Brevet FR2128390A1 — publié le 19721020

L'industrie nucléaire utilise comme combustible pour les réacteurs de l'uranium sous forme d'oxyde. L'oxyde d'uranium est produit sous forme solide et enfermé dans un récipient métallique appelé gaine et qui forme un élément combustible. Le fonctionnement des éléments combustibles a une importance critique pour la bonne marche des réacteurs nucléaires. Oxyde d'uranium utilisé comme combustible nécessite un enrichissement en isotope U 235 . Cet enrichissement consiste à utiliser de l'hexafluorure d'uranium que l'on convertit en oxyde d'uranium contenant peu de fluor et ayant la densité et les dimensions de grains voulues. En pratique, la transformation de lthexafluorure d'ura- nium en bioxyde d'uranium passe par l'hydrolyse de lthexafluorure d'uranium donnant une solution de fluorure d'uranyle et d'acide fluorhydrique à partir de laquelle on précipite, par addition d'ammoniac, le diuranate d'ammonium. Après filtration, le diuranate d'ammonium contenant une forte quantité de fluor est dissous dans de l'acide nitrique et le fluor est éliminé dans une phase d'extraction par solvant. Le diuranate d'ammonium contenu dans la solution purifiée de nitrate d'uranyle et précipité à nouveau puis calciné afin de donner U308 que l'on réduit par l'hydrogène pour obtenir le bioxyde d'uranium.On a tenté de remplacer ce procédé coûteux de conversion du diuranate d'ammonium par une réaction en phase gazeuse de l'hexafluorure d'uraniLtm. Pans la conversion de lthexafluorure d'uranium en bioxyde d'uranium, l'hexafluorure d'uranium enrichi en isotope U 235 peut être fourni dans des récipients de formes variées.Un récipient typique a une forme cylindrique et contient environ 113 Kg d'hexafluorure d'uranium.Il est souhaitable de pouvoir extraire pratiquement la totalité de lthexafluorure d'uranium de ces cylindres afin diéviter les frais supplémentaires de transport lors du renvoi des cylindres pour leur remplissage ultérieur en hexafluorure et pour éviter d'avoir à faire inte- venir un remboursement par le fournisseur d'hexafluorure dtura- nium enrichi de la quantité dthexafluorure d'uranium restant dans le récipient Afin de réduire au minimum la quantité d'hexafluorure d'uranium restant dans le récipient, la technique actuelle consiste à extraire 1Phexafluorure d'un récipient en le chauffant et en exerçant un vide poussé.L'hexafluorure d'uranium contenu dans le récipient se vaporise et est retenu dans des capteurs froids refroidis habituellement par de l'azote liquide. Afin de convertir lthexafluorure d'uranium en bioxyde d'uraniums l'hexafluorure doit être retiré des capteurs et soumis au processus de conversion en utilisant des dispositifs supplémentaires. De cette façon, on récupère la plus grande partie de l'hexafluo- rure d'uranium , mais la méthode est difficile et délicate à appliquer, et nécessite l'emploi de dispositifs supplémentaires. Il est donc souhaitable de remplacer le procédé couramment utilisé pour extraire lthexafluorure d'uranium des récipients par un procédé nouveau ne présentant pas les inconvénients précités. On a trouvé qu'il est possible d'utiliser un gaz de purge ou d'extraction ne réagissant pas avec d'uranium à la température d'utilisation, pour purger les récipients de l'hexafluorure qu'ils contiennent. Ce procédé permet extraire l'hexafluorure du récipient par formation d'un mélange constitué d'hexafluorure d'uranium et du gaz de purge, ce mélange intervenant dans la réaction de conversion d'hexafluorure d'uranium en bioxyde uranium. Dans un procédé connu, on utilise une réaction en phase gazeuse et solide se déroulant par exemple dans un lit fluidisé. La purge ou extraction peut être réalisée soit en opérant sur des récipients initialement pleins d'hexafluorure d'uranium et dont on a retiré de lthexafluorure pour sa conversion en bioxyde d'uranium, soit en opérant sur des récipients pratiquement vides où le débit d'hexafluorure d'uranium a baissé suffisamment pour tomber en dessous de la valeur désirée. En pratique, il est préférable, dans le cadre de l'invention, d'utiliser un débit minimal de gaz de purge d'environ 0,28 m3/h., le débit de service préféré étant compris entre 0,28 m3/h. et 14 m3/h. de gaz de purge. L'invention a pour but de fournir un procédé permettant d'extraire l'hexafluorure d'uranium de récipients contenant ce gaz. L'invention a en outre pour but de produire, au cours de I extraction de 1 hexafluorure uranium d'un récipient, un mélange gazeux utilisable dans un procédé de conversion par flamme. L'invention a aussi pour but de fournir un procédé permettant d'extraire lthexafluorure d'uranium gazeux de recipients pleins ou pratiquement vides. L'invention a également pour but de fournir un procédé permettant d'extraire l'hexafluorure d'uranium d'un. récipient, de telle sorte que le gaz soit directement utilisable dans une réfaction en phase gazeuse ou en phase mixte gazeuse et solide. Ltinvention a en outre pour but d'éviter le chauffage des récipients contenant lthexaflVorure d'uranium en fournis- sant au gaz de purge une énergie calorifique suffisante pour vaporiser tout lthexafluorure d'uranium solide contenu dans le récipient. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la description suivante donnée en référence au dessin unique annexé, qui représente schématiquement une installation pour la mise en pratique du procédé de I'invention. Le tuyau 10 est relié au tuyau 12 possédant une vanne 13 de régulation du débit dans ce tuyau 12. Le tuyau 12 est relié à une vanne d'entrée-sortie 14 du récipient 20 contenant lthe- xafluorure d'uranium et possédant des moyens de chauffage 21 disposés autour du récipient. La vanne d'éntrée-sortie 15 du récipient 20 est reliée au tuyau 17 qui est muni d'une vanne 18 de régulation de débit dans le tuyau t7. Le tuyau 10 est muni d'une vanne 11 pour la régulation débit dans le tuyau 10. Cette vanne 11 est située entreles points de jonction des tuyaux 10 et 12 et des tuyaux 17 et 19, le tuyau 19 menant à un réacteur (non représenté). Lorsqu'on désire extraire fue lthexafluorure d'uranium d'un récipient plein 20, on ferme la vanne 11 et on ouvre les vannes 13 et 14 de sorte que le gaz de purge s'écoule du tuyau 10 dans le tuyau 12 puis dans le récipient 20 On ouvre les vannes 15 et 18 de manière que le mélange dshexafluorure d'uranium et de gaz de purge sorte du récipient 20 par les tuyaux 17 puis 19 et s'écoule vers le réacteur. De cette manière le gaz de purge est mélangé à lthexafluorure d'uranium et alimente directement le réacteur par les tuyaux 17 et 19. La quantité de gaz de purge dépend du débit souhaité d'hexafluorure d'uranium entre le récipient 20 et le réacteur. Lorsqu'on désire extraire lthexafluorure de récipients pratiquement vides, on procède différemment.Avant la phase d'extraction, on mélange d'abord dans le tuyau 19 le gaz de purge et l'hexafluorure d'uranium jusqutà ce que le réci- pient soit pratiquement vide d'hexafluorure d'uranium (etest à dire jusqu'à ce que le débit dthexafluorure d'uranium sortant du récipient 20 devienne insuffisant). Ce mélange est réalisé dans le tuyau 19 est fermant les vannes 13, 14 et en ouvrant la vanne 11, de sorte que l'air provenant du tuyau 10 pénètre dans le tuyau 19.On ouvre en même temps les vannes 15 et 18 de sorte que l'hexafluorure d'uranium provenant du récipient 20 chauffé par les moyens de chauffage 21 passe dans les tuyaux 17 et 19 où il se mélange à l'air provenant du tuyau 10. Lorsque le récipient 20 est pratiquement vide d'hexafluorure d'uranium, on ferme la vanne 11 et on ouvre les vannes 13 et 14 -de sorte que l'air provenant du tuyau 10 passe dans le récipient par le tuyau 12 et la vanne 13 en balayant ou purgeant f lthexafluorure résiduel et en le transférant par la vanne 15, puis par le tuyau 17 et le tuyau 19 jusque dans le réacteur. On réalise de cette manière une extraction pratiquement complète de lthexafluorure d'uranium restant dans le récipient 20. Le gaz de purge ne réagit pas avec l'hexafluorure d'uranium aux températures utilisées dans ce procédé. Ce gaz peut être choisi parmi différents gaz tels que l'azote, le gaz carbonique, des gaz oxydants tels l'air et ltoxygène, des gaz inertes tels lthelium et l'argon. On peut utiliser des mélanges de ces gaz avec l'oxygène, l'air constituant un exemple d'un tel mélange. Lorsque l'hexafluorure d'uranium se trouve sous forme solide dans le récipient 20, on peut chauffer le gaz de purge afin de favoriser la vaporisation de l'hexafluorure d'uranium (en prin cipe une température de l'ordre de 240 C à 2600 C est suffisante). Le gaz de purge chauffé élimine la nécessité d'emploi de gaines chauffantes pour le récipient du fait que ltenthalpie ou énergie calorifique apportée par ce gaz est suffisante pour vaporiser toute la masse solide d'hexafluorure d'uranium contenue dans le récipient. L'exemple suivant sert à illustrer d'une façon nonLlimi- tative une application du procédé de l'invention Des tuyaux en cuivre de 6,4 mm de diamètre intérieur et de 9,5 mm de diamètre extérieur sont reliés comme indiqué sur la figure jointe, et les vannes 11, 13 et 18 sont disposées comme sur cette figure. Le tuyau 12 est relié à la vanne 14 du cylindre 20 et le tuyau 17 à la vanne 15 de ce cylindre 20. Le cylindre contient 113 Kg d'hexafluorure d'uranium. Par ouverture des vannes 11, 15 et 18 et fermeture des vannes 13 et 14, lthexa- fluorure d'uranium est extrait du cylindre dans le tuyau 17 puis mélangé dans le tuyau 19 à l'air provenant du tuyau 10. Le tuyau 19 est relié à un réacteur. On maintient ces écoulements de gaz jusqu'à ce que le débit d'hexafluorure d'uranium sortant du récipient 20 nuait plus la valeur désirée. Une pesée indique que le récipient contient alors 3 Kg d'hexafluorure d'uranium. On ferme la vanne 11 et on ouvre les vannes 13 et 14, les vannes 15 et 18 restant ouvertes. On fait passer l'air pendant 20 minutes environ du tuyau 12 dans le récipient 20, puis dans les tuyaux 17 et 19. Ensuite on ferme toutes les vannes et on effectue la pesée du récipient qui indique qu'il ne contient plus que 50 grammes d'hexafluorure d'uranium. - REVENDICATIONS - 1 - Procédé pour extraire pratiquement tout l'hexafluorure d'uranium contenu dans un récipient, caractérisé en ce qulil consiste à faire passer un gaz de purge dans le récipient et former ainsi un mélange du gaz de purge et d'hexafluorure d'uranium approprié pour une réaction faisant intervenir lthexa- fluorure d'uranium. 2 - Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que le débit du gaz de purge passant dans le récipient est d'au moins 0,28 m3/h. 3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le débit du gaz de purge passant dans lé récipient est 3 compris entre 0,28 et 14 m3/h. 4 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de purge est de l'oxygène. 5 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de purge est de l'air. 6 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de purge est un mélange d'oxygène et d'air. 7 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de purge est un gaz inerte. 8 - Procédé suivant la rev-endication 1 caractérisé en ce que le gaz de purge est de l'azote. 9 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de purge est du gaz carbonique. 10 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient est plein d'hexafluorure d'uranium. 1 1 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient est pratiquement vide d'hexafluorure d'uranium. 12 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de purge est chauffé pour vaporiser lthexafluorure d'uranium contenu dans le récipient.