Brevet FR2001113A1 — publié le 19690926

- Lors de la fabrication de corps frit- tés céramiques à partir de bioxyde d'uranium pour leur emploi comme combustible nucléaire dans les réacteurs, il se produit au cours des stades particuliers de la confection des quantités différentes de grenailles de diverses sortes. On compte d'abord sur un dépôt de grenaille d'environ jusquà 10 io de la quantité d'oxyde initialement introduite 9 qui slamoncelle en grenaille débauche de contact en cas de compression de la poudre de bioxyde d'uranium, en pastil- le de grenaille frittée en cas de frittage et polissage, et en bourbe de polissage en cas de meulage des pastilles frittées aux tolérances diamétrales. Ces grenailles de différentes sortes ont été jusqu'ici le plus souvent traitées par des procédés chimiques humides onéreux par dégourdissage, dissolution dans EN03 sous formation de nitrate d'uranyle, extraction liquide - liquide de celui-ci, precipitation de l'uranium, filtration et réduction en U 2 Partieulièrement lors du traitement de grenaille à haute teneur en l'isotope d'uranium fissile U 235 - appelé "uranium enri -, -, ce procédé à stades nombreux conduit à des couts élevés, parce qu'il est exécuté en charges de quantités précises, avec une dépense d'administration considérable et des quotas de pertes relativement élevés. Les efforts effectués jusqu'ici par le traitement à sec des grenailles ont été limités au broyage fin des grenailles d'ébauche de contact et frittées, Ce procédé est cependant aussi très onéreux, parce qu'il faut un processus de broyage en trois stades avec un tamissage intermédiaire 20 30 pour obtenir une poudre qui ne répond cependant qu'approxi mativement aux exigences de qualité pour le frittage En outre de l'insuffisante valeur économique de ce procédé, il faut consi dérer les inconvénients essentiels d'une dimunution de la qualité de surface et de la pureté des corps frittés, parce qu'au cours du processus de broyage en trois stades sont introduites par frot tement des quantités importantes de Fe, Cr et Nio L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un procédé de traitement à sec de grenaille de combustible nucléaire U02 céramique, procédé caractérisé par ce qu'on transforme celle-ci par oxydation en atmosphère d'air, ou par traitement à la vapeur d:eau à tempé rature élevée, ou par séchage, en une poudre pure en fines parti cules de U308 ou U02, et l'on mélange cette poudre directement à la poudre frittable de U02. L'invention concerne également les produits obtenus par le procédé conforme aux revendications 1 à 7. Des modes de réalisation du procédé conforme à l'invention sont représentés à l'aide de repré sentations schématiques des installations dans les dessins ciaprès dans les quels - la figure 1 représente une installation pour le traitement de l'UO2. - la figure 2 représente un dispcc sitiR de mélangeage. - la figure 3 représente un dispos Bitif de tamisage. Conformément à l'invention, on transforme les grenailles oxydées de différentes sortes par un traitement thermique à 350 OC - 500 OC en atmosphbre oxydante en une poudre pure en fines particules de U308 et, éventuellement, ffi moyen d'une réduction subséquente par l'hydrogène, en une poudre de U02 On tamise cette poudred On a maintenant découvert qu'on peut remplacer l'oxydation de la bourbe de polissage par un trait tement à la vapeur pour l'élimination par distillation de l'huile de meulage, ou en utilisant un liquide de meulage adéquat par un simple séchage à environ 100 C, de telle sorte qu'aprbs le tamisage du gSteau sec, on obtient une poudrede U02, que l'on peut renvoyer directement au traitement. On effectue le mélangeage des constituants de la poudre de grenaille avec la poudre initiale, d'une façon simple, dans un appareillage de mélangeage voulu, pu exemple en l'exécutant dans un mélangeur à chute libre, oW l'on obtient une macrohomogénéité satisfaisante du mélange pulvérulerUi On a trouvé qu'on obtient la microhomogéinité voulue, et dans bien des cas nécessaire, du mélange pulvérulent par un tamisage à une largeur de mailles de 100 ffi dans un tamis de grande capacité. L'avantage particulier de ce procédé simple réside en ce que l'on peut ajouter à la poudre d'oxyde ainsi obtenue (U308 ou UO2), indépendamment de la sorte de grenaille, jusqu'd 20 % en poids de poudre d'U02 frittable, sans influencer le traitement du mélange par pressage, frittage et polissage, et la qualité du produit. L'addition de pourcentages élevés de poudre de grenaille doit opportunément être effectuée en partie sous forme de U02 pour ne pas dépasser dans le mélange pulvérulent le rapport OlU de 2,20. Pourfun rapport O/U plus élevé, des difficultés interviennent durant le processus de frittage. On effectue l'élimination d'oxygène ultrastoechiométrique dans la zone de préchauffage du four de frittage par réduction avec 1 1hydrogène. En résumé, le présent procédé offre les avantages suivants 1) Toutes les sortes de grenailles (lingots, corps frittés, bourbe de polissage), sont, par un procédé simple et unique, transformés en U306 finement pulvérisé ou en U02 pulvérulent, purs. 2) Ce procédé de traitement permet de mélanger directement la poudre de grenaille avec la poudre initialé dé U02, en obtenant une bonne microhomogénéité, sans que le paramètre du procédé au pressage, au frittage ou au polissage en soit modifié. 3) Ce procédé peut être introduit directement dans les divers stades d'achèvement, de telle sorte qu'un nouveau traitement de la grenaille est immédiatement réalisable. 4) La qualité de la poudre obtenue autorise jusqu'à 20 % en poids de la poudre de U02 initiale, m8me sous forme de U308 pulvérulent. L'invention est décrite à titre non limitatif dans les exemples ci-après. EXEMPLE. La figure 1 représente un dispositif d'exécution du présent procédé. Cilui-gi est constitué d'un four d'oxydation 1 avec un récipient de réaction vertical 2 en acier anti-corrosion de 200 mm de diamètre et 1.000 mm de haut. Dans ce récipient sont construites des grilles de tamisage sus ceptibles de vibrations 3. Au-dessous du récipient de réaction est aménagé un tamis secoueur 4, d'où la poudre en fines particules tombe dans une tuyère de réception 8, qui repose sur une bascule 90 La matière en gros grains tombe de la surface supérieure du tamis dans une seconde tuyère de réception 10. Le processus de vibration est assuré par un dispositif de secouage 11. Dans ce dispositif sont oxydés par heure 5 kg, de grenaille de U02, constitués de lingots, de corps frittés et de bourbe de polissage, dans un courant d'air à 440C. La poudre de U3O8 en fines particules tombant à travers le tamis inférieur est taminée en continu sur le tamis vibrant intercalé 150 . 10 kg de cet U308 pulvérulent sont chaque fois mélangés aux 90 Kg. de U02 pulvérulent frittable. Pour exécuter le mélangeage, on utilise un dispositif conforme à la figure 2. Celui-ci est constitué d'un récipient mélangeur de forme géométrique 12. Le processus de mélangeage est réalisé suivant le principe des couches vibrantes, aans lequel de l'air est soufflé rapidement par un fond d'arrivée d'air cynique et la poudre en vibration tourbillonne. En quelques minutes, on obtient un mélange régulier des deux poudres. On conduit la poussière d' oxyde d'uranium entraînée par le gaz de tourbillonnemment par un cyclone 14 dans un filtre placé au-dessue, et dans celui-ci l'on sépare la poussière d'oxyde d'uranium sur les filtres métalliques de frittage 16. Le récipient de réaction 12 est pesé avec une balance à ressort 17. On obtient la microho mogdnéité voulue (pas d'agglomérat > 100 ) du mélange pulvérulent par un tamisage à largeur de mailles de 100 > avec un tamis de pa- pier de grande capacité (débit Le mélange pulvérulent achevé est envoyé directement par voie pneumatique dans les cylindres de presse. On traite le mélange pulvérulent obtenu, d'une manière connue, en corps frittés de U02. On ne note aucune différence de aualité ni de mise en oeuvre entre cette poudre et une poudre fraîche frittable de UO2. EXEMPLE 2 On approvisionne l'appareillage décrit dans l'exemple 1 avec 5 kg par heure de bourbe de polissage de U02 qui contient encore de plus grandes quantités d'huile, et l'on traite cette bourbe avec-de l'hydrogène à 200 C. La plus grande quantité de l'huile de polissage adhérente est expulsée. On tamise la poudre de U02 sèche et finement divisée EXEMPLE 3 En utilisant un milieu de polissage fluide approprié, on transforme par heure 5 kg. de bourbe de polissage dans l'appareillage décrit dans ltesemple 1, et cela au moyen d'un simple séchage à 1000C, en poudre de U02 en fines particules. On pouvait traiter cette poudre de grenaille de la même manière en obtenant le même résultat qu'avec la poudre décrite dans les exemples 1 et 2. EXELE 4 Comme dans l'exemple 1, on oxyde d'abord 5 kg. de grenaille en poudre de U308 en fines particules, puis on la réduit par l'hydrogène en poudre de U020 On mélange cette poudre de grenaille de UO2, comme décrit dans les exemples 1 et 2, avec la poudre de U02 initiale et on la met sous forme de corps frittés de U02 en obtenant d'aussi bons résultats. La figure 3 représente un dispositif d'exécution du tamisage. La matière non tamisée est conduite par un cyclone 21 et une vis transporteuse 22 au dispositif de tamisage 23, constitué d'un panier cylindrique à batteurs. La poudre sortant du panier cylindrique vers l''extérieur tombe par une bouche cynique 24 dans une conduite tubulaire 25, d'où la matière tamisée est envoyée directement par voie pneumatique dans un récipient de stockage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Procédé de traitement à sec de grenaille de combustible nucléaire U02 céramique, procédé caractérisé en ce dugon transforme celle-ci par oxydation en atmosphère d'airs ou par traitement à la vapeur d'eau à température élevée ou par séchage en une poudre pure en fines particules de U308 ou U02, et l'on mélange cette poudre directement à la poudre frittable de U02. 20) Procédé conforme à la revend dication 1, caractérisé en ce qu'on soumet le bioxyde d'uranium obtenu à un tamisage. 30) Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue l'oxydation des lingots non frittés, des pastilles frittées et des bourbes de polissage à une température comprise entre 3500 et 5000 C, de préférence cependant entre 4000 et 4500 C, en atmosphère oxydante, de préférence dans l'air. 40) Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réduit par l'hydrogène la poudre de U308 produite par oxydation et qu'on la mélange, en ta s que poudre de U02, à la poudre initiale frittable de U02. 50) Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet la bourbe de polissage de U02 à un traitement par la vapeur d'eau à une température comprise entre 150 et 2500 O, de préférence à 2000 O, pour chasse l'huile de polissage. 60) Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on sèche la bourbe de polissage à l'air à 1000 C en utilisant un liquide de polissage. 70) Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on exécute le traitement de la grenaille en continu. 80) Les produits obtenus par le procédé conforme à l'une quelconque des revendications prdeédente$c