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초임계 이산화탄소를 이용한 토양 내 우라늄 제염 기술 원문보기

  • 초록

    21 세기에는 모든 산업에서 환경 문제를 고려하지 않을 수 없다. 특히 원자력 분야의 제염에 있어서 환경 문제는 매우 중요한 부분이다. 우라늄에 오염된 토양은 라돈을 발생시키며 방사성을 띄고, 물을 오염시켜 필히 세정이 필요하다. 운영적 관점에서 원자력 시설물의 현안은 방사성 폐기물 발생량의 감소이다. 제염과정에서 발생하는 2차 폐기물의 생성을 근본적으로 억제하고 효율적으로 처리할 수 있는 환경 친화적인 혁신적 방안이 절실히 요구된다. 본 연구는 무독성의 환경 친화적 용매인 초임계 이산화탄소를 원자력의 제염 공정에 적용한 것으로, 2차 폐기물을 근본적으로 발생시키지 않는 청정성을 기술적 특징으로 갖고 있다. 초임계 이산화탄소는 표면장력이 매우 작고 침투력이 우수하며 용해 능력이 높아 작은 입자로 이루어진 토양의 제염에 적합하다. 본 연구에서는 초임계 이산화탄소를 이용하여 다양한 조건하에서의 토양 내 우라늄 추출률 변화량과 효율적인 추출 조건을 찾고자 하였다. 추출 실험을 위한 추출제로는 TBP-HNO3 Complex를 사용하였으며, 토양 내 우라늄 추출 실험은 이산화탄소가 초임계 상태가 되는 40 ℃, 200 bar의 조건에서 1시간 동안 수행하였으며, 시료 분석을 위한 전처리는 마이크로파를 이용한 방법을 사용하였고, 분석은 유도결합 플라즈마 분광계 (ICP)를 이용하였다. 본 연구에서는 토양 내에서 다양한 거동을 보이는 우라늄의 효율적인 추출 조건을 알아보기 위하여 다양한 조건으로 실험을 수행한 결과, 아래와 같은 결과를 확인하였다. (1) 토양을 오염시킨 우라늄은 초임계 이산화탄소와 추출제(TBP-HNO3)를 이용하여 제염할 수 있다. (2) Seasand의 경우에는 오염된 후 시간에 따른 우라늄의 추출 효율이 크게 감소하지 않았다. (3) 일반 토양 내 우라늄은 오염된 후 시간이 경과함에 따라 추출 효율이 감소하였다. (4) 일반 토양 중에서 특히 세사/극세사의 경우 오염 후 경과시간이 클수록 효율이 매우 감소하였다. 본 연구의 실험 공정에서 사용한 0.5 ml 기준(이론의 약 3배)으로 1일 이내는 90 % 이상의 추출 효율을 보이지만, 4년이 경과한 시료의 경우 약 37 %로 감소한 추출 효율을 보였다. (5) 우라늄을 제거하는 세정공정에서 추출제의 양은 이론적으로 요구되는 양보다 많아야 한다.(본 실험 장치에서는 약 3배) 본 연구의 결과로 초임계 이산화탄소를 이용한 토양 내 우라늄 제염 기술은 많은 양의 2차 폐기물의 생성을 근본적으로 억제하고, 환경 친화적으로 제염하며, 오염토양의 처리비용을 크게 줄일 수 있을 것으로 예상된다.


    In the 21st century, all industries have to take environmental issues into consideration. In particular, decontamination from nuclear power is one of th important environmental issues. Soils contaminated with uranium produce radon and radioactive and polluted water, which must be cleansed. From the operational viewpoint, reducing radioactive waste is one of the important issues facing nuclear power facilities. Innovative eco-friendly measures that can prevent the production of secondary nuclear wastes during the decontamination process and treat them efficiently are urgently needed. This study applied supercritical carbon dioxide, a non-toxic, eco-friendly solvent, to the decontamination process used in nuclear power facilities. The proposed method is characterized by technical features that ensure cleanliness without producing secondary wastes. Supercritical carbon dioxide has very low surface tension, excellent penetration, and high solubility, which are highly appropriate for the decontamination of soils consisting of small particles. This study aimed to identify changes in the rate of uranium extraction from soils under various conditions using supercritical carbon dioxide and to establish efficient extraction conditions. In the extraction experiment, TBP-HNO3 complex was used as an extraction agent. The uranium extraction experiment in soils was conducted for one hour under a temperature of 40 ℃ and pressure of 200 bars so that carbon dioxide entered the supercritical state. The pre-processing for sample analysis employed a method involving while an inductively coupled plasma (ICP) spectrometer was used for the analysis. To determine the efficient conditions for the extraction of uranium which showed a variety of behaviors in soils, this experiment was conducted under various conditions, and the following conclusions were obtained. (1) Uranium–contaminated soils can be decontaminated using supercritical carbon dioxide and an extraction agent (TBP-HNO3). (2) The experiment process in this study required approximately three times the amount of extraction agent theoretically required to remove uranium. (3) In the case of sea sand, the extraction efficiency of uranium did not decrease significantly over time after being contaminated. (4) Uranium in general soils showed decreasing extraction efficiency over time after being contaminated. (5) Among the general soils, fine sand and extremely fine sand showed a rapid decrease in extraction efficiency over time after being contaminated. The experiment process in this study found more than 90% extraction efficiency within one day using 0.5 ml of the extraction agent (approximately three times more than the theoretical amount), while samples showed decreased extraction efficiency of approximately 37% over four years. The study results showed that uranium decontamination technology for soils using supercritical carbon dioxide can prevent the production of a large amount of secondary wastes in an eco-friendly manner and significantly reduce the cost of treating contaminated soil.


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