Various types of radioactive liquid and solid wastes are generated during the operation and decommissioning of nuclear power plants. To remove radionuclides Co-60, Cs-137 etc. from a liquid waste, the ion-exchange process based on organic resins has been commonly used for the operation of nuclear facilities. Due to the considerations for the final disposal of process endproduct, other treatment methods such as adsorption, precipitation using some inorganic materials have been suggested to prepare for large amounts of waste during decommissioning. This study evaluated sintering characteristics for radioactive precipitates generated during the liquid waste treatment process. The volume reduction efficiency and compressive strength of sintered pellets were the major parameters for the evaluation. Major components of a simulated precipitate were some coagulated (oxy) hydroxides containing light elements, such as Si, Al, Mg, Ca, and zeolite particles. Green pellets compressed to around 100 MPa were heated at a range of 750~850°C to synthesize sintered pellets. It was observed that the volume reduction percentages were higher than 50% in the appropriate sintering conditions. The volume reduction was caused by the reduction of void space between particles, which is an evidence of partial glassification and ceramization of the precipitates. This result can also be attributed to conversion reactions of zeolite particles into other minerals. The compressive strength ranged from 6 to 19 MPa. These results also showed a significant correlation with the volume reduction of sintered body. Although our lab-scale experiments showed many benefits of sintering for the precipitates, optimized conditions are needed for large-scale practical applications. Evaluation of sintering characteristics as a function of pellet size and further testing will be conducted in the future.

In KAERI’s previous phosphate precipitation tests, the dispersed powder of lithium phosphate (Li3PO4) as a precipitation agent reacted with various metal chlorides in a simulated LiCl-KCl molten salt. The reaction of metal chlorides composed of actinides such as uranium and three rare earths (Nd, Ce and La) with lithium phosphate is a solid-liquid reaction. A phosphorylation reaction rate is very fast and the metal phosphates as a reaction product precipitated on the bottom of the molten salt crucible. One of the recovery methods of the metal phosphate precipitates is segregation the lower part (precipitates) of the salt ingot using the various cutting tools. Recently, a new phosphorylation experiment using lithium phosphate ingots carried out in order to collect the metal phosphate precipitates into a small recovering vessel, and the test result of this new method was feasible. However, the reaction rate of test using lithium phosphate ingot is extremely slower than that of test using lithium phosphate powder. In this study, the precipitation reactor design (a tapered crucible with polished inner surface) used for phosphorylation reaction showed that the salt ingot with metal phosphate precipitates could be detached from a tapered stainless steel crucible. We propose that the recovery of precipitates from a salt ingot is possible by introducing a dividing plate structure into a molten salt and by positioning it at the interface between salt and precipitated metal phosphate.

Noble metal precipitates are fission products that can be found as metallic alloys in used nuclear fuel. They do not exist homogenously inside the fuel pellets, but exists in grain boundaries in the form of immiscible particles. The first drawback that comes because they exist in grain boundaries is the degradation of mechanical integrity. The particles in the grain boundaries can be considered as defect n solid solution of uranium oxide pellets, and they can change the lattice volume. Therefore, it is known that it can cause stress corrosion cracking of fuel pellets. Furthermore, there is a negative effect from the perspective of used fuel management. However, they also have a positive effect on used fuel management. Since the noble metal has galvanic reduction effect, the particles serve as an oxidation inhibitor for uranium. There are many other effects regarding to the noble metal precipitates. However, in any case, quantifying the particles is important in order to quantitatively analyze these effects from the perspective of used fuel management. SCALE/TRITON code was applied to calculate the noble metal isotopes including Mo, Tc, Ru, Rh and Pd. In order to calculate the distribution inside the pin, the multiregion cell model was selected. In particular, a cylindrical geometry was used, and the pellet was divided into several layers. In addition, coolant and cladding surrounded the pellet. Finally, the radial distribution was evaluated using the computational code, along with neutron flux map.

In this study, we investigated the effects of precipitates and oxide dispersoids on the high-temperature mechanical properties of oxide dispersion-strengthened (ODS) Ni-based super alloys. Two ODS Ni-based super alloy rods with different chemical compositions were fabricated by high-energy milling and hot extrusion process at 1150℃ to investigate the effects of precipitates on high-temperature mechanical properties. Further, the MA6000N alloy is an improvement over the commercial MA6000 alloy, and the KS6000 alloy has the same chemical composition as the MA6000 alloy. The phase and microstructure of Ni-based super alloys were investigated by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. It was found that MC carbide precipitates and oxide dispersoids in the ODS Ni-based super alloys developed in this study may effectively improve high-temperature hardness and creep resistance.

We report a method for preparing rare earth oxides (RexOy) from the recycling process for spent Ni-metal hydride (Ni-MH) batteries. This process first involves a leaching of spent Ni-MH powders with sulfuric acid at 90℃, resulting in rare earth precipitates (i.e., NaRE(SO4)2·H2O, RE = La, Ce, Nd), which are converted into rare earth oxides via two different approaches: i) simple heat treatment in air, and ii) metathesis reaction with NaOH at 70℃. Not only the morphological features but also the crystallographic structures of all products are systematically investigated using field-emission scanning electron microscopy (FESEM) and X-ray diffraction (XRD); their thermal behaviors are also analyzed. In particular, XRD results show that some of the rare earth precipitates are converted into oxide form (such as La2O3, Ce2O3, and Nd2O3) with heat treatment at 1200℃; however, secondary peaks are also observed. On the other hand, rare earth oxides, RExOy can be successfully obtained after metathesis of rare earth precipitates, followed by heat treatment at 1000℃ in air, along with a change of crystallographic structures, i.e., NaRE(SO4)2·H2O → RE(OH)3 → RExOy.

In this paper, the effects of precipitates and Mn-solute atoms on the recrystallization behavior of an Al-Mn alloy was studied using micro-Vickers hardness, electrical conductivity measurements and optical microscopy. Various thermo-mechanical processes were designed to investigate the different morphologies, and the solute concentration, of Mn in the matrix. The results indicate that the recrystallization temperature, TR and time, tR, are influenced by the amount of M-solute atoms in the matrix, and that the recrystallization microstructure is influenced by the amount of precipitates. Recrystallization in the Slow-Cooling specimen was rapid due to its low concentration of Mn-solute atoms, and the crystal-grain size was the smallest due to finely distributed precipitates. However, in the case of the No-Holding specimen, elongated grains were observed at the low annealing temperature and the largest recrystallized grains were observed at the high annealing temperatures (compared with Slow-Cooling and Base specimens) due to the high Mn-solute atoms in the matrix.

사용후핵연료 건식처리공정(pyrochemical process)에서 LiCl-KCl 공융염의 회수는 방사성폐기물 부피 감량과 원료물질 회수를 위해 반드시 필요하다. 본 논문은 진공증류공정을 이용하여 희토류 침전물(희토 류 산염화물 또는 산화물)내 잔류하는 LiCl-KCl 공융염 회수에 관한 것이다. 진공증류시험장치에서 희토 류 침전물내 공융염은 효과적으로 휘발 및 분리되었다. 분리된 공융염은 감압증류시험장내 세 지점에서 침적되거나 필터에 포집되으며, 침적되거나 포집된 공융염을 회수하는 것은 쉽지 않았다. 이 문제점을 해 결하기 위해 감압조건에서 온도구배를 이용하여 공융염 거동을 제어할 수 있는 공융염 진공증류/응축회 수 시스템을 개발하였으며, 이 장치를 이용하여 휘발된 공융염을 회수용기에서만 응축시켜 쉽게 회수할수 있음을 확인하였다.

비등온 및 등온조건에서의 열중량분석을 이용하여 다양한 압력조건(0.5 - 50 mmHg)에서 LiCl-KCl 공융염 증류속도를 우선 측정하였다. 비등온조건에서의 열중량분석결과로부터 온도의 함수로 표현될 수 있는 증류 속도식을 도출하였다. 이 속도식에 의해 계산된 휘발플럭스(flux)는 등온조건에서의 열중량분석을 통해 얻어 진 증류속도와 일치하였다. 1300 K 이하의 온도조건과 0.5 mmHg와 50 mmHg 사이의 감압조건에서 10-4- 10-5 mole cm-2 sec-1의 증류속도를 얻을 수 있다. 실험실규모 실험장치에서 50 mmHg의 압력과 1150 K 이상 의 온도 조건에서 한 시간 증류로 약 99%의 염이 분리되었다. 희토류 침전물내에 잔류하는 염을 증류에 의해 제거할 때 휘발시간이나, 온도를 증가시키는 것보다 휘발 계면적을 증가시키는 것이 효과가 더 큰 것으로 나타났으며, 휘발면적을 4.52 cm2에서 12.56 cm2로 증가시켜 한 시간 동안 증류하였을 때 99.95% 이상의 염이 분리되었다.

The crystal structures and morphologies of precipitates in L10-ordered TiAl intermetallics containing nitrogen were investigated by transmission electron microscopy (TEM). Under aging at an approximate temperature of 1073 K after quenching from 1423 K, TiAl hardens appreciably due to the nitride precipitation. TEM observations revealed that needle-like precipitates, which lie only in one direction parallel to the [001] axis of the L10-TiAl matrix, appear in the matrix preferentially at the dislocations. Selected area electron diffraction (SAED) pattern analyses showed that the needle-shaped precipitate is perovskite-type Ti3AlN (P-phase). The orientation relationship between the P-phase and the L10-TiAl matrix was found to be (001)p//(001)TiAl and [010]p//[010]TiAl. By aging at higher temperatures or for longer periods at 1073 K, plate-like precipitates of Ti2AlN (H-phase) with a hexagonal structure formed on the 111 planes of the L10-TiAl matrix. The orientation relationship between the Ti2AlN and the L10-TiAl matrix is (0001)H//(111)TiAl and H//TiAl.

Various kinds of Mg-Zn-Ca base alloys were rapidly quenched via melt spinning process. The meltspun ternary and quaternary alloy ribbons were heat-treated, and then the effects of additional elements on age hardening behavior and phase change of precipitates were investigated using Vickers hardness tester, XRD, and TEM equipped with EDS system. In ternary alloys, age hardening was mostly due to the distribution of and . The stable phases of precipitates were varied according to the aging temperature and the alloy composition. With the increase of Ca content, precipitates were detected more than precipitates. In quaternary alloys, the precipitates taken from Mg-Zn-Ca-Co were identified as new quaternary phase, whereas those taken from Mg-Zn-Ca-Zr as MgZnCa containing Zr. In general, the ternary alloy showed higher peak hardness and thermal stability than the quaternary considering the total amounts of the solutes. It implies that the structure of precipitate should be controlled to have the coherent interface with the Mg matrix.

주소용 718합금의 고온 인장 성질에 미치는 석축물의 영향을 상추출법과 미세조직관찰을 통해 고찰되었다. 고온 인장시험에서 760˚C까지는 인장강도와 연신율이 동시에 감소하였고, 그보다 높은 온도에서는 인장강도는 급격히 감소하고 연신율은 증가하였다. 고온 인장시험에의한 응력의 영향으로 인하여 γ',γ"석출물의 양은 760˚C에서 최대의 값을 나타내었다. 미세한 γ',γ"상의 석출이 최대로 일어나는 온도에서 석출물에의한 유동응력의 증가로 인해 항복강도의 저하폭이 작았으며, 연신율은 가장 낮은값을 나타내었다. 760˚C보다 높은 온도에서는 전체적인 석출물의 양도 감소하였고, 특히 강화석출상의 양이 적어 연화현상이 급격히 나타났다. 급격히 나타났다.

제1세대 니켈계 단결정 초합금인 CMSX 6를 사용하여 셀렉타법으로 진공 정밀주조하여 단결정을 제작하였다. 주형온도 약 1500˚C, 주입온도 약 1630˚C와 용탕 주입 직후 주형을 2.5mm/분 속도로 하강시켜 단결정을 성장시켰다. 단결정 주조조직에서 기지와 공정조직은 γ' 석출물(Ni3(Al, Ti)) 모양과 크기에 따라 각각 모두 두영역으로 구분되었으며, 공정조직의 Ti함랗은 기지보다 높았다. 즉, EPMA 및 CBED 분석 등으로 γ' 석출물을 분석한 결과, 기지내의 γ'은 크기가 0.5~0.7μm 이하이며 화학조성상 Ni3Al에 가까웠으며 격자구조도 Ll2를 나타내었다. 반면에 공정조직에 가까울수록 γ' 크기는 1.0μm보다 컸으며, 모양도 판상형의 거대한 모양으로 바뀌었다. 화학조성 또한 Ni3Ti에 가까웠으며 격자구조도 D O24를 나타내었으므로 수지상과 공정조직의 γ' 석출물은 화학조성 및 격자구조가 상이함을 알 수 있었다.

320˚C, 40%NaOH 용액의 autoclave에서 약 300wppm의 탄소를 함유하고 있는 15Cr-9Fe-balanced Ni 합금 판상시편에 대해 응력부식 저항성을 조사하였다. 부식시편은 700˚C, 100시간 동안의 열처리로 합금내부에 석출될 수 있는 가능한 한 많은 양의 크롬계 탄화물을 석출시킨 후, 다시 재용해에 의해 크롬계 탄화물의 형태를 조절하는 800˚C-950˚C범위의 최종열처리를 시행하고 급냉시킨 다음 U-자형으로 응력을 가하여 준비되었다. 최종열처리 온도가 올라감에 따라 시편들의 입계응력부식균열(IGSCC ) 전파속도는 900˚C까지는 거의 직선적으로 증가하다가 950˚C에서는 700˚C에서 얻은 값보다도 더 낮게 감소하였다. 즉, 크롬계 탄화물이 재용해되어 그 밀도가 감소함에 따라 IGSCC저항성이 감소하다가 완전히 재용해된 950˚C 열처리 조건에서 오히겨 가장 큰 IGSCC 저항성을 나타내었다. 이와같은 최조열처리 온도에 따른 니켈계 합금 600의 부식거동은 입계에 존재하는 크롬계탄화물의 형태변화 때문이 아니라 입계에서 탄소-크롬계 탄화물-크롬간의 상평형에 의해 이루어지는 탄소의 입계편석량이 크롬계탄화물이 존재할 때에는 열처리 온도에 따라 증가하다가 그것이 완전히 재용해 되었을 때 가장 낮아지기 때문인 것으로 생각된다.

0.14wt.%C-0.82wt.%Mn-0.20wt, %Si-0.10wt.%V-0.03wt.%Nb의 조성을 갖는 직접 소입강에 몰리브데늄을 각각 0.30wt.%, 0.58wt.% 첨가하여 기계적 성질을 조사하고 투과 전자 현미경을 이용하여 각각의 미세 조직을 관찰하여 석출물을 분석하였다. 직접 소입시의 석출물은 M2C, MC의 비평형 상태의 석출물이 생성되었고 석출물들은 마르텐사이트 래스내의 침상형탄화물, 구형의 M2C탄화물, 직사각형 형태의 MC탄화물이 관찰되었다. 유냉시에는 래스내의 침상형 탄화물만 관찰되었으며 수냉시에는 M2C 탄화물이 관찰되었다. 0.58wt.%의 몰리브데늄의 첨가된 강에서는 MoN이 관찰되었으며, 이 강의경우 강도의 손실 없이 인성이 증가하는 경향을 나타내었다.

여러 가지 Zr합금에서 생성되는 석출물의 특성을 규명하기 위하여 시편을 600˚C에서 1시간 동안 열처리 한후 EDX가 부착된 TEM을 이용하여 석출물에 관한 연구를 수행하였다. Zr1.4Sn0.2Fe0.1Cr 합금에서는 두 종류의 석출물이 생성되는데 하나는 석출물의 대부분을 차지하는 HCP 구조으 Zr(Cr, Fe)2 석출물로서 이는 둥근 형태를 유지하며 결정립내나 결정립계에 관계없이 널리 분산되어 분포된다. 다른 하나의 석출물은 극히 일부에서만 관찰되는 Zr2(Fe, Si)성분의 석출물로서 이는 tetragonal 구조를 갖는다. Zr0.5Nb0.6Fe0.3V 합금에서는 tetragonal (Zr, Nb)2(Fe, V) 석출물이 형성되며, Nb이 1.0 wt.% 첨가된 Zr1.0Nb0.6Fe0.3V 합금에서는 HCP 구조의 (Zr, Nb)(Fe, V)2 석출물과 BCC 구조인 β-Zr이 생성된다. Zr1.0Nb0.6Fe0.3V합금을 제외하고는 대부분의 합금에서 석출물은 약 1.0μm의 크기를 나타냈다. 합금 조성이 다를 경우에 석출물 크기와 350˚C 부식 특성과는 부식 특성과는 연관성이 없는 것로 나타났다.

산성광산배수에서 흰색 알루미늄 침전물은 pH가 상대적으로 높은 하천수와 만나 섞일 때 주로 발생한다. 이 침전물을 구성하는 광물은 산성광산배수 내 중금속 등을 흡착 공침하여 이들 중금속의 거동을 조절하는 중요한 역할을 한다. 이러한 흰색 침전물을 구성하고 있는 광물들은 추후 상변화를 거치며 그러한 과정 중에 중금속의 용해 재흡착 등이 일어날 수 있다. 본 연구는 이러한 흰색 침전물의 상전이 과정에 대한 기본적인 정보를 얻기 위하여 수행되었다. 본 연구에서는 도계광업소 주변의 하천에서 채취한 흰색 침전물을 대상으로 서로 다른 pH와 온도의 조건에서 시간이 지남에 따라 일어나는 광물상의 변화를 살펴보았다. 흰색 침전물은 주로 basaluminite와 비정질 Al(OH)3 및 미량의 Al13-tridecamer의 혼합물로 구성되며, basaluminite의 부조화용해가 먼저 일어나 비정질 Al(OH)3의 함량이 증가한 이후, pseudoboehmite의 전구물질 단계를 거쳐서 pseudoboehmite가 최종 침전되는 상전 이 과정을 거친다. 80 °C의 온도에서는 이러한 일련의 과정이 잘 나타났지만, 비교적 낮은 온도에서는 basaluminite와 비정질 Al(OH)3가 공존하는 초기 침전물 상태로 남아있었다. 그리고 높은 pH는 basaluminite의 SO4 2-기의 탈착을 유도하여 pseudoboehmite 전구물질로의 상전이를 촉진하였다. 시간이 지남에 따라 광물의 용해 및 상전이에 의하여 용액의 pH는 낮아지는 경향을 보였으며, 최종산물인 pseudoboehmite가 형성되어도 약간의 입자의 크기 증가만 관찰되고 완전한 결정질의 형태는 보이지 않았다.

달성광산 주변 하천에서 채취한 시료를 이용하여 중금속 흡착 특성 평가를 수행하였다. 수용액 내에 존재하는 As, Cu, Cd를 대상으로 산성광산배수 침전물을 이용하여 중금속 제거 실험을 수행하 였다. 중금속 흡착 물질의 주 구성광물은 황갈색(Munsell color 8.75YR 5/10)의 schwertmannite와 흑갈 색의 (Munsell color 2.5YR 3/8) 침철석이다. 흡착 물질에 의한 흡착 제거 효율과 흡착량은 수용액 내 의 중금속의 초기 농도와 흡착물질의 특성에 의해 좌우된다. 달성광산에서 채취한 침전물에 의한 중 금속 흡착 효율은 As > Cu > Cd 순으로 나타낼 수 있다. 저농도일 때 침전물에 의한 흡착 제거 효율 은 As 67.00-85.00%, Cd 26.24-29.08%, Cu 7.67-12.82% 정도이다. Cu의 초기 농도가 1 mg/L와 10 mg/L일 때, 흡착 물질이 schwertmannite인 경우 흡착량은 0.29와 1.29 mg/g이며, 침철석인 경우 0.24-1.97 mg/g으로 초기 농도가 높거나 흡착 물질이 침철석인 경우 흡착량이 더 높게 나타난다.