처분 부적합 폐기물이란 원전운영이나 해체 시 처리, 고화 및 포장이 요구되는 방사성폐기물 등을 일컬으며, 대표적으로 분산 특성을 갖는 입자성 방사성폐기물을 예로 들 수가 있다. 이들 폐기물에는 원전 운영과정에서 발생되는 농축폐액의 건조 분말, 슬러리 및 슬러지, 향후 원전 해체과정에서 발생되는 온갖 분말 상태의 폐기물(콘크리트 파쇄물, 제염 슬러지 등), 그리고 제염이 용이치 못한 미세 크기의 방사능오염 토양 등이 있다. 입자성 폐기물을 기존의 고화방식으로 처리할 경우에는 최종 폐기물의 부피가 증가하는 단점을 갖게 되어 처분 비용의 증가 및 처분장의 수용성을 감소하는 결과를 야기할 수가 있 다. 따라서 이들 문제를 해결하고자 본 연구에서는 최종 폐기물 부피의 감용화를 위해 롤 압축 기술을 이용하여 분말의 펠렛화 연구를 수행하였다.

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.