Brevet FR2064351A1 — publié le 19710723

! 2064351 La présente invention concerne le traitement de l'uranium, et plus spécialement un procédé "à sec" pour la transformation de l'hexafluorure d'uranium en oxydes d'uranium, en particulier en bioxyde d'uranium. 5 La réaction de l'hexafluorure d'uranium avec de la vapeur sèche pour produire du fluorure d'uranyle (UOgï1,) est bien connue» On sait également que le fluorure d'uranyle obtenu peut être encore mis en réaction à des températures plus élevées, soit avec la vapeur d'eau, soit avec l'hydrogène ou de préférence avec un mélange 10 de vapeur d'eau et d'hydrogène pour produire un oxyde d'uranium de faible teneur en fluorure. Jusqu'à présent, le fluorure d'uranyle a été obtenu par réaction de l'hexafluorure d'uranium gazeux avec la vapeur sèche dans un récipient réaetionnel, le fluorure d'uranyle ainsi produit 15 étant alors transporté dans un autre récipient réaetionnel pour y être transformé ultérieurement en l'oxyde d'uranium désiré en le traitant par la vapeur d'eau et/ou l'hydrogène. Bien que le fluorure d'uranyle tel qu'il est produit par la première réaction soit de nature légèrement réactive, il ne 20 s'écoule pas librement et peut facilement s'agglomérer, Par suite, le fluorure d'uranyle n'est pas facilement transportafcie entre les récipients réactionnels. Egalement, étant donné que le fluorure d'uranyle est de nature très toxique, son transport entre les récipients réactionnels présente un danger. Etant donné que la 25 poudre peut si facilement s'agglomérer, il peut se produire un colmatage de l'appareillage pendant le transport du fluorure d'uranyle nécessitant un démontage de l'appareillage, ce qui peut être la cause d'un dégagement de fluorure d'uranyle dans la zone de travail. - 30 Selon la présente invention, l'hexafluorure d'uranium est mis en réaction avec la vapeur sèche pour produire du fluorure d'uranyle en poudre dans une première région d'un récipient réaetionnel, la poudre de fluorure d'uranyle ainsi obtenue étant déposée directement dans une seconde région de ce même récipient dans 35 laquelle le fluorure d'uranyle est mis en réaction à une température plus élevée avec la vapeur d'eau ou l'hydrogène ou un mélange .de vapeur d'eau et d'hydrogène pour transformer le fluorure d'ura- BAD ORIGINAL 70 37182 2064351 nyle en oxyde d'uranium désiré. L'hexafluorure d'uranium et la vapeur sèche peuvent être injectés ensemble dans, la première région du.--récipient réaetionnel pour former le fluorure d'uranyle. En variante, l'hexafluorure 5 d'uranium peut être injecté seul dans la première région du récipient pour réagir avec la vapeur d'eau en excès, provenant de la seconde région dudit récipient réaetionnel, c'est-à-dire de la réaction transformant le fluorure d'uranyle en oxyde d'uranium. Le fluorure d'uranyle ainsi produit par la réaction entre l'hexa-10 fluorure d'uranium gazeux et la vapeur sèche et qui se dépose directement au fur et à mesure qu'il est formé dans la seconde région du récipient réaetionnel à l'endroit où il est transformé en oxyde d'uranium voulu,est de nature finement divisée? de manière à pouvoir réagir avec les réactifs (par exemple la vapeur d!eau, 15 l'hydrogène ou des mélanges de vapeur d"eau et d'hydrogène) dans la seconde région du récipient. Le dépôt direct du fluorure d'uranyle pour le transformer en oxyde d'uranium de cette manière signifie que le fluorure d'uranyle ne subit pas de changement imprévisible, comme celui qui peut se produire lorsque le fluorure 20 d'uranyle est transporté entre des récipients réactionnels séparés et qui peut affecter la reproductibilité de la nature de l'oxyde d'uranium produit. Etant donné que le -fluorured'uranyle est produit et transformé en oxyde d'uranium dans le même récipient réaetionnel, cela 25 a également pour effet d'éviter les difficultés de. transport et les dangers dus à sa nature toxique qui. se présentent au'cours du transport du fluorure d'uranyle entre .des récipients réactionnels distincts. Selon un mode préféré--de mise en oeuvre d'un procédé selon 30 la présente invention, on utilise un four du type à tambour rotatif incliné. Il est prévu une chambre d'entrée qui est reliée à l'extrémité supérieure du tambour du four. L'hexafluorure d'uranium gazeux et la vapeur sèche sont injectés ensemble dans la chambre d'entrée par un ajutage comportant des.-tubes concentriques interne 35 et externe, l'hexafluorure .d'uranium passant par- le. tube; interne et la vapeur sèche par l'espace annulaire compris entre les tubes interne st externe de l'ajutage. A la sortie de'l'ajutage, l'hexa~ BAD ORIGINAL 70 37182 3 2064351 fluorure d'uranium et la vapeur sèche réagissent ensemble pour former un nuage de poudre de fluorure d'uranyle en forme de plumet et l'ajutage est disposé de façon que le nuage de poudre de fluorure d'uranyle soit dirigé vers l'extrémité supérieure du tambour 5 du four. La majeure partie du fluorure d'uranyle formé dans le nuage est acheminée vers l'extrémité supérieure du tambour du four par la vitesse d'éjection à partir de l'ajutage. La poudre de fluorure d'uranyle déposée dans l'extrémité supérieure du tambour du four 10 descend lentement et constamment le long du tambour rotatif grâce à l'angle d'inclinaison de ce tambour qui est incliné vers le bas de la chambre d'entrée à l'autre extrémité à partir de laquelle l'oxyde d'uranium produit est déchargé dans une chambre de sortie. La poudre de fluorure d'uranyle, en descendant le long du tambour 15 du four, entre en contact avec la vapeur d'eau, l'hydrogène ou un mélange de vapeur/à'eau et d'hydrogène s'écoulant à contre-courant, ces gaz étant introduits dans l'extrémité inférieure du tambour par l'intermédiaire de la chambre de sortie de l'oxyde d'uranium produit. La température régnant dans le tambour du four est mainte-20 nue au niveau nécessaire pour transformer la poudre de fluorure d'uranyle en oxyde d'uranium voulu par des rangées externes d'éléments de chauffage entourant ledit tambour. Les éléments de chauffage peuvent être réglés indépendamment et séparément de manière à établir un profil de température prédéterminé le long 25 du tambour du four. Dans ce tambour, il peut être prévu des filets de levage qui secouent la poudre de fluorure d'uranyle et la contraignent à descendre en suivant un trajet hélicoïdal, de manière à se déplacer à contre-courant par rapport aux gaz réactifs, tout en étant sou-30 levée et secouée, ce qui garantit un contact efficace entre les gaz et les matières solides et une transformation rapide et efficace de la poudre de fluorure d'uranyle en poudre d'oxyde d'uranium Le secouage de la poudre de fluorure d'uranyle en descendant le long du tambour du four produit l'agglomération nécessaire de la 35 poudre, tout en lui donnant la densité voulue de façon que la poudre d'oxyde d'uranium finalement produite7 qui est exempts de fluorure, s'écoule librement et puisse être facilement traitée ou transportée BAD ORIGINAL 70 37182 4 2064351 dans une installation classique„ Bien que la majeur© partie du fluorure d'uranyle produit à la sortie d© l'ajutage réaetionnel soit éjectés directement dans l'extrémité d8entré® ds la poudre dans le. four, 5 une certaine proportion de la poudre d'uranyle tombe au fond de la chambre d'entrée. Les gaz résiduels sortant de l'extrémité d'entrée de la poudre entraînent également une certaine quantité de poudre de fluorure d'uranyle en sens inverse. La poudre de fluorure d'uranyle est séparée des gaz'résiduels par des filtres 10 prévus dans la chambre d*entrée. Les filtres comportent des dispositifs de soufflage en sens inverse pour enlever la poudre accumulée de fluorure d'uranyle qui, lorsqu'elle se détache des filtres, tombe au fond de la chambre d'entrée. On peut prévoir un dispositif d'alimentation à vis rotative dans la chambre d'entrée qui recueille 1 5 la poudre de fluorure d'uranyle se rassemblant sur le foncée la chambre d'entrée et l'achemine vers l'extrémité d'entrée du four. Dans un autre procédé, l'hexafluorure d'uranium est injecté seul dans 11 extrémité du four pour réagir et former un nuage en forme de plumet avec la vapeur d'eau en excès s'échappant de l'ex-20 trémité du four correspondant à la seconde zone réactionnelle dans laquelle le fluorure d'uranyle est transformé en oxyde d'uranium dans le four. La réaction entre l'hexafluorure d'uranium et la vapeur sèche dans la chambre d'entrée est conduite d'une façon typique à 25 une température du nuage comprise entre 200° et 500°C. La température réactionnelle est déterminée par le degré de préchauffage de l'hexafluorure d'uranium, par la température à laquelle la vapeur-sèche est injectée et par le fait que la réaction entre l'hexafluorure d'uranium et la vapeur sèche est exothermique et par la chaleur 30 fournie par les gaz-résiduels entrant dans la chambre d'entrée à partir de l'extrémité supérieure du tambour du four= La réaction dans le tambour du four entre la poudre de fluorure d'uranyle et la vapeur d'eaus l'hydrogène ou un mélange de vapeur d'eau et d'hydrogène, est conduite d'une façon typique à une température comprise entre 500° et 80Q0C„ Le profil de température dans 1® bad original 70 37182 5 2064351 ."tambour du four est réglé de façon que la température la plus élevée •i règne au milieu du tambour et que des températures plus basses régnent aux extrémités d'entrée et de sortie de ce tambour. Par exemple, la température régnant au milieu du tambour est comprise entre 630° et 770°G, tandis qu'il règne une température comprise entre 530° et 72G°C vers l'extrémité supérieure d'entrée fluorure d uranyle dans le tambour et une température comprise siiïis 580° et 770°C vers l'extrémité inférieure de sortie du produit de ce tambour. 10 "Dans un procédé particulier de production d'une poudre de bioxyde d'uranium, on injecte la vapeur sèche à 150°G et l'hexafluorure d'uranium à 100°C dans la chambre d'entrée par l'intermédiaire de l'ajutage pour produire le nuage en forme de plumet de la poudre de fluorure d'uranyle. Cette poudre déposée dans ie 15 tambour du four réagit ensuite, en descendant le long du tambour du four, avec un mélange de vapeur d'eau et d'hydrogène qui s3 écoule dans le tambour à contre-courant par rapport à la poudre de fluorure d'uranyle. la vapeur d'eau est injectée dans l'extrémité inférieure du tanbour à 150°G par une conduite passant à travers la chambre de 20 sortie du produit dans l'extrémité inférieure du tambour, tandis que -l'hydrogène est introduit â la pression atmosphérique par une entrée ménagée dans la chambre de sortie du produit. La température régnant dans la région située autour du centre da^ambour est maintenue—à 720°C par des éléments externes de chauffage,tandis que la tempe-25 rature régnant dans la région du tambour de part et d.5autre de la région centrale est maintenue à 630GCo I=a température régnant à 11 extrémité-supérieure du corps du. foax, 70 37182 6 2064351 dans 3s région du corps du four allant vers l'extrémité sapéiffieyre d'entrée à 53Q°09 on obtient un Mosyde d3uranium qui est fritte à une plus faible densité , par exemple de 10a5 g/cm^ » laturellement X5 invention a3 est pas limitée atax îœaes de 5 réalisation décrites et est susceptible de recevoir diverses varias, tes entrant dans le cadre et l'eaprit de l'invention» ! 70 37182 7 2064351 BEl/EKDI OATIQ3S1S 1. Procédé pour la transformation de l'hexafluorure d'uranium en oxyde d'uranium, procédé caractérisé en ce qu'on fait réagir l'hexafluorure d'uranium gazeux avec de la vapeur sèche 5 pour produire une poudre de fluorure d'uranyle dans une première région d'un récipient réaetionnel, la poudre de fluorure d'uranyle ainsi produite étant déposée directement dans une seconde région du même récipient, dans laquelle la poudre de fluorure d'uranyle est mise en réaction à une température plus élevée avec de la 10 vapeur d'eau ou de l'hydrogène, ou bien un mélange de vapeur d'eau et d'hydrogène pour transformer la poudre de fluorure d'uranyle en oxyde d'uranium voulu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on injecte ensemble l'hexafluorure d'uranium et la vapeur sèche 15 dans la première région du récipient réaetionnel pour qu'il réagisse en phase vapeur et forme une poudre de fluorure d'uranyle, la réaction étant conduite à une température comprise entre 200°C et 500°C, la poudre de fluorure d'uranyle ainsi produite étant déposée directement dans la seconde région du récipient, la réaction 20 entre la poudre de fluorure d'uranyle et la vapeur d'eau, l'hydrogène ou un mélange de vapeur d'eau et d'hydrogène étant conduite à une température comprise entre 500° et 800°C. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluorure d'uranyle est produit dans la première région du 25 récipient réaetionnel en injectant l'hexafluorure d'uranium dans la première région dudit récipient pour qu'il réagisse en phase vapeur avec la vapeur d'eau en excès passant dans la première région du récipient à partir de sa seconde région dans laquelle se produit la réaction transformant le fluorure d'uranyle en 30 oxyde d'uranium, la réaction entre 18hexafluorure d'uranium et la vapeur d'eau dans la première région du récipient étant conduite à une température comprise entre 200° et 500°C, la poudre de fluorure d'uranyle ainsi produite étant déposée directement dans la seconde région du récipient, la réaction entre la poudre de 55 fluorure d'uranyle et la vapeur d'eau, l'hydrogène ou un mélange de vapeur d'eau et d'hydrogène dans la seconde région du récipient étant conduite à une température comprise entre 500° et 800°C. 70 37182 8 2064351 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on injecte l'hexafluorure d'uranium gazeux dans la première région du récipient réaetionnel pour qu'il réagisse avec la vapeur sèche en formant un nuage en forme de plumet dirigé 5 vers la seconde région du récipient réaetionnel, de façon que la majeure partie de la poudre de fluorure d'uranyle produite par la réaction soit éjectée de la première région du récipient et déposée directement dans la seconde région de ce dernier pour être transformée ultérieurement en oxyde d'uranium désiré par une réaction 10 conduite à une température plus élevée avec la vapeur d'eau, l'hydrogène ou un mélange de vapeur d'eau et d'hydrogène dans la seconde région du récipient réaetionnel. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le récipient réaetionnel utilisé comprend un four du type à tambour 15 rotatif incliné, la réaction entre l'hexafluorure d'uranium gazeux et la vapeur d'eau étant conduite pour former un nuage en forme de plumet dirigé vers l'extrémité supérieure du tambour du four, de façon que la majeure partie du fluorure d'uranyle produit soit déposée directement dans l'extrémité supérieure du tambour du four, 20 la poudre de fluorure d'uranyle étant transformée en poudre d'oxyde d'uranium par réaction avec la vapeur d'eau, l'hydrogène ou un mélange de vapeur d'eau et d'hydrogène montant le long du tambour du four à contre-courant par rapport au fluorure d'uranyle descendant le long dudit tambour. 25 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le four à tambour rotatif utilisé comporte une chambre d'entrée à son extrémité supérieure et en ce que l'hexafluorure d'uranium gazeux et la vapeur sèche sont introduits ensemble dans la chambre d'entrée par ^intermédiaire d'un ajutage comportant des tubes 30 concentriques interne et externe dirigés vers l'extrémité supérieure du tambour du four, l'hexafluorure d'uranium gazeux et la vapeur sèche réagissant ensemble à la sortie de l'ajutage pour former un nuage en forme de plumet de poudre de fluorure d^uranyle dirigé vers l'extrémité supérieure du tambour du four. 35 7- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif pour déplacer la poudre de fluorure d'uranyle déposée dans la chambre d'entrée vers l'extrémité supérieure taabotiar do. four. BAD ORIGINAL