한국원자력연구원 방사성폐기물 저장시설에는 2006년 기준으로 약 1,000 여개(200L 환산)의 폐필터가 저장중이며, 그 발생량은 계속 증가하는 추세에 있다. 현재 저장시설의 저장 공간 확보뿐만 아니라 폐필터의 효율적인 관리를 위하여 비닐 백에 넣어 저장 및 관리되고 있는 폐필터들을 적절한 압축 처리 과정을 거쳐 최종적으로 규격화된 드럼에 포장하려는 계획을 가지고 있다. 이를 위해, 먼저 과거 발생이력을 조사함으로서 저장중인 폐필터들의 분류를 통한 그룹화를 수행하였다. 또한 드럼포장을 위해서는 사전에 핵종평가가 수행되어야 하며, 그 방법으로는 폐필터의 해체 없이 표면선량률을 측정하여 대표시료를 채취하며, 이 시료에 대하여 방사성폐기물 인도규정에서 요구하는 수준의 핵종분석을 수행할 것이다. 그리고 드럼포장을 위해, 방사성폐기물 처리시설에서 개발된 폐필터 처리장치를 이용하여 직육면체 형의 폐필터를 원주형 성형을 함으로서 드럼에 넣은 후, 최종적으로 수직 압축함으로써 폐필터를 처리하고자 한다.

Recently, it has been found that mechanical alloying (MA) facilitates the nanocomposites formation of metal-metal oxide systems through solid-state reduction during ball milling. In this work, we studied the MA effect of FeO-M (M = Al, Ti) systems, where pure metals are used as reducing agents. It is found that composite powders in which O and TiO are dispersed in -Fe matrix with nano-sized grains are obtained by mechanical alloying of FeO with Al and Ti for 25 and 75 hours, respectively. It is suggested that the large negative heat associated with the chemical reduction of magnetite by aluminum is responsible for the shorter MA time for composite powder formation in FeO-Al system. X-ray diffraction results show that the reduction of magnetite by Al and Ti if a relatively simple reaction, involving one intermediate phase of FeAlO or FeTiO. The average grain size of -Fe in Fe-TiO composite powders is in the range of 30 nm. From magnetic measurement, we can also obtain indirect information about the details of the solid-state reduction process during MA.

현재 기계적 합금화법에서는 주로 합금을 구성하는 성분원소 분말을 불활성분위기에서 볼밀처리 함으로써 함금화를 시키거나 모합금에 산화물을 분산시켜 복합화시키는 공정을 통하여 각종 화합물, 비정질상 및 과포화고용체등의 준안정상의 합성 뿐만이 아니라 초미세조직의 생성에 관한 폭 넓은 분야의 연구가 행하여지고 있다. 한편 MA에서는 볼멀처리중 기계적 에너지의 투여에 의하여 실제 반응온도보다 낮은 온도에서 발생하는 특이한 화학반응 즉 Mechanochemical

The efects of mechanical aloying conditions and the type of reducing agent on the solid state reductionof haematite have been investigated at room temperature. Aluminium titanium zinc and copper were used as reducing agent. Nanocomposites of metal-oxide in which oxide particles with nano size were dispersed in Fe matrix were obtained by mechanical alloying of with aluminium and titanium respectively However the reduction of by coppe was not occurred Composite materials of iron with and were obtained from the system of and after ball milling for 20 hrs and 30 hrs respectively. And the system of resulted in the formationof FeO with ZnO after ball milling of 120 hrs. The final grain sizes of iron estimated by X-ray diffraction line-width measurement were in the ranges of 24~33 nm.

분말형 방폐물(농축폐액의 건조분말, 폐이온교환수지, 슬러지, 감손우라늄 폐기물 및 소각재 등)의 영구처분을 위하여 다양한 고화매질을 이용하여 혼합(mixing)방식으로 고화하게 되는데, 이는 방폐물의 함입율 제한으로 필연적으로 고화물의 부피가 크게 증가되는 단점을 갖게 된다. 반면에 방폐물의 분말을 덩어리(펠렛형이나 과립형)로 전환하여 공극사이를 액상의 고화매질로 채워 고화하는 경우에는 적어도 부피증가는 발생되지 않는다. 오히려 혼합방식에 비하여 수배 정도의 감용 효과를 기대할 수가 있다. 따라서 본 연구에서는 ①성형제재를 사용치 않으면서 펠렛성형의 가능성, ②성형된 펠렛 입도 크기의 균일성 유지 여부, ③고밀도의 펠렛 성형가능성(고감용화), ④설치 및 유지보수가 용이한 크기 및 구조로의 제작 가능성, ⑤펠렛화 전･후처리용 부대장치가 필요치 않는 조건 등을 고려하여 briquetting type의 분말형 방폐물의 고감용화장치를 제작하였으며, 벤토나이트(85 ~ 100㎛)를 이용하여 공정 변수들의 영향과 분말의 감용화 정도를 살펴보았다. 펠렛 성형용 포켓들이 가공되어 있는 2개의 롤 타이어간에 가해지는 압력(Agglomeration pressure)을 0, 148, 286 kgf/cm²(약 12.3 ton에 해당함)으로 변화시키면서 생성되는 펠렛의 상태와 겉보기 밀도를 살펴 본 결과 성형압축력 = 0에서 펠렛은 생성되었지만 강도가 전혀 기대되지 않았으며 외부의 조그마한 압력에도 부서지는 매우 불안정한 상태를 보여 주었고, 148, 286 kgf/cm²의 압축력에서는 매우 안정되고 높은 강도의 펠렛 상태를 보여 주었다(148과 286 kgf/cm²에서 펠렛의 겉보기 밀도는 각각 2.63과 2.68 g/ml). 펠렛 성형용 롤의 회전수는 장치의 처리량을 결정하게 되는데, 1 ~ 4의 rpm에서의 결과 저 회전수에서는 롤 회전에 상당한 부하가 걸리고 4 rpm에서는 펠렛의 상태가 불안정하여지고 겉보기 밀도는 낮아졌다. 이러한 이유는 롤 회전수가 낮은 경우, 2개의 롤 타이어로 분말의 공급량이 많고 상대적으로 성형압축력이 작았기 때문이었으며, 높은 회전수의 경우는 2개의 롤 타이어의 성형 포켙내에서 성형하는데 필요한 분말 공급량이 적었기 때문이었다. 3, 4 rpm의 회전수에서 펠렛의 겉보기 밀도는 각각 2.0, 1.45 g/ml이었다. 분말의 공급속도 평가에서는 분말 공급 회전수를 8 ~ 12 rpm 내에서의 결과는 생성된 모든 펠렛의 상태는 매우 안정적이었으며, 펠렛의 겉보기 밀도는 2.19 ~ 2.74 g/ml이었다. 이와 같이 펠렛의 겉보기 밀도는 분말 공급속도에 선형적으로 증가하였지만 성형압축력이 적용되는 범위까지 분말의 공급 속도를 증가시킬 경우 펠렛의 겉보기 밀도는 최대의 값을 보일 것으로 판단된다. 이 운전조건하에서 본 연구 실험장치가 가질 수 있는 최대의 감용화가 이루어지는 점일 것이다. 위와 같이 여러 공정변수를 변화시키면서 펠렛의 겉보기 밀도를 살펴 본 결과, 본 연구장치로 분말형 방폐물의 고감용화의 가능성을 확인하였으며. 위 실험조건하에서 분말(0.93 g/ml)과 생성된 펠렛(최대 2.74 g/ml)의 겉보기 밀도를 비교한 감용비는 2.74/0.93 = 2.95배 정도이지만 고화처리를 위해 펠렛을 200리터 드럼내에 충진 하였을 경우에 감용비는 대략 1.34 정도(혼합방식에 대하여서는 6 ~ 8배)일 것으로 예측되었다.