BSSPBH_2012_v10n2_77.pdf3.04MB

• I. 서 론
• II. 실 험
• 가. 석회침전물
• 나. 실험 방법
• 다. 분 석
• Ⅲ. 결과 및 고찰
• 가. 모의 석회침전물 (SLP)
• 나. 실제 석회침전물 (ULP : K-1, K-2)
• Ⅳ. 결 론
• 감사의 글

I. 서 론

우라늄 함유 물질 (uranium-bearing materials)은 원광 처리, 정련, 변환 및 핵연료 가공 등과 같은 선행핵연료 주기나,사용후핵연료 처리, 처분 등의 후행핵연료 주기에서 다양하게 발생한다. 이들 대부분은 다른 금속물질 (산화물 등)이나무기성 물질과 혼합된 우라늄 혼합물 (mixture) 형태로 존재하고 있다. 그리고 우라늄 (Uranium: U) 자체가 방사성 물질이기 때문에 자연환경에 직접 처분할 수 없어 대부분이 발생장소에서 혼합물 형태로 저장하거나, 석회 (lime) 등으로 고화처리 한 후 저장 관리하고 있다. 한국원자력연구원의 변환시설에서 발생한 U-함유 혼합물도 석회로 처리한 후 이를 다시 건조시켜 석회침전물 형태로 저장하고 있다. 석회침전물의 저장 총량은 약 474 드럼 정도로 그리 많지 않으나 이의 방사능이 약 4,000∼4,500 Bq/g로 우리나라 경주 처분장 (저준위 폐기물 처분장)의 처분 기준인 3,700 Bq/g [1] 보다 높고, 또한 경주 처분장의 처분 단가가 중저준위 방사성폐기물 처분비용에 유치지역 지원금 등이 포함되어 처분용기 200 L 드럼 당 약 850 만원 이상이 고려되고 있다. [2] 그러므로 석회침전물 (처분장에 처분할 시멘트 고화체로 제조하기 위하여 시멘트와 석회침전물의 혼합 비율을 1:1로 가정할 경우 총 처분드럼 수는 약 960 드럼)을 모두 이 처분장에 처분할 경우 많은 예산이 소요될 것으로 보여 석회침전물로부터 U을 제거(/회수) 처리하여 처분 용량의 저감화 및 비용 절감을 도모할 필요가 있다.

 다양한 용해성 및 불용해성 불순물과 U이 함께 함유된 석회침전물로부터 U의 회수/처리는 우선 석회침전물의 효율적인 용해가 관건으로, 석회침전물에 함유된 U을 선택적으로 용해할 것이냐 또는 불순물과 U을 공용해할 것이냐에 따라 적용 용해 계 (system)가 다를 수 있으나, 근본적으로는 석회침전물 자체를 모두 버리는 폐기물로 간주하였기 때문에 석회침전물로부터 U의 용해 및 침전 회수/처리에 관한 연구는 지금까지 거의 수행되지 않은 실정이다. 다만 우라늄의 함량이 높은 혼합물의 경우 전통적인 방법으로 고온/고산도 질산에 의해 U과 불순물을 공용해한 후 용매추출하여 U을 제거(/회수)하고 있으나, [3-5] 장치의 부식문제, NOx 및 유기폐액 발생 등 다량의 2차폐기물 발생으로 인하여 요즈음은 자연 친화성, 조업 안전성 제고 측면에서 실온의 고염기성 탄산염에 의한 용해/침전법이 제시되고 있다. [6-13]
따라서 본 연구는 우선 우리 연구원에 저장 중인 석회침전물에 존재하는 각 원소의 성분 및 조성을 분석하고, 이를 기반으로 모의 석회침전물을 제조하여 각각 탄산염 및 질산 용액에서 각 원소의 용해 거동 및 U의 침전 제거 특성 (산성화 침전 및 과산화수소 침전)을 규명한다. 그런 다음 실제 석회침전물을 이용하여 U과 공존 불순물과의 공용해능 및 공침전능을 각각 고찰하고, 이로부터 U-함유 석회침전물로부터 U을 효과적으로 제거(/회수) 처리하는 기술을 제시한다.

II. 실 험

가. 석회침전물

우리 연구원에 보관 중인 U-함유 석회침전물 (U-bearing Lime Precipitate : ULP) 내 우라늄과 공존 불순물의 성분 및 조성은 Table 1과 같다. 이는 XRF (X-Ray Flourescence spectrometry)에 의해 측정된 ULP 내 Na에서 U까지 측정한 농도 중에서 U의 함량과 MCA (Multi Channel Analyzer, OXFORD TENNELEC TC702, HPGe detector)에 의해 측정된 ULP 내 우라늄 (²³⁵U, 185.7 KeV)의 함량을 서로 표준화하여 얻어진 값이다. 분석된 석회침전물의 특징으로는 저장위치 (K-1, K-2)에 따라 U의 함량이 차이가 나며 U이 무시 못 할 만큼 함유되어 있다는 점이다. 그러므로 방사성페기물의 부피 감용차원이나 향후 처분을 위한 기준을 만족시키기 위해서는 석회침전물로부터 U의 제거(/회수)가 반드시 필요함을 알 수 있다. 

Table 1. Composition and concentration of ULP.

 한편 모의 U-함유 석회침전물 (Simulated U-bearing Lime-Precipitate : SLP) 은 Table 1을 기준으로 비교적 함량이 많은Al, Fe, Mg, Si, U 등으로 구성하였으며, Si를 제외하고는 모두 질산염 화합물 (nitrate)로, 0.1 M의 질산용액에서 이를 용해 여과한 후 Ca(OH)₂를 첨가하여 금속이온들을 침전시킨다. 그런 다음 고-액 분리하여 침전물을 건조기 (Mechanical convection oven, Kukje. Sci. Co. Ltd)에서 80∼90℃로 약 4주간 건조시킨 후 파쇄하고, 체질 (sieving, 325 mesh) 하여 준비하였다. Table 2는 SLP에 함유되어 있은 각 원소의 조성으로, SLP 1 g이 8 M 질산용액 100 mL에서 완전히 용해된 농도이다. SLP를 제조하기 위하여 사용한 각종 질산염 화합물이나 이를 용해/침전하기 위하여 첨가한 HNO₃, Ca(OH)₂ 등과 실제/모의 U-함유 석회침전물을 용해하기 위해서 사용한 Na₂CO₃, 산화제 및 침전제로 사용한 H₂O₂ 그리고 용액 내 pH를 조정하기위하여 첨가한 HNO₃ 및 NaOH 등은 모두 특급 시약(Alfa Aesar, Acros Organics, Aldrich 등에서 구입)으로 추가의 정제과정 없이 직접 사용하였다.

Table 2. Composition and concentration of SLP.

나. 실험 방법

 실험은 모의 U-함유 석회침전물 (SLP)과 당 연구원에 보관된 실제 U-함유 석회침전물 (ULP)로 구분하여 탄산염 산화용해-산성화 침전과 질산용해-과산화수소 침전 실험 모두 25±1℃, 400 rpm에서 회분식으로 수행하였다. SLP의 경우 탄산염 산화용해나 질산용해 모두 SLP를 화학저울 (Chemical balance, Precisa XT320M, Prescisa Instruments Ltd.)로 정확히 1 g 씩 칭량하여 각 실험 조건에 맞추어 준비한 100 mL 용액에 첨가한 후 온도, 교반속도 및 시간 조절이 가능한 다중교반기(Multi hot plate stirrer, Super Nuova Multiplace, Barnstead/thermolyne)를 이용하여 탄산염 산화용해는 2시간 동안, 질산 용해는 1시간 동안 각각 용해하였다. 한편 산성화 침전이나 과산화수소 침전은 각각 0.5 M Na₂CO₃ + 1 M H₂O₂ 및 1 M 질산에 의해 용해된 용해액을 다중교반기를 이용하여 각각의 침전 실험 조건에서 1시간 동안 침전시켜 수행하였다. 반면에 ULP의 경우는 용해 시 U 및 불순물의 거동을 보다 명확히 보기 위하여 석회침전물을 5 g (100 mL 용액) 으로 증가시킨 것을 제외하고는 SLP의 경우와 동일하게 수행하였다. 그리고 각 원소의 용해농도 및 침전율은 각각 용해 및 침전이 종료된 후 원심분리기 (Hanil-3, 한일 산업사)로 고-액 분리하여 용해액 (dissolving solution) 및 침전여액(supernatant) 내 존재하는 금속이온의 농도를 분석하여 측정하였다.

다. 분 석

 탄산염 산화용해액이나 질산 용해액 그리고 산성화 침전이나 과산화수소 침전 여액에 함유되어 있는 U과 Al, Ca, Cr, Fe, Mg, Mo, Si, P, Na 등의 농도 분석은 Na (Atomic Absorption spectrophotometer, Varian AA475)를 제외하고는 모두 ICP(Inductive Coupled Plasma Spectrophotometer, ISA Jobin-Yvon JY 50P and JY 38 Plus)를 이용하여 수행하였으며, pH 및 과산화수소의 농도는 각각 pH meter (ORION 820A+,Thermo Electronic Corporation) 및 ERCK 사의 RQflex 10을 이용하여 분석하였다. 한편 탄산염 농도는 TOC (Total organic carbon analzer, TOC-VCSH, SHIMADZU)로 TC를 측정하여 분석하였으며, 각 원소의 침전율 (Precipitation yield, P)은 식 (1)에 의해서, 그리고 ULP의 용해율 (D_ULP)과 ULP 내 U의 용해율(D_ULP--U)은 각각 식 (2)에 의해서 계산하였다.

 여기서 Ci 및 Cf 는 각각 용해액 (탄산염/질산) 및 침전 여액(산성화/과산화수소 침전)에 존재하고 있는 각 금속이온의 농도 (mg/L)를 의미한다. 그리고 Wi 및 W는 각각 ULP 초기량 및 여과 건조한 불용해 ULP의 량 (g)를 의미하며, Mi 및 M은 각각 MCA로 측정한 ULP 내 함유된 초기 U의 농도 (counter) 및 여과 건조한 불용해 ULP 내 U의 농도를 의미한다

Ⅲ. 결과 및 고찰

가. 모의 석회침전물 (SLP)

 Figure 1은 0.5 M Na₂CO₃ + x M H₂O₂ 계에서 H₂O₂ 농도 변화에 따른 각 원소의 용해농도이다. 이때 용해액 내 pH는 H₂O₂ 농도 증가에 따라 9.28∼8.91로 다소 감소하였다. U의 경우 H₂O₂ 농도 증가에 따라 0.5 M 까지는 증가하다가 일정하게 유지되고 있다. UO₂ 분말의 경우 0.5 M Na₂CO₃ + 1 M H₂O₂에서 약 50±1 g/L 까지 용해되어 [14], SLP 내 U의 농도가 6,446 mg/L 임을 고려하여 볼 때 1 M H₂O₂ 에서 거의100% 용해될 것으로 예측하였는데, 2 M H₂O₂ 에서도 약 96% (6,171 mg/L)만이 용해되었다. 이는 SLP에 함유되어 있는 U이 UO₂(NO₃)₂ + Ca(OH)₂ ⇔ CaU₂O₇ + 2HNO₃에 의 해 CaU₂O₇로 존재하여, UO₂ 분말과는 탄산염 용액에서의 용해도가 서로 다른데 기인하는 것 같다.한편 Si는 H₂O₂ 농도에 따라 용해농도가 26∼31 mg/L로, Al은 34±1 mg/L로 용해되어 H₂O₂ 농도에 별 영향이 없는 것 같다. 그리고 Ca, Fe, Mg 등은 2 mg/L 이하로 거의 용해되지 않고 있다. 이는 SLP에서 Ca는 Ca(OH)₂로, Fe는 Fe(NO₃)₃ + Ca(OH)₂ ⇔ Fe(OH)₃ + Ca(NO₃)₂에 의해 Fe(OH)₃로, Mg는 Mg(NO₃)₂ + Ca(OH)₂ ⇔ Mg(OH)₂ + Ca(NO₃)₂에 의해 Mg(OH)₂ 등의 수산화물 형태로 존재하는데, 이들은 탄산염 용액에서 용해도가 매우 낮기 때문이다. [15] 한편 Figure 1의 작은 그림은 SLP의 탄산염 산화용해의 경우 분해되는 H₂O₂의 농도 변화를 나타낸 것으로 용해시간 증가에 따라 급격히 감소하고 있으며, 8시간이 경과된 후 0.05∼0.06M 까지 감소되고 있다 . 이는 고염기성용액에 서 H₂O₂의 자체분해 (self decomposition) 및 U, Al, Si 등의 산화 용해제로서 소모되기 때문이다. [16]

Fig. 1. Dissolving concentration of each element with concentration of H₂O₂ in 0.5 M Na₂CO₃+xM H₂O₂ system.

 Figure 2는 x M Na₂CO₃ + 1 M H₂O₂ 계에서 Na₂CO₃ 농도 변화에 따른 각 원소의 용해농도이며, Na₂CO₃ 농도 증가에 따라 용해액의 pH는 9.89∼10.83 이었다. U, Al, Si 등은 Na₂CO₃ 농도 증가에 따라 증가하고 있으며, 1.5 M Na₂CO₃에서 U은 6,415 mg/L, Al은 60 mg/L, Si는 32 mg/L로 거의 전량이 용해되고 있다. Al 및 Si의 경우 Na₂CO₃ + H₂O₂ 용액계에서 Al과 Si의 산화물 (Al₂O₃, SiO₂ 등)이 거의 용해되지 않는 것과는 다른 결과로서 [17], SLP에 함유된 Al 및 Si가 Ca(OH)2 침전 시 고염기성 용액에서 높은 용해도를 갖는 Al(OH)₃ 나 Si(OH)₄ 등의 수화물 형태로 침전된데 기인하는것 같다. [15] 반면에 Ca, Fe, Mg 등은 1 M Na₂CO₃ 이하에서
는 2 mg/L 이하로 거의 불용해 되지만, 1.5 M에서는 Ca,Mg 등이 다소 용해되고 있다. Figure 3은 0.5 M Na₂CO₃ + 1 M H₂O₂ 계에서 용액 내 pH 변화에 따른 각 원소의 용해농도이다. U은 pH가 증가함에 따라 용해농도가 급격히 증가하고 있으며, pH 4 에서는 85mg/L가 용해되는 데 반하여 pH 9 이상에서는 6,350±100mg/L가 용해되고 있다. 이는 고염기성 Na₂CO₃-H₂O₂ 계에서 U의 용해도가 높기 때문이다. [14] 한편 Ca, Fe 및 Mg 등은 U의 용해거동과는 다르게 pH 중가에 따라 용해농도가 급격히 감소하고 있다. 이중 Fe 및 Mg는 각각 pH 4 및 pH 11 이상에서, Ca는 pH 8 이상에서 2 mg/L 이하로 거의 불용해 되고 있다. 반면에 Al은 pH 증가에 따라 감소하여 pH 7∼8 정도에서 최저의 용해농도 (약 3 mg/L)를 보이다가 pH 11 이상에서 48 mg/L 정도로 재용해되고 있다. 그리고 Si는 U과 같이 pH 증가에 따라 다소 증가하나 pH 8 이상에서 30±5 mg/L로 거의 일정하게 용해되고 있다. 그러므로 pH 10 정도에서 조업하면 비록 Al, Si 등이 U과 다소 공용해되지만

Fig. 2. Dissolving concentration of each element with Na₂CO₃

Fig. 3. Dissolving concentration of each element with pH of the

 Ca, Fe, Mg 등 특히 ULP 내 다량 함유된 Ca, Fe을 U으로부터 완전히 제거할 수 있어 방사성폐기물의 발생량을 대폭 저감화 시킬 수 있을 것으로 판단된다. Figure 4에는 0.5 M Na₂CO₃ + 1 M H₂O₂에서 산화용해 여과한 용액 (H₂O₂ 농도 : 5 mg/L 이하)을 산성화 침전할 경우 pH 변화에 따른 U의 침전율을 나타내었다. U의 산성화 침전은 탄산염-H₂O₂ 계에서 식 (3)과 같이 용해된 uranyl peroxo carbonate 착물이온 ([UO₂(O₂)x(CO₃)y]^2-2x-2y)이 질산 첨가에 의해 식 (4)로 이루어지며 [6,7,18]

Fig. 4. Uranium precipitation yield and carbonate concentration

침전율은 pH 증가에 따라 pH 5 이상에서부터 급격히 감소하다가 pH 9 이상에서는 침전이 거의 일어나지 않고 있다. 이는 pH 9 이상의 탄산염 계에서 U의 용해도가 매우 크기 때문이다. [14,17] 그리고 본 그림에는 나타내지 않았으나 U과 공용해되는 Al (45 mg/L), Si (31 mg/L)는 pH가 증가함에 따라 침전율이 다소 감소하는 경향으로 pH 1에서 Al 및 Si는 각각 10%, 5% 이하로, pH 5 이상에서는 침전이 일어나지 않았다. 한편 pH 변화에 따른 carbonate 농도 변화는 U의 침전율과는 다르게 pH가 증가함에 따라 증가하고 있으며, pH 4 이하에서는 carbonate가 거의 존재하지 않고 있다. 이는 uranyl peroxocarbonate 착물의 carbonate 성분 (H₂CO₃, HCO₃^- 및 CO₃^-2 등)이 pH에 따라 다양하게 존재하며 산성화에 의해 carbonic acid로 변환되고, carbonic acid는 용액 상에서 매우 불안정하여 쉽게 CO₂로 재변환 되어 [19] 대기 중으로 방출되기 때문에 낮은 pH 영역에서는 carbonate가 거의 없는 것 같다. 이로부터 석회침전물을 탄산염에서 산화용해하여 U을 제거(/회수)할 경우 용해는 0.5 M Na₂CO₃ + 1 M H₂O₂에서, 침전은 pH 3 정도에서 산성화하여 수행하는 것이 효과적이다.
Figure 5는 질산농도 변화에 따른 SLP 내 각 원소의 용해농도이다. 질산농도 증가에 따라 각 원소의 용해농도가 증가하고 있으며, 질산농도 1 M 이상에는 U은 6,450±50mg/L로 SLP에 함유되어 있는 우라늄의 99% 이상, Ca와 Fe는 각각 1,500±50 mg/L, 1,900±100 mg/L로 98% 이상 그리고 Al, Mg, Si는 거의 모두가 용해되고 있다. 그러므로 U과 기타 원소와의 공용해를 최소화하기 위해서는 질산 농도를 다소 낮추는 것이 바람직하지만, 이 경우 U의 용해농도 (6,019 mg/L)도 다소 감소하게 되어 U의 제거(/회수) 관점에서 효과적이지 못하다.

Fig. 5. Dissolving concentration of each element with concentration

 Figure 6은 1M HNO₃에서 용해 여과한 용액을 대상으로 H₂O₂의 첨가유무 및 pH 변화에 따른 각 원소의 침전율이다.H₂O₂를 첨가하지 않는 경우 U의 침전은 pH 3∼4 이하에서는 거의 이루어지지 않고 있으나, pH 6∼7 이상에서는 가수분해 등으로 U이 거의 모두 침전되고 있다. 그러나 H₂O₂를 첨가할 경우 ([H₂O₂]/[U] 몰 농도비=3.7) pH 증가에 따라 각 원소의 침전이 증가되고 있으며, U은 pH 2 이상에서 Fe은 4 이상에서, 기타 Ca, Mg는 9 이상에서 거의 모두 침전되고 있다. 이때 U의 침전 반응은 다음과 같다. [20,21]

Fig. 6. Precipitation yield of uranium with pH of solution after

 H₂O₂ Figure 7은 Figure 6과 동일한 용해액을 pH 2로 조정한 후 첨가한  H₂O₂ 농도 변화에 따른 각 원소의 침전율이다. [ H₂O₂]/[U]의 몰 농도 비 증가에 따라 증가하는 경향으로 U, Al, Fe 등은 [ H₂O₂]/[U]의 몰 농도 비 2 이상에서 거의 모두 침전됨을 알 수 있다. 이로부터 석회침전물을 질산에 용해하여 U을 제거(/회수)할 경우 용해는 1M HNO₃에서, 침전은 [H₂O₂]/[U]의 몰 농도 비는 2 정도 그리고 침전용액 내 pH는 2∼3 에서 수행하는 것이 바람직하다.

Fig. 7. Precipitation yield of each element with mole concentration

나. 실제 석회침전물 (ULP : K-1, K-2)

 Table 3는 우리 연구원에 저장된 ULP (K-1, K-2)의 용해 및 U의 침전 제거(/회수)에 앞서 K-1, K-2 각각 5 g을 100mL의 탄산염 용액 (0.5 M Na₂CO₃ + 1 M  H₂O₂) 및 질산 (1 M  HNO₃) 용액으로 용해할 때 ULP 자체의 용해율과 ULP 내 함유되어 있는 U의 용해율을 각각 나타내었다. ULP의 용해율 및 U의 용해율 모두 질산용액에서 보다 많이 용해되며, ULP의 용해는 탄산염 산화용해 시 약 20∼30% 용해되고, 질산에서는 약 55%에서 최대 89% 까지 용해 되었다. 이로부터 ULP 내에는 탄산염이나 질산용액에 의해 용해되지 않는 상당량의 불용해 물질이 함유되어 있음을 알 수 있다. 그리고 ULP 내 함유되어 있는 U은 탄산염 산화용해에서 87∼89%, 질산용해에서는 98∼99% 용해가 가능함을 알 수 있다.
Figure 8은 K-1, K-2 각각 5g 을 0.5 M Na₂CO₃ + 1 M H₂O₂ 용액 100 mL에 용해할 때 각 원소의 용해농도이다. 이때 용액 내 pH는 K-1은 11.55, K-2는 11.16 이었다. K-1, K-2 경우 모두 Al, Mg. Si, U, Na 등이 용해되었으며, 기타 Ca,Cr, Fe, Mo, P (약 10 mg/L) 등은 5 mg/L 이하로 거의 불용해 되고 있다. U의 경우 K-1은 약 3,600 mg/L, K-2는 8,100mg/L가, Na은 0.5M Na₂CO₃ 용해매질에 기인하여 K-1, K-2 모두 20 g/L 이상이, 기타 Al, Mg. Si 등은 60 mg/L 이하가 용해되었다. Figure 9는 Figure 8의 용해액에 질산을 첨가하여 pH 3 (K-1의 pH는 2.79, K-2는 2.98) 으로 산성화시켜 침전할 경우 각 원소의 침전율이다. Al, P, Si, U, Na 이외의 원소는 용해액에서의 이들의 농도가 5 mg/L 이하로 매우 낮아 고려하지 않았다. Na의 경우 산성화에 의해 거의 침전이 이루어지지 않고 있으며, Al, P, Si의 경우 식(1)에 의거 U과의 공침전율이 큰 것으로 나타나나, 침전물 내 함유되어 있는 이들의 농도는 U 농도 (K-1 : 3,300 mg/L, K-2 : 7,820mg/L)와 비교하여 비교적 적어 산성화 침전에 의한 U의 제거(/회수)에 별 문제가 없을 것으로 보인다.

Table 3. Dissolution yield (%) of U in the U-bearing Lime-Precipitate.

Fig. 8. Concentration of each elment in ULP solution dissolved

Fig. 9. Acidified precipitation yield of each element at pH 3 in

 Figure 10은 K-1, K-2 (각각 5g)를 1 M HNO₃ 용액 (100mL)에서 용해할 때 각 원소의 용해농도이다. 0.5 M Na₂CO₃ + 1 M H₂O₂ 용액에서의 용해와는 다르게 Cr, Mo, P를 제외하고 Al (K-1: 410 mg/L, K-2: 280 mg/L), Ca (9,300 mg/L,2,800 mg/L), Fe (3,500 mg/L, 1,100 mg/L), Mg (290mg/L, 77 mg/L), Si (650 mg/L, 93 mg/L), Na (90 mg/L, 160 mg/L) 등이 U (4,500 mg/L, 8,800 mg/L)과 함께 용해 되었다. 그리고 Figure 11은 Figure 10의 용해액에 0.1M H₂O₂를 첨가한 후 NaOH로 pH 2 (K-1의 pH는 1.89, K-2는 1.50)로 조정하여 침전한 경우 각 원소의 침전율이다. U과 공침되는 Al, Ca, Fe, Mg, Si의 Figure 10의 용해액 내 이들의 농도가 높아 침전율이 적은 것으로 나타났으나, 과산화수소 침전에 의한 UO₄의 침전 시 K-1, K-2에 관계없이 Al은 최대 38 mg/L, Ca은 600 mg/L, Fe은 200 mg/L, Si는 200mg/L 등 상당량이 U과 함께 침전물에 공존하여 U의 선택적 제거나 고순도 U의 회수는 어려울 것으로 판단된다.
Figure 12는 K-2 침전물의 건조 조건에 따른 XRD data 이다. Figure 12-(a)는 Figure 9의 산성화 침전물로 55℃에서 12시간 건조한 것으로 UO₄· 4H₂O (JSPDS 49-1821, studtite)로, Figure 12-(b)는 Figure 12-(a)와 같은 침전물을80℃에서 48시간 건조한 것으로 UO₄· 2H₂O (JCPDS 35-0571, metastudtite)로 각각 나타났다. 반면에 Figure 12-(c)는 Figure 11의 과산화수소 침전물로 55℃에서 12시간 건조한 것으로 불순물의 peak가 다소 공존하는 UO₄· 2H₂O로 나타났다. 이로부터 ULP에 함유되어 있는 U은 용해 및 침전 방법에 관계없이 UO₄로의 제거(/회수)가 가능함을 알 수 있다.

Fig. 10. Concentration of each element in RLP solution dissolved

Fig. 11. Precipitation yield of each element with 0.1M H₂O₂ and

Fig. 12. XRD patterns of UO4 precipitate obtained by an

 이상의 결과로부터 ULP로부터 U을 제거(/회수) 하기 위해서는 용해 관점에서 질산 용해가 유리하나 (약 98%) 이 경우 다량의 공존 불순물이 U과 함께 용해되고, 과산화수소 침전에서도 상당량의 불순물이 U과 함께 공침전 된다. 그러나 탄산염 용해에 의한 산성화 침전에서는 U의 용해가 90% 이하로 방사성 고체페기물의 부피감용 측면에서는 다소 비효과적이지만 불순물과의 공용해 및 공침전 등을 억제할 수 있어 순수한 최종 U을 회수하는 측면에서는 보다 효과적이다.

Ⅳ. 결 론

 U-함유 석회침전물로부터 U을 제거(/회수) 하기위하여 탄산염 산화용해에 의한 산성화 침전과 질산용해에 의한 과산화수소 침전을 각각 고찰하였다. 석회침전물의 용해 측면 에서는 질산용해가 유리하나, 최종 U을 회수하는 측면에서는 불순물과의 공용해/공침전 등을 고려하여 볼 때 탄산염 용해에 의한 산성화 침전이 보다 효과적이다. 탄산염 용액에 의한 산화용해는 상온에서 Na₂CO₃의 농도는 0.5 M 이상, 산화제인 H₂O₂의 농도는 1.0 M 정도, 용해시간은 2시간, 용액 내 pH은 10∼11 정도가, 그리고 산성화 침전에서는 용액내 pH는 3∼4, 침전시간은 1시간 정도, 상온에서 각각 수행하는 것이 U-함유 석회침전물로부터 공존 불순물의 공용해 및 공침전을 방지하면서 U만을 선택적으로 제거(/회수)할 수 있다.

감사의 글

 본 연구는 교육과학기술부의 원자력 연구개발 중장기 계획사업의 일환으로 수행된 연구 결과입니다.