FR2458879A1 - EXTRACTION COLUMN FOR FISSION MATERIALS AND / OR RAW MATERIALS - Google Patents
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Abstract
A. COLONNE D'EXTRACTION, POUR MATIERES DE FISSION OU DE TRAITEMENT DE MATIERES BRULEES, AVEC UNE GEOMETRIE DE SECURITE ET UN DEBIT ELEVE. B. CARACTERISEE EN CE QUE SUR TOUTE LA LONGUEUR DE LA COLONNE 1 SONT DISPOSEES UNE OU PLUSIEURS BAGUETTES 2 MUNIES D'UN POISON A NEUTRONS. C. DISPOSITIF APPLICABLE AU TRAITEMENT DE COMBUSTIBLES NUCLEAIRES BRULES.A. EXTRACTION COLUMN, FOR FISSION MATERIALS OR BURNT MATERIAL TREATMENT, WITH SAFE GEOMETRY AND HIGH FLOW RATE. B. CHARACTERIZED IN THAT THROUGHOUT THE LENGTH OF COLUMN 1 ARE AVAILABLE ONE OR MORE RODS 2 INCLUDED WITH A NEUTRON POISON. C. DEVICE APPLICABLE TO THE TREATMENT OF BURNT NUCLEAR FUELS.
Description
L'invention concerne une colonne, en particu-The invention relates to a column, in particular
lier une colonne d'extraction pour matières de fission et/ou matières premières, avec une géométrie de sécurité et un débit élevé. Dans l'industrie nucléaire, particulièrement au cours du retraitement des éléments combustibles brûlés, on effectue la purification de l'uranium et du plutonium par extraction liquide-liquide. Suivant la teneur des solutions en U-235 et plutonium, on ne doit pas dépasser un certain diamètre des colonnes cylindriques utilisées, pour des raisons de divergence. Cette restriction limite par conséquent le bonding an extraction column for fission materials and / or raw materials, with high safety geometry and high throughput. In the nuclear industry, particularly during the reprocessing of burned fuel elements, uranium and plutonium are purified by liquid-liquid extraction. Depending on the content of the U-235 and plutonium solutions, a certain diameter of the cylindrical columns used must not be exceeded, for reasons of divergence. This restriction therefore limits the
débit des colonnes d'extraction.flow extraction columns.
Dans les grandes instalations, on doit donc disposer en parallèle plusieurs lignes d'extraction (une ligne comportant par exemple 3 à 6 colonnes) ce qui entra ne des In large instalations, therefore, several extraction lines must be arranged in parallel (a line comprising, for example, 3 to 6 columns), which leads to
investissements élevés.high investments.
Augmenter ou doubler le débit des colonnes, comme il serait souhaitable, n'économiserait pas seulement le coût de lignes d'extractionsupplémentaires, mais aussi l'espace de production, qui est particulièrement coûteux par exemple dans le cas d'installations de retraitement, par suite de l'épais Increasing or doubling the flow of the columns, as would be desirable, would not only save the cost of additional extraction lines, but also the production space, which is particularly expensive, for example in the case of reprocessing plants, by following the thick
blindage en béton nécessaire à la protection de l'environnement. concrete shielding necessary for the protection of the environment.
Il a déjà été proposé d'effectuer un empoison- It has already been proposed to carry out poisoning
nement hétérogène de la colonne avec du hafnium-métal (Reaktor- heterogeneity of the column with hafnium-metal (Reaktor-
tagung Dt 8.eldorff 1976). Selon ce procédé, les plateaux perforés de la colonne doivent être constitués par de la tôle d'hafnium tagung Dt 8.eldorff 1976). According to this method, the perforated plates of the column must be constituted by hafnium sheet
d'environ 2,5 mm d'épaisseur.about 2.5 mm thick.
Cette proposition est cependant liée à une série d'inconvénients. Ainsi, la géométrie de la colonne ne permet pas un agrandissement notable, le débit ne peut donc pas être doublé. De plus, une corrosion de tension n'est pas à exclure, étant donné que la colonne est en acier inoxydable et This proposal is, however, linked to a series of disadvantages. Thus, the geometry of the column does not allow significant magnification, the flow can not be doubled. In addition, stress corrosion can not be ruled out, since the column is made of stainless steel and
que des attaques locales peuvent se produire. De plus, l'épais- that local attacks can occur. In addition, the thick
seur des plateaux perforés doit être souvent contrôlée, car l'augmentation de cette épaisseur entre en compte pour le perforated trays should often be checked, as the increase of this thickness
calcul de l'absorption, et augmente la divergence. calculation of the absorption, and increases the divergence.
L'invention a, en conséquence, pour but de réaliser une colonne d'extraction pour matières de fission et/ ou brutes, avec une géométrie de sécurité et un débit plus élevé, qui ne présente pas les inconvénients cités plus haut, 2.- mais permet l'obtention d'un débit nettement plus élevé, sans The object of the invention is therefore to provide an extraction column for fission and / or raw materials, with a safety geometry and a higher flow rate, which does not have the drawbacks mentioned above, 2.- but allows to obtain a much higher flow, without
qu'apparaissent des problèmes de corrosion. that there are problems of corrosion.
A cet effet, l'invention est caractérisée en ce que sont disposées dans la colonne, sur toute sa longueur, une ou plusieurs baguettes munies d'un poison à neutrons. On dispose de préférence une ou plusieurs baguettes dans la colonne en position centrale, les colonnes autres que colonnes d'extraction, comme celles de rectification ou de lavage, pouvant être munies de baguettes de la même manière, et pouvant encore comporter des inserts comme par exemple des plateaux ou des matériaux de remplissage. On emploie de préférence une baguette d'absorption à neutrons centrale unique. La figure représente schématiquement un For this purpose, the invention is characterized in that disposed in the column, over its entire length, one or more rods provided with a neutron poison. One or more rods are preferably placed in the column in the central position, the columns other than extraction columns, such as those for grinding or washing, may be provided with rods in the same manner, and may also comprise inserts as per example trays or filler materials. A single central neutron absorption rod is preferably employed. The figure schematically represents a
1-5 exemple de réalisation de la colonne selon l'invention. 1-5 embodiment of the column according to the invention.
Dans la colonne 1 munie de conduites d'arrivée et d'évacuation pour les différents liquides, par exemple l'agent d'extraction et la solution à extraire, est disposée une baguette 2, qui présente au niveau du pied 3 et de la tête 4 de la colonne 1, un diamètre plus élevé, correspondant à la ferme extérieure de la colonne 1. A ces endroits de la colonne, plus larges de diamètre, on peut également incorporer des baguettes supplémentaires. La baguette 2, disposée dans ce cas In the column 1 provided with inlet and outlet pipes for the various liquids, for example the extraction agent and the solution to be extracted, is disposed a rod 2, which has at the level of the foot 3 and the head 4 of column 1, a larger diameter, corresponding to the outer farm of column 1. At these points of the column, wider in diameter, it is also possible to incorporate additional rods. The rod 2, arranged in this case
de façon centrale, est constituée par une gaine 5, dont l'inté- centrally, is constituted by a sheath 5, the inte-
rieur 6 est rempli de poison à neutrons. La colonne comporte laughter 6 is filled with neutron poison. The column has
en outre des plateaux perforés 7.in addition perforated trays 7.
On dispose de préférence au centre de la colonne 1 une baguette creuse centrale 2 de la même matière que la colonne elle-m4me, remplie de poison à neutrons. Ce tube central rempli de poison à neutrons, et fermé de tous c8tés, peut être élargi à volonté, de sorte que le diamètre de la colonne peut être également élargi pratiquement à volonté, de sorte que l'on peut avoir une section de surface Preferably at the center of column 1 is a central hollow rod 2 of the same material as the column itself, filled with neutron poison. This central tube filled with neutron poison, and closed on all sides, can be enlarged at will, so that the diameter of the column can also be enlarged practically at will, so that one can have a surface section
nettement plus élevée, et donc il en va de même pour le débit. much higher, and so is the flow rate.
Dans la purification de l'uranium naturel on connatt déjà des diamètres de colonne d'un mètre (sans baguette centrale) et l'on peut désormais les utiliser (avec baguette centrale) également pour l'uranium enrichi et le plutonium. La corrosion In the purification of natural uranium we already know column diameters of one meter (without central rod) and we can now use them (with central rod) also for enriched uranium and plutonium. Corrosion
de tension est exclue grâce au matériau unique de la colonne. tension is excluded due to the unique material of the column.
Pour indiquer qu'il ne peut pas sortir de la baguette 2 du 3.- poison à neutron par dissolution, il est intéressant d'incorporer To indicate that it can not come out of the rod of the 3. Neutron poison by dissolution, it is interesting to incorporate
à la baguette 2 un indicateur de fuite, qui donne l'alarme aus- on rod 2 a leak indicator, which also gives the alarm
sit8t qu'un fluide s'infiltre. On peut éviter ainsi de coûteux contr8les. Comme matière absorbant les neutrons, on peut utiliser par exemple du carbure de bore (B 4C) sous forme de poudre compacte ou de tablettes, du cadmium-métal également sous forme d'alliages, ou de l'oxyde de gadolinium (Gd203) et if a fluid seeps in. This can prevent costly controls. As the neutron absorbing material, it is possible to use, for example, boron carbide (B 4C) in the form of compact powder or tablets, cadmium metal also in the form of alloys, or gadolinium oxide (Gd203) and
d'autres terres rares (Dy2O3, Sm203 etc...). other rare earths (Dy2O3, Sm203 etc ...).
Le plus avantageux est le carbure de bore bon marché; on ne nécessite que dans de rares cas des sections d'absorption plus élevées du matériau pour les neutrons. Le tube de la baguette centrale est constitué par le même matériau que la colonne avec une épaisseur de paroi égale ou inférieure, il est rempli par exemple de poudre de B4C et soudé de façon étanche. Ce tube central sert par exemple simultanément au soutien des plateaux perforés qui sont disposés sur toute la hauteur de la colonne environ tous les 5 cm. L'espace élargi de décantation, au pied et à la tête de la colonne peut être également équipé pour éviter la divergence par des baguettes absorbant les neutrons d'une épaisseur proportionnellement plus élevée. On nécessite des agrandissements de cet ordre (zones de stabilisation) afin de garder la limite de phase, importante The most advantageous is cheap boron carbide; only in rare cases is it necessary to use higher absorption sections of the material for neutrons. The tube of the central rod is made of the same material as the column with equal or lower wall thickness, it is filled for example with B4C powder and sealed welded. This central tube serves for example simultaneously to support the perforated trays which are arranged over the entire height of the column about every 5 cm. The expanded settling space, at the foot and at the top of the column can also be equipped to avoid divergence by neutron absorbing rods of a proportionally greater thickness. Enlargements of this order (stabilization zones) are required to keep the phase boundary important.
pour la commande de la colonne, libre de floculation. for the control of the column, free of flocculation.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples décrits ci-après The invention will be better understood with the aid of the examples described below.
EXEMPLE 1 -EXAMPLE 1
Pour une solution de nitrate d'uranyl, avec un enrichissement de 4 % en U235, le diamètre de sécurité de la colonne est de 38,5 cm. Afin de pouvoir doubler le débit d'une For a solution of uranyl nitrate, with a 4% enrichment in U235, the safety diameter of the column is 38.5 cm. In order to double the flow of a
colonne quelconque, la surface de passage double est nécessaire. any column, the double passage area is required.
Le diamètre de sécurité de la colonne, 38,5 cm, correspond à une surface de passage de 1164 cm. Une surface double de 2328 cm2 peut 6tre atteinte si le diamètre de la colonne est agrandi à environ 58 cm, et la baguette centrale d'absorption des neutrons a un diamètre de 19,5 cm et elle est remplie par exemple de carbure de bore en poudre. Le diamètre de la colonne, de 58 cm, correspond alors a une surface de passage de 2642 cm, qui est diminuée d'environ 300 cm2 par la baguette centrale d'absorption, de sorte qu'il reste une surface de passage de The safety diameter of the column, 38.5 cm, corresponds to a passage area of 1164 cm. A double area of 2328 cm 2 can be achieved if the diameter of the column is enlarged to about 58 cm, and the central neutron absorption rod has a diameter of 19.5 cm and is filled with, for example, boron carbide. powder. The diameter of the column, 58 cm, then corresponds to a passage surface of 2642 cm, which is decreased by about 300 cm 2 by the central absorption strip, so that there remains a surface of passage of
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2342 cm2, ce qui permet sensiblement de doubler le débit. 2342 cm2, which substantially allows to double the flow.
Si l'on élargit au niveau des limites de phases, If we enlarge at the level of the phase limits,
à la tête ou au pied de la colonne, la surface de passage d'en- at the head or the foot of the column, the area of passage of
viron 3 fois, comme c'est habituel, alors les extrémités de colonne ont un diamètre de 56 cm. La baguette d'absorption peut alors être constituée par une pièce dont les extrémités les plus épaisses sont toujours plus minces que le diamètre Viron 3 times, as usual, then the column ends have a diameter of 56 cm. The absorption rod can then be constituted by a piece whose thickest ends are always thinner than the diameter
intérieur de la colonne.inside the column.
EXEMPLE 2 -EXAMPLE 2
Pour des solutions de nitrate de plutonium, le diamètre de sécurité de la colonne est de 15 cm. Pour doubler le débit il faut une surface de passage double. Une colonne de 15 cm de diamètre possède une surface de passage de 177 cm 2 de sorte que pour doubler le débit, il faut une surface de For plutonium nitrate solutions, the safety diameter of the column is 15 cm. To double the flow it takes a double passage area. A column 15 cm in diameter has a passage area of 177 cm 2 so that to double the flow, it takes a surface of
passage de 354 cm.passage of 354 cm.
Avec une baguette centrale d'absorption (remplie de B4C), une colonne a lesmesures suivantes pour un débit double: - diamètre de la colonne = 22, 5 cm avec S = 398 cm2 - diamètre de la baguette: 7,5 cm avec S = 44 cm à B4C - d'o une surface de passage libre de S = 354 cm Les extrémités de colonne élargies ont un diamètre de 37 cm, les extrémités de la baguette d'absorption With a central absorption rod (filled with B4C), a column has the following measures for a double flow: - diameter of the column = 22.5 cm with S = 398 cm2 - diameter of the rod: 7.5 cm with S = 44 cm at B4C - from where a free passage area of S = 354 cm The widened column ends have a diameter of 37 cm, the ends of the absorption rod
ont un diamètre de 22 cm.have a diameter of 22 cm.
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