CH640663A5 - Procede et installation pour la solidification de dechet radioactifs. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé et une installation pour la solidification de déchets radioactifs liquides sortant d'équipements nucléaires, et elle a trait plus particulièrement à la solidification et à l'enrobage de déchets liquides de radioactivité de niveau moyen et faible sortant de centrales nucléaires, de laboratoires de recherche nucléaire et d'usines de retraitement. L'invention est notamment applicable à la concentration et à la solidification de déchets liquides de faible niveau, relativement dilués, sortant de réacteurs à eau ordinaire (LWR), tels que des réacteurs à eau pressurisée (PWR) et des réacteurs à eau bouillante (BWR).

Il est connu de concentrer des déchets liquides sortant de réacteurs à eau ordinaire à un degré limité, puis d'assurer leur enrobage avec différents types de matrices, telles que du ciment, du bitume ou des polymères résineux synthétiques. Le mélange de déchets et de matrice est ensuite stocké dans des conteneurs. Pour réduire encore la quantité de déchets et le nombre correspondant de conteneurs de stockage, on a proposé plus récemment de sécher complètement les déchets et d'enrober ainsi un produit sec avec la matière de matrice. Les techniques utilisées et mises au point en vue d'obtenir un produit sec avant l'enrobage sont désignées d'une façon générale par l'expression «réduction de volume».

Dans la présente description, les termes «déchets séchés» et «produit sec» désignent des déchets solides qui ne contiennent essentiellement pas d'eau libre. De l'eau combinée, telle que de l'eau d'hydratation ou de cristallisation, peut exister.

A cause des difficultés rencontrées avec la réduction de volume, comme cela va être précisé dans la suite, un grand nombre des installations connues de traitement de déchets assure encore l'enrobage d'une certaine forme de concentrats liquides. Cette pratique conduit à l'utilisation d'un grand nombre de tonneaux de stockage de déchets qui doivent être stockés temporairement sur le sol, puis rejetés de façon permanente, soit dans la mer, soit dans les cavités du sol.

Une réduction de volume efficace peut se traduire par des économies considérables, à la fois en argent et en main d'œuvre, pour un certain nombre de raisons. La quantité de matrice qui est nécessaire pour enrober ou encapsuler une quantité donnée de déchets est réduite quand les déchets se présentent sous une forme solide et sèche. De même, la quantité de déchets qu'on peut placer dans chaque conteneur est augmentée, de sorte que le nombre de conteneurs nécessaires est également réduit. L'enrobage par matrice ou la mise en place des déchets dans des conteneurs sont considérés comme un moyen d'enveloppement des déchets dans une enveloppe protectrice. On peut considérer que le volume final de déchets enveloppés à partir d'effluents de faible niveau sortant de centrales nucléaires peut être réduit d'un facteur au moins égal à 5 à 15 par des techniques de réduction de volume. Une diminution du nombre de conteneurs de stockage produit une réduction correspondante des capacités des dispositifs auxiliaires nécessaires pour effectuer un stockage intermédiaire, une manutention des conteneurs, un transport des conteneurs et une décharge finale, et il est également possible de réduire en correspondance la main-d'œuvre nécessaire dans toutes ces opérations.

Un autre avantage de la réduction de volume consiste en ce qu'elle améliore la sécurité de manutention et de décharge des déchets. Puisque de plus petites quantités de déchets peuvent être manutentionnées, stockées, transportées et finalement déchargées de façon permanente, on obtient une diminution correspondante des risques pour le personnel et une augmentation correspondante de la durée de service des équipements. La sécurité pour l'environnement est améliorée à la fois par le plus petit nombre de conteneurs de déchets et par le fait qu'on évite tout danger résultant de la décharge d'une fraction d'eau contenant des ions radioactifs.

Malgré les avantages connus de la réduction de volume, on a rencontré un certain nombre de difficultés pour mettre au point une technique efficace de réduction de volume. Des tentatives ont été faites pour utiliser des évaporateurs à film mince comme appareils de séchage dans des systèmes de réduction de volume. Cependant, avant d'atteindre un état sec, un concentrât de déchets devient une pâte lourde pour des teneurs en solides supérieures à 60% en poids. Cette pâte sèche relativement lentement sous forme d'un film et, pour atteindre le degré nécessaire de siccité dans un évaporateur à film mince, on établit un vide tout en faisant avancer la matière à une vitesse relativement lente le long de la surface chauffée. De telles installations nécessitent par conséquent des équipements auxiliaires coûteux pour créer le vide et l'évaporateur ne fonctionne pas à un rendement élevé du fait que la vitesse d'avance est limitée par la vitesse de séchage du film. En outre, la vitesse d'avance doit être contrôlée avec précision et réglée de manière qu'un séchage se produise à la sortie de l'évaporateur ou très près de cette zone. Un séchage s

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prématuré provoque une obstruction des passages de transport et un coincement du rotor de l'évaporateur. Malgré ce contrôle, il se produit fréquemment une obstruction au bout de périodes de fonctionnement relativement courtes du fait de l'accumulation graduelle de couches durcies de concentrât sur la surface de la paroi chauffée, cette condition étant aggravée par la vitesse lente d'avancement de la matière. En conséquence, un tel équipement fonctionne bien plus efficacement comme un dispositif de concentration que comme un dispositif de séchage.

D'autres types de sécheurs ont été également proposés pour être utilisés dans des systèmes de réduction de volume, tels que des sécheurs à pulvérisation et des sécheurs à tambour. Des sécheurs de ce type créent de grandes quantités de particules de poussières qui sont difficiles à enlever des courants gazeux sortants et qui peuvent rapidement provoquer une errosion ou un grippage des équipements de traitement de gaz. Des sécheurs à pulvérisation présentent en outre un inconvénient du fait que des solides peuvent s'accumuler dans et autour des buses de pulvérisation et provoquer leur blocage. Des sécheurs à tambour présentent en outre un inconvénient du fait que les couches sèches formées sur le tambour chauffé peuvent être difficiles à enlever par raclage ou autrement.

Bien que certains des problèmes définis ci-dessus puissent être résolus par un séchage incomplet du concentrât, une teneur en humidité assez forte des déchets conduit à des difficultés en ce qui concerne les caractéristiques du produit enrobé ou encapsulé. La présence d'eau dans la fraction radioactive rend difficile le contrôle de la qualité du produit final formé par les déchets et la matrice. En d'autres termes, la quantité de ciment à utiliser pour établir la composition finale dépend de la teneur totale en eau du mélange de déchets et de matrice et la quantité d'eau se trouvant dans la concentrât humide ou dans les solides partiellement séchés peut fluctuer de sorte qu'il est difficile de la contrôler avec un degré de précision approprié. Il en résulte que les procédés connus adoptés en pratique ont souvent conduit à l'existence d'une quantité d'eau, soit trop forte, soit trop faible, dans le produit enrobé ou encapsulé. L'eau a une influence également extrêmement perturbatrice dans une matrice de bitume, du fait que cette matrice doit être chauffée et que la matrice chauffée produit une formation de vapeur d'eau qui gêne le processus d'enrobage. De l'eau exerce également une influence perturbatrice sur la plupart des matrices de polymères résineux du fait qu'elle entrave la réaction de polymérisation. Pour ces raisons, la présence d'eau dans la fraction de déchets donne un produit ayant une mauvaise résistance à l'eau (du fait de la présence d'ions radioactifs non-fixés), une mauvaise résistance chimique et une intégrité structurale incorrecte (résistance mécanique).

La présente invention permet de remédier aux inconvénients des réalisations connues et de produire des particules de déchets solides bien sèches avec un rendement élevé, selon le procédé de la revendication 1. A cet effet on propose l'installation selon la revendication 24. La composition chimique des déchets à solidifier varie en fonction de leur origine. Les déchets sont soumis à un traitement chimique pour régler le pH dans une gamme de base (correspondant à une valeur supérieure à 7,0). Les effluents liquides sont soumis à un traitement chimique afin d'ajuster le pH dans la gamme basique (au-delà de 7,0) et/ou pour former des composés chimiques insolubles par une cristallisation et/ou une précipitation de déchets solides qui peuvent être, soit en suspension, soit dissous dans les déchets liquides. Si l'effluent sort d'un réacteur à eau pressurisée (PWR), il contient habituellement de l'acide borique et la chaux constitue le réactif chimique préféré pour régler le pH et rendre les solides de tels effluents moins solubles. On peut cependant également utiliser d'autres hydroxydes métalliques, tels que les hydroxydes d'autres métaux alcalino-terreux. Si l'effluent sort d'un réacteur à eau bouillante (BWR), il contient habituellement des sulfates et le réactif chimique préféré est le nitrate de baryum. D'autres effluents pouvant être traités par le procédé selon l'invention sont ceux qui sortent des conduits de récolte des drains de laboratoires et d'autres complexes industriels nucléaires et, également, d'autres types d'équipements de réacteurs nucléaires, tels que des déchets liquides, de réactivité de niveau faible de moyen, sortant d'installations de retraitement de combustible usé.

De nombreux effluents sont d'abord soumis au moins à un certain degré de concentration initiale dans le système de traitement de déchets, par exemple dans un évaporateur de grande capacité, avant d'être transférés, en vue d'un stockage intermédiaire, dans un réservoir de retenue. Le liquide se trouvant dans ce réservoir peut contenir des solides dissous et/ou en suspension intervenant en quantités comprises entre 10 et 25% en poids. Un traitement chimique de ces déchets du réservoir de retenue peut être effectué soit dans un récipient mélangeur dans lequel on introduit le réactif chimique, soit par l'introduction du réactif chimique directement dans le dispositif spécial de séchage décrit ci-dessous. On ajoute une quantité suffisante de réactif pour faire monter le pH au-dessus de 7,0, de préférence dans la gamme comprise entre 10 et 12. Ce réactif est introduit à l'état de solution aqueuse ou à l'état sec. Le réactif chimique sélectionné doit fixer les ions radioactis sous forme d'une masse solide lors du séchage et il produit de préférence des sels insolubles pouvant précipiter à partir d'une solution sous la forme de solides en suspension, soit immédiatement, soit lors d'une concentration supplémentaire des déchets. En outre, les déchets solides séchés doivent être compatibles avec la matière de la matrice et former un produit enrobé ou encapsulé qui possède une bonne résistance mécanique et une grande résistance chimique et qui constitue un mélange solide essentiellement non-lessivable. Lorsque le réactif est de la chaux, il est de préférence ajouté en quantité comprise entre 30 et 100% en poids par rapport à la quantité totale de solides existant dans l'effluent. Lorsque le réactif est constitué par du nitrate de baryum, il est de préférence ajouté en quantité comprise entre 20 et 50% du poids total de solides. Si le réactif est introduit dans un réservoir de mélange séparé, l'effluent à traiter sera de préférence mélangé pendant approximativement 30 à 60', on effectue de préférence l'agitation des déchets liquides pendant environ 30 à 60 minutes pour assurer un mélange intime du réactif chimique avec les déchets liquides.

Ce temps de retenue, nécessaire pour mélanger les réactifs, est éliminé lorsque le réactif chimique est introduit directement dans le dispositif spécial de séchage. Soit avant ou après ce traitement chimique, on tranfère les déchets dans un concentrateur qui est de préférence du type évaporateur à film mince et qui peut avoir une configuration verticale ou horizontale. Des évaporateurs de ce type comportent des aubes ou des pales qui sont fixées sur un rotor tournant à une vitesse relativement élevée, de l'ordre de 400 à 1000 tr/mn. Du fait de cette vitesse de rotation, la force centrifuge exercée sur les déchets par les aubes produit un film relativement mince sur une paroi opposée qui est chauffée de façon à faire vaporiser l'humidité contenue dans le film. Bien que les températures de la paroi puissent varier dans une large plage, elles sont de préférence comprises entre 150 et 300°C. Ces évaporateurs fonctionnent le plus efficacement avec une concentration de sortie comprise entre 30 et 70% en poids de solides, de préférence entre 40 et 60% en poids. Le liquide retenu dans de tels concentrats permet au rotor de fonctionner à sa vitesse optimale, d'optimiser le débit sortant de

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concentrât et d'éviter un séchage du film de concentrât à des niveaux qui pourraient produire une obstruction des passages de décharge et un grippage du rotor.

Après la concentration des déchets liquides dans l'évaporateur, le concentrât résultant est transféré dans un dispositif spécial de séchage qui est composé d'un appareil mélangeur comportant une paroi chauffée et un rotor muni de pales robustes destinées à brasser un concentrât lourd et, également, à faire avancer efficacement ce concentrât et la matière sèche résultante. Du fait que l'énergie à fournir pour remplir ces fonctions à chaque révolution du rotor est bien supérieure à l'énergie alimentant un évaporateur à film mince, on fait tourner le rotor du mélangeur à une vitesse assez lente, qui est généralement comprise entre 25 et 75 tr/mn, et qui est de préférence de 40 à 50 tr/mn. Dans le mélangeur/sécheur, le concentrât est chauffé à une température supérieure à 100°C, de préférence comprise entre 150 et 300°C. A ces températures et pour des concentrations de solides supérieures à environ 50%, le concentrât forme une couche durcie ou une croûte sur les surfaces chauffées et la résistance mécanique des pales ainsi que la vitesse de rotation du rotor sont choisies de manière que cette croûte puisse être brisée sous forme de particules et soit séchée sans provoquer un grippage du rotor ou une obstruction des passages de transport. Le système comprend également un ou plusieurs éléments hélicoïdaux qui sont portés par le rotor de façon à faire avancer efficacement le concentrât et les particules sèches résultantes. L'élément hélicoïdal peut être constitué par une aube ou une pale, inclinée par rapport à l'axe du rotor de façon à produire une poussée axiale efficace en direction de la sortie du mélangeur. L'appareil mélangeur peut, en outre, comprendre des moyens d'auto-nettoyage pour enlever le concentrât durci des éléments internes du mélangeur.

En assurant la décharge du concentrât hors de l'évaporateur à film mince avant qu'il atteigne une condition où il est lourd et difficile à travailler, on peut obtenir de bien plus grands débits de production avec l'appareil. Ainsi, le concentrât lourd est séché dans un appareil mélangeur chauffé ayant une conception structurale robuste permettant d'effectuer un brassage vigoureux et d'exercer une action efficace de cisaillement pour obtenir des débits élevés.

En outre, les éléments de mélange et d'avancement coopèrent l'un avec l'autre, ainsi qu'avec des surfaces stationnaires et d'autres éléments en vue d'exercer une action d'auto-nettoyage, de sorte que les couches durcies de solides sont cisaillées, détachées et broyées afin d'empêcher une accumulation de dépôts sur lesdits éléments et surfaces et de former un produit pulvérulent et fin. Le mélangeur est par conséquent utilisé à la fois pour un séchage du concentrât et pour une désagrégation des couches durcies de concentrât séché. Des mélangeurs disponibles dans le commerce et ayant des dimensions relativement petites sont capables de remplir efficacement les fonctions précitées et d'effectuer le processus de séchage avec un rendement optimal. La capacité thermique et la longueur du mélangeur sont choisies de manière que les déchets solides séchés arrivent à la sortie du mélangeur sous la forme d'une poudre librement fluable. Il en résulte que la présente invention permet d'exploiter de façon optimale les caractéristiques de fonctionnement d'un évaporateur à film mince et d'un mélangeur chauffé pour former à la sortie des déchets séchés dans des conditions optimales.

L'expression «évaporateur à film mince» se rapporte également à un équipement de séchage qui peut être utilisé comme un concentrateur, a condition qu'un film relativement mince soit déposé sur les surfaces chauffées et qu'on ne laisse pas le film sécher mais qu'il soit enlevé avant que la teneur en humidité ait diminué en dessous de 30%. Le concentrateur à film mince peut être du type horizontal ou vertical.

L'épaisseur préférée du film de concentrât dans l'évaporateur est comprise entre 0,5 et 5 mm, de préférence entre 1 et 3 mm.

La vapeur d'humidité produite à la fois dans la section de concentration de l'évaporateur et dans la section de séchage du mélangeur passe dans un appareil séparateur qui a pour fonction d'enlever les solides entraînés et d'arrêter les gouttelettes de liquide. Bien que le séparateur puisse être indépendant de l'évaporateur ou du mélangeur/sécheur, l'évaporateur comprend, de préférence, un étage intégré de séparation de particules et de la vapeur provenant du mélangeur/ sécheur est recyclée vers l'évaporateur où elle traverse le séparateur intégré en même temps que la vapeur d'évaporateur. Après enlèvement des particules, le courant de vapeur sortant en tête, et qui peut également contenir des gaz non-condensables, est canalisé vers un système de traitement gazeux auxiliaire de conception classique. Dans ce système, la partie condensable est refroidie pour produire un condensât et les gaz non-condensables sont filtrés et déchargés vers un système de ventilation contrôlée.

Les particules sèches contenues dans le produit déchargé du mélangeur/sécheur peuvent être ensuite stockées dans un conteneur, tel qu'un tonneau d'acier, ou bien elles sont d'abord mélangées avec une matière de matrice destinée à enrober les particules sèches. L'action d'enrobage ou d'encapsulage produit, en fait, une double enveloppe pour les solides radioactifs, la première enveloppe étant constituée de la matière de matrice solidifiée, tandis que la seconde enveloppe est constituée par le conteneur destiné à recevoir le mélange de déchets et de matrice avant la solidification de matrice. Cependant, il est évident qu'une seule enveloppe constituée, soit par la matière de matrice, soit par le conteneur peut être suffisante, en fonction des règlements de manutention et de stockage qui sont établis par les autorités appropriées.

Le mélange de la poudre de déchets secs avec la matrice d'enrobage ou d'encapsulage peut être effectué, soit d'une manière discontinue (charge par charge), soit d'une manière continue. Pour un mélange charge par charge, un mélangeur séparé reçoit une quantité dosée de particules de déchets secs et une quantité dosée de matière de matrice, le mélange étant soumis à une agitation jusqu'à ce qu'on obtienne une masse essentiellement homogène. Pour une opération continue d'enrobage, on peut utiliser un mélangeur séparé du type continu à la place du mélangeur discontinu opérant charge par charge. Cependant, on peut utiliser à cet effet la partie d'aval du mélangeur/sécheur pour assurer d'une manière continue l'enrobage des particules de déchets secs dans une matrice d'enveloppement. Dans ce but, la chemise chauffée entourant la paroi du sécheur est divisée en deux parties ou chemises, la chemises d'amont assurant un échauffement normal sur environ 50 à 70% de la longueur du mélangeur/ sécheur. La chemise d'aval entoure une partie de mélange de matrice. Dans la suite de la description, un mélangeur chauffé ne comportant pas une partie de mélange de matrice sera appelé un «sécheur», tandis que la partie chauffée d'amont d'un mélangeur comportant une partie intégrée de mélange de matrice sera appelée «partie de séchage».

La partie de mélange de matrice peut être chauffée juste du degré nécessaire pour l'incorporation des déchets solides à une matrice de bitume. A cet égard, la partie de mélange de matrice peut être refroidie au lieu d'être chauffée de manière à contrôler la température de copolymérisation d'une matrice de polymère résineux, suivant ce qui peut être approprié pour améliorer les caractéristiques du produit enrobé final. L'incorporation des déchets à du ciment peut habituellement être faite à la température ambiante ou en dessous.

Du fait de la nature pratiquement exempte d'humidité des particules sèches sortant du sécheur ou de la partie de

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séchage, il est possible d'enrober un fort pourcentage de par- mélange essentiellement homogène d'eau, de déchets et de ticules de déchets secs avec la matière de matrice pour former ciment.

un produit final enrobé. Le pourcentage en poids des déchets II peut être également avantageux de prévoir des points solides par rapport au mélange total est compris de préfé- séparés d'addition dans la partie de mélange de matrice rence entre 40 et 70%, et il peut atteindre une valeur élevée de 5 lorsque l'on doit mélanger les particules de déchets séchés l'ordre de 75%, sans altération des caractéristiques du produit avec les ingrédients pour former une matrice de polymère enrobé. résineux. Par exemple, on peut introduire différents mono-

On peut utiliser comme matrice d'enrobage, permettant mères et d'autres ingrédients, tels que des durcisseurs, des d'assurer l'enrobage des forts pourcentages précités de accélérateurs et/ou des catalyseurs, dans la chambre mélan-

solides, un certain nombre de matières différentes, notam- io geuse en différents points répartis autour de la circonférence ment du bitume, des polymères résineux et du ciment. Le et/ou de l'axe du sécheur/mélangeur intégré.

bitume a, de préférence, un point de pénétration compris Le procédé suivant l'invention permet d'utiliser une partie entre 40 et 50. Comme polymères résineux, il est préférable située en amont du dispositif spécial de séchage comme d'utiliser des résines de polyesters thermodurcissables. D'une mélangeur de produits pour mélanger le réactif chimique manière très avantageuse, on peut utiliser des résines thermo- is avec le concentrât afin de régler le pH et/ou de rendre les durcissables formées par des réactions de polymérisation de déchets solides moins solubles. Ce mode opératoire est parti-monomères de glycol non-saturés tels que du propylène culièrement avantageux lorsque la chaux est employée dans glycol avec de l'acide orthophtalique et un monomère viny- un traitement de borates de PWR. Le borate de calcium est en lique tel que du styrène. efet un matériel thixotropique (semblable à une gelée) qui

On estime que la matière de matrice qui est la plus écono- 20 peut s'accrocher aux parois des sections de transfert en amont mique, en considérant la quantité incorporée par mètre cube de l'évaporateur à film mince, particulièrement lorsque pour de déchets secs, est du ciment, dont le coût est inférieur à celui des raisons d'encombrement il est nécessaire d'avoir des du bitume d'un facteur approximativement égal à 2, et est conduits de transfert relativement longs entre la sortie de inférieur à celui de polymères résineux synthétiques d'un fac- l'évaporateur et le dispositif spécial de séchage.

teur compris entre environ 10 et 15. Le ciment offre égale- 2s La chaux ou tout autre réactif chimique est ajouté de préfé-ment l'avantage de permettre de réaliser l'enrobage de solides rence à l'état sec plutôt que comme une solution dans l'eau, à la température ambiante. Le ciment préféré contient une évitant de ce fait une augmentation de la quantité d'eau qui forte teneur en alumine. doit être évaporée par le système de solidification. Cette éli-

Comme décrit les paricules de déchets solides se trouvent à mination de la nécessité de solutions chimiques peut aug-l'état sec lorsqu'elles sont mélangées avec le ciment minéral et 30 menter le rendement de installation et/ou permettre 1 em-l'eau. Un tel mode opératoire permet d'obtenir un produit de Pl01 d'une installation à capacité plus faible ce qui résulte qualités bien supérieures par comparaison au cas où une da?f des gams des coûts d'exploitation et d'installation.

partie de l'eau est fournie par les déchets. Les proportions . absence d humidité dans les déchets secs permet une uti-

relatives du ciment et de l'eau ajoutés peuvent varier dans une jisation efficace de bitume et de polymères resineux. Lorsque plage relativement large sans affectation notable des qualités 35 e concentrât de dechets est mal séché, 1 excès d humidité prosupérieures de ce produit. Les techniques de réduction de de a vaPeur d eau lorsque le concentrât entre en contact volume connus selon l'état de la technique donnaient en effet avec le bitume chaud et la masse en ebullition résultante prolieu à des boues qui contenaient un pourcentage relativement duit une formation indésirable de mousse. Pour utiliser effi-élevé d'eau. Pendant la phase d'enrobage on tenait compte de cacement des polymeres resineux, il est également préférable cette eau lorsqu'on ajoutait le ciment. Etant donné toutefois 40 df, faire intervenir des déchets bien séchés du fait qu'un excès que la quantité d'eau contenue dans les boues est variable et , humidité pourrait gener la polymérisation des monomères inconnu, il était difficile de contrôler suivant les procédés de résineux et empcher la formation d une matiere d'enrobage l'état technique la qualité du produit enrobé et la quantité de efflcace- L'enrobage des particules sèches de déchets peut ciment à ajouter à cette boue. C'est pour cette raison que l'en- comprendre une opération de calcmation et/ou d enrobage robage ne fixait pas tous les ions radioactifs contenus dans les 45 "ans une matrice de verre.

effluents, ce qui a donné lieu à une libération de ces ions pen- invention se prete également a une commande opéra-

dant la manipulation ou le stockage des produits enrobés. tionnelle relativement aisée et souple, qui est de préférence basee sur un équilibré de masse d'eau entre l'écoulement En vue d'enrober les particules suivant la dernière opéra- pénétrant dans l'évaporateur et le condensât accumulé à tion du procédé, suivant l'invention on peut ajouter l'eau aux so partir des courants de vapeurs combinés provenant de l'éva-déchets séchés, soit avoir le ciment sous la forme d'une boue porateur et du sécheur. Par des comparaisons différentielles prémélangée, soit séparément sous la forme d'un ingrédient entre le poids de matières entrant et le poids de condensât indépendant. Lorsqu'il se produit un mélange continu des accumulé par unité de temps, on peut déterminer la quantité matières de matrice, par exemple lorsqu'on utilise le sécheur- de solides secs par unité de temps en connaissant les teneurs /mélangeur intégré, il est préférable d'ajouter le ciment et ss moyennes en sels et/ou en solides des matières entrantes. La l'eau séparément, le point d'introduction de l'eau étant quantité de produit sec qui est déchargée du sécheur peut éga-

espacé circonférentiellement et/ou décalé axialement vers lement être mesurée de façon continue afin de pouvoir déter-l'aval par rapport au point d'adjonction du ciment sec. L'es- miner sur une base continue la quantité de matière d'enro-pacement entre les points d'introduction de l'eau et du ciment bage. En variante, pour des opérations charge par charge, on est suffisant pour éviter une obstruction de la canalisation 60 peut utiliser des trémies de dosage pour mesurer le poids des d'adjonction de ciment. Lorsque le ciment et l'eau sont pré- déchets secs et de la matière de matrice à introduire ultérieu-mélangés, la boue résultante peut se solidifier prématurément rement dans l'appareil séparé de mélange de matrice.

dans le tuyau d'addition de boue. Dans certaines applications, On voit par conséquent que l'invention permet d'optimiser il peut être souhaitable de former d'abord un mélange sec de la vitesse à laquelle des solutions de solides relativement particules de déchets séchés et de particules de ciment sec 6s dilués peuvent être séchées, d'améliorer le fonctionnement avant l'introduction d'eau libre dans la chambre de mélange. continu d'une installation de traitement sans arrêt ou inter-Après introduction de l'eau, on effectue, de préférence suffi- ruption d'écoulement, et de produire des déchets solides qui samment en aval, une action de mélange en vue de créer un sont secs et pulvérulents. Les caractéristiques des déchets secs

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produits sont telles qu'ils peuvent être enrobés avec de hautes un liquide radioactif et sortant d'un équipement nucléaire est teneurs en solides par des opérations de mélange de matrice canalisé par un conduit 20 jusqu'à un évaporateur de haute qui sont relativement souples et faciles à commander et qui capacité 22, avant d'être déchargé par l'intermédiaire d'un sont relativement insensibles aux proportions d'eau et de tuyau 24 dans un réservoir de retenue 26. De l'eau qui a été

ciment intervenant dans la matière de matrice. s décontaminée par l'évaporateur 22 est déchargée par l'inter-

L'enrobage ou encapsulage à l'aide d'une des trois matrices médiaire d'un tuyau 28 dans un système de décharge mentionnées ci-dessus permet d'obtenir des déchets solides contrôlée de manière à évacuer de l'eau épurée dans l'envi-qui ont une très bonne résistance chimique et au lessivage. ronnement. L'évaporateur réduit la quantité de déchets Lorsque la matrice est du ciment ou un polymère, les déchets liquides qui doivent être stockés sur place et ledit évaporateur solides produits ont une résistance mécanique exceptionnel- io et le réservoir de retenue 26 peuvent faire partie du système lement élevée. En outre, quand la matrice est un ciment du classique de traitement de déchets d'une centrale nucléaire ou type spécifié, le mélange de matrice et de déchets présente d'une autre installation nucléaire. Si la quantité de solides l'avantage d'un durcissement rapide à la température dissous se trouvant dans l'effluent est déjà relativement ambiante pour former un produit final ayant une grande grande (supérieure à environ 10% en poids), on peut sup-

résistance à la rupture par compression (broyage) et à la is primer partiellement l'évaporateur de grande capacité, dégradation thermique (résistance au feu). Les déchets liquides se trouvant dans le réservoir de

Il est possible d'envelopper des déchets solides secs isolé- retenue 26 contiennent des ions radioactifs qui peuvent se ment en vue d'un stockage intermédiaire ou permanent, si un présenter sous la forme de solides dissous, de solides en sus-enrobage n'est pas nécessaire dans des opérations futures de pension ou d'un mélange des deux. Ces déchets liquides peu-manutention de déchets; il est en outre possible d'absorber 20 vent être canalisés à l'aide d'un tuyau 30 jusqu'à un récipient des modifications des matières d'enrobage et des équipe- de traitement chimique 32 comportant un agitateur 34 et une ments placés en aval du sécheur ou de la partie de séchage et cuve de préparation de réactifs chimiques 36. Un tuyau 38 de d'effectuer toutes les phases opératoires, à l'exception d'un prise d'échantillon constitue un moyen permettant de prétraitement chimique et de l'enrobage par matrice, sans néces- lever un échantillon liquide pour mesurer la quantité de siter une surveillance constante de la part des opérateurs; en 25 solides dissous et/ou en suspension dans le récipient 32. Lors outre, il est possible d'effectuer une commande à distance des de l'addition de chaux ou d'un autre réactif chimique appro-opérations sans qu'il se pose de problèmes particuliers, des prié aux déchets liquides se trouvant dans le récipient 32, des opérations normales, ne nécessitant aucune intervention d'un particules de sels insolubles en suspension peuvent se former, opérateur dans des zones protégées. Le procédé permet d'uti- si elles n'existent pas déjà, et coaguler sous forme d'un préci-liser des équipements du commerce, avec peut d'adaptations 30 pité qu'on peut laisser se déposer au fond du récipient en et de modifications. Les équipements opératoires sont faciles arrêtant l'agitateur 34 pendant un temps de sédimentation à entretenir et on réduit au minimum les nécessités d'accès à désiré. Un liquide décanté peut alors être séparé du dépôt de des cellules protégées en vue de travaux d'entretien ou de solides plus concentrés par évacuation et recyclage d'une réparation. La conception et les agencements des équipe- couche supérieure de liquide 40 vers le tuyau d'alimentation ments permettent d'obtenir des conditions de fonctionne- 35 d'évaporateur 20. Les temps opératoires préférés pour le ment et d'accessibilité sans difficultés particulières, et on peut mélange d'un réactif chimique avec les déchets liquides sont effectuer une décontamination de tous les équipements par compris entre 30 et 60 minutes et, s'il est souhaitable d'effec-un rinçage des surfaces internes à l'aide de complexes et/ou tuer une décantation des déchets liquides, il est habituelle-de solvants de contamination disponibles dans le commerce. ment suffisant de prévoir des temps de sédimentation de 30 à La présente invention permet également d'obtenir tous les 40 60 minutes.

avantages des techniques de réduction de volume qui ont été Quand le pH de déchets liquides a été réglé dans la gamme précédemment définis. préférée pour la solidification, on transfère ensuite les

Les avantages et caractéristiques de l'invention seront mis déchets dans un évaporateur vertical à film mince 50 par en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre l'intermédiaire d'une pompe à boue 52 et du tuyau de raccor-

d'exemple non-limitatif, en référence aux dessins annexés 45 dement 34. L'évaporateur à film mince comporte un rotor 56 dans lesquels: et une paroi cylindrique 58 qui est chauffée par une chemise

60 dans laquelle un fluide chauffant, tel que de la vapeur, est la Fig. 1 est un schéma d'ensemble montrant les compo- introduit par l'intermédiaire d'un tuyau 62 et déchargé par sants utilisés pour la mise en pratique de l'invention ainsi que l'intermédiaire d'un tuyau 64. Dans l'évaporateur à film les conduits de canalisation des matières entre ces compo- so mince, l'humidité est enlevée des déchets liquides de façon à sants; augmenter la concentration en solides dissous et/ou en sus-

La Fig. 2 est un schéma montrant une variante de l'inven- pension en vue de former un concentrât contenant un pour-tion, où une partie de l'appareil de séchage est utilisée pour le centage de solides relativement élevé par comparaison au mélange des déchets solides séchés avec une matière de liquide entrant par le tuyau 54. Cependant, on commande matrice d'enrobage, au lieu d'utiliser un mélangeur séparé 55 l'admission de chaleur et le débit de matières entrant dans cet comme sur la Fig. 1 ; évaporateur de manière que la teneur en solides à la sortie 66

la Fig. 3 est une vue en élévation et en coupe schématique reste en dessous de 70%, comme expliqué précédemment, d'un composant d'évaporateur préféré; Le concentrât sortant de l'évaporateur à film mince est la Fig. 4 est une vue en coupe de la partie d'évaporation de déchargé par l'intermédiaire d'un conduit 68 dans un sécheur l'évaporateur, faite suivant la ligne 4-4 de la Fig. 3. 60 chauffé 70 comportant des éléments mélangeurs qui vont être la Fig. 5 est une vue en coupe de la partie de séparation de décrits en détail dans la suite. Le sécheur est pourvu d'une particules intervenant dans l'évaporateur, la coupe étant faite chemise 72 de façon qu'au moins une partie de la paroi suivant la ligne 5-5 de la Fig. 3; interne puisse être chauffée par le fluide chauffant introduit

La Fig. 6 est une vue en élévation latérale des pales mélan- dans la chemise par l'intermédiaire du tuyau 74 et évacué de geuses d'un des rotors du sécheur de la Fig. 1. 6s la chemise par le tuyau 76. Dans le mode préféré de réalisa tion, le flux de chaleur et l'étendue de la surface chauffée sont Un mode préféré de réalisation de l'invention a été repré- suffisants pour enlever complètement l'humidité du concen-senté schématiquement sur la fig. 1. Un effluent constitué par trat et pour former des déchets solides secs. La température de

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la surface chauffée du sécheur et de l'évaporateur à film mince est choisie de manière à atteindre le degré désiré d'enlèvement d'humidité dans les unités respectives en correspondance à la plage optimale de débits offerte par la pompe 52.

Il rentre également dans le cadre de l'invention de faire varier séparément les quantités de chaleur fournies respectivement à l'évaporateur et au sécheur par l'intermédiaire des vannes à télécommande 78 et 80 branchées dans les tuyaux 74 et 82. En outre, les fluides de chauffage de l'évaporateur et du sécheur peuvent être différents, par exemple de l'huile à la place de vapeur, et ils peuvent être fournis par différentes sources à différentes températures. On peut également adopter un système de chauffage électrique.

La souplesse de fonctionnement du système est en outre améliorée à l'aide d'un tuyau de dérivation 84 contenant une vanne à télécommande 86. Ce tuyau peut être utilisé pour contourner l'évaporateur 50 de façon à transférer une partie ou la totalité des déchets liquides directement du récipient de traitement chimique 32 au sécheur 70. Le tuyau de dérivation 84 peut être utilisé pour augmenter le débit de déchets liquides passant dans le sécheur sans augmenter l'écoulement fourni à l'évaporateur 50, comme cela peut être souhaitable lorsqu'il existe déjà dans les déchets liquides provenant du récipient de traitement 32 une teneur relativement forte en solides, par exemple une teneur en solides comprise entre 20 et 50% en poids, ou même plus. Il peut également être avantageux qu'une partie des déchets liquides contourne l'évaporateur lorsque le sécheur utilisé comporte une surface de chauffe bien supérieure, ou bien fonctionne à une température bien plus élevée que l'évaporateur.

La capacité de séchage et le débit du sécheur peuvent également être sélectionnés de façon à pouvoir produire des déchets secs directement à partir de déchets entrants contenant des concentrations en solides d'environ 35% ou plus. Lorsqu'il est particulièrement efficace de prévoir une évapo-ration en amont ou bien une sédimentation en amont, ce qui se traduit par une augmentation des concentrations en solides dans le tuyau 54, on peut transmettre tout le débit de la pompe 52 directement au sécheur sans passage dans l'évaporateur à film mince. Cependant, de telles concentrations en solides des déchets liquides sont inhabituelles et sont difficiles à établir sans faire intervenir des techniques spéciales de concentration ou de sédimentation. Egalement, les débits d'alimentation directe du sécheur sont relativement faibles, de sorte que cet appareil n'est pas utilisé de la manière la plus efficace. En outre, le courant de vapeur sortant du sécheur contient une forte teneur en particules sèches entraînées et il est alors nécessaire d'utiliser un séparateur de particules indépendants à étages multiples, qui correspond à l'une des variantes moins préférées qui vont être décrites dans la suite. Un évaporateur à film mince comportant un séparateur interne de particules et un sécheur d'amont du type décrit est par conséquent considéré comme correspondant au meilleur mode de mise en œuvre de la présente invention.

Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté par un tuyau de dérivation 87 entre le réservoir de retenue 26 et la pompe 52, et un conduit d'addition chimique 88 pour l'introduction de réactifs chimiques, de préférence dans un état sec, directement dans le sécheur 70 comme représenté à la Fig. 1. Un conduit d'addition chimique 88a semblable peut aussi être employé pour l'introduction des réactifs chimiques directement dans la partie de séchage du mélangeur/sécheur intégré 160 sur Fig. 2. La vanne 89 insérée dans le tuyau 87, et la vanne 89a insérée dans le tuyau entre le réservoir de mélange 32 et la pompe 52, permet aux déchets liquides du réservoir de retenue 26 de contourner le récipient d'addition chimique séparé 32 et d'être introduits directement dans l'évaporateur à film mince 50 avant le traitement chimique tel que prévu par les lignes 88 et 88a. Les lignes 88 et 88a peuvent introduire dans la même entrée du sécheur que le tuyau 68 ou par l'intermédiaire d'une entrée séparée qui est située circon-férentiellement ou décalée axialement par rapport à l'entrée qui reçoit le concentrât de l'évaporateur 50.

Les déchets pulvérisant est secs qui sont produits dans le sécheur 70 sont tranférés dans une trémie de dosage 90 commandée par une vanne 92. Quand la trémie de dosage est au moins partiellement remplie de particules sèches, cette matière est alors transférée charge par charge et avec un poids prédéterminé dans un mélangeur séparé 94 comportant un agitateur.

En fonction du poids des déchets secs à décharger, la quantité désirée de matière de matrice est envoyée dans une cuve mélangeuse de matrice 98 et elle est transférée jusqu'au mélangeur 94 par l'intermédiaire d'un tuyau 100. Le mélangeur de matrice peut également comporter une trémie de dosage 102 agencée pour actionner automatiquement une vanne de commande 104 branchée dans le tuyau 100 de façon à décharger automatiquement une quantité prédéterminée de matière de matrice mélangée dans le mélangeur de matrice. Les solides secs et la matière de matrice sont ensuite mélangés pendant une période de temps suffisante pour former un mélange intime des particules sèches et de la matière de matrice, ce mélange essentiellement homogène étant ensuite déchargé dans un récipient de stockage 106 d'une façon classique. Il est à noter que le récipient 106 est facultatif et que, au contraire, le mélange peut être déversé dans un moule ayant la configuration désirée, le mélange durcissant ensuite sous forme d'un bloc pouvant être manutentionné sans être enfermé dans un conteneur. Dans cette condition, la matière de matrice enveloppe pratiquement toutes les particules radioactives en formant une enveloppe résistant au lessivage et résistant aux agents chimiques. Même si les particules se trouvant sur la surface de la matrice solidifiée peuvent ne pas être enfermées complètement dans l'enveloppe formée par la matrice, elles peuvent cependant être suffisamment fixées, en fonction de la composition de matrice, pour permettre une manutention ultérieure tout en satisfaisant aux règlements applicables. Dans une autre variante, on peut supprimer le mélangeur 94 et les particules sèches sont enveloppées directement dans le conteneur 106 qui peut ensuite être pourvu d'un couvercle étanche en vue de son stockage.

L'humidité enlevée du concentrât dans le sécheur 70 est renvoyée sous la forme de vapeur à l'évaporateur 50 par l'intermédiaire d'un conduit 68, en s'écoulant à contre-cou-rant par rapport au concentrât. La vapeur provenant du sécheur se combine à la vapeur provenant de l'évaporateur à film mince et elle passe ensuite dans un séparateur intégré 110 placé dans l'évaporateur en vue de l'enlèvement des particules entraînées de solides secs et des gouttelettes d'humidité. La vapeur sortant en tête, et de laquelle ont été enlevées les particules entraînées, est canalisée à l'aide d'un tuyau 114 jusqu'à un condensateur 116 en vue de la séparation de l'humidité par rapport aux gaz non-condensables. Le tuyau 114 peut facultativement contenir un filtre de particules 118 qui sert à retenir des particules qui n'auraient pas été enlevées par le séparateur de particules. Les gaz non-condensables sortant du condenseur 116 parviennent, par l'intermédiaire d'un tuyau 120 à un système de ventilation classique en vue d'une décharge contrôlée dans l'atmosphère. Le système de ventilation comprend un ensemble de filtres de haut rendement 122 et une cheminée de décharge 125.

La fonction de séparation de particules, qui est remplie pour le sécheur et pour l'évaporateur par le séparateur 110, réduit l'entraînement des particules sèches et des gouttelettes d'eau dans la vapeur sortant du sécheur depuis environ 50 à 100 g par mètre cube dans le conduit 68 jusqu'à moins d'en5

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viron 0,001 g par mètre cube dans le tuyau de vapeur 114 de l'évaporateur. Bien qu'on puisse utiliser, comme indiqué précédemment, un séparateur de particules qui soit entièrement séparé, il faudrait cependant utiliser dans ce cas une unité à étages multiples, relativement coûteuse, pour obtenir le même coefficient d'enlèvement.

Le condensât provenant du condenseur 116 est envoyé à un réservoir de condensât 130, qui est relié à une pompe 132 permettant d'évacuer le condensât de faible niveau d'activité hors de l'installation de solidification de déchets. En fonction de son niveau d'activité, le condensât peut être transféré dans le système de décharge contrôlée en vue de la décontamination des fluides ou bien de leur recyclage, par l'intermédiaire d'un tuyau 134, dans le tuyau d'entrée 20 de l'évaporateur de grande capacité 22.

En vue de la commande des opérations, le débit de condensât provenant de la pompe 132 est mesuré par un débitmètre 136, tandis que le débit de déchets liquides traités chimiquement est mesuré par un débitmètre 138 branché dans le tuyau 54. Les signaux représentant les débits respectifs sont transmis par l'intermédiaire de conducteurs 140,142, respectivement à un enregistreur et à une unité de commande 144, qui compare les signaux et qui produit un signal de commande servant à régler la vitesse de la pompe 52 par l'intermédiaire d'un conducteur 146.

Sur la Fig. 2, on a représenté une variante utilisant des composants permettant de réaliser l'enrobage continu de la poudre de déchets secs. Dans ce mode de réalisation, la chemise chauffante 157 d'un sécheur modifié 160 s'étend seulement sur une partie de la longeur effective du sécheur, de préférence sur 50 à 70% de la longueur opérationnelle du rotor de ce composant. Les 30 à 50% restants de la longueur du rotor contiennent une partie d'aval 162 de mélange de matrice qui commence approximativement à une ligne imaginaire 163 définissant la fin de la partie de séchage chauffée 164. La matière de matrice est introduite de façon continue dans la partie mélangeuse 162, en provenance d'une cuve de préparation 165, à l'aide d'un convoyeur à vis sans fin 166 ou tout autre type de mécanisme de transport efficace de matières de matrice. Il est évident que le concentrât de déchets est complètement séché et transformé en particules de poudre sèche au moment où les déchets solides atteignent la partie mélangeuse 162, comme défini par la ligne imaginaire 163. Les composants du rotor de la partie mélangeuse de matrice ont de préférence la même configuration que les composants de rotor de la partie de séchage d'amont, bien que le rotor et les éléments mélangeurs de ces parties puissent être différents. Alors que la chemise 158 de la partie de séchage est chauffée, la partie de mélange de matrice comporte, de préférence, une chemise indépendante 168 d'échange de chaleur, qui peut être, soit chauffée, soit refroidie, suivant ce qui est approprié pour établir la température optimale de mélange de matrice. En conséquence, la chemise 168 peut être utilisée pour chauffer la paroi de la partie mélangeuse lorsqu'on utilise du bitume pour maintenir sa fluidité, ou bien pour refroidir la paroi de la partie mélangeuse lorsqu'on utilise du ciment ou des polymères résineux pour empêcher und durcissement prématuré qui pourrait autrement être provoqué par la chaleur transférée à partir de la séchage.

Un agent de chauffage ou de refroidissement, qui peut respectivement être de la vapeur ou de l'eau, est introduit dans la chemise 168 par l'intermédiaire d'un tuyau 171.

Lorsque la matière de matrice est du ciment, on peut effectuer un prémélange de ciment sec et d'eau dans la cuve 165 et le transférer sous la forme d'une boue par l'intermédiaire d'un tuyau 167 en vue d'un mélange en une seule étape avec les déchets séchés dans la partie mélangeuse 162. Cependant,

dans un autre mode préféré de réalisation, le ciment sec est introduit directement dans la partie mélangeuse 162 par l'intermédiaire d'un tuyau 167, séparément de l'eau. De l'eau est également introduite directement dans la partie mélangeuse 132 par l'intermédiaire d'un tuyau séparé 169 de fourniture d'eau. L'orifice de sortie du tuyau 169 dans la chambre mélangeuse du sécheur 160 est espacé axialement vers l'aval et/ou circonférentiellement par rapport à l'orifice de sortie du tuyau 167.

De même, on peut utiliser des systèmes pour l'addition séquentielle, d'abord de ciment sec, puis d'eau, dans l'insta-lallation d'enrobage ou d'encapsulage charge par charge de la Fig. 1. Dans cet agencement, la cuve de matrice 98 et les composants associés sont modifiés de façon à introduire du ciment sec charge par charge dans le mélangeur séparé 94. Une trémie séparée de dosage et un tuyau d'addition d'eau dans le mélangeur 94 sont prévus pour l'addition d'eau charge par charge (non indiqué).

On peut également utiliser des systèmes séparés pour l'addition de différents ingrédients chimiques dans les modes de réalisation des Fig. 1 et 2, où la matière de matrice est un polymère résineux.

Un mode préféré de réalisation de l'évaporateur à film mince 50 a été représenté sur la Fig. 3. Des déchets liquides sont introduits par l'intermédiaire d'une entrée 170 dans un distributeur 172 qui répartit le liquide autour de la périphérie intérieure de la paroi chauffée 58. Le liquide s'écoule ensuite par gravité le long de la paroi chauffée de façon à être étalé sur la surface de paroi sous forme d'un film mince par les pales ou aubes 174 du rotor 176. Les pales peuvent être solidaires du rotor, comme indiqué sur la Fig. 4. La paroi 58 est chauffée par la chemise 60 dans laquelle la vapeur est introduite par l'intermédiaire d'une entrée 178 et de laquelle la vapeur est déchargée par l'intermédiaire d'une sortie 180. Le rotor 176 est monté à son extrémité inférieure dans un palier 182 et à son extrémité supérieure dans un second palier 184. A mesure que les déchets liquides descendent sous la forme d'un film mince étalé sur la paroi cylindrique, l'humidité est enlevée, de sorte que les solides sont concentrés pour former un concentrât qui est collecté dans une chambre inférieure 186 et qui est déchargé de celle-ci par l'intermédiaire d'une sortie 66. La sortie de concentrât 66 est reliée par un conduit 68 à une entrée de concentrât du sécheur, comme précédemment décrit. Pour obtenir un rendement efficace de séchage compatible avec les autres composants du système, l'évaporateur à film mince utilisé doit de préférence créer un film d'une épaisseur comprise entre 0,5 et 5,0 mm, de préférence entre 1,0 et 3,0 mm. Certaines unités disponibles dans le commerce comprennent des moyens permettant de faire varier d'une façon contrôlée l'épaisseur du film et lesdites unités peuvent être réglées pour établir des épaisseurs de film rentrant dans les plages précitées.

Bien qu'on puisse utiliser un séparateur de particules qui soient séparées, l'évaporateur à film mince préféré comprend une partie de séparation de particules 110 permettant d'enlever les particules de liquides et solides qui sont entraînées avec la vapeur déchargée. La vapeur chaude s'élève verticalement entre les pales et elle sort de l'évaporateur par l'intermédiaire d'une sortie de vapeur 190. Dans le mode de réalisation représenté, le séparateur de particules comprend un prolongement du rotor 176 qui est pourvu de pales 192 coopérant avec des chicanes 194 montées sur la paroi, comme indiqué sur la Fig. 5, pour enlever les particules entraînées.

Des évaporateurs centrifuges à film mince du type indiqué sur la Fig. 3 sont disponibles dans le commerce.

Un mode préféré de réalisation du sécheur 70 a été représentés sur la Fig. 6. Deux rotors coopérants 200 sont agencés de manière à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre s

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dans un carter. Le carter comporte des passages de fluide chauffant formant la chemise chauffante 72 de la Fig. 1. Il existe seulement un petit intervalle entre les crêtes des pales mélangeuses et les parois du carter, ainsi qu'entre les points de rapprochement minimal des pales venant s'imbriquer les s unes dans les autres.

Les pales mélangeuses du rotor peuvent être composées d'une diversité d'aubes et de pales. Dans l'agencement représenté, une pale ou aube hélicoïdale 216 fait avancer efficacement le concentrât, et les particules sèches provenant de io celui-ci, en direction de la sortie du sécheur. Cette pale hélicoïdale est suivie par deux pales mélangeuses 218-218 comportant chacune des crêtes 220 qui s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal du rotor. Ensuite, il est prévu une paire de pales de mélange et d'avancement 223-223 qui assurent àia 15 fois le mélange et l'avancement de la matière travaillée et qui comportent dans ce but des crêtes 224 s'étendant suivant un angle d'environ 45° par rapport à l'axe du rotor, le bord avant étant décalé pour faire progresser la matière vers l'avant. On peut également prévoir, sur la longueur du rotor, 20 une quatrième pale 226-226 comportant des crêtes qui sont orientées d'un certain angle par rapport à l'axe du rotor, le bord avant étant décalé dans la direction opposée à celui des pales d'avancement en vue de produire à la fois un mélange et un retardement de l'avance de la matière travaillée. 25

Ces pales de retardement coopèrent avec les pales restantes pour produire un mouvement de brassage vers l'arrière et vers l'avant en vue d'assurer un cisaillement et une subdivision efficaces de la matière en durcissement. L'angle de décalage des pales de retardement utilisées doit être choisi de 30 façon à produire un certain degré de brassage vers l'arrière sans gêner le mouvement global d'avancement de la matière travaillée dans le sécheur. Il est évident qu'on pourrait utiliser différentes combinaisons de pales hélicoïdales et de pales mélangeuses. Ainsi, on pourrait utiliser seulement des pales droites lorsqu'on désirerait établir un long temps de rétention et uniquement des pales hélicoïdales lorsqu'on désirerait établir un court temps de rétention. En adaptation à différents impératifs de cisaillement et de temps de rétention, on peut par conséquent faire varier de façon appropriée le nombre relatif de pales droites d'avancement et de pales inclinées d'avancement et de retardement, ainsi que leurs agencements.

On peut utiliser d'autres combinaisons de rotor et d'éléments mélangeurs, en plus de celles décrites ci-dessus, à condition qu'elle remplissent les mêmes fonctions d'une façon semblable. Ainsi, une combinaison de rotor et d'éléments mélangeurs doit comporter des moyens permettant de faire progresser efficacement à la fois le concentrât et les particules sèches résultantes de l'entrée vers la sortie de l'appareil mélangeur à utiliser comme sécheur conformément à la présente invention. En outre, les intervalles et la coopération entre les éléments et surfaces fixes et mobiles doivent produire une action de cisaillement suffisante pour enlever les couches durcies ou croûtes de concentrât sans provoquer un coincement du rotor. Le mouvement relatif des composants avec de tels jeux produit également une subdivision des masses solides de concentrât séché en formant des particules fines de poudre de déchets. Ces particules finement cisaillées ou broyées se sont avérées particulièrement avantageuses dans des opérations suivantes d'enrobage ou d'encapsulage par matrice et elles ont permis d'obtenir finalement des déchets possédant d'excellentes caractéristiques.

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2 feuilles dessins

Claims (25)

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1. Procédé pour solidifier des déchets liquides radioactifs contenant des solides, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes:

- traitement chimique (32) desdits déchets liquides par addition d'au moins un réactif chimique pour régler le pH desdits déchets liquides à une valeur supérieure à 7,0;

- concentration desdits solides en utilisant un évaporateur à film mince (50) comportant une paroi chauffée et des moyens pour distribuer lesdits déchets liquides sous la forme d'un film sur ladite paroi en vue d'enlever une partie de l'humidité contenue dans les déchets liquides et de former un concentrât liquide contenant une plus forte concentration de solides que lesdits déchets liquides;

- séchage dudit concentrât dans un appareil mélangeur (70) comportant une paroi chauffée (72) et un rotor (200; 230) en vue de faire entrer en contact la paroi chauffée avec le concentrât pour enlever le liquide restant dans les déchets et de former un résidu de déchets solides, ledit rotor comportant des moyens mélangeurs (216,218,223,234) pour cisailler le résidu de déchets liquides afin de former les particules sèches et des moyens d'avancement (226; 236) pour entrer en contact avec les particules sèches en vue de les faire progresser en direction d'une sortie dudit appareil mélangeur; et

- enrobage des particules sèches de déchets dans une seconde matière.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération d'enrobage consiste à mélanger intimement les-dites particules sèches avec ladite seconde matière pour former un mélange essentiellement homogène.

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REVENDICATIONS

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- un évaporateur à film mince (50) pour concentrer lesdits déchets liquides, cet évaporateur à film mince comportant une paroi chauffée et un rotor pour distribuer lesdits déchets liquides sous la forme d'un film mince sur ladite paroi en vue de faire évaporer l'humidité contenue dans les déchets et de former un concentrât liquide contenant une plus forte concentration de solides que les déchets liquides;

- un appareil mélangeur chauffé (70) comportant une paroi chauffée (72) servant à sécher le concentrât et un rotor (200,230) servant à faire entrer en contact la paroi chauffée avec le concentrât pour enlever le liquide restant dans les déchets et former un résidu du déchets solides, ledit rotor comprenant plusieurs pales mélangeuses (226,218,223) pour produire un cisaillement des déchets solides résiduels entre lesdites pales et ladite paroi chauffé ainsi qu'entre différentes pales afin de former des particules sèches, et des moyens d'avancement (216,223) pour entrer en contact avec les particules sèches afin de les faire progresser en direction d'une sortie dudit appareil mélangeur;

- des moyens (66,68) pour décharger le concentrât de l'évaporateur à film mince dans l'appareil mélangeur;

- des moyens (52,138, 54) pour faire passer les déchets liquides au travers dudit évaporateur à film mince et pour décharger le concentrât dans l'appareil mélangeur de façon que le concentrât reçu par ledit appareil mélangeur contienne au moins 30% en poids d'humidité; et

- des moyens (165, 167,162) pour enrober les particules sèches de déchets solides avec une seconde matière.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite seconde matière comprend du bitume, une résine synthétique ou un ciment minéral.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite opération de séchage consiste à sécher de façon continue ledit concentrât jusqu'à ce que les particules de déchets soient pratiquement exemptes d'eau libre, et en ce que ladite opération d'enrobage consiste à mélanger de façon continue lesdites particules de déchets avec une matière de matrice pour former un mélange essentiellement homogène, puis à faire solidifier ladite matière de matrice.

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5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on sèche les déchets solides dans l'appareil mélangeur (70) jusqu'à ce que les particules de déchets soient pratiquement exemptes d'eau libre et en ce que ladite opération d'enrobage consiste à ajouter du ciment sec et à ajouter séparément de l'eau auxdites particules de déchets, puis à mélanger intimement lesdites particules de déchets, ledit ciment et ladite eau ajoutée séparément de façon à enrober les déchets par une matrice en béton.

6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'opération continue de séchage et l'opération continue de mélange sont effectuées dans ledit appareil mélangeur.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite matière de matrice est composée d'au moins deux ingrédients différents et en ce que ladite opération d'enrobage consiste à ajouter au moins les deux ingrédients différents séparément auxdites particules de déchets en différents points d'addition qui sont séparés l'un de l'autre circonféren-tiellement et/ou axialement.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux ingrédients précités sont du ciment sec et de l'eau.

9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites particules sèches sont essentiellement exemptes d'eau libre, et en ce que ladite seconde matière comprend du ciment minéral qui a été préalablement mélangé avec de l'eau pour former une boue de ciment aqueuse, en ce que ladite boue est ultérieurement mélangée à la température ambiante avec lesdites particules sèches exemptes d'eau, et en ce qu'on laisse durcir ledit mélange de façon à enrober les déchets solides dans une matrice de béton solidifié.

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10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à enlever des particules entraînées de la vapeur humide en déchargeant ladite vapeur humide de l'appareil mélangeur (70) par l'intermédiaire dudit évaporateur à film mince, qui comprend des moyens (238) pour enlever lesdites particules solides.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération consistant à faire évaporer lesdits déchets liquides dans un second évaporateur placé en amont de l'évaporateur à film mince (50).

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la vapeur humide provenant de l'appareil mélangeur et de l'évaporateur à film mince (50) est condensée et recyclée vers l'évaporateur d'amont.

13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie des déchets liquides contourne l'évaporateur à film mince (50) et est introduite directement dans ledit appareil mélangeur.

14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens mélangeurs comprennent un rotor de profil allongé, en ce que lesdits moyens d'avancement comprennent des éléments hélicoïdaux portés par le rotor, lesdits éléments hélicoïdaux étant inclinés par rapport à l'axe du rotor et étant agencés pour faire progresser efficacement à la fois le concentrât et les particules sèches en direction de la sortie de l'appareil mélangeur.

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15. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit concentrât forme, lors du séchage, une couche durcie sur ladite paroi chauffée et sur lesdits moyens mélangeurs, et en ce que ledit appareil mélangeur comprend en outre des moyens pour enlever la couche durcie de concentrât séché de ladite paroi et desdits moyens mélangeurs.

16. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans ladite opération de traitement chimique, on règle le pH des déchets liquides à une valeur supérieure à 10.

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que, dans ladite opération de traitement chimique, on règle le pH des déchets liquides à une valeur comprise entre 10 et 12.

18. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit mélange essentiellement homogène est déchargé dans un conteneur comportant une paroi constituée d'un matériau imperméable à l'eau.

19. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit étage de traitement chimique est exécuté après que lesdits solides sont concentrés dans ledit évaporateur à film mince.

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20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que ledit étage de traitement chimique et ledit étage de séchage sont exécutés dans ledit appareil mélangeur.

21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que ledit réactif chimique est ajouté auxdits déchets liquides à l'état sec.

22. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réactif chimique est ajouté auxdits déchets liquides à l'état sec.

23. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules sèches de déchets sont calcinées avant leur enrobage dans la seconde matière.

24. Installation pour la solidification de déchets liquides radioactifs contenant des solides pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'elle comprend:

- un dispositif (32) pour traiter lesdits déchets à l'aide d'au moins un réactif chimique en vue de régler le pH du liquide à une valeur supérieure à 7,0;

25. Installation selon la revendication 24, caractérisée en ce que ledit appareil mélangeur chauffé comprend une partie de séchage ( 160,164), servant à former des particules de déchets sèches qui sont essentiellement exemptes d'eau libre et une partie mélangeuse de matrice (162) placée en aval de la partie de séchage pour former un mélange essentiellement homogène desdits déchets et d'une matière de matrice composée d'au moins deux ingrédients, et en ce que lesdits moyens d'enrobage comprennent des moyens pour introduire un desdits ingrédients de matrice dans la partie mélangeuse de matrice dans une position, des moyens séparés pour introduire l'autre ingrédient de matrice dans ladite partie mélangeuse de matrice dans une autre position espacée cir-conférentiellement et/ou axialement de la position d'introduction du premier ingrédient de matrice, et des moyens pour assurer la solidification de la matière de matrice en vue d'enrober les particules de déchets avec ladite matrice.