EP0124825A2 - Enrobage de déchets radioactifs - Google Patents
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Definitions
- radioactive waste includes, in addition to the materials containing radioactive products and which are, for example, in the form of beads of ion exchange resins charged with rare, radioactive chemicals mixed with water (approximately 50%) practically in saturation, also radioactive sludge containing for example uranium fluorates or fluorides.
- Radioactive waste preferably first in the form of small beads or pearls respectively, with glass or synthetic cement.
- the coating procedure is as follows: Boric acid, sand and lithium hydroxide are added to the radioactive waste, preferably in the form of beads or pearls. This mass is then heated to more than 1000 ° C. before allowing it to cool in the form of cylindrical bodies. These bodies are finally enclosed in metal containers.
- this method is not with certainty safe at the moment or water could penetrate in one way or another in the vitrified mass.
- the problem which arises in connection with the invention is the blocking, inside a concrete, of balls of ion exchange resins charged with rare chemicals, radioactive and mixed with water (about 50%) almost in saturation.
- the present invention relates to a new type of coating of radioactive waste.
- the coating process according to the invention is characterized in that a mixture is produced comprising the radioactive waste in saturation in their storage water, a resin and a monomer to form an emulsion with the radioactive waste, their water, the resin and the monomer and that a hydraulic binder is added to this emulsion to make a concrete.
- the resin used is preferably an unsaturated polyester.
- the coating process according to the invention therefore consists in fact of producing an emulsion, for example an emulsion according to American patents no. 4,115,336, 4,204,988 and Australians 513,486 and 515,778 by using the storage water for the beads, then with this emulsion, still according to the process, to make a concrete.
- the micro-beads Only the free water from storage is used for the emulsion, the micro-beads remaining saturated. When the cement is added to the mixture, the emulsion is destroyed. The polymer coats the microbeads and their internal water, while the water is absorbed by the cement. The coated beads can no longer lose water and, since in the saturated state, no longer take up either.
- the total weight of this mixture is 1,618 kg but in fact, the true emulsion is only 650 kg since in the 600 kg of the micro-ball mixture, there is in fact only 150 kg of water free usable to create the emulsion (Decomposition of 600 kg: 300 kg solid beads, 150 kg of internal water, 150 kg of free water.)
- Aggregates can be added to the concrete thus produced, such as for example baryte sulfate or colemanite, which due to their high molecular weight can also be used for blocking certain radiations.
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Abstract
Description
- Les problèmes en rapport avec des déchets plus ou moins fortement radioactifs en provenance particulièrement des réacteurs nucléaires se posent de plus en plus sans que l'on ait trouvé jusqu'à maintenant des solutions satisfaisantes.
- Un des problèmes réside dans le choix de la technique d'emballage ou d'enrobage des déchets radioactifs.
- Par "déchets radioactifs" on comprend outre les matières contenant des produits radioactifs et se présentant par exemple sous forme de billes de résines échangeuses d'ions chargées de produits chimiques rares, radioactives et mélangées à de l'eau (environ 50%) pratiquement en saturation, également des boues radioactives contenant par exemple des fluorates ou fluorures d'uranium.
- Deux solutions principales consistent actuellement à enrober les déchets radioactifs, mis de préférence d'abord sous forme de petites billes ou perles respectivement, avec du verre ou du ciment synthétique.
- Cette dernière solution prévoit la fabrication de réservoire en béton ou en métal à remplir avec les déchets radioactifs sous forme de perles et de ciment synthétique "Synroc". Le "Synroc" a été développé en Australie par le Professeur T. Ringwood à l'Université Nationale d'Australie.
- Des essais ont cependant révéleés des problèmes avec la stabilité du "Synroc". Ce matériau a tendance à être détruit partiellement par des acides formés en tant que produits de réaction de la radiation des déchets radioactifs et de l'eau se trouvant dans le "Synroc".
- Des meilleurs résultats cnt été obtenus en essayant d'immobiliser les billes ou perles de matière radioactive dans des blocs en verre. Puisque le verre ne présente pas de cristaux individuels, comme par exemple des métaux ordinaires, la matière radioactive ne peut pas fuir à travers le bloc de verre enrobant les déchets radioactifs.
- La procédure d'enrobage est la suivante: On ajoute aux déchets radioactifs, de préférence sous forme de billes ou de perles, de l'acide borique, du sable et de l'hydroxide de lithium. Cette masse est ensuite chauffée à plus de 10000C avant de la laisser se refroidir sous forme de corps cylindriques. Ces corps sont finalement enfermés dans des récipients en métal. Cependant, cette méthode n'est pas avec certitude sans danger au moment ou de l'eau pourrait pénétrer d'une manière ou d'une autre dans la masse vitrifiée.
- Le problème qui se pose en rapport avec l'invention est le blocage, à l'intérieur d'un béton, des billes de résines échangeuses d'ions chargées de produits chimiques rares, radioactives et mélangées à de l'eau (50% environ) pratiquement en saturation.
- Il faut une étanchéité absolue du container qui doit retenir ces micro-billes, car elles sont très avides d'eau et lorsqu'elles absorbent de l'eau, leur volume augmente en développant des contraintes si importantes, qu'elles désorganisent le béton des containers et les font éclater, donc risques de fuites des produits radioactifs, comme expliqué plus haut.
- Il y a actuellement plusieurs procédées d'enrobage qui font entrer en ligne de compte soit des polymères (procédé allemand MOWA), soit du polystyrène (procédé SETRAG). Aucun de ces procédés ne donne complète satisfaction, soit par manque de stabilité dimensionnelle, soit par lixiviation des ions de césium en particulier.
- La présente invention vise un nouveau type d'enrobage de déchets radioactifs.
- Le procédé d'enrobage selon l'invention est caractérisé par le fait que l'on réalise un mélange comprenant les déchets radioactifs en saturation dans leur eau de stockage, une résine et un monomère pour former une émulsion avec les déchets radioactifs, leur eau, la résine et le monomère et qu'un liant hydraulique est ajouté à cette émulsion pour réaliser un béton.
- La résine utilisée est de préférence un polyester non saturé.
- Des émulsionsparticulièrement utiles sont par exemple décrite dans les brevets américains no. 4,115,336, 4,204,988 et australiens no. 513,486 et 515,778.
- Le procédé d'enrobage selon l'invention consiste donc en fait à réaliser une émulsion, par exemple une émulsion suivant les brevets américains no. 4,115,336, 4,204,988 et australiens 513,486 et 515,778 en se servant de l'eau de stockage des billes, puis avec cette émulsion, toujours suivant le procédé, à réaliser un béton.
- Seule l'eau libre du stockage est utilisée pour l'émulsion, les micro-billes restant saturées. Lorsque le ciment est ajouté au mélange, l'émulsion se détruit. Le polymère enrobe les micro-billes et leur eau interne, tandis que l'eau est absorbée par le ciment. Les billes enrobées ne peuvent plus perdre d'eau et, puisqu'en état saturé, ne plus en reprendre non plus.
- L'invention est décrite ci-après à l'aide d'un exemple précis:
- 500 kg d'une résine réalisée par exemple suivant les brevets américains no. 4,115,336, 4,204,988 et australiens no. 513,486 et 515,778 sont déposés dans un container.
- Alors qu'une turbine entre en action, 600 kg de déchets radioactifs ainsi que leur eau de stockage sont ajoutés progressivement afin de créer une émulsion.
- De façon à stabiliser cette émulsion, on ajoute 5 kg d'une silice colloïdale ("Aérosil" de DEGUSSA) ainsi que 10 kg d'oxyde de titane 3 kg d'oxyde d'antimoine.
- Le poids total de ce mélange est de 1 618 kg mais en fait, l'émulsion vraie n'est que de 650 kg puisque dans les 600 kg du mélange micro-billes, il n'y a en fait que 150 kg d'eau libre utilisable pour créer l'émulsion (Décomposition de 600 kg: 300 kg billes solides, 150 kg d'eau interne, 150 kg d'eau libre.)
- Pour réaliser un béton correct,il ne faut donc ajouter le liant hydraulique qu'en fonction de 650 kg d'émulsion.
- Dans cet exemple, en tenant compte d'un rapport émulsion/ciment de 4/5, on a ajouté 812 kg de liant hydraulique constitué par 567 kg de ciment PORTLAND et 245 kg de pouzzolane ainsi que 26 kg de catalyseur (4% poids émulsion). Le mélange ciment/ pouzzolane a été effectué dans le but de bloquer certains ions de césium, suite à la propriété particulière de blocage de ces ions par la pouzzolane.
- Des agrégats peuvent être ajoutés au béton ainsi réalisé, comme par exemple du sulfate de baryte ou de la colémanite, qui par suite de leur haut poids moléculaire peuvent également être utilisés pour le blocage de certaines radiations.
- Les relations entre l'indice acide et l'indice OH des résines ainsi que le nombre particulier d'incide OH sont comme suit: indice OH compris entre 45 et 100, indice acide/indice OH de 0,20 à 0,50.
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