A solution combustion process for the synthesis of hollandite (BaAl2Ti6O16) powders is described. SYNROC (synthetic rock) consists of four main titanate phases: perovskite, zirconolite, hollandite and rutile. Hollandite is one of the crystalline host matrices used for the disposal of high-level radioactive wastes because it immobilizes Sr and Lns elements by forming solid solutions. The solution combustion synthesis, which is a self-sustaining oxi-reduction reaction between a nitrate and organic fuel, generates an exothermic reaction and that heat converts the precursors into their corresponding oxide products in air. The process has high energy efficiency, fast heating rates, short reaction times, and high compositional homogeneity. To confirm the combustion synthesis reaction, FT-IR analysis was conducted using glycine with a carboxyl group and an amine as fuel to observe its bonding with metal element in the nitrate. TG-DTA, X-ray diffraction analysis, SEM and EDS were performed to confirm the formed phases and morphology. Powders with an uncontrolled shape were obtained through a general oxide-route process, confirming hollandite powders with micro-sized soft agglomerates consisting of nano-sized primary particles can be prepared using these methods.

우라늄 토양 및 콘크리트 폐기물의 동전기 제염 후 방사성폐기물의 시멘트 고화특성을 분석하기 위하여, 시멘트 고화 유동성 시험을 수행하고 시멘트 고화 시료를 제작하였다. 시멘트 고화시료에 대하여 압축강도, pH, 전기전도도, 방사선조사 효과 및 부피증가를 분석하였다. 방사성폐기물의 시멘트 고화의 작업 적정도는 175~190% 정도였다. 시멘트 고화시료의 방사선 조사 후 압축강도는 방사선 조사 전 압축강도 보다 약 15% 감소하였으나, 한국원자력환경공단 인수기준 (34 kgf·cm-2)을 만족하였다. 동전기 제염 후 방사성폐기물의 시멘트 고화 시료에 대한 SEM-EDS 분석결과, 알루미늄상은 시멘트와 잘 결합 한 형상을 나타낸 반면, 칼슘상은 시멘트와 분리된 형상을 나타내었다. 방사성폐기물의 시멘트 고화 부피는 시멘트에 대한 폐기물의 배합과 수분량에 따라 다르게 나타났다. 방사성폐기물의 시멘트 고화 부피(C-2.0-60)는 약 30% 증가였으며 동전기 제염 후 생성된 방사성폐기물의 영구처분은 적절하다고 판단되었다.

중금속으로 오염된 토양과 광미는 지하수 및 생태계에 추가적으로 피해를 발생시킨다. 이러한 독성 금속의 축적은 식물의 성장억제 및 인체의 발달이상, 발암과 같은 다양한 질병의 원인이 된다. 오염된 토양에서 중금속을 정화하는 방법으로는 고형화/안정화, 토양세척, 토양경작법 등과 같이 다양한 방법이 있다. 하지만 부지 및 오염특성에 따라 적절한 방법을 사용해야 한다. 적절한 방법 중 하나는 오염된 토양의 고형화/안정화이다. 본 연구의 목적은 오염된 토양 및 광미 내 존재하고 있는 중금속을 고형화/안정화 공법을 적용하여 정화하는 방법을 제안하는데 있다. 본 연구에서는 오염토양 내 중금속을 고형화/안정화 시키고 강도 증진을 위해 MICP 토착미생물과 산업폐기물인 굴패각, 폐석고를 배합하여 고화제로 사용하였다. 국내의 중금속 오염토양과 광미에서 MICP 토착미생물을 분리하였고 균체 지방산 분석을 통하여 동정을 진행하였다. 각각의 시료에서 분리한 균주를 동정한 결과 가장 많이 유사성을 보이는 균주는 Brevibacillus centrosporus 와 Bacillus megaterium 이었다. 또한 MICP 토착미생물의 최적 성장 조건을 도출하였으며, 산업폐기물과 MICP 토착미생물의 최적 배합비를 적용한 공시체의 일축압축강도 분석을 진행하였다. 그 결과 28일 경과 후 일축압축강도는 미국 EPA 폐기물처리 표준 기준을 만족하였으며, 위해성 평가를 위한 TCLP, SPLP 분석 결과 미국 EPA 기준을 만족하였다.

KAERI에서는 파이로프로세싱에서 발생하는 금속폐기물의 부피 및 무게 감량을 위해 고방사성 장반감기 핵종을 포함하는 anode sludge내 NM의 고화매질로써 폐피복관과 첨가금속을 재활용하는 연구를 진행하고 있다. 본 연구에서는 Cr 함량을 조절한 Zr-17Cr-8NM, Zr-22Cr-8NM, Zr-27Cr-8NM 합금을 유도용융을 통해 제조하였고, 전기화학적 부식시험을 실시하여 부 식특성을 평가하였다. 모든 조성에서 기존 연구 중인 Zr계 합금고화체 조성보다 우수한 부식특성을 나타냈다. 또한 Zr-22Cr- 8NM 시편의 부식시험 후 침출용액 조성 분석 결과, 500 mV 전압 조건 이하에서는 NM 침출이 없었고 이를 통해 우수한 화 학적 안정성을 갖는 합금고화체 조성을 확보하였다.

산업화와 급격한 경제규모 팽창에 따른 다양한 유해폐기물이 발생하고, 폐기물 중에 함유된 유해성분이 인체나 환경영향을 최소화 시킬 수 있도록 처리되지 못하고 있어 근본적으로 더 안정한 폐기물 처분방법이 필요한 시점이다. 유해폐기물의 안전한 처리 방법 중 하나인 고화기술은 폐기물에 의한 환경오염의 저감과 폐기물의 취급개선을 목적으로 하고 있으며, 유해폐기물의 독성을 감소시키고 폐기물중의 유해물질이 자연환경으로 누출되는 것을 차단 또는 지연시키는 방법이다. 본 연구에서는 국내･외에서 적용되고 있는 유해폐기물 및 방사성폐기물의 고화기술 동향에 대해 알아보았다. 방사성폐기물의 경우에는 방사성 물질의 확산을 방지하고 방사성 핵종 및 유해 성분의 방출의 최소화를 위해 다양한 고화기술이 개발되었다. 그 기술로는 유리화, 플라즈마, 금속 용융, Synroc 등이 있으며, 각 기술에 대해 고화처리 대상 폐기물과 주요 설비의 특성, 최종 생성물의 형태에 대해 조사했다. 이중 유리화기술은 전극 가열식 세라믹 용융로, 유도가열식 저온용융로를 이용해 고준위 방사성폐기물이나 중‧저준위 방사성폐기물을 처리하는 기술이다. 플라즈마기술은 플라즈마 토치, 플라즈마 아크를 이용해 비가연성 중‧저준위 방사성폐기물을 처리한다. 금속 용융기술은 유도가열로, 전기용융로 등을 이용해 오염된 금속의 제염에 사용되고 있다.

유해폐기물의 고형화 처리는 폐기물에 의한 환경오염의 저감과 폐기물의 취급개선을 목적으로 하고 있으며 특히, 유해폐기물의 독성을 감소시키고 폐기물중의 유해물질이 자연환경으로 누출되는 것을 차단 또는 지연시키는데 그 목적이 있다. 최근 플라즈마의 고온 열을 이용해 폐기물 고화처리기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 수분 함량이 높은 슬러지와 같은 폐기물을 처리하기 위해선 건조공정이 선행되어야 하고, 소각에 비하여 전력소모량 등 건설･운영비가 높다는 단점이 있다. 유도가열로는 수분이 많이 함유된 슬러지나 액체페기물, 가연성 잡고체를 처리하는데 적합하다. 플라즈마 용융로의 경우에는 수분이 많이 포함된 폐기물을 처리하기 어렵지만 금속이나 콘크리트와 같은 비가연성 잡고체를 처리하는데 적합하다. 따라서 본 연구에서는 유도가열로와 플라즈마 용융로가 복합적으로 고려된 폐기물 처리 시스템을 개념설계 하였다. 이 복합용융설비를 이용할 경우 폐기물의 특성에 따라 각각의 용융로 설비를 운전하거나 동시에 운전함으로써 다양한 종류의 폐기물을 동시에 처리할 수 있고, 폐기물 처리 속도를 높일 수 있다. 또한 배기가스 처리설비를 공유함으로서 비용절감이 가능하고 운전효율성 등을 높일 수 있다는 장점이 있다.