FR2570865A1 - Procede de fixation d'un sorbant pour cendre d'incinerateur ou iode radioactif par reaction hydrothermale - Google Patents
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Abstract
CONFORMEMENT AU PROCEDE DE L'INVENTION POUR LA FIXATION D'UNE CENDRE D'INCINERATEUR, ON INCORPORE A LA CENDRE D'INCINERATEUR CONTENANT SIO ET ALO AVEC NAOH OU NAOH A UNE SUBSTANCE CONTENANT SIO DANS UNE PROPORTION TELLE QUE LE MELANGE OBTENU CONTIENNE 25 A 90 EN POIDS DE SIO, 2 A 10 EN POIDS DE NAO, ET PLUS DE 3 EN POIDS DE ALO, CE QUI EST MOINS QUE LA TENEUR EN SIO EXPRIMEE EN MOLE; ON MELANGE 100 PARTIES EN POIDS DU MELANGE AVEC PLUS DE 5 PARTIES D'EAU; ET ON SOUMET LE MELANGE OBTENU A UNE REACTION HYDROTHERMALE SOUS UNE PRESSION DE 6860KPA OU DAVANTAGE ET A UNE TEMPERATURE DE 150C ET DAVANTAGE, CE QUI REALISE LA FIXATION. CONFORMEMENT AU PROCEDE DE L'INVENTION POUR LA FIXATION D'UN SORBANT DE L'IODE, ON FAIT ADSORBER L'IODE SUR SORBANT DE SILICATE CHARGE A L'ARGENT; ON MELANGE LE SORBANT DE L'IODE AVEC 1 A 30 EN POIDS D'AU MOINS UN DES COMPOSES HYDROXYDE DE SODIUM, HYDROXYDE DE POTASSIUM ET HYDROXYDE DE BARYUM; ET ON SOUMET LE MELANGE OBTENU A UNE REACTION HYDROTHERMALE SOUS UNE PRESSION DE 6860KPA ET AU-DESSUS ET A UNE TEMPERATURE DE 150C ET AU-DESSUS, CE QUI REALISE LA FIXATION.
Description
La présente invention concerne un procédé pour la fixation d'un sorbant
pour cendre d'incinérateur ou
iode, et plus particulièrement un procédé pour la fixa-
tion d'un sorbant pour cendre d'incinérateur ou iode par une réaction hydrothermale. Lorsqu'elle doit être éliminée, la cendre d'incinérateur nécessite une attention spéciale, car elle
contient diverses espèces de métaux. Si l'on s'en débar-
rasse telle quelle par exemple par mise en décharge ou en la jetant dans l'océan, des métaux en seront extraits par lessivage. Les cendres d'incinérateur d'un déchet radioactif doivent subir l'opération de fixation avant
son élimination pour supprimer La radioactivité et garan-
tir une manipulation sûre.
Le procédé de fixation classique comprend te
procédé de fixation dans du ciment et le procédé de fixa-
tion dans de l'asphalte. Ces procédés présentent cet inconvénient que l'incorporation de cendres d'incinérateur dans une grande quantité de matièresde fixation conduit à une augmentation du déchet. Le procédé de fixation dans l'asphalte présente cet autre inconvénient que l'asphalte est combustible, le produit fixé nécessite une protection
contre l'incendie, et il a une mauvaise résistance.
Pour l'élimination d'un déchet radioactif, le procédé de fixation dans des matières plastiques ou le procédé de fixation à l'état fondu sont utilisés. Leurs inconvénients sont que les matrices de solidification et les récipients sont onéreux et que l'élimination ne peut être effectuée que par des installations à grande échelle
qui impliquent un coût du fonctionnement élevé.
Dans le cas de l'iode radioactif volatile évacué d'installation de retraitement des combustibles ou des centrales nucléaires, il est habituellement capturé sous la forme d'une solution ou par adsorption sur un sorbant tel que Le carbone activé ou une zéolite chargée à l'argent. L'iode radioactif sous forme de solution ou adsorbé sur un sorbant a de très mauvaises propriétés physiques (résistance mécanique et résistance thermique) et de très mauvaises propriétés chimiques (résistance à l'eau, aux acides et aux alcalis), et il ne convient pas pour un stockage à long terme. (Voir rapport UTNL-R0160
(1982) publié par l'Institut de Recherche sur l'Enginee-
ring Nucléaire affilié au département de technologies, Université de TOKYO). A la suite de récents développements dans le procédé de fixation, on a proposé un procédé pour fixer dans du ciment un sorbant chargé d'argent qui contient de l'iode radioactif adsorbé. (Voir PNL-4689 (1983) par Burger et Scheele). On peut s'attendre à ce que le procédé de fixation dans du ciment ait une valeur pratique en raison de sa simplicité. Cependant, le corps fixé dans du ciment est difficile à compacter, et il
existe une possibilité que l'iode soit extrait par lessi-
vage. (Noter que le 129I a une demi-vie de dix sept millions d'années). Ainsi, il doit être scellé dans un corps fixé compact de haute résistance. Malheureusement, la fixation exige une grande quantité de ciment, et les corps fixés obtenus sont inévitablement volumineux et nécessitent un grand espace de stockage. Ces inconvénients constituent un goulot d'étranglement lorsqu'on met en
pratique le procédé de fixation dans du ciment.
Il est décrit dans le DOE/ET/41900-9 (ESG-DOE-
13354) Nuclear Waste Management, US-70 un procédé d'élimi-
nation de l'iode radioactif. Conformément à ce procédé, on mélange un liquide résiduel alcalin contenant de l'iode radioactif avec un silicate pour faire de la sodalite, qui est ensuite frittée à 1000 C. Le frittage doit être effectué dans sa totalité à haute température, tout en
évitant la volatilisation de l'iode capturé, ce qui néces-
site un appareil complexe et met en jeu des difficultés
techniques dans l'utilisation pratique.
Comme il a été indiqué ci-dessus, les procédés classiques pour la fixation de la cendre d'incinérateur
ont ces inconvénients que les corps fixés sont volumi-
neux, combustibles et peu résistants, et que des instal- lations à grande échelle onéreuse sont nécessaires. De même, les procédés classiques pour la fixation des sorbants de l'iode présentent des difficultés techniques
dans le scellement de l'iode.
Un des buts de l'invention est de fournir un
procédé pour la fixation d'un sorbant de cendre d'inci-
nérateur ou d'iode, cette fixation étant réalisée en
formant des corps fixés très résistants, compacts.
Un autre but de cette invention est de fournir un procédé pour la fixation d'un sorbant pour la cendre d'incinérateur ou l'iode, cette fixation étant réalisée en formant des corps fixes qui sont supérieurs par la stabilité au stockage, avec une très faible extraction
par lessivage des ions métalliques ou de l'iode.
Un autre but de cette invention est de fournir un procédé pour la fixation d'un sorbant pour la cendre d'incinérateur ou l'iode, cette fixation étant effectuée
en formant des corps fixés qui ont un très faible volume.
Conformément au procédé de l'invention pour la fixation de la cendre d'incinérateur, on incorpore à de la cendre d'incinérateur contenant SiO2 et Al203, du NaOH ou une substance contenant NaOH et SiO2, dans une proportion telle que le mélange obtenu contienne 25 à % en poids de SiO2, 2 à 10 % en poids-de Na20, et plus de 3 % d'A1203, ce qui est inférieur à la teneur en SiO2 exprimé en mole %; on mélange 100 parties en poids du mélange avec plus de 5 parties en poids d'eau; et on soumet le mélange obtenu à une réaction hydrothermale
sous une pression de 6860 kPa et davantage et à une tempé-
rature de 150 C et davantage, ce qui réalise la fixation.
Conformément au procédé de l'invention pour la fixation du sorbant de l'iode, l'iode est adsorbé sur un sorbant de silicate chargé à l'argent; le sorbant est mélangé avec 1 à 30 % en poids d'au moins un des composés hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium et hydroxyde
de baryum; et le mélange obtenu est soumis à une réac-
tion hydrothermale sous une pression de 6860 kPa et davantage et à une température de 150 C et au-dessus, de
sorte que la fixation est réalisée.
La figure 1 est un diagramme par bloc montrant
un mode opératoire pour la fixation de la cendre d'inci-
nérateur conformément au procédé de l'invention.
La figure 2 est un diagramme par bloc montrant un mode opératoire pour la fixation du sorbant de l'iode
conformément au procédé de l'invention.
Les figures 3 à 6 sont des graphes montrant
les résultats des exemples.
L'invention sera décrite à présent d'une manière
plus détaillée. Dans cette description, les pourcentages
sont des pourcentages pondéraux sauf indication contraire.
Le procédé de l'invention pour la fixation de
cendre d'incinérateur est appliqué à une cendre d'inciné-
rateur contenant SiO2 et A1203. Cette cendre reste après
incinération de déchets municipaux, de déchets indus-
triels et de déchets provenant d'installations d'énergie atomique (par exemple des centrales atomiques, des usines
de retraitement des combustibles nucléaires et des labo-
ratoires). Cette dernière catégorie comprend le bois, le tissu, les serviettes de papier, les papiers d'impression pour calculateurs, les pellicules de polyéthylene, les résines échangeuses d'ions,les gants de caoutchouc, les ordures, etc. Conformément à l'invention, on incorpore à la cendre d'incinérateur NaOH ou une substance contenant NaOH et SiO2 pour faire un mélange composé de 25 à 95 % de SiO2, 2 à 10 % de Na20, et plus de 3 % d'AL 203. La teneur en A1203 en mole % dans le mélange est inférieure
à la teneur en SiO2 en mole %.
Habituellement la teneur en Na20 dans la cendre d'incinérateur est d'environ 1 % de moins; et par consé-
quent l'addition de NaOH est essentielle dans l'invention.
Habituellement, la teneur en SiO2 et A1203 dans la cendre d'incinérateur est dans l'intervalle de la composition mentionnée ci-dessus; par conséquent, l'addition de SiO2 n'est pas essentielle à l'invention. Si la teneur est en
dehors de l'intervalle indiqué ci-dessus, il est néces-
saire d'ajuster la teneur en ajoutant une substance
contenant SiO2.
Les exemples préférés de la substance contenant SiO2 comprennent la poudre de silice, la poudre de kaolin, la zéolite, le verre et la soude, le verre de silicate, le verre contenant de la silice, le verre de silice, le verre de borosilicate de sodium, le gel de silice et une
cendre d'incinérateur riche en SiO0. La substance conte-
nant de la poudre de SiO2 doit de préférence être plus fine que 100 hum de diamètre; mais elle peut contenir des particules plus grossières (>100 Nm de diamètre)
jusqu'à 50 % en volume.
Il est commode d'ajouter NaOH sous la forme d'une solution aqueuse, parce que de l'eau est ajoutée au
mélange par la suite, comme il est indiqué ci-dessous.
Conformément à l'invention, on ajoute au mélange plus de parties en poids, de préférence 5 à 20 parties en poids d'eau. Le mélange doit de préférence être ajouté sous la forme d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium comme il était indiqué ci-dessus; mais il peut aussi
être ajouté seul.
Apres addition d'eau et mélange, on soumet le mélange obtenu à une réaction hydrothermale sous une pression de 6860 kPa et au-delà, et à une température de
C et au-delà, ce qui réalise La fixation. En d'au-
tres termes, la réaction hydrothermale forme la structure
de squelettes tri-dimensionnels (réseaux) d'un alumino-
silicate contenant de l'alcali partiellement hydraté, grâce à quoi la cendre d'incinérateur est fixée et les métaux (en particulier les métaux lourds) présents dans
la cendre d'incinérateur sont scellés dans le réseau.
Ce qui suit est une explication des intervalles
de teneur de Si02, AL203 et Na20 indiqués ci-dessus.
SiO2 prend part à la formation du réseau d'alu-
minosilicate contenant de l'alcali. Si la teneur est inférieure à 25 %, le réseau n'est pas suffisamment formé, et le corps fixé a une mauvaise résistance. La limite supérieure de la teneur en SiO2 est fixée à 95 %, car la limite inférieure de la teneur en Na20 et A1203 est de 2 et 3 %, respectivement; cependant, elle n'est pas
déterminante. La teneur préférée en SiO2 est de 30 à 60 %.
Al203 seulene prend pas part à la formation du réseau, cependant, elle le fait en remplaçant une partie de la SiO2 du réseau. L'aluminium qui a remplacé Si dans le réseau est chargé négativement et attire les ions métalliques chargés positivement. Si la teneur en Al203 est inférieure à 3 % en poids, le réseau ne scelle pas complètement les ions métalliques dans sa masse. Si la teneur en A1203 exprimée en mole % est supérieure à celle de Si02 exprimée en mole %, le réseau ne se développe pas complètement. Na20 réagit avec SiO2 et A1203 au cours de la
réaction hydrothermale en accélérant la réaction hydro-
thermale et en formant le réseau d'aluminosilicate. Si la teneur en Na20 est inférieure à 2 %, la réaction et
la formation de réseaux ne sont pas suffisamment accélérées.
Inversement, si la teneur dépasse 10 %, le réseau d'alumi-
nosilicate est rompu, et le corps fixé est plus résistant, par conséquent le réseau ne scelle pas complètement les
ions métalliques dans sa masse.
La proportion de NaOH dans le mélange est expri-
mée en termes de teneur en Na20. En d'autres termes, on
suppose que la NaOH présente dans le mélange, est compo-
sée de Na20 et H20, et que la quantité de H20 provenant de NaOH est combinée avec l'eau ajoutée séparément et
n'est pas incluse dans le poids de la cendre d'incinéra-
teur que l'on doit éliminer.
La quantité d'eau à ajouter au mélange est supérieure à 5 parties en poids, de préférence de 5 à 20
parties en poids pour 100 parties en poids du mélange.
Si la quantité d'eau est inférieure à 5 parties en poids, la réaction hydrothermale ne s'effectue pas complètement; et inversement, si la quantité d'eau dépasse 20 parties en poids, le corps fixé obtenu est tellement poreux et peu résistant que les métaux en sont aisément extraits
par lessivage.
Le mélange peut contenir des oxydes métalliques tels que Fe203, Cr203, MgO, CaO, TiO2 et K20, en plus de
SiO2, A1203 et Na20. précédemment mentionnés. Leur quanti-
té et leur nature ne sont pas particulièrement limitées; on peut en incorporer jusqu'à 40 % sans effet défavorable sur la résistance. En outre, le mélange peut contenir des anions tels que S04, Cl, P04, CO3, I03, et I dans une proportion allant jusqu'à 20 % au total. Lorsque S04 est présent sous forme de gypse (CaSO 4), il accélère
la réaction de fixation de la cendre d'incinérateur.
Le procédé de l'invention pour la fixation du sorbant de l'iode peut être appliqué à l'éltimination
d'iode radioactif provenant d'installationsde retraite-
ment de combustible nucléaire et des centrales atomiques.
On peut également l'utiliser pour l'élimination d'une
iode de n'importe qu'elle origine.
Le sorbant utilisé pour l'adsorption de l'iode est un adsorbant de silicate chargé à l'argent telle qu'une zéoLite chargée à l'argent, une mordénite chargée à l'argent, et un gel de silice chargé à l'argent. La proportion d'argent appliquée n'est pas particulièrement limitée, mais elle est de 5 à 50 %, de préférence de 10
à 40 %.
L'iode est mis en contact avec l'adsorbant
chargé à l'argent en utilisant un adsorbeur ordinaire.
Le contact est réalisé en faisant passer un fluide conte-
nant de l'iode à travers une enveloppe métallique remplie d'un adsorbant chargé à l'argent. Par contact avec l'adsorbant de silicate chargé à l'argent, l'iode est adsorbé par l'adsorbant. Une partie de l'iode se transforme AgI, et l'autre reste sous forme de corps simple ou forme une liaison instable avec Ag. La quantité d'iode adsorbée n'est pas particulièrement limitée, et
L'adsorbant saturé peut être traité en vue de la fixation.
Dans la pratique du procédé de l'invention pour la fixation du sorbant de l'iode, le sorbant qui a adsorbé l'iode peut être broyé si nécessaire. (Lorsque l'adsorbant est du gel de silice, il est souhaitable de le broyer en une poudre plus fine que 100 pim de particule de diamètre,
car sa réaction de fixation est lente, et il est diffi-
cile à fixer. Lorsque l'adsorbant est une zéolite ou une mordénite, le broyage n'est pas conseillé, car il peut se dégager un gaz lors du broyage). Ensuite, on incorpore à l'adsorbant un ou plusieurs des composés hydroxyde sodium, hydroxyde de potassium et hydroxyde de baryum,
après quoi on effectue de préférence un mélange soigné.
Ce mélange peut être effectué en même temps que le broyage
indiqué ci-dessus dans un broyeur. L'addition d'un hydro-
xyde d'un métal alcalin ou d'un hydroxyde de métal alcali-
no-terreux transforme l'iode physiquement adsorbé en AgI ou AgIO3 stable, conformément à la formule réactionneLle suivante: 3I2 + 60H + 6Ag+ * AgIO3 + 5AgI + 3H20 Conformément à l'invention, Le mélange de t'adsorbant qui a adsordé de l'iode et d'un hydroxyde
de métaL alcalin ou d'un hydroxyde de métal alcalino-
terreux est soumis à une réaction hydrothermale. Par conséquent, il est préférable d'ajouter l'eau nécessaire pour la réaction. Lorsqu'on utilise l'hydroxyde de baryum, l'addition d'eau n'est pas nécessaire, car il contient une grande quantité d'eau de cristallisation qui suffit pour permettre à la réaction hydrothermale
de s'effectuer.
Lorsqu'on doit ajouter de l'eau, on peut ajou-
ter l'eau seule ou sous la forme d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium, d'hydroxyde de potassium ou
d'hydroxyde de baryum.
Le mélange d'un adsorbant de silicate qui a adsorbé de l'iode et d'un hydroxyde d'un métal alcalin ou de métal alcalino terreux, ce mélange contenant de l'eau (et/ou de l'eau de cristallisation), subit une réaction hydrothermale sous une pression de 6860 kPa et au-delà, et à une température de 1500C et au-delà, ce
qui fixe le mélange.
La réaction hydrothermale forme la structure
de squelettes tri-dimensionnels (réseaux) de l'alumino-
silicate contenant de l'alcali qui est au moins partiel-
lement hydraté. Par cette réaction, le mélange principa-
lement composé d'un adsorbant de silicate est transformé en un solide compact et résistant, et l'iode adsorbé sur
l'adsorbant est scellé dans le réseau.
Au cours de La réaction hydrothermale, l'hydro-
xyde de sodium, l'hydroxyde de potassium ou l'hydroxyde de baryum réagit avec SiO2 et Al203, accélérant la réaction d'hydratation et la réaction de formation du réseau d'aluminosilicate. Si la proportion d'hydroxyde alcalin ou d'hydroxyde alcalino terreux ajoutée est inférieure à 1 %, la réaction n'est pas suffisamment accélérée; et si 1 0 elle dépasse 30 %, le réseau d'aluminosilicate est détruit,
et le corps fixé a une mauvaise résistance, et le scelle-
ment de l'iode par le réseau est incomplet.
La proportion d'eau qui doit être contenue dans le mélange doit de préférence être de 2 à 20 parties en poids pour 100 parties en poids du mélange. Si la teneur en eau est inférieure à 2 parties en poids, la réaction hydrothermale ne s'effectue pas suffisamment. Si la teneur en eau dépasse 20 parties en poids, le corps fixé obtenu est excessivement poreux Cil présente un grand nombre de pores et un fort diamètre de pores) , et il est
tellement faible que l'iode sera extrait par lessivage.
La réaction hydrothermale pour la fixation de la cendre d'incinérateur ou du sorbant de l'iode doit
être effectuée sous une pression de 6860 kPa ou davantage.
La limite supérieure de la pression est pratiquement d'environ 49000 kPa. Il va sans dire que la pression doit être supérieure à la pression de vapeur de l'eau à la température de la réaction, de telle sorte que l'état
hydrothermal soit établi.
La réaction hydrothermale doit être effectuée à 150 C et au-delà; sinon, la réaction de fixation ne
s'effectue pas et le corps fixé est très peu résistant.
La température préférée est de 200 à 350 C.
La réaction hydrothermale doit être effectuée pendant 5 minutes à 1 heure. Le temps de réaction peut être prolongé lorsque la pression de réaction et la température sont faibles, et il peut être raccourci lorsque la pression de réaction et la température sont élevées. Dans la recherche effectuée par la demanderesse, il a été trouvé que des corps fixés résistants sont obtenus lorsque la réaction hydrothermale est effectuée pendant une durée prolongée sous une pression et une température aussi faibles que possible dans l'intervalle
indiqué ci-dessus.
La réaction hydrothermale de l'invention peut commodément être effectuée en utilisant un appareil
constitué d'un cylindre et d'un piston fixes à une extré-
mité de celui-ci, ou de deux pistons fixés aux deux extrémités de celuici, et d'une chambre à réaction déli- mitée par le cylindre et le ou les pistons. Le mélange formé en ajoutant de l'eau et en mélangeant est introduit dans la chambre réactionnelle, et il est comprimé par le piston et chauffé simultanément, de telle sorte que la réaction hydrothermale est effectuée. Au bout du temps prescrit, l'appareil à réaction est refroidi et le corps
fixé est évacué.
Ce qui est important pour la réaction de fixa-
tion est que le mélange soit chauffé sous pression au cours de la réaction. Par conséquent, la mise sous
pression et le chauffage peuvent être effectués séparé-
ment ou simultanément.
La figure 1 est un diagramme par bloc montrant un mode opératoire de fixation d'une cendre d'incinérateur conforme à l'invention en utilisant l'appareil indiqué ci-dessus. Dans le premier stade, la cendre d'incinérateur subit un prétraitement pour l'élimination des matières non combustibles telles que boulons et fils métalliques
et agrégats de grande dimension. Ce prétraitement faci-
lite les stades ultérieurs. Dans les stades ultérieurs, la cendre d'incinérateur est pesée et une quantité prescrite de solution aqueuse de NaOH est ajoutée en
mélangeant. Le mélange obtenu est introduit dans l'appa-
reil réactionnel en vue de la réaction hydrothermale, sous pression et en chauffant. Au bout du temps prescrit, l'appareil à réaction est refroidi et le corps fixé est évacué. IL est recommandé que L'introduction du mélange dans l'appareil par réaction soit effectuée en plusieurs
portions et que chaque portion soit comprimée (temporai-
rement) chaque fois après son introduction. La compres-
sion temporaire réduit Le volume des portions indivi-
duelles introduites, et par conséquent, il est possible d'introduire une grande quantité du mélange dans l'appareil à réaction, ou il est possible de réduire la capacité de l'appareil à réaction pour une certaine quantité du mélange. La compression temporaire peut être réalisée avec environ 1/10ème de la pression utilisée pour La réaction de fixation. Lorsque tout le mélange a été introduit dans l'appareil à réaction en répétant la compression temporaire autant de fois qu'il y a de portions, la réaction de fixation est mise en route en
appliquant la pression prescrite.
La figure 2 est un diagramme par bloc montrant un mode opératoire de fixation du sorbant de l'iode
conformément à l'invention.
Les figures 1 et 2 sont données seulement à titre d'illustration et ne sont pas destinées à limiter
le domaine de l'invention.
Conformément à un procédé de l'invention, on incorpore à de la cendre d'incinérateur NaOH et si on le désire SiO2, puis on mélange, et on soumet le mélange obtenu à une réaction hydrothermale, grâce à laquelle on obtient un corps fixé ayant le réseau tridimensionnel d'un aluminosilicate contenant un alcali partiellement
hydraté. Ce corps fixé retient les métaux dans sa masse.
Conformément à l'autre procédé de l'invention, on fait adsorber de l'iode sur un sorbant et on incorpore au sorbant de l'iode obtenu un hydroxyde de métal alcalin ou un hydroxyde de métal alcalino terreux et si on le désire de l'eau, et on soumet le mélange obtenu à une réaction hydrothermale, grâce à quoi on obtient un corps fixé ayant le réseau tridimensionnel d'un aluminosilicate contenant un alcali partiellement hydraté. Ce corps fixé retient l'iode sous la forme de composés très stables tels que AgI et AgIO3. Par conséquent, le second procédé est très efficace pour fixer un sorbant qui a adsorbé de
l'iode radioactif.
La fixation de la cendre d'incinérateur et la
fixation du sorbant de l'iode dans cette invention four-
nissent toutes deux des corps fixés très compacts et très solides, qui sont stables sur une longue durée de stockage,
et qui donnent lieu à une très faible extraction des ions métalli-
ques ou de l'iode par lessivage. Les corps fixés ainsi produits ont un volume beaucoup plus faible que la cendre d'incinérateur ou le sorbant de l'iode. Une réduction de volume à 1/6ème ou moins est possible dans le cas de la cendre d'incinérateur. L'appareil de chauffage et de compression nécessaire pour le procédé de l'invention n'a rien de particulier, et les additifs nécessaires pour le procédé sont bon marché. Ainsi, la fixation conforme
à l'invention peut être effectuée avec un coût de fonc-
tionnement réduit.
Le procédé de l'invention est facile à mettre
en oeuvre et son utilisation est pratique.
L'invention sera mieux comprise en se référant aux exemples suivants; cependant, ces exemples sont destinés à illustrer l'invention et ne doivent pas être
considérés comme en limitant le domaine.
EXEMPLE I
On prépare un échantillon de cendre ayant la composition indiquée dans le tableau I en incinérant un déchet constitué de bois résineux (10 % en poids), de
coton (34 % en poids), de papier d'impression de calcula-
teur (6 % en poids), et de feuille de polyéthylène (50 % en poids). On mélange un kilog de cet échantillon de cendre avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium par pulvérisation. (La quantité et la concentration de la solution NaOH sont indiquées dans la note au bas du
tableau II). On soumet Le mélange à une réaction hydro-
thermale sous 29400 kPa et à 300 C pendant 20 minutes,
grâce à quoi le mélange est transformé en un corps fixé.
L'appareil pour la réaction hydrothermale est constitué d'un cylindre d'acier inoxydable, d'une paire de pistons d'acier inoxydable ajustés aux deux extrémités du cylindre, et d'un fil de chauffage de 2 kW (3mm de diamètre) enroulé autour du cylindre. Au centre du cylindre, se trouve un puits de thermocouple qui s'étend au voisinage (2mm) de la surface interne du cylindre. La température de réaction est détectée par un thermocouple
inséré dans ce puits.
Le cylindre a 100 mm de diamètre interne et mm de diamètre externe et 300 mm de long, et le piston a 120 mm de long. On applique une pression prescrite
(dans la direction de la compression) ou pistons en utili-
sant une machine universelle d'essai type Instron (fabri-
quée par Shimadzu Seisakusho Ltd.).
On plonge le corps fixé ainsi obtenu dans de l'eau distillée à 70 C pendant 24 heures, et on mesure la vitesse d'extraction par lessivage. Les résultats sont
donnés dans le tableau II.
On répète l'expérience ci-dessus, excepté que la température de la réaction hydrothermique est fixée à 150 C, 200 C et 350 C. Les résultats sont donnés dans
le tableau II.
EXEMPLE II
On produit des corps fixés de la même manière que dans l'exemple I, excepté que la concentration et la quantité de la solution de NaOH et la température de réaction sont celles indiquées dans la note au bas du tableau III. Les corps fixés sont examinés en ce qui concerne la vitesse d'extraction par lessivage de la même manière que dans l'exemple I. Les résultats sont donnés
dans le tableau III.
EXEMPLE III
On produit des corps fixés de la même manière que dans l'exemple 1, excepté que la concentration et la
quantité de la solution de NaOH et la pression de réac-
tion sont celles indiquées dans la note au bas du tableau IV. Les corps fixés sont examinés en ce qui concerne la vitesse d'extraction par lessivage de la même manière que dans l'exemple I. Les résultats sont donnés dans le
tableau IV (dans l'exemple suivant, la vitesse d'extrac-
tion par lessivage est mesurée de la même manière que
dans l'exemple I).
EXEMPLE IV
On produit des corps fixés de la même manière que dans l'exemple I, excepté que la concentration et la quantité de la solution de NaOH et le temps de réaction sont ceux indiqués dans la note au bas du tableau V. Les corps fixes sont examinés en ce qui concerne la vitesse d'extraction par lessivage de la même manière que dans l'exemple I. Les résultats sont donnés dans le
tableau V.
EXEMPLE V On produit des corps fixés de la même manière que dans l'exemple I,
excepté qu'on ajoute 150 ml de solution aqueuse de NaOH 10 N, et qu'on fait varier la
température de réaction dans l'intervalle de 150 à 350 C.
On examine les corps fixés en ce qui concerne la résis-
tance à la compression. Les résultats sont donnés dans
la figure 3.
EXEMPLE VI
On produit des corps fixés de la même manière que dans l'exemple I, excepté qu'on ajoute 150 ml de solution aqueuse de NaOH 10 N, et qu'on fait varier la pression pour la réaction hydrothermale dans l'intervalle de 9800 à 49000 kPa. On examine les corps fixés en ce qui concerne la résistance à la compression. Les résultats
sont donnés dans la figure 4.
1 6
EXEMPLE VII
On produit des corps fixés de la même manière que dans l'exemple VI, excepté qu'on utilise une solution aqueuse de NaOH 9 N. On examine les corps fixés en ce qui concerne la résistance à la compression. Les résultats
sont donnés dans la figure 4.
EXEMPLE VIII
On produit des corps fixés de la même manière que dans l'exemple I, excepté qu'on ajoute 150 ml de solution aqueuse de NaOH 10 N et qu'on fixe la pression pour la réaction hydrothermale à 49000 kPa et que l'on fait passer le temps de réaction dans l'intervalle de 20 à 60 minutes. On examine les corps fixés en ce qui concerne la résistance à la compression. Les résultats
sont donnés dans la figure 5.
EXEMPLE IX
On produit des corps fixés de la même manière
que dans l'exemple VIII, excepté qu'on utilise une solu-
tion aqueuse de NaOH 8 N. On examine les corps fixés en
ce qui concerne la résistance à la compression. Les ré-
* sultats sont donnés dans la figure 5.
EXEMPLE X
On produit des corps fixes de la même manière
que dans l'exemple I, excepté qu'on modifie la concentra-
tion et la quantité de solution aqueuse de NaOH. On exa-
mine les corps fixés en ce qui concerne la résistance à
la compression. Les résultats sont donnés dans la figure 6.
Les résultats des exemples ci-dessus indiquent que par le procédé de l'invention, on peut transformer la cendre d'incinérateur en un corps fixé de petite dimension et résistant qui résiste à l'extraction par lessivage. Le volume de la cendre d'incinérateur est
réduit à environ 1/6ème par le procédé de fixation.
TABLEAU I
Propriétés et composition d'une cendre d'incinérateur Propriétés Valeurs Propriétés physiques densité absolue (g/cm3) (méthode au pygnomètre) 3,12 densité apparente 3 (tassement Lâche) (g/cm) 0,34 (tassement serré) (g/cm3) 0,59 Angle d'éboulement 47 Composition (% en poids) Eau 0,11 Perte à la calcination 0,72 SiO2 36,41
AI2 3 16,70
CaO 6,84 Fe2 03 16,44 MgO 9,68 Na2 0 1,11
K20 0,66
Cr203 0,15 TiO 2 1,06
SO4 3,33
Cl 0,4 Autres 6,31
TOTAL 100,00
TABLEAU II
emúeérature de réaction et vitesse d'extraction par lessivaDe (*1) Température de réaction Vitesse d'extraction par ( C) lessivage (g/cm3. jour) 2,17 x 10 2 200 1,83 x 102 300 7,95 x 10 3 350 7,05 x 10- 3 Pression de réaction: 29400 kPa Temps de réaction: 20 minutes Quantité de solution aqueuse alcali ajoutée: ml de NaOH 10 N/lkg de cendre d'incinérateur
(*2) (*3)
(*1) La perte de poids-par unité de volume qui se pro-
duit lorsqu'on plonge le corps fixé dans de l'eau distillée à 700C pendant 24 heures. La quantité d'eau distillée est de 8 cm3 par cm2 de surface du
corps fixé. Ceci s'applique aux tableaux 2 et 3.
(*2) La teneur en Na20 est de 6,71 % si la quantité d'eau ajoutée et la quantité d'eau provenant de
NaOH sont déduites.
(*3) La quantité d'eau ajoutée est de 15,4 parties en poids pour 100 parties en poids de cendre et de
Na20 au total.
TABLEAU III
Pression de réaction et vitesse d'extraction par lessiv-ae No Pression de réaction Vitesse d'extraction par (kPa) lessivage (g/cm3.jour) a 9500 1, 24 x 10- 2 b 24800 7,50 x 10 3 c 29800 7,79 x 10 3 d 39700 1,15 x 10 2 e 49600 1,03 x 10-2 f 49600 7,95 x 103 Température de réaction: 300 C Temps de réaction: 20 minutes Quantité de solution aqueuse alcali ajoutée: a, c, f = 150 mI de NaOH 10 N/lkg de cendre d'inciné rateur (La teneur en Na20 est de 6,71 %, et la quantité d'eau ajoutée est de 15,4 parties en poids pour 100 parties
en poids de cendre et de Na20 au total).
b, d, e = 150 ml de NaOH 8 N/1 kg de cendre d'incinérateur (La teneur en Na20 est de 4,66 %, et la quantité d'eau ajoutée est de 15,5 parties en poids pour 100 parties
en poids de cendre et de Na20 au total).
TABLEAU IV
Pression de réaction et vitesse d'extraction par Lessivage NO Temps de réaction Vitesse d'extraction par (min) lessivage (g/cm3.jour) g 20 7,95 x 10 3 h 20 1,03 x 10 2 i 30 1,72 x 10- 2 i 45 1,33-x 10-2 k 60 7,83 x 10 3 l 60 1,08 x 10 -2 Pression de réaction: 29400 kPa Température de réaction: 300 C Quantité de solution aqueuse d'alcali ajoutée: g, k = 150 mL de NaOH 10N/1 kg de cendre d'incinérateur h, i, j, l = 150 ml de NaOH 8 N/1 kg de cendre d'incinérateur
TABLEAU V
Quantité d'alcali ajoutée et vitesse d'extraction 2aú lessivage.
Quantité de so- Vitesse d'ex-
lution aqueuse traction par Eau Na20 de NaOH lessivage (*1) (*2) (g/cm3. jour) 4 N 150 ml 1,78 x 10- 2 15,6 2,29 -2 6 N 150 mL 1,86 x 1O-2 15,5 3, 79 8 N 150 ml 1,03 x 10 2 15,5 4,66 N 150 ml 7,95 x 10- 3 15,4 6,71 4 N 100 ml 1,03 x 1 O2 10,2 2,67 8 N 100 ml 6,53 x 10- 3 10,4 4,18 N 100 ml 1, 62 x 10 2 10,5 4,91 Température de réaction: 300 C Temps de réaction: 20 minutes Pression de réaction: 29400 kPa Quantité de solution aqueuse d'alcali ajoutée: ml de NaOH 10 N/1 kg de cendre d'incinérateur
(*2) (*3)
(*1) Quantité d'eau ajoutée pour 100 parties en poids
de cendre et de Na20 au total.
(*2) Teneur en Na20 qui est calculée en déduisant la quantité d'eau ajoutée après l'addition de solution
aqueuse de NaOH.
EXEMPLE XI
On prépare un sorbant avec L'iode adsorbé en laissant 10 kg de zéolite chargée à l'argent ("SiLver ZeoLite, Type III", produit par Rasa Industries Ltd., diamètre de particule de 2 à 1,19 mm) et 2 kg d'iode dans un récipient fermé de 20 litres jusqu'à ce que l'iode disparaisse par volatiLisation. On mélange 1 kg de cet échantillon de sorbant avec 200 ml de solution
aqueuse de NaOH 6 N par pulvérisation pendant 1 minute.
On soumet le mélange à une réaction hydrothermale sous 29400 kPa et à 200 C pendant 30 minutes en utilisant le même appareil que dans l'exemple I, de sorte que le mélange est transformé en un corps fixé. On examine Le
corps fixé ainsi obtenu en ce qu'il concerne La résis-
tance à La compression en utilisant le même appareil que dans l'exemple I ( la pression est appliquée aux deux extrémités du corps fixé cylindrique) . Les résultats
sont donnés dans le tableau VII.
On plonge le corps fixé ainsi obtenu dans de l'eau distillée à 70 C pendant 24 heures, et on mesure la vitesse d'extraction de l'iode par lessivage. Les
résultats sont également donnés dans le tableau VII.
La vitesse d'extraction par lessivage est calculée à partir de la quantité d'iode qui a été extraite par lessivage lorsque le corps fixé a été plongé dans de l'eau distillée à 700 C pendant 24 heures. La quantité d'eau distillée est de 8 cm3/cm2 de surface du corps fixé. Les méthodes utilisées dans ces exemples pour mesurer la résistance à la compression et La vitesse d'extraction par lessivage sont appliquées aux exemples
XII à XVI ci-après.
EXEMPLES XII à XIV
On produit des corps fixés de la même manière que dans l'exemple XI, excepté que la pression de réaction, la température et le temps sont modifiés comme il est indiqué dans Le tableau VI. On détermine sur les corps fixés La résistance et la vitesse d'extraction par lessivage de La même manière que dans L'exemple XI. Les
résultats sont donnés dans Le tableau VII.
EXEMPLES XV et XVI On prépare des corps fixés de la même manière que dans l'exemple XI, excepté qu'on remplace L'hydroxyde de sodium par une solution aqueuse 6 N d'hydroxyde de potassium dans l'exemple XV et on utilise de L'hydroxyde
de baryum (Ba(OH)2.8H20) broyé à la même tailLe de parti-
cule que la zéolite d'argent dans une quantité de 2 g pour 9 g de la zéolite d'argent dans L'exemple XVI. Les conditions réactionnelles sont indiquées dans le tableau VI. On détermine sur les corps fixes ainsi obtenus La résistance et la vitesse d'extraction par lessivage. Les
résultats sont donnés dans le tableau VII.
On note dans Le tableau VII que conformément au procédé de l'invention, le sorbant de l'iode peut être transformé en un corps fixé très solide qui est
extrêmement résistant à l'extraction par Lessivage.
TABLEAU VI
Conditions de réaction Exemple Additif Quantité Pression Température Temps NO ajoutée (kPa) ( C) (min) (mi) XI 6N NaOH 200 29400 200 30 XII 6N NaOH 200 29400 300 30 XIII 6N NaOH 200 29400 400 30 XIV 6N NaOH 100 29400 300 30
XV 6N KOH 200 29400 300 30
XVI Ba(OH)2.8H20 200 29400 300 30
TABLEAU VII
Valeurs mesurées
________________
Exemple Résistance à la Vitesse d'extraction par N compression lessivage (g/cm2/jour) (kPa) -5 XI 44100 6 x 19 XII 96000 1 x 103 XIII 117600 2 x 10-3 XIV 112700 2,5 x 10-3 XV 102900 9 x 10-4 XVI 117600 8 x 10-4
Claims (21)
1. Procédé pour fixer une cendre d'incinérateur
contenant SiO2 et AL203, ce procédé consistant à incor-
porer à la cendre d'incinérateur NaOH ou NaOH et une substance contenant SiO2 dans une quantité telle que le mélange obtenu contienne 25 à 90 % en poids de Si02, 2 à 10 % en poids de Na20, et plus de 3 % en poids d'A1203 ce qui est moins que la teneur en SiO2 exprimée en mole %; à mélanger 100 parties en poids du mélange avec plus de 5 parties en poids d'eau; et à soumettre le mélange obtenu à une réaction hydrothermale sous une pression de 6860 kPa et davantage et à une température de 150 C et davantage.
2. Procédé pour fixer une cendre d'incinérateur suivant la revendication 1, dans lequel NaOH et l'eau
sont ajoutés sous forme d'une solution aqueuse de NaOH.
3. Procédé pour fixer une cendre d'incinérateur suivant la revendication 1, dans lequel la substance
contenant SiO2 est une silice ou un kaolin.
4. Procédé pour fixer une cendre d'incinérateur
suivant la revendication 1, qui consiste en outre à intro-
duire le mélange dans l'appareil à réaction sous pression en plusieurs portions et après ces chaques portions à
chaque fois que cette portion est placée dans l'appareil.
5. Procédé pour fixer une cendre d'incinérateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que de l'eau est ajoutée dans une proportion de 5 à 20 parties pour
cent parties en poids du mélange.
6. Procédé pour fixer une cendre d'incinérateur suivant la revendication 1, dans lequel la teneur en SiO2
du mélange est de 30 à 60 % en poids.
7. Procédé pour fixer une cendre d'incinérateur suivant la revendication 1, dans lequel le mélange contient 1 ou plusieurs types d'oxydes métalliques choisis parmi
Fe203, Cr203, MgO, CaO, TiO2, et K20.
8. Procédé pour fixer une cendre d'incinérateur suivant la revendication 1, dans lequel la teneur en oxyde
métallique dans le mélange est de 40 % en poids.
9. Procédé pour fixer une cendre d'incinérateur suivant la revendication 1, dans lequel le mélange contient S04 et/ou CL dans une proportion inférieure à 20 % en
poids au total.
10. Procédé pour fixer une cendre d'incinérateur suivant la revendication 1, dans lequel la température de
chauffage est de 200 à 350 C.
11. Procédé pour fixer une cendre d'incinérateur suivant la revendication 1, dans lequel le temps de réaction hydrothermale est de 5 min à 1 h.
12. Procédé pour fixer une cendre d'incinérateur
suivant la revendication 1, dans lequel la réaction hydro-
thermale est effectuée en utilisant un appareil constitué d'un cylindre, d'un piston adapté à une extrémité du cylindre ou de deux pistons adaptés aux deux extrémités du cylindre, et d'une chambre à réaction au centre du
cylindre.
13. Procédé pour fixer un sorbant de l'iode qui consiste à faire adsorber l'iode sur un adsorbant de silicate chargé à l'argent, à incorporer au sorbant de l'iode I à 30 % en poids d'au moins un des composés hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium et hydroxyde de baryum, et à soumettre le mélange obtenu à une réaction hydrothermale sous une pression de 6860 kPa et
davantage et à une température de 150 C et davantage.
14. Procédé pour fixer un sorbant de l'iode suivant la revendication 13, dans lequel l'adsorbant de
silicate est la zéolite et/ou la mordénite.
15. Procédé pour fixer un sorbant de l'iode suivant la revendication 13, dans lequel l'adsorbant de
silicate est chargé avec 5 à 50 % en poids d'argent.
16. Procédé pour fixer un sorbant de l'iode suivant la revendication 13, dans lequel L'adsorbant de
silicate est chargé avec 10 à 40 % en poids d'argent.
17. Procédé pour fixer un sorbant de L'iode suivant la revendication 13, dans lequel de l'eau est ajoutée dans une proportion de 5 à 20 parties en poids du mélange.
18. Procédé pour fixer l'adsorbant de l'iode suivant la revendication 13, dans lequel la température
de chauffage est de 200 à 350 0C.
19. Procédé pour fixer l'adsorbant de l'iode suivant la revendication 13, dans lequel la durée de la
réaction hydrothermale est de 5 minutes à 1 heure.
20. Procédé pour fixer l'adsorbant de l'iode suivant la revendication 13, dans lequel la réaction hydrothermale est effectuée en utilisant un appareil
constitué d'un cylindre, d'un piston adapté à une extré-
mité du cylindre ou de deux pistons adaptés aux deux extrémités du cylindre, et d'unechambre à réaction au
centre du cylindre.
21. Procédé pour fixer l'adsorbant de l'iode suivant la revendication 13, dans lequel l'iode est de
l'iode radioactif.
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