온도 전송기를 연결하여 1-5V의 신호를 듀얼 채널 요코가와 레코더에 입력시켜 연속 측정하는 방법을 사용한다. 2개의 PTE 플레이트 온도 패치를 각각 고화 배럴의 정중앙과 중심으로부터 배럴 벽 사이의 중간 위치에 놓고, 삽입 깊이는 시멘트 슬러리의 절반 높이로 한다. 측정 결과로부터, 시멘트 슬러리는 1일 후에야 수화 방열 반응이 일어나는 것을 알 수 있다. 시멘트 고화체 중심의 최고 온도는 80℃ 이하로서, 국내외 전문가에 의해 제출된 시멘트 고화체의 중심 온도는 80℃ 이하가 되어야 한다는 요구를 만족할 수 있다.

마지막으로 시멘트 고화체 샘플 7-1을 획득하는데, 같은 원료 및 같은 방법으로 반복 제조하여 번호가 7-2~7-6인 5개 샘플을 획득한다.

이하, 상기 실시예 이외에 더 많은 실시예를 열거하는데, 100kg의 붕소 함량이 높은 폐수지를 처리하는 것을 기준으로 한다.

실시예 12~15에서는 실시예 6의 고화 방법을 사용하여 시멘트 고화체 샘플 12-1~15-1을 획득하고, 실시예 16~18에서는 실시예 7의 고화 방법을 사용하여 시멘트 고화체 샘플 16-1~18-1을 획득하며, 실시예 19~20에서는 실시예 8의 고화 방법을 사용하여 시멘트 고화체 샘플 19-1~20-1을 획득하고, 실시예 21~22에서는 실시예 9의 고화 방법을 사용하여 시멘트 고화체 샘플 21-1~22-1을 획득하며, 실시예 23~24에서는 실시예 10의 고화 방법을 사용하여 시멘트 고화체 샘플 23-1~24-1을 획득한다.

시멘트 고화체의 성능 테스트 결과

본 발명의 실시예 6~24에 의해 제조된 시멘트 고화체 샘플의 각항 성능 테스트 결과는 각각 아래와 같다.

1. 압축 강도

GB14569.1-1993 규정의 방법에 따라, 본 발명의 실시예 6~24에 의해 제조된 방사성 붕소 함유 폐수지의 시멘트 고화체 샘플에 대하여 압축 강도를 측정한다. 측정 방법은 GB14569.1-2011에 따라 실행하는데, 방사성 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 압축 강도 검측 시험 결과는 각각 표 1~표 7을 참조한다.

표 1 실시예 6의 방사성 붕소 함유 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 압축 강도 측정 결과

표 2 실시예 7의 방사성 붕소 함유 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 압축 강도 측정 결과

표 3 실시예 8의 방사성 붕소 함유 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 압축 강도 측정 결과

표 4 실시예 9의 방사성 붕소 함유 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 압축 강도 측정 결과

표 5 실시예 10의 방사성 붕소 함유 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 압축 강도 측정 결과

표 6 실시예 11의 방사성 붕소 함유 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 압축 강도 측정 결과

표 7 실시예 12~24의 시멘트 고화 샘플의 압축 강도 측정 결과

GB14569.1-1993에서는 “시멘트 고화체 샘플의 압축 강도는 7MPa보다 작지 않아야 한다.”라고 규정하였는데, 표 1~7로부터 모든 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 압축 강도는 모두 7MPa 이상으로서 요구를 만족하는 것을 알 수 있다.

실시예 1~24로부터, 포함량이 끊임없이 증가되는 기초상에서 폐수지의 고화체 샘플의 강도가 다소 떨어지나 모두 GB14569.1-1993의 요구를 만족할 수 있고 GB14569.1-2011의 요구 또한 만족할 수 있는 것을 알 수 있다. 이러한 실시예의 폐수지의 포함량은 40~59%로서 기존 기술의 포함량 보다 15% 이상 향상하였다.

2. 충격 시험

GB14569.1-1993의 《저, 중 레벨의 방사성 폐기물의 고화체 성능 요구-시멘트 고화체》에서 규정한 방법에 따라, 본 발명에 의해 제조된 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 충격 성능을 측정한다. 샘플의 기본 파라미터와 충격 성능 테스트 결과는 표 8을 참조한다.

표 8 충격 시험에 따른 시멘트 고화체의 기본 파라미터와 시험 결과

GB14569.1-2011에서는 또한 “9m 높이의 위치에서 수직으로 자유낙하하여 콘크리트 지면에 떨어진 시멘트 고화체 샘플은 뚜렷한 파손이 있어서는 안된다”라고 규정하였는데, 본 발명에 의해 제조된 샘플은 다만 각진 조각과 금만 생겼을 뿐이고, 상기 표로부터 알 수 있는 바와 같이 실시예 6~11 중의 12개 샘플 중 오직 1개의 샘플이 낙하 시험에서 반으로 갈라졌는데 이 것은 2차례의 본 발명에 의해 제조된 폐수지의 시멘트 고화체의 충격 능성이 양호하고 GB14569.1-2011의 요구를 만족하는 것을 설명한다.

3. 내수성 시험

3.1 침출 저항성

표 9에서는 고화된 샘플의 방사성 핵종의 총 활성도 A ₀ 값을 열거한다.

표 9 시멘트 고화체 중의 각 단일 방사성 핵종의 A ₀ 값

표 10에서는 임의로 선택한 3개의 수지-시멘트 고화체 샘플의 제42일째의 침출율 결과를 열거하였는데, 도 1은 상기 시멘트 고화체 샘플의 첫 42일 동안의 침출율 시험 결과를 나타낸다. 도 2는 시멘트 고화체 샘플의 1년 간의 침출 시험 결과를 나타낸다.

표 10 시멘트 고화체 샘플의 각 방사성 핵종의 제42일째의 침출율

표 10의 데이터로부터, 방사성 붕소 함유 폐수지의 시멘트 고화체 샘플에 있어서, ⁹⁰ Sr、 ⁶⁰ Co 및 ¹³⁷ Cs 등 3가지 방사성 핵종의 제42일째의 침출율(Rn)은 모두 국가 표준 GB14569.1-2011에서 규정한 한계값보다 낮아 요구를 만족하는 것을 알 수 있다.

원자력 발전소의 폐기물 원천 중에 Pu-239를 함유하지 않으므로, 시험에서는 해당 핵종에 대한 분석을 하지 않는다.

1년 간의 장기적인 침출 시험을 거친 후, 폐수지 고화체의 외관 질량이 변화되었는데, 3개 샘플 중 2개 샘플(1-6과 3-6)의 표면에 금이 생겼다. 표 11은 장기적인 침출 시험을 거친 후의 샘플의 압축 강도를 측정한 것으로, 측정 결과에 의하면 장기적인 침출을 거친 후의 고화 샘플의 압축 강도는 여전히 국가 표준 7MPa의 한계값의 요구를 만족하고, 침출 시험 전의 압축 강도보다 훨씬 크다는 것을 알 수 있다. 사실상, 응집물을 첨가하지 않은 일반적인 시멘트 슬러리의 고화체도 시간이 오래되면 작은 금이 생기는데, 물속에서 1년간 함침된 3개 샘플은 말할 필요가 없다. 분석 데이터로부터, 방사성 침출율은 증가되지 않았으나 압축 강도는 현저하게 향상되어 테스트 결과가 18.4MPa~27.2MPa로서 모두 원래의 평균값인 15.6MPa보다 대폭 증가되었다는 것을 알 수 있는데, 이 것은 작은 금이 고화체의 성능 지표에 영향을 미치지 않음을 설명한다.

표 11 폐수지의 시멘트 고화체가 1년 동안 침출한 후의 압축 강도

3.2 함침 저항성

함침 저항성 시험용 폐수지의 시멘트 고화체 샘플은 실시예 1~5의 고화제를 사용하여 실시예 6~11의 고화 방법에 의해 제조된 것으로, 시멘트 고화체 샘플의 기본 파라미터는 표 12를 참조한다. 함침 저항성 시험 결과는 표 13을 참조한다.

표로부터 알 수 있는 바와 같이, 5개 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 함침 저항성 시험 후의 압축 강도는 여전히 모두 7MPa보다 크는데, 함침 저항성 시험 전의 압축 강도에 비하면 함침 후의 압축 강도는 10.2% 손실되나 여전히 GB 14569.1-2011에서 규정한 요구를 만족할 수 있다.

표 12 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 함침 저항성 시험의 기본 파라미터

표 13 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 함침 저항성 시험 결과

4. 동결-융해 저항성

제조된 수지-시멘트 고화체 샘플에 대하여 동결-융해 저항성 시험을 진행하는데, 동결-융해 저항성 테스트 결과에 의하면 6개 샘플의 동결-융해 저항성 시험을 거친 후의 압축 강도는 모두 7MPa보다 크는데, 동결-융해 저항성 시험 전의 압축 강도에 비하면 동결-융해 저항성 시험 후의 평균 압축 강도의 손실은 다만 6.2%로서, GB14569.1-2011에서 규정한 요구를 만족할 수 있다. 테스트 결과는 표 14를 참조한다.

표 14 폐수지의 시멘트 고화체 샘플의 동결-융해 저항성 시험 결과

5. γ조사 저항성

코발트 조사실에서는 실제적인 방사성 수지의 시멘트 고화체 샘플을 조사할 수 없으므로, 비방사성의 시뮬레이션 폐수지의 시멘트 고화체를 사용하여 조사할 수 밖에 없다. GB14569.1-1993에서는 “비방사성의 시뮬레이션 폐수지를 이용하여 규정된 레시피에 따라 시멘트 슬러리를 제조하며, 시멘트 슬러리를 직접 테스트 금형에 붓어서 샘플을 만든다”라고 규정하였다.

조사 시험은 ⁶⁰ Co실에서 진행하는데, 총 6개의 샘플을 조사한다. 시험 샘플의 조사 선량율은 1.565×10 ³ Gy/h이고, 총 조사 시간은 652h이며, 누적 조사 선량은 1×10 ⁶ Gy이다. 조사 완료 후, 샘플의 압축 강도를 테스트하는데, 테스트 결과는 표 15를 참조한다.

GB14569.1-2011에서는 또한 “시멘트 고화체 샘플에 대하여 γ조사 시험을 진행한 후, 압축 강도의 손실은 25%를 초과하지 말아야 한다”라고 규정하였다.

표 15로부터 알 수 있는 바와 같이, γ조사 저항성 시험 전과 시험 후의 고화체의 압축 강도는 모두 7MPa 이상으로서, 조사를 거친 후의 고화체의 압축 강도가 손실이 없어 GB14569.1-2011의 요구를 만족한다.

표 15 폐수지의 시멘트 고화체의 γ조사 저항성 시험 결과

6.방사선 보호의 최적화 분석

본 발명은 기존의 기술에 비하여, 폐수지 고화가 작업원에 대한 조사 선량에 대하여 대조 분석을 진행하였는데, 결과는 표 16을 참조한다.

표 16 본 발명과 기존 기술의 작업원에 대한 조사 선량 대비 분석

표 16으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 기존 기술에 비하여 작업원에 대한 영향의 차이가 크지 않다. 그러나 같은 양의 폐수지를 처리함에 있어서 발생되는 시멘트 고화체 폐기물 배럴의 양이 상대적으로 적고 처리 시간이 짧아 작업원에 대한 방사성 조사 선량이 상응하게 감소된다. 폐기물 배럴 내의 고화된 폐수지의 양이 증가함에 따라 폐기물 배럴 외면의 조사 선량이 향상되는데, 고, 저 선량 레벨의 폐수지를 조합하거나, 계량 탱크에 측정기를 추가하거나 또는 계량 탱크 선량과 배럴 표면 선량의 변화 관계를 구축하는 등의 효과적인 제어에 의해 본 발명에 따른 시멘트 고화 레시피에 의해 폐수지를 처리할 때의 조사 보호 안전을 확보할 수 있다. 폐수지에 흡착된 방사성 핵종은 대부분이 짧을 수명을 가지는 바, 예를 들어 배럴 표면 선량율은 2mSv/h 보다 약간 크는데 임시 저장-붕괴의 방법에 의해 운수 표준 이하로 붕괴된 후 운수할 수 있다.

7. 결론

시험적 생산의 실제 조작과 고화체 성능에 대한 테스트 결과로부터 하기와 같은 결론을 얻을 수 있다.

본 발명의 시멘트 고화 레시피 및 그 고화 방법은, 생산 공정이 가능하고 방사성 폐수지의 시멘트 고화체의 각항 성능 지표가 모두 GB14569.1-2011의 요구를 만족할 수 있으며 또한 방사성의 붕소 함량이 높은 폐수지의 포함율이 기존 기술보다 대폭 향상되었다.