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TENORM(Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Material)

가공, 광물추출, 수처리(水處理, water processing) 등의 일련의 공정처리 과정을 거치면서, 자연에 천연으로 존재하는 방사성물질이 농축되어 생활주변 환경에 노출되면, 이로 인해 사람이 생활하면서 방사선피폭을 하게 된다. 자연에 존재하는 방사성물질(NORM, Naturally Occurring Radioactive Material)은 태초부터 있었던 방사성물질인 라듐, 우라늄, 토륨, 칼륨 등과 그 방사성 붕괴생성물을 일컫는다.

TENORM 산업

광업, 에너지 생산, 소비재 산업 분야에서 TENORM이 만들어 진다.

1. 광업
금, 은, 질코늄, 티타늄 채광 폐기물

- 금, 은 채광 폐기물 ; 귀금속을 추출할 때 우라늄을 부산물로 우라늄을 생산하기도 함. 저 농도의 우라늄인 피치블랜드(pitchblende)는 금과 은 광물에 함께 있으며, 폐기 암석이 방사성물질일 수 있다.

- 지르콘 채광 폐기물 ; 규화 질코늄(zirconium silicate)은 티타늄 광 채광과 처리과정에서 생성되는 부산물로, 지코늄의 용도는 다양하다. 주물모래, 내화페인트, 내화물 및 전자제품, 특수합금(부식 환경, 핵연료 피복재 용), 천연 및 합성 보석, 다이아몬드 모조품 등을 만드는 과정에서 처리되기 때문에, NORM과 TENORM이 지르콘 가공 현장에서 발견 될 수 있다. 지르콘은 자기 및 정전기 분리 공정을 통해 티탄철광, 금홍석, 모나자이트와 같은 가치 있는 미네랄과 함께 광물의 혼합물과 분리되는데, 이 공정에서 지르콘 외의 광물, 특히 모나자이트로 인해 고농도의 방사성물질이 될 수 있다. 일단 지르콘이 이들 광물질과 분리되면, 방사성물질의 농도가 낮아져서 방사선안전 측면에서의 우려는 없다.

- 상용 지르콘 내 U-238과 Th-232의 농도는 각각 2~4 Bq/g과 0.4~1.0 Bq/g이다. 지르콘의 라돈(가스) 방출률은 매우 낮으며, 대규모 지르콘 벌크 근처에서의 감마선량률은 1.9 µSv/h 에 이르기도 한다. (지르콘은 밀도가 3.0 g/cm³ 이상인 무거운 광물 중의 하나이다. 상업적으로 중요한 이 무거운 광물들에는 지르콘, 티탄철광, 금홍석, 모나자이트, 희토류 광물들이 있다.) : Radiation protection and NORM residue management in the zircon and zirconia industries. International Atomic Energy Agency(2007)

- 티타늄 채광 폐기물 ; 티타늄은 지각(地殼) 구성물 중 9 번째로 풍부한 원소이며 거의 모든 암석과 퇴적물에서 발견 될 수 있다. 순수한 금속으로 존재하지 않으며, 티타늄을 함유 한 광물 채광은 대개 준설(浚渫)과 건조 표면채광기술을 사용하여 수행되며, 티타늄 광물 생산량의 90 % 이상이 티탄철광 형태이다. 이 중 약 75%가 미네랄 모래이고 나머지는 암석이다. 대개 티타늄 광에 우라늄, 토륨, 라듐이 포함되어 있으며, 모나자이트는 티타늄이 추출된 모래에 있다. 추출과정에서 발생하는 광물질 슬러지, 먼지, 모래 등은 방사성 물질일 수 있다. 광석의 천연 토륨 함량은 0.04~2.0 Bq/g 이고, 우라늄 함량은 0.03 ~ 0.4 Bq/g 정도이다. 방사성핵종의 농도는 정상적인 암석 및 토양의 경우보다 약간 높다. 처리 중에 방사성 핵종이 운동성을 갖고 먼지, 물때(scale), 기타 공정잔류물로 이동하여 방사능농도가 원료 광물보다 높을 수 있다. 라듐의 동위원소는 특히 물때에 집중 될 수 있다. 이산화티타늄(TiO₂)과 기타 티타늄 함유 제품에는 방사능이 없다.

가공공정부산물 방사능농도 범위(예)

구 분	농도(Bq/g)	비 고
티타늄 슬래그(slag) 티탄철광 모래 공정 : 로(furnace)내 먼지 미세먼지	< 1 2.1 ~ 4.0 8.5 ~ 13.5	Po-210, Pb-210
침지기(浸漬器), 물 때(scale), 천 필터 티탄철광원료 잔류물 90% 슬래그(slag) 침착 물때(deposition scale) 천 필터 석고 필터	~1,000 0.04 ~ 2.6 < 1 0.04 ~ 1.64 0.04 ~ 968 < 1	U-238 계열 > Th-232 계열

- Safety Report Series No. 76: Radiation Protection and NORM Residue Management in the Titanium Dioxide and Related Industries: International Atomic Energy Agency, p124(2012)

희토류 원소 채광 폐기물

- 희토류 광물은 주로 우라늄과 토륨을 함유한 광석과 광물에서 주로 추출하며 처리과정에서 우라늄과 토륨을 분리하고 제거하기 때문에 TENORM 폐기물이 발생한다.(미네랄 모래(mineral sands)인 모나자이트(monazite)는 세륨(Ce) 및 란타늄(La) 등 다양한 희토류 광물과 약 7 %의 토륨을 함유하는 희토류 인산염임)
- U.S. Geological Survey Rare Earth Minerals Information page

우라늄 채광 폐기물

- 지하 및 표층 우라늄 채광의 경우 다양한 폐기물 유형이 있으며, 라듐, 우라늄, 토륨의 방사성 핵종이 포함된다.
- 발굴된 표토
- 과부하물질(overburden) : 광석으로의 가치가 없어 채광하지 않는 암석으로, 암석에 고농도의 방사성 핵종이 있는 지역의 경우, 과부하물질이 방사능을 증가 시킨다.
- 약한 우라늄 농축 폐기물
- 지하 광석
- 증발 인공 연못(pond) 슬러지와 물 때(scale)

구리 채광 및 생산 폐기물

광석에 이미 천연 방사성물질(NORM)이 포함되어 있기 때문에 구리광석에서 발견되는 가장 빈번하게 발생하는 NORM은 우라늄과 라듐이고, 채광과 제품 생산과정에서 방사성물질이 포함된 폐기물이 발생한다.

보크사이트와 알루미늄 생산 폐기물

보크사이트 정련소에서 알루미늄 금속을 만들며, 연마제, 시멘트, 화학물질 등 산업제품을 제조하는데 사용된다. 보크사이트와 보크사이트 공정잔류물 중 가장 흔한 방사성붕괴생성물은 우라늄, 토륨, 라듐 등이다.

2. 에너지 생산

원유와 가스 생산 폐기물

- 석유와 가스가 있는 지층은 천연 방사성물질(NORM)을 포함하는데, 우라늄과 그 붕괴생성물, 토륨과 그 붕괴생성물, 라듐과 그 붕괴생성물, K-40, Pb-210, Po-210 등이 해당된다.
- 석유와 천연 가스의 대부분은 해양 생물의 부패로 인해 고대 바다가 있던 곳의 지각에서 만들어졌고, 이를 함유한 혈암, 석유, 가스 침전물 등은 염수(소금물)가 있는 대수층에서 발견된다. 방사성핵종은 염수에 용해되어 있는 다른 미네랄과 함께 분리되고 안정화되는 과정에서 다양한 폐기물을 만든다 : 파이프 내부의 광물 물때(scale), 슬러지와 퇴적물, 오염된 장비 또는 부품, 생산된 물 등
- 추출과정에서 NORM이 농축되어 환경에 노출되고 그로 인해 방사선에 피폭하게 된다.

석탄연소 잔류물

석탄은 미량의 천연 방사능을 함유하고 있기 때문에, 석탄이 연소하게 되면 자연적으로 방사성물질이 포함된 잔류물이 남게 되며 TENORM의 한 가지이다. 석탄연소 잔류물에서 흔히 발견되는 방사성핵종과 그 붕괴생성물은 우라늄, 토륨, 칼륨, 라듐 계열 핵종이다.

3. 소비재와 제품

비료와 비료 생산 폐기물

- 인산염 암은 비료의 원료이다. 인산염 암은 화학적 특성 때문에 인산염비료와 생산에서 발생한 폐기물에는 천연 방사성물질(NORM)인 우라늄, 토륨, 라듐 등과 그 붕괴생성물이 상당량 함유될 수 있다.
- 미국에서 발견되는 인산염 광석의 우라늄 농도는 0.259~3.7 Bq/g, 토륨 농도는 0.0037 ~ 0.0222 Bq/g, 라듐 농도는 0.185 ~ 1.11 Bq/g 이다.
- 미국 환경부 기준은 농업용 인산연석고(phosphogypsum)는 평균 방사능 농도가 0.37 Bq/g 이하이다.

화강암 조리대

- 화강암은 다른 돌과 마찬가지로 천연 방사성물질(NORM)인 우라늄, 토륨 및 방사성 붕괴생성물을 함유하고 있다. 농도는 화강암 마다 다르고 심지어 단일 화강암 판에서도 다를 수 있다.
- 화강암에 우라늄, 토륨 또는 라듐이 존재하면, 무색, 무취의 방사성 가스인 라돈을 방출할 수 있다. 화강암 건축 자재에서 방출된 라돈은 환기를 통해 희석된다.
- 라돈 이외에, 화강암에서는 적은 양의 베타 및 감마선이 방출될 수 있다. 화강암 조리대에서 나오는 방사선이 정상적으로 존재하는 자연 방사선량 수준보다 높은 경우는 극히 드물다.

기타 : 담배, 건축자재

- 극히 미량이긴 하나 천연 방사성물질(NORM)이 존재 할 수 있다.

참고

미국환경부(EPA), Technologically Enhanced Naturally Occurring Radioactive Materials (TENORM)

International Atomic Energy Agency, Radiation protection and NORM residue management in the zircon and zirconia industries, IAEA(2007)

International Atomic Energy Agency , Safety Report Series No. 76: Radiation Protection and NORM Residue Management in the Titanium Dioxide and Related Industries, p124, IAEA(2012)

원자력안전위원회/한국원자력안전기술원, 생활주변방사선 정보서비스

이 자료의 최초 작성 및 등록 : 김봉환(KAERI) bhkim2@kaeri.re.kr