염화루테늄 용액에서 루테늄의 분리 및 회수를 위한 기초 연구로 TBP 및 Cyanex923을 이용하여 루테늄의 용매추출 거동을 조사하였다. 루테늄의 추출율에 영향을 미칠 수 있는 수용액상의 염산농도 및 염소이온 농도, 유기상의 추출제 농도, 온도 등에 대해서 고찰하였고, 유기상으로 추출원 루테늄의 탈거거동에 대해서도 조사하였다. 또한 백금, 비스무스, 납, 구리, 철, 주석 등과의 혼합용액에서 염산농도에 따라 각 성분들의 추출거동을 조사하였다. 실험결과 루테늄의 추출을 위해서는 Cyanex923이 효과적이었다. 그러나 TBP를 사용할 경우 루테늄의 추출율은 낮으나 백금, 비스무스, 주석 등의 불순물을 제거하는 데는 효과적이었다.
PC88A, D2EHPA, Cyanex272, Versatic acid10, D2EHPA+Alamine-304-1, D2EHPA+Alamine-308, D2EHPA+TBP, D2EHPA+TOPO, PC88A+Alamine-336, PC88A+TBP와 같은 단독 및 혼합추출제를 사용하여 Nd의 용매추출실험을 수행했다. 수용액의 평형 pH와 추출제의 농도가 증가함에 따라 Nd의 추출율은 증가하였다. 그러나 D2EHPA와 TBP 혼합추출제로 추출시에는 추출제의 농도증가에 따라 Nd의 추출율이 감소하였다. PC88A에 TBP를 첨가하는 것은 Nd의 추출에 거의 영향을 미치지 않았으나, Alamine336을 첨가하면 동일한 조건에서 추출율이 증가하였다. 실험결과로부터 단독 및 혼합추출제에 의한 Nd의 추출에 대해 고찰하였다.
분배계수와 용매의 용해도 파라미터 도표상의 추출포물선을 검토하여 질산산성에서 유로퓸을 TBP로 추출할 때 유로퓸착물과 TBP의 활동도 계수간의 관계를 알 수 있었고 이에 따라 TBP의 용해도 파라미터를 결정하는 가능성을 제시하였다. 용매로서는 cyclohexane, 벤젠, 톨루엔, chlorobenzene을 사용하였고 TBP의 농도를 용적백분율로 5에서 50까지 변화시켰다.
이온강도가 센 염산용액에서 Alamine336과 TBP에 의한 염화 제 2철의 용매추출거동을 MaCabe-Thiele도를 이용하여 비교하였다. 초기 추출조건으로부터 수상과 유기상에서 철의 평형농도를 계산하여 두 추출제에 의한 철 추출의 등온추출곡선을 구했다. 평형농도 계산시 수상에서 착물형성반응과 물질수지 및 추출반응을 고려하였다. 1M의 Aalmine336으로 0.5M의 철을 3M의 염산용액에서 수상과 유기상의 부피비가 6/5인 조건에서 추출시 2단에 철의 대부분이 유기상으로 추출되는 것을 MaCabe-Thiele도에서 알 수 있었다. 1M의 Alamine336은 염산용액에서 철의 추출능력면에서 TBP 2-3M과 비슷하였다. MaCabe-Thiele도와 두 추출제의 물리적 특성으로부터 Alamine336이 TBP보다 염산용액에서 철의 추출특성이 우수한 것을 알 수 있었다.
염산농도가 낮은 용액에서 TBP/MIBK와 다른 중성추출제(Cyanex 923, TOPO, TOP)의 혼합용매에 의한 리튬(I)의 용매추출실험을 수행했다. 0.1 M의 $FeCl_3$가 추출된 TBP/MIBK는 염산농도를 1에서 9 M로 변화시켜 준비하였다. 약한 염산용액에서 리튬(I)의 추출은 유기상에서 $FeCl_3$의 안정도와 관계된다. $FeCl_3$가 추출된 TBP를 진한 염산용액에서 제조하는 경우, 추출시 철의 탈거율이 작아 리튬(I)이 수소이온과의 교환반응에 의해 추출되었다. 혼합용매에서 TBP의 농도도 $FeCl_3$의 안정에 영향을 미쳤다. TBP에 비해 $FeCl_3$는 MIBK로부터 쉽게 탈거되어 리튬(I)을 추출하지 못했다. TBP/MIBK와 혼합용매로 첨가된 중성추출제의 종류는 리튬(I)의 추출과 철의 탈거에 영향을 미치지 않았다.
질산계 에칭폐액으로부터 질산과 유가금속을 분리하여 재활용하기 위하여 용매추출법을 이용하여 질산성분을 회수하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 주요 실험내용으로는 추출제의 종류와 농도에 따라 질산의 추출거동을 조사하였고, 질산의 추출시 구리, 납, 철, 주석 등의 금속이온들과의 분리성을 고찰하였다. 또한 McCabe-Thiele 그림으로부터 질산성분을 추출과 탈거에 필요한 이론적인 단수를 분석하였다. 실험 결과 TBP가 Alamine336에 비하여 질산의 회수에는 유리하였으며 TBP는 유기상의 60∼70%가 적합하였으며 폐액상의 질산농도가 0.1N 이상인 경우에는 각 금속성분들이 추출되지 않았으며 60%TBP를 사용하여 O/A비가 3인 경우 5단으로 95%이상의 질산이 추출되었다. 한편, 질산이 추출된 유기상으로부터 탈거 실험의 경우 초기농도가 80 g/l일 때 증류수에 의해 O/A비가 2에서 4단으로 98%이상의 탈거율을 나타내었다.
염산용액으로부터 TBP(Tri-butyl Phosphate)를 사용하여 주석(IV)의 추출에 대한 기초연구를 실시하였다. 수용액상에서 염산과 염소이온($Cl^-$) 농도, 주석 농도 및 추출제 농도 등과 같은 실험인자들이 주석의 추출에 미치는 영향을 조사하였다. 염산과 염소이온 농도가 증가할수록 주석의 추출율이 증가하였고, 7.0M의 염산농도에서 10% TBP에 의해 주석이 98%이상 추출되었다. McCabe-thiele 도표 분석을 통해 주석의 연속 추출에 필요한 이론적인 최적 추출단수를 구하였다. 한편 탈거액으로 NaOH 용액이 효과적이었고, 2.0M NaOH 에서 99.3%이상의 높은 탈거율을 나타냈다.
방사성 동위원소에 오염된 토양시료에 대하여 정확하고 신속한 U 등위원소 분석법을 개발하였고 IAEA 표준시료에 적용하여 분석법의 타당성을 검증하였다. TBP 용매추출법의 단점을 보완하기 위해서 토양시료를 질산 및 불산을 사용하여 메트릭스 성분으로부터 우라늄을 완벽하게 추출하였고 이온교환수지와 TRU Spec 수지를 이용하여 우라늄 등위원소를 악티나이드 원소로부터 순수분리하였다. 크로마토 그래피 추출법을 사용하여 토양시료에서 우라늄 등위원소 화학수율은 TBP 용매추출법의 경우보다 10% 정도 증가하였다. 크로마토 그래피 추출법을 사용한 IAEA 토양시료에 분석결과는 IAEA에서 보고된 수치와 일치하였다.
염산용액에서 지르코늄과 하프늄을 분리하기 위해 LIX63과 Cyanex301을 단독 또는 혼합하여 용매추출실험을 수행했다. 상기 추출제를 단독으로 사용하는 경우 염산용액의 pH 1에서 4사이의 범위에서 두 금속은 양이온 추출반응에 의해 추출되었으며, 추출율이 비슷하여 분리가 어렵다. LIX63과 TBP, Cyanex301과 TBP의 혼합용매를 사용하는 경우 본 실험범위에서 역상승효과가 나타났다. Cyanex301과 TBP의 혼합용매의 경우에 염산농도가 증가함에 따라 지르코늄보다 하프늄의 추출율이 급격히 감소하여 분리가능성이 존재하였다. 한편 Cyanex301과 LIX63의 혼합용매의 경우 두 금속의 분리에 효과가 없었다.
본 연구에서는 다성분의 모의 HLW 용액으로부터 $(TBP-TOA)/NDD-HNO_3$ 혼합추출 계에 의한 Tc, Np, U의 공분리 및 이의 순차 분리 적용 가능성을 평가하였다. 우선 제 3상 방지 및 TBP, TOA,질산 농도 등이 Tc, Np, U의 공분리에 미치는 영향 등을 고려하여 최적 조건으로 (30% TBP-0.5% TOA)/NDD-1M $HNO_3$ 계를 선정하였다. 이때 추출율은 Tc (81%), Np (85%), U (93%), Am/RE 원소 (9% 이하) Pd (약 8%), 기타 원소 (5% 이하)로 Tc, Np 및 U의 공분리는 매우 우수하였으나, 조업 측면에서 Zr의 선 제거 (약 99 % 이상)가 요구되었다. 그리고 공추출된 Tc, Np 및 U을 Tc (역추출제 : 5 M $HNO_3$)${\rightarrow}Np$ 환원 (역추출제 : 0.1 M AHA)${\rightarrow}U$ (역추출제 : 0.01 M $HNO_3$)의 순으로 순차 분리하여 각각의 분리계수를 평가하였으며, 이때 Tc은 95%, Np은 98%, U은 99%를 회수할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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