고분자 분산제 주입을 통한 철산화물(Magnetite, Fe3O4) 입자의 분산 안정성 향상

Abstract

원자력발전소의 2차 계통수 중에 존재하는 철산화물(magnetite)은 열전달 튜브의 표면에 침착(fouling)되어 열전달 성능을 떨어뜨리거나 부식을 유발한다. 이와 같은 문제를 방지하기 위해, 원전 2차 계통수 중에 고분자 분산제(polymeric dispersant) 주입을 통해 철산화물의 분산 안정성 향상을 도모하는 연구를 수행하였다. 카르복실기(-COOH, carboxyl group)를 함유한 3종의 음 이온성 고분자(PAA, PMA, PAAMA)를 선정하였으며, 이들에 농도변화(1~1000 ppm)에 의한 마그네타이트 분산 특성을 평가하기 위해 침강시험, 투과율 측정, 입도 측정, 제타전위 측정을 수행하였다. 고분자 분산제는 수용액 중 철산화물 분산안정성에 큰 영향을 미쳤다. 분산제가 주입되면 분산 안정성이 향상되는 경향을 보였으나, 분산제 농도 증가에 따라 마그네타이트의 분산 안정성이 선형적으로 비례하여 증가하지 않았다. 이는 임계 분산제 농도 이상에서는 철산화물 사이의 응집(agglomeration)이 발생하기 때문인 것으로 사료된다. 분산안전성 향상 효과는 분산제-철산화물의 농도비(ppm, 분산제/마그네타이트)가 0.01~0.1 범위에서 현저하였다. 분산제 주입을 통한 철산화물 제거 효과를 최대화하기 위해서는 적용 환경 특성, 철산화물 농도, 분산제 농도 및 철산화물-분산제 농도비의 최적화가 필요한 것으로 판단된다. The iron oxide (<TEX>$Fe_3O_4$</TEX>) particles in the coolant of the secondary system of a nuclear power plant reduce the heat transfer performance or induce corrosion on the surface of the heat transfer tube. To prevent these problems, we conducted a study to improve the dispersion stability of iron oxide using polymeric dispersant injection in simulated secondary system water. The three kinds of anionic polymers containing carboxyl groups were selected. The dispersion characteristics of the iron oxide particles with the polymeric dispersants were evaluated by performing a settling test and measuring the transmission, the zeta potential, and the hydrodynamic particle size of the colloid solutions. Polymeric dispersants had a significant impact on the iron oxide dispersion stability in an aqueous solution. While the dispersant injection tended to improve the dispersion stability, the dispersion stability of iron oxide did not increase linearly with an increase in the dispersant concentration. This non-linearity is due to the agglomerations between the iron oxide particles above a critical dispersant concentration. The effect of the dispersant on the dispersion stability improvement was significant when the dispersant concentration ratio (ppm, dispersant/magnetite) was in the range of 0.1 to 0.01. This suggests that the optimization of dispersant concentration is required to maximize the iron oxide removal effect with the dispersant injection considering the applied environments, the iron oxide concentration and the concentration ratio of dispersant to iron oxide.