EP0127906A1 - Process for removing heavy metallic elements suspended in a liquid - Google Patents
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Definitions
- irradiated fuels from the electro-nuclear industry are reprocessed in order, in particular, to recover the fissile materials contained in the irradiated elements by separating them from the fission products.
- these fuels are dissolved in a nitric medium.
- the solution is subjected to several solvent extractions in order, firstly, to rid the uranium and the plutonium of the fission products associated with them, then to separate them from each other.
- fission products present in irradiated fuels such as ruthenium for example, are not very soluble in the nitric medium from the dissolver in the reprocessing chain.
- ruthenium 106 is abundantly produced by the fission of uranium, deposits of ruthenium form and strongly contaminate the walls of the components of the reprocessing chain which contain the nitric solutions.
- Particles up to a few microns in size can be separated from the nitric solution by filtration or centrifugation.
- the ruthenium particles whose size is of the order of or less than one micron cannot be removed by these conventional methods.
- Document US-A-3 351 203 discloses a process for extracting non-magnetic particles such as particles of glass, plastic or stainless steel suspended in a liquid, for example sewage. According to this method, ferromagnetic particles are distributed inside the liquid to be filtered and a filter 24 is produced by means of an electromagnet 16 disposed around the pipe 15 in which the liquid is circulated. When the majority of the particles have been retained, the filtering operation is carried out on the particles in suspension in the liquid.
- This problem is solved according to the present invention. Indeed, it specifically relates to a process for the elimination of metal particles of this size suspended in a liquid.
- This process is particularly applicable to the elimination of heavy metallic elements such as ruthenium in suspension in nitric solutions for reprocessing irradiated fuel elements in nuclear reactors. But it also applies to the filtration of other liquids charged with insoluble metal particles, such as for example water from irradiated fuel element storage pools.
- the method according to the present invention is based on the use of a finely divided ferromagnetic filter aid, in order to separate, by means of a magnetic field, the insoluble heavy metal elements which could not be effectively extracted by other means.
- heavy elements is meant particles whose mass is large relative to that of the particles of the ferromagnetic adjuvant used.
- ruthenium particles and as an adjuvant of magnetite a large fraction of the ruthenium particles has a diameter of a few tenths of a micron, and the magnetite has a diameter distribution curve which has a maximum at around 0.2 pm; moreover, the density of ruthenium is close to 12, and due to the agglomeration of the particles of suspended magnetic adjuvant, these have an even more apparent density, in particular lower than the density of the homogeneous massive magnetite which is close to 5.
- an apparent density of magnetite of 3 an average diameter of magnetite particles equal to 0.2 u and a diameter of ruthenium particles equal to 0.6 ⁇ , we find that the ratio of masses is equal to 108.
- the insoluble elements are found in the solution in metallic form.
- they cannot be included in a crystalline network, such as for example a crystalline network of ferrite as that can occur with other elements such as copper, manganese in a mixture of iron-based corrosion products in water at high temperature.
- these elements cannot be the subject of an electrostatic attraction such as that which would be created between a ferromagnetic adjuvant and dielectric elements such as fibers, textiles, etc. Under these conditions, the forces of attraction between the particles of the ferromagnetic adjuvant and the metallic particles, of the force type of VAN der WAALS, cannot be sufficient to retain the latter.
- the process according to the invention is based on the fact that the particles of this adjuvant tend to spontaneously agglomerate into larger grains.
- the agglomeration is also due to the attraction of the tiny magnetic dipoles that the particles become adjuvant if they are affected by a magnetic field.
- the larger particles that result from these phenomena, the last of which is called magnetic coagulation are very spongy in nature. They contain a large quantity of occluded liquid.
- One or more non-ferromagnetic particles trapped according to this process in such an agglomerate of magnetite, are then naturally transported with it under the effect of a magnetic field gradient.
- the yield of the process according to the invention For example, in the case where ruthenium particles contained in the nitric medium for dissolving irradiated fuel are extracted. To this end, fine ruthenium powder is placed in a 4N solution of uranyl nitrate, which is stirred and slightly heated, for example around 50 ° C., to simulate a nitric fuel solution. irradiated which spontaneously heats up under the effect of the decaying radiation of the fission products. To simplify the measurement of the amounts of ruthenium, the metal powder was previously irradiated in a reactor in order to mark it with radioactive ruthenium 103, a gamma emitter.
- the adjuvant is said to be "static”, that is to say it is first fixed in the lining of an electromagnetic filter within the limit of the usable capacity thereof, the suspension of non-magnetic particles being then filtered by means of the pre-blocked electromagnetic filter.
- This embodiment applies more particularly to the case where it is desired to limit the duration of contact of the adjuvant with a liquid which would risk dissolving it in undesirable quantities.
- the efficiency of the process according to the invention is enhanced by the fact that the speed vector of the particles to be separated must rotate by 90 °, when these go from one layer of balls to the next.
- the inertia of these particles leads them to strike the surface of the balls arranged in their path and to remain fixed in the layer of ferromagnetic adjuvant.
- the ferromagnetic adjuvant used is ferrite, or alternatively magnetite.
- the process for removing heavy metallic elements according to the invention leads to the production of a dense sludge, constituted by a mixture of the ferromagnetic adjuvant and heavy metallic elements.
- This dense sludge can be easily separated from the wash water by decantation.
- the metal particles can then be separated from the magnetite, either to isolate them under a small volume of waste, or with a view to the profitability of the metals which are their main constituents.
- FIG. 1 the method according to the invention is illustrated, using a static ferromagnetic adjuvant.
- This process is called “static” because the ferromagnetic filter aid is fixed in the lining of the electromagnetic filter before the nitric solution is filtered. It advantageously applies when it is desired to avoid prolonged contact of the magnetite with the nitric solution.
- the electromagnetic filter designated by the reference 10 schematically comprises a non-magnetic envelope 12, partially filled with a magnetizable lining 14, and disposed inside a winding 16 supplied by a voltage source 20.
- the magnetizable lining 14 is made up of steel balls, steel the grade of which is chosen for its magnetic properties and its resistance to corrosion in a nitric medium.
- the lining 14 is supported by a grid 15.
- An iron frame 17 formed of at least two stirrups constitutes with the lining 14 of the filter a magnetic circuit and limits the leakage magnetic field.
- Capacity 30 contains the nitric solution 2 of spent fuel.
- This capacity 30 can be the dissolver or a relay capacity.
- magnetite 2 is added to the nitric solution 2 at a rate of 3 g per 250 mg fraction of insoluble platinoid elements to be separated.
- the nitric solution of irradiated fuel 2 heats up slightly under the effect of ionizing radiation from the fission products. It is stirred for some time by means of the agitator 31 so as to maintain in suspension in the nitric solution the magnetite and the insoluble particles including the fission products platinoids.
- the contact time of the latter and of the solution 2 is preferably short, of the order of fifteen minutes.
- the first step consists in fixing, inside the ball lining 14 of the filter 10, an appropriate quantity of ferromagnetic adjuvant.
- an appropriate quantity of ferromagnetic adjuvant for this purpose, there is a capacity 60, independent of the dissolution chain containing a certain volume of water inside. from which a suspension of the ferromagnetic adjuvant is produced.
- the volume of water contained in the capacity 60 is preferably reduced for reasons of convenience, but it is however sufficient for the suspension to be perfectly fluid, so as to distribute the adjuvant over the entire lining 14 by saturation of layers successive.
- Such a suspension can contain, for example, several tens of grams of magnetite per liter; it is prepared by introducing into the container 60 the quantity of magnetite corresponding approximately to the usable capacity of the electromagnetic filter 10, and by homogenizing it by stirring.
- the value of this pH is around 9.5. When this value is reached, the suspension remains substantially homogeneous for a fairly long period and agitation becomes unnecessary.
- the nitric solution of spent fuel 2 is contained in a capacity 30 of the dissolution chain.
- This capacity can be the dissolver or a relay capacity.
- the insoluble solid particles in suspension are kept by stirring by means of a stirrer 31.
- the content of the container 60 is then filtered so as to fix the ferromagnetic adjuvant in the lining 14.
- the effluent from the filter 10 consists of clear water 61 which is collected in a container 62. If the magnetite suspension has been homogenized at the pH of the isoelectric point, the adjuvant fixed in the filter lining must be washed with water to extract the alkali residue.
- the nitric solution of irradiated fuel 2 contained in the container 30 is then passed through the filter 10 thus pre-clogged, the quantity of this being chosen so that the approximate mass of insoluble platinoid elements which it contains corresponds to the ratio mass of ruthenium and ferromagnetic adjuvant contained in the filter allowing the best extraction yield.
- the filter After fixing insoluble solid particles in the lining 14 of the filter 10, the filter is cleaned.
- This unclogging can be carried out in different ways.
- the document FR - A - 2 341 347 relates to a method of unclogging an electromagnetic filter. It describes such a method applicable in the case of an electromagnetic filter placed in a pipe and operating in a closed circuit, the filter being traversed from bottom to top by the liquid which it is desired to filter.
- any other simple method may be used.
- FIG. 2 shows an application to the nitric dissolution chain of irradiated fuel of the method of implementing the method according to present invention using a static ferromagnetic adjuvant described with reference to Figure 4.
- the reference 50 denotes a dissolver containing the nitric solution 2 to be filtered.
- this dissolver 50 there is a capacity 90 containing the ferromagnetic adjuvant suspended in water stirred by means of an agitator 91.
- the suspension of adjuvant in water is stabilized by alkalization until 'at pH at isoelectric point.
- filters 10a and 10b The operation of filters 10a and 10b is alternative.
- the filter 10b takes over from the filter 10a when the latter is being unclogged.
- nitric effluents from filters 10a and 10b are a clarified nitric solution 35 which is collected in the extractor 40.
- the second electromagnetic filter 10b takes over and similarly filters another suspension charge 2.
- the effluent originating from the filtration of the nitric solution 2 constitutes the clarified nitric solution 35 which is directed towards the extractor 40.
- the unclogging sludge 36 coming from the electromagnetic filters 10a and 10b are directed towards the waste treatment device common to the two filters, represented at 41.
- the two filters operating alternately in filtration and in regeneration treat the nitric solution 2 added with the ferromagnetic adjuvant 32 by successive aliquots and avoids prolonged contact between the nitric medium and the adjuvant. This avoids the dissolution of the adjuvant in the nitric medium.
- the water effluent (or moderately alkaline water) 37 resulting from the operation of placing the ferromagnetic adjuvant in the lining of the filters by filtration of the suspension contained in the capacity 90 is preferably collected in a capacity 42 and recycled in capacity 90.
- the process for removing heavy metal particles according to the invention leads to a dense sludge easily separated from the washing water by decantation and which contains the insoluble fission products.
- the latter can then be separated from the ferromagnetic adjuvant, either to isolate them under a small volume of waste, or for the profitability of the platinoid metals which are the major constituents thereof.
Abstract
Description
On sait que les combustibles irradiés issus de l'industrie électro-nucléaire sont retraités afin, en particulier, de récupérer les matériaux fissiles contenus dans les éléments irradiés en les séparant des produits de fission. A cette fin, ces combustibles sont mis en solution dans un milieu nitrique. Après complète dissolution et ajustage de l'acidité et de la concentration en uranium, la solution est soumise à plusieurs extractions par solvant afin, dans un premier temps, de débarrasser l'uranium et le plutonium des produits de fission qui leur sont associés, puis de les séparer l'un de l'autre.It is known that irradiated fuels from the electro-nuclear industry are reprocessed in order, in particular, to recover the fissile materials contained in the irradiated elements by separating them from the fission products. To this end, these fuels are dissolved in a nitric medium. After complete dissolution and adjustment of the acidity and of the uranium concentration, the solution is subjected to several solvent extractions in order, firstly, to rid the uranium and the plutonium of the fission products associated with them, then to separate them from each other.
Cependant, certains produits de fission présents dans les combustibles irradiés, comme par exemple le ruthénium, sont peu solubles dans le milieu nitrique issu du dissolveur dans la chaîne de retraitement. Comme le ruthénium 106 est abondamment produit par la fission de l'uranium, des dépôts de ruthénium se forment et contaminent fortement les parois des composants de la chaîne de retraitement qui contiennent les solutions nitriques.However, certain fission products present in irradiated fuels, such as ruthenium for example, are not very soluble in the nitric medium from the dissolver in the reprocessing chain. As ruthenium 106 is abundantly produced by the fission of uranium, deposits of ruthenium form and strongly contaminate the walls of the components of the reprocessing chain which contain the nitric solutions.
A titre d'exemple, on trouve dans un dissolveur contenant une solution nitrique de combustible avec 300 grammes d'uranium par litre, une proportion de produits solides résultant de la présence d'environ 3 kg d'éléments platinoides, d'environ 0,2 kg de colloïdes et de l'ordre de 2,8 kg de résidus de gaines par tonne de combustible. Dans le mélange d'éléments platinoïdes, le ruthénium est de loin l'élément le plus abondant. En raison de ces inconvénients, on a cherché à éliminer le ruthénium en suspension dans les solutions nitriques de retraitement des combustibles nucléaires.For example, in a dissolver containing a nitric fuel solution with 300 grams of uranium per liter, there is a proportion of solid products resulting from the presence of approximately 3 kg of platinoid elements, of approximately 0, 2 kg of colloids and around 2.8 kg of cladding residues per tonne of fuel. In the mixture of platinoid elements, ruthenium is by far the most abundant element. Because of these drawbacks, attempts have been made to eliminate ruthenium in suspension in nitric solutions for reprocessing nuclear fuels.
Les particules dont la taille atteint quelques microns peuvent être séparées de la solution nitrique par filtration ou par centrifugation. En revanche, les particules de ruthénium dont la taille est de l'ordre de ou inférieure au micron ne peuvent être éliminées par ces procédés classiques.Particles up to a few microns in size can be separated from the nitric solution by filtration or centrifugation. On the other hand, the ruthenium particles whose size is of the order of or less than one micron cannot be removed by these conventional methods.
On connaît par le document US - A - 3 351 203 un procédé d'extraction de particules non magnétiques telles que des particules de verre, de matière plastique ou d'acier inoxydable en suspension dans un liquide, par exemple des eaux d'êgoût. Selon ce procédé, on distribue des particules ferromagnétiques à l'intérieur du liquide à filtrer et on réalise un filtre 24 au moyen d'un électro-aimant 16 disposé autour de la canalisation 15 dans laquelle on fait circuler le liquide. Lorsque la majorité des particules a été retenue, on procède à l'opération de filtrage des particules en suspension dans le liquide.Document US-A-3 351 203 discloses a process for extracting non-magnetic particles such as particles of glass, plastic or stainless steel suspended in a liquid, for example sewage. According to this method, ferromagnetic particles are distributed inside the liquid to be filtered and a filter 24 is produced by means of an
Cependant, un tel procédé ne s'applique pas à la filtration de particules métalliques lourdes, comme par exemple le ruthénium.However, such a process does not apply to the filtration of heavy metal particles, such as for example ruthenium.
Le problème de la formation de dépôts radioactifs provenant notament du ruthénium dans les divers dispositifs constituant la chaîne de retraitement s'est donc posé dès la construction des premières usines de retraitement et n'a, jusqu'à présent, trouvé aucune solution.The problem of the formation of radioactive deposits originating in particular from ruthenium in the various devices constituting the reprocessing chain therefore arose from the construction of the first reprocessing plants and has so far found no solution.
Ce problème est résolu selon la présente invention. En effet, celle-ci a précisément pour objet un procédé permettant l'élimination de particules métalliques de cette taille en suspension dans un liquide.This problem is solved according to the present invention. Indeed, it specifically relates to a process for the elimination of metal particles of this size suspended in a liquid.
Ce procédé s'applique particulièrement à l'élimination des éléments métalliques lourds tels que le ruthénium en suspension dans les solutions nitriques de retraitement des éléments combustibles irradiés dans les réacteurs nucléaires. Mais il s'applique également à la filtration d'autres liquides chargés de particules métalliques insolubles, tels que par exemple l'eau des piscines de stockage d'éléments combustibles irradiés.This process is particularly applicable to the elimination of heavy metallic elements such as ruthenium in suspension in nitric solutions for reprocessing irradiated fuel elements in nuclear reactors. But it also applies to the filtration of other liquids charged with insoluble metal particles, such as for example water from irradiated fuel element storage pools.
Le procédé selon la présente invention repose sur l'utilisation d'un adjuvant ferromagnétique de filtration finement divisé, en vue de séparer, au moyen d'un champ magnétique, les éléments métalliques lourds insolubles qui n'ont pu être efficacement extraits par d'autres moyens. Par éléments lourds, on entend des particules dont la masse est grande relativement à celle des particules de l'adjuvant ferromagnétique utilisé. Ainsi, dans le cas des particules de ruthénium et en tant qu'adjuvant de la magnétite, une fraction importante des particules de ruthénium a un diamètre de quelques dizièmes de micron, et la magnétite a une courbe de répartition des diamètres qui présente un maximum aux environs de 0,2 pm ; par ailleurs, la densité du ruthénium est voisine de 12, et du fait de l'agglomération des particules d'adjuvant magnétique en suspension, celles-ci ont une densité plus apparente encore, notamment plus faible que la densité de la magnétite massive homogène qui est voisine de 5. Par exemple, pour une densité apparente de la magnétite de 3, un diamètre moyen de particules de magnétite égal à 0,2 u et un diamètre de particules de ruthénium égal à 0,6µ, on trouve que le rapport des masses est égal à 108.The method according to the present invention is based on the use of a finely divided ferromagnetic filter aid, in order to separate, by means of a magnetic field, the insoluble heavy metal elements which could not be effectively extracted by other means. By heavy elements is meant particles whose mass is large relative to that of the particles of the ferromagnetic adjuvant used. Thus, in the case of ruthenium particles and as an adjuvant of magnetite, a large fraction of the ruthenium particles has a diameter of a few tenths of a micron, and the magnetite has a diameter distribution curve which has a maximum at around 0.2 pm; moreover, the density of ruthenium is close to 12, and due to the agglomeration of the particles of suspended magnetic adjuvant, these have an even more apparent density, in particular lower than the density of the homogeneous massive magnetite which is close to 5. For example, for an apparent density of magnetite of 3, an average diameter of magnetite particles equal to 0.2 u and a diameter of ruthenium particles equal to 0.6 µ, we find that the ratio of masses is equal to 108.
Les éléments insolubles se trouvent dans la solution sous forme métallique. Dans le cas notamment d'une solution nitrique de combustibles irradiés, ils ne peuvent pas être inclus dans un réseau cristallin, tel que par exemple un réseau cristallin de ferrite comme cela peut se produire avec d'autres éléments tels que le cuivre, le manganèse dans un mélange de produits de corrosion à base de fer dans l'eau à haute température. Par ailleurs, ces éléments ne peuvent être l'objet d'une attraction électrostatique telle que celle qui se créerait entre un adjuvant ferromagnétique et des éléments diélectriques tels que fibres, textiles, ... Dans ces conditions, les forces d'attraction entre les particules de l'adjuvant ferromagnétique et les particules métalliques, du type forces de VAN der WAALS, ne peuvent être suffisantes pour retenir ces dernières. Le procédé selon l'invention repose au contraire sur le fait que les particules de cet adjuvant ont tendance à s'agglomérer spontanément en grains plus gros..L'agglomération est également le fait de l'attraction des minuscules dipôles magnétiques que deviennent les particules d'adjuvant si elles subissent l'effet d'un champ magnétique. Les plus grosses particules qui résultent de ces phénomènes dont le dernier est appelé coagulation magnétique, sont de nature très spongieuse. Elles renferment une grande quantité de liquide occlus.Ùne ou plusieurs particules non ferromagnétiques piégées selon ce processus dans un tel agglomérat de magnétite, sont alors naturellement transportées avec lui sous l'effet d'un gradient de champ magnétique. Indépendamment du piégeage dans la structure spongieuse pendant la formation spontanée d'un agglomérat ou pendant la coagulation magnétique de particules d'adjuvant, il peut se produire, dans un champ magnétique non homogène, du fait des déplacements des particules d'adjuvant dans la direction positive du gradient de champ, un transfert d'énergie cinétique par les chocs des particules ferromagnétiques en grande quantité sur les particules métalliques lourdes qui se déplacent ainsi dans le sens des premières.The insoluble elements are found in the solution in metallic form. In the case in particular of a nitric solution of irradiated fuels, they cannot be included in a crystalline network, such as for example a crystalline network of ferrite as that can occur with other elements such as copper, manganese in a mixture of iron-based corrosion products in water at high temperature. Furthermore, these elements cannot be the subject of an electrostatic attraction such as that which would be created between a ferromagnetic adjuvant and dielectric elements such as fibers, textiles, etc. Under these conditions, the forces of attraction between the particles of the ferromagnetic adjuvant and the metallic particles, of the force type of VAN der WAALS, cannot be sufficient to retain the latter. On the contrary, the process according to the invention is based on the fact that the particles of this adjuvant tend to spontaneously agglomerate into larger grains. The agglomeration is also due to the attraction of the tiny magnetic dipoles that the particles become adjuvant if they are affected by a magnetic field. The larger particles that result from these phenomena, the last of which is called magnetic coagulation, are very spongy in nature. They contain a large quantity of occluded liquid. One or more non-ferromagnetic particles trapped according to this process in such an agglomerate of magnetite, are then naturally transported with it under the effect of a magnetic field gradient. Independently of the entanglement in the spongy structure during the spontaneous formation of an agglomerate or during the magnetic coagulation of particles of adjuvant, it can occur, in a nonhomogeneous magnetic field, due to displacements of the particles of adjuvant in the direction positive of the field gradient, a transfer of kinetic energy by the shocks of ferromagnetic particles in large quantities on the heavy metallic particles which thus move in the direction of the former.
Il est possible de déterminer le rendement du procède selon l'invention. Par exemple, dans le cas où l'on extrait des particules de ruthénium contenues dans le milieu nitrique de dissolution de combustible irradié. A cette fin, on place de la poudre fine de ruthénium dans une solution de 4N de nitrate d'uranyle, que l'on agite et que l'on chauffe légèrement, par exemple vers 50°C, pour simuler une solution nitrique de combustible irradié qui s'échauffe spontanément sous l'effet du rayonnement de décroissance des produits de fission. Pour simplifier la mesure des quantités de ruthénium, la poudre métallique a été préalablement irradiée en réacteur afin de la marquer au ruthénium 103 radioactif, émetteur gamma. Après addition de magnétite finement divisée, qui a été préparée séparément par précipitation alcaline dans une solution de fer ferreux, et dont les particules mesurent initialement de 0,1 µm à quelques µm, on poursuit l'agitation du liquide pendant quelques minutes. Par mesure de la radioactivité du ruthénium 103 dans le liquide avant et après l'extraction de la magnétite au moyen d'un ou de plusieurs aimants, le rendement de l'extraction du ruthénium peut facilement être apprécié. D'autre part, le bilan matière du ruthénium 103 qui peut facilement être établi par mesure de l'activité de ce radionucléide dans l'aliquote de ruthénium métallique avant l'expérience, puis dans les boues de magnétite après l'extraction, permet de contrôler ce rendement.It is possible to determine the yield of the process according to the invention. For example, in the case where ruthenium particles contained in the nitric medium for dissolving irradiated fuel are extracted. To this end, fine ruthenium powder is placed in a 4N solution of uranyl nitrate, which is stirred and slightly heated, for example around 50 ° C., to simulate a nitric fuel solution. irradiated which spontaneously heats up under the effect of the decaying radiation of the fission products. To simplify the measurement of the amounts of ruthenium, the metal powder was previously irradiated in a reactor in order to mark it with radioactive ruthenium 103, a gamma emitter. After addition of finely divided magnetite, which was prepared separately by alkaline precipitation in a solution of ferrous iron, and whose particles initially measure from 0.1 μm to a few μm, the stirring of the liquid is continued for a few minutes. By measuring the radioactivity of ruthenium 103 in the liquid before and after the extraction of the magnetite by means of one or more magnets, the yield of the ruthenium extraction can easily be appreciated. On the other hand, the material balance of ruthenium 103 which can easily be established by measuring the activity of this radionuclide in the aliquot of metallic ruthenium before the experiment, then in the magnetite sludges after the extraction, makes it possible to monitor this performance.
On a ainsi mesuré des rendements d'extraction compris entre 97 et 99 %.Extraction yields of between 97 and 99% were thus measured.
Selon l'invention, l'adjuvant est dit "statique", c'est-à-cire qu'il est d'abord fixé dans le garnissage d'un filtre électromagnétique dans la limite de la capacité αtilisable de celui-ci, la suspension de particules non magnétiques étant ensuite filtrée au moyen du filtre électromagnétique précolmaté. Ce mode de réalisation s'applique plus particulièrement au cas où l'on désire limiter la durée de contact de l'adjuvant avec un liquide qui risquerait d'en dissoudre en quantités indésirables.According to the invention, the adjuvant is said to be "static", that is to say it is first fixed in the lining of an electromagnetic filter within the limit of the usable capacity thereof, the suspension of non-magnetic particles being then filtered by means of the pre-blocked electromagnetic filter. This embodiment applies more particularly to the case where it is desired to limit the duration of contact of the adjuvant with a liquid which would risk dissolving it in undesirable quantities.
L'adjuvant ferromagnétique forme alors une couche de boue présentant une grande surface dans laquelle les particules de ruthénium viennent se piéger. Ce procédé se caractérise par les étapes successives suivantes :
- - précolmatage d'un filtre électromagnétique au moyen d'un adjuvant ferromagnétique finement divisé ;
- - agitation du liquide contenant les particules métalliques lourdes afin de les maintenir en suspension
- - filtration du liquide contenant les éléments métalliques lourds en suspension au moyen dudit filtre électromagnétique précolmaté.
- - pre-clogging of an electromagnetic filter by means of a finely divided ferromagnetic adjuvant;
- - agitation of the liquid containing the heavy metallic particles in order to keep them in suspension
- - filtration of the liquid containing the heavy metallic elements in suspension by means of said precolated electromagnetic filter.
De préférence, le précolmatage du filtre électromagnétique comprend les étapes suivantes :
- - addition, dans un liquide auxiliaire, d'un adjuvant ferromagnétique ;
- - agitation de ce liquide auxiliaire, afin de réaliser une suspension de l'adjuvant ferromagnétique ;
- - filtration du liquide auxiliaire au moyen d'un filtre électromagnétique.
- - addition, in an auxiliary liquid, of a ferromagnetic adjuvant;
- - Agitation of this auxiliary liquid, in order to produce a suspension of the ferromagnetic adjuvant;
- - filtration of the auxiliary liquid by means of an electromagnetic filter.
Dans le cas préférentiel où le garnissage du filtre électromagnétique est constitué de billes d'acier, l'efficacité du procédé selon l'invention est renforcée par le fait que le vecteur vitesse des particules à séparer doit tourner de 90°, quand celles-ci passent d'une couche de billes à la suivante. L'inertie de ces particules les conduits à aller frapper la surface des billes disposées sur leur chemin et à rester fixées dans la couche d'adjuvant ferromagnétique.In the preferred case where the lining of the electromagnetic filter consists of steel balls, the efficiency of the process according to the invention is enhanced by the fact that the speed vector of the particles to be separated must rotate by 90 °, when these go from one layer of balls to the next. The inertia of these particles leads them to strike the surface of the balls arranged in their path and to remain fixed in the layer of ferromagnetic adjuvant.
De préférence, l'adjuvant ferromagnétique utilisé est de la ferrite, ou encore de la magnétite.Preferably, the ferromagnetic adjuvant used is ferrite, or alternatively magnetite.
Le procédé d'élimination des éléments métalliques lourds selon l'invention conduit à l'obtention d'une boue dense, constituée par un mélange de l'adjuvant ferromagnétique et des éléments métalliques lourds.The process for removing heavy metallic elements according to the invention leads to the production of a dense sludge, constituted by a mixture of the ferromagnetic adjuvant and heavy metallic elements.
Cette boue est retenue dans le garnissage du filtre.This sludge is retained in the filter lining.
Cette boue dense peut être facilement séparée des eaux de lavage par décantation. Les particules métalliques peuvent ensuite être séparées de la magnétite, soit pour les isoler sous un faible volume de déchets, soit en vue de la rentabilisation des métaux qui en sont les constituants principaux.This dense sludge can be easily separated from the wash water by decantation. The metal particles can then be separated from the magnetite, either to isolate them under a small volume of waste, or with a view to the profitability of the metals which are their main constituents.
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit d'exemples de mise en oeuvre, donnés à titre explicatif et nullement limitatif, du procédé selon la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- - la figure 1 illustre les étapes de précolmatage, d'agitation et de filtration du procédé selon l'invention ;
- - la figure 2 illustre une application à la chaîne de dissolution du combustible irradié du procédé selon l'invention décrit en référence à la figure 1.
- - Figure 1 illustrates the pre-clogging, stirring and filtration steps of the process according to the invention;
- FIG. 2 illustrates an application to the dissolving chain of the spent fuel of the method according to the invention described with reference to FIG. 1.
Sur la figure 1, on a illustré le procédé selon l'invention, utilisant un adjuvant ferromagnétique statique. Ce procédé est dit "statique" parce que l'adjuvant ferromagnétique de filtration est fixé dans le garnissage du filtre électromagnétique préalablement à la filtration de la solution nitrique. Il s'applique avantageusement lorsque l'on désire éviter un contact prolongé de la magnétite avec la solution nitrique.In FIG. 1, the method according to the invention is illustrated, using a static ferromagnetic adjuvant. This process is called "static" because the ferromagnetic filter aid is fixed in the lining of the electromagnetic filter before the nitric solution is filtered. It advantageously applies when it is desired to avoid prolonged contact of the magnetite with the nitric solution.
Le filtre électromagnétique désigné par la référence 10 comprend schématiquement une enveloppe non magnétique 12, remplie partiellement d'un garnissage magnétisable 14, et disposée à l'intérieur d'un enroulement 16 alimenté par une source de tension 20. De préférence, le garnissage magnétisable 14 est constitué par des billes d'acier, acier dont la nuance est choisie pour ses propriétés magnétiques et sa résistance à la corrosion en milieu nitrique.The electromagnetic filter designated by the
Le garnissage 14 est supporté par une grille 15. Une armature en fer 17 formée d'au moins deux étriers constitue avec le garnissage 14 du filtre un circuit magnétique et limite le champ magnétique de fuite.The lining 14 is supported by a
La capacité 30 contient la solution nitrique 2 de combustible irradié. Cette capacité 30 peut être le dissolveur ou une capacité de relais. Conformément à l'invention, on ajoute à la solution nitrique 2 de la magnétite à raison de 3g par fraction de 250 mg d'éléments platinoides insolubles à séparer. La solution nitrique de combustible irradié 2 s'échauffe légèrement sous l'effet du rayonnement ionisant des produits de fission. On l'agite pendant quelques temps au moyen de l'agitateur 31 de façon à maintenir en suspension dans la solution nitrique la magnétite et les particules insolubles dont les produits de fission platinoides. Pour limiter la dissolution de la magnétite, le temps de contact de celle-ci et de la solution 2 est de préférence de courte durée, de l'ordre d'une quinzaine de minutes.
Selon le procédé de l'invention, la première étape consiste à fixer, à l'intérieur du garnissage de billes 14 du filtre 10, une quantité appropriée d'adjuvant ferromagnétique. A cette fin, on dispose d'une capacité 60, indépendante de la chaîne de dissolution contenant un certain volume d'eau à l'intérieur de laquelle on réalise une suspension de l'adjuvant ferromagnétique.According to the method of the invention, the first step consists in fixing, inside the ball lining 14 of the
Le volume d'eau contenu dans la capacité 60 est de préférence réduit pour des raisons de commodité, mais il est toutefois suffisant pour que la suspension soit parfaitement fluide, de façon à répartir l'adjuvant sur la totalité du garnissage 14 par saturation de couches successives. Une telle suspension peut contenir par exemple plusieurs dizaines de grammes de magnétite par litre ; elle est préparée en introduisant dans le récipient 60 la quantité de magnétite correspondant approximativement à la capacité utilisable du filtre électromagnétique 10, et en l'homogénéisant par agitation.The volume of water contained in the
On peut aussi procéder simplement en introduisant la magnétite dans l'eau dont le pH a été préalablement ajusté par alcalinisation à la valeur approximative du pH au point isoélectrique de la suspension. La valeur de ce pH se situe vers 9,5. Lorsque cette valeur est atteinte, la suspension reste sensiblement homogène pendant une durée assez longue et l'agitation devient inutile.One can also proceed simply by introducing the magnetite into the water, the pH of which has been previously adjusted by alkalization to the approximate value of the pH at the isoelectric point of the suspension. The value of this pH is around 9.5. When this value is reached, the suspension remains substantially homogeneous for a fairly long period and agitation becomes unnecessary.
La solution nitrique de combustible irradié 2 est contenue dans une capacité 30 de la chaîne de dissolution. Cette capacité peut être le dissolveur ou une capacité de relais. On maintient par agitation au moyen d'un agitateur 31 les particules solides insolubles en suspension.The nitric solution of spent
On filtre alors le contenu du récipient 60 de manière à fixer l'adjuvant ferromagnétique dans le garnissage 14. L'effluent du filtre 10 est constitué d'eau claire 61 qui est receuillie dans un récipient 62. Si la suspension de magnétite a été homogénéisée au pH du point isoélectrique, l'adjuvant fixé dans le garnissage du filtre doit subir un lavage à l'eau pour en extraire le résidu d'alcali.The content of the
On fait ensuite passer dans le filtre 10 ainsi précolmaté la solution nitrique de combustible irradié 2 contenue dans le récipient 30, la quantité de celle-ci étant choisie de telle façon que la masse approximative d'éléments insolubles platinoides qu'elle contient corresponde au rapport massique de ruthénium et d'adjuvant ferromagnétique contenu dans le filtre permettant le meilleur rendement d'extraction.The nitric solution of
Après la fixation dans le garnissage 14 du filtre 10 des particules solides insolubles, on procède au décolmatage du filtre.After fixing insoluble solid particles in the lining 14 of the
Ce décolmatage peut être réalisé de différentes manières.This unclogging can be carried out in different ways.
Le document FR - A - 2 341 347 se rapporte à un procédé de décolmatage d'un filtre électromagnétique. Il décrit un tel procédé applicable dans le cas d'un filtre électromagnétique disposé dans une canalisation et fonctionnant en circuit fermé, le filtre étant parcouru de bas en haut par le liquide que l'on désire filtrer.The document FR - A - 2 341 347 relates to a method of unclogging an electromagnetic filter. It describes such a method applicable in the case of an electromagnetic filter placed in a pipe and operating in a closed circuit, the filter being traversed from bottom to top by the liquid which it is desired to filter.
Dans le cas où le liquide à filtrer circule en sens inverse, c'est-à-dire de haut en bas, comme c'est le cas dans la description faite en référence à la figure l, on pourra employer tout autre procédé simple. Par exemple, on pourra désaimanter le garnissage 14, et entraîner la boue qui s'accroche sur les billes au moyen d'un courant d'eau de lavage. On pourra aussi vidanger le filtre 10 de son garnissage de billes 14, par exemple en vidant l'enveloppe 12 dans un récipient de lavage contenant de l'eau. Les billes propres sont ensuite retirées pour être remises en place dans l'enveloppe 12.In the case where the liquid to be filtered circulates in the opposite direction, that is to say from top to bottom, as is the case in the description made with reference to FIG. 1, any other simple method may be used. For example, we can demagnetize the lining 14, and entrain the mud which hangs on the balls by means of a current of washing water. It is also possible to drain the
Sur la figure 2, on a représenté une application à la chaîne de dissolution nitrique de combustible irradié du mode de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention utilisant un adjuvant ferromagnétique statique décrit en référence à la figure 4. Sur cette figure, la référence 50 désigne un dissolveur contenant la solution nitrique 2 à filtrer. Parallèlement à ce dissolveur 50, on trouve une capacité 90 contenant l'adjuvant ferromagnétique en suspension dans de l'eau agitée au moyen d'un agitateur 91. Selon une variante, la suspension d'adjuvant dans l'eau est stabilisée par alcalinisation jusqu'au pH au point isoélectrique.FIG. 2 shows an application to the nitric dissolution chain of irradiated fuel of the method of implementing the method according to present invention using a static ferromagnetic adjuvant described with reference to Figure 4. In this figure, the
L'élimination des éléments métalliques lourds en suspension dans la solution 2 se déroule de la manière suivante :
- - on fixe l'adjuvant ferromagnétique contenu dans la capacité 90 dans le garnissage des filtres électromagnétiques
10a et 10b jusqu'à concurrence de leur capacité utilisable. L'effluent de ces filtres est de l'eau claire ou encore de l'eau moyennement alcaline. Pour éviter le danger d'un bouchonnage ultérieur par des précipitations qui pourraient se produire dans la solution nitrique, l'adjuvant dans le garnissage des filtres10a et 10b est lavé avec de l'acide nitrique étendu au même pH que celui de la solution de combustible 2, et provenant d'une capacité 92 jumelée avec la capacité 90 ; - - on filtre la solution nitrique du dissolveur 50 à raison, pour chaque filtre électromagnétique, d'un
volume de solution 2 tel que la charge de solides insolubles qu'il contient corresponde à un rapport optimal des quantités d'adjuvant ferromagnétique et de particules insolubles.
- - The ferromagnetic adjuvant contained in the
capacity 90 is fixed in the lining of the 10a and 10b up to their usable capacity. The effluent from these filters is clear water or moderately alkaline water. To avoid the danger of subsequent plugging by precipitation which could occur in the nitric solution, the adjuvant in the lining of theelectromagnetic filters 10a and 10b is washed with extended nitric acid at the same pH as that of the solution.filters fuel 2, and coming from acapacity 92 combined withcapacity 90; - the nitric solution of the
dissolver 50 is filtered at the rate, for each electromagnetic filter, of a volume ofsolution 2 such that the charge of insoluble solids which it contains corresponds to an optimal ratio of the quantities of ferromagnetic adjuvant and insoluble particles .
Le fonctionnement des filtres 10a et 10b est alternatif. Le filtre 10b prend le relais du filtre 10a lorsque celui-ci est en cours de décolmatage.The operation of
Les effluents nitriques des filtres 10a et 10b sont une solution nitrique clarifiée 35 qui est recueillie dans l'extracteur 40.The nitric effluents from
Pendant la régénération par décolmatage du filtre électromagnétique 10a, le second filtre électromagnétique 10b prend le relais et filtre de la même façon une autre charge de suspension 2. L'effluent provenant de la filtration de la solution nitrique 2 constitue la solution nitrique clarifiée 35 qui est dirigée vers l'extracteur 40. Les boues de décolmatage 36 provenant des filtres électromagnétiques 10a et 10b sont dirigées vers le dispositif de traitement des déchets commun aux deux filtres, représenté en 41. Ainsi, les deux filtres fonctionnant alternativement en filtration et en régénération permettent de traiter la solution nitrique 2 additionnée de l'adjuvant ferromagnétique 32 par aliquotes successives et évite un contact prolongé entre le milieu nitrique et l'adjuvant. On évite ainsi la dissolution de l'adjuvant dans le milieu nitrique.During the regeneration by unclogging of the
L'effluent eau (ou eau moyennement alcaline) 37 résultant de l'opération de mise en place de l'adjuvant ferromagnétique dans le garnissage des filtres par filtration de la suspension contenue dans la capacité 90 est de préférence recueillie dans une capacité 42 et recyclée dans la capacité 90.The water effluent (or moderately alkaline water) 37 resulting from the operation of placing the ferromagnetic adjuvant in the lining of the filters by filtration of the suspension contained in the
Le procédé d'élimination des particules métalliques lourdes selon l'invention conduit à une boue dense facilement séparée des eaux de lavage par décantation et qui contient les produits de fission insolubles. Ces derniers peuvent être ensuites séparés de l'adjuvant ferromagnétique, soit pour les isoler sous un faible volume de déchets, soit en vue de la rentabilisation des métaux platinoïdes qui en sont les constituants majeurs.The process for removing heavy metal particles according to the invention leads to a dense sludge easily separated from the washing water by decantation and which contains the insoluble fission products. The latter can then be separated from the ferromagnetic adjuvant, either to isolate them under a small volume of waste, or for the profitability of the platinoid metals which are the major constituents thereof.
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