알칼리 활성화 반응기는 구조 변환의 촉매 역할을 합니다. 강렬한 기계적 전단력을 가함으로써 이 혼합 장비는 고농도 수산화나트륨 용액과 플라이 애시, 포촐란, 고로 슬래그와 같은 고체 전구체를 혼합합니다. 이러한 물리적 교반은 느슨한 방사성 성분을 고체 상태의 안정적인 지오폴리머로 전환하는 화학 반응의 전제 조건입니다.
혼합 장비는 규소 및 알루미늄 종을 용해하는 데 필수적인 기계적 에너지를 제공하여 방사성 폐기물을 안전하게 캡슐화하는 3차원 N-A-S-(H) 겔 네트워크 형성을 촉발합니다.
화학적 활성화의 메커니즘
빠른 용해 촉진
혼합 장비의 주요 기능은 단순히 균질화하는 것이 아니라 화학적 분해를 촉진하는 것입니다.
반응기는 액체 활성제와 고체 전구체의 혼합물에 기계적 전단력을 가합니다.
이러한 물리적 응력은 전구체의 표면적을 고농도 수산화나트륨에 노출시킵니다.
결과적으로 이러한 환경은 고체 물질에서 Si4+(규소) 및 Al3+(알루미늄) 종의 빠른 용해를 촉진합니다.
축합 중합 개시
규소 및 알루미늄 종이 용액으로 방출되면 혼합 환경에서 상호 작용할 수 있습니다.
이러한 종은 축합 중합을 겪는데, 이는 작은 분자가 결합하여 더 큰 구조적 사슬을 형성하는 화학 반응입니다.
이것은 혼합물을 슬러리에서 고체 매트릭스로 전환하는 기초 단계입니다.
격납 매트릭스 구축
N-A-S-(H) 겔 형성
축합 중합 과정의 결과는 견고한 알루미노실리케이트 겔 네트워크의 생성입니다.
기술 문서에서는 이 특정 구조를 N-A-S-(H) 겔이라고 부릅니다.
이 겔은 바인더 역할을 하여 최종 폐기물 형태에 기계적 강도를 부여하는 조밀한 3차원 골격을 만듭니다.
방사성 재의 캡슐화
이 공정의 궁극적인 목표는 유해 물질의 고정화입니다.
N-A-S-(H) 네트워크가 형성되고 경화됨에 따라 방사성 재 입자 주위로 성장합니다.
재는 단순히 혼합되는 것이 아니라 겔의 분자 구조 내에 안전하게 캡슐화됩니다.
이는 방사성 오염 물질이 침출이나 분산을 방지하도록 물리적으로 잠겨 있음을 보장합니다.
절충점 이해
전단력의 중요성
이 공정의 효과는 장비의 에너지 입력에 전적으로 달려 있습니다.
불충분한 기계적 전단력은 전구체 물질의 불완전한 용해로 이어질 것입니다.
Si4+ 및 Al3+ 종이 완전히 방출되지 않으면 결과적인 겔 네트워크는 약하고 다공성이 됩니다.
화학적 공격성
이 공정은 기능하기 위해 강한 알칼리 환경에 의존합니다.
용해에는 필요하지만, 이는 고농도 수산화나트륨에 부식되지 않고 견딜 수 있는 재료로 만들어진 장비가 필요합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
방사성 폐기물의 안전한 고형화를 보장하기 위해 용해 및 중합 단계의 효율성을 우선시해야 합니다.
- 주요 초점이 구조적 무결성인 경우: 혼합 장비가 높은 전단력을 제공하여 Si4+ 및 Al3+ 종의 용해를 극대화하여 더 조밀한 겔 네트워크를 형성하도록 하십시오.
- 주요 초점이 폐기물 격납인 경우: 전구체(플라이 애시, 슬래그)가 활성제와 완전히 균질화되어 N-A-S-(H) 겔이 방사성 재 주위에 완전한 밀봉을 생성하는지 확인하십시오.
기계적 에너지와 화학적 활성화를 결합하여 유해한 느슨한 재를 안정적인 단일 고체로 변환합니다.
요약 표:
| 공정 단계 | 반응기/장비의 작용 | 폐기물 고형화 결과 |
|---|---|---|
| 용해 | 강렬한 기계적 전단 및 높은 알칼리도 적용 | 전구체에서 Si4+ 및 Al3+ 종의 빠른 방출 |
| 축합 중합 | 슬러리 내 분자 상호 작용 촉진 | 구조적 3차원 중합 사슬 형성 |
| 경화 | 겔화 중 균질화 유지 | 조밀한 N-A-S-(H) 알루미노실리케이트 겔 네트워크 생성 |
| 캡슐화 | 완전한 바인더 커버리지 보장 | 방사성 재가 분자 매트릭스 내에 물리적으로 잠김 |
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참고문헌
- Andrea Santi, Mario Mariani. Design of sustainable geopolymeric matrices for encapsulation of treated radioactive solid organic waste. DOI: 10.3389/fmats.2022.1005864
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