Brevet FR2211283A1 — publié le 19740719

La présente invention est relative à un dispositif pour la mise en oeuvre de réactions de chloration lors de l'obtention de métaux, tels que le titane, le zirconium ou des métaux semblables, lors de l'obtention de l'uranium et du thorium, lors de la réutilisation des éléments combustibles et/ou fertiles consommés pour des réacteurs nucléaires, ainsi que lors de la purification du charbon et du graphite. Ce dispositif comporte un four à cuve en graphite, chauffé dans un passage de courant direct, entouré coaxialement d'une chemise et relié à un condenseur à la suite par un ajutage. On connatt déjà un réacteur de chloration dont la partie principale est un tuyau de graphite chauffé. Ce tuyau de graphite est entouré, dans le réacteur connu, d'un tuyau en céramique sous la forme d'une gaine et présente un ajutage latéral par lequel le tuyau de graphite formant le récipient réactionnel proprement dit est relié d'une manière rigide et étanche aux gaz à un condenseur des matières qui se volatilisent pendant la chloration. (brevet autrichien N 2 040 686). Si l'on utilise, comne c'est le cas en pratique, de l'acide silicique connu par exemple sous la marque Rotosil, à titre de matière céramique pour la gaine, on obtient bien l'étanchéité aux gaz nécessaire pour le traitement d'une matière très radioactive.Le fait que la dilatation linéaire de l'acide silicique provoquée par des variations de température n'est que faible et que pour une température supérieure à 10000C la plasticité de l'acide silicique est telle qutil ne se produit pas ou pratiquement pas de tensions dans le raccord entre le four et le condenseur à la suite de réchauffements et de refroidissements est également favorable. I1 s'est néanmoins révélé comme un inconvénient que l'épaisseur de paroi de l'ajutage utilisé comme raccord ne doit entre que relativement petite pour obtenir une zone de fusion propre nécessaire à la liaison étanche aux gaz lors du raccordement par fusion au condenseur. En raison des sollicitations mécaniques de diverses sortes, une rupture n'est pas entièrement exclue. Une réparation est alors particulièrement difficile lorsque des matières radioactives sont soumises à la réaction envisagée et qu'ainsi le dispositif lui-même est très radioactif. Un autre inconvénient des dispositifs de chloration connus tient en ce que, en raison de l'utilisation d'un tuyau de céramique, la limite supérieure du diamètre de la chemise de protection est d'en viron 40 cm. Le débit est ainsi également limité. Ceci est certes sans importance pour le traitement d'éléments combustibles puisque le récipient réactionnel ne peut avoir un diamètre plus grand en raison de la criticalité.Mais si l'on doit utiliser aussi le dispositif pour d'autres réactions de chloration, par exemple pour la préparation de graphites pour réacteurs par chloration ou également pour l'obtention de chlorures volatils non fissibles, tels que le chlorure de titane, le chlorure de zirconium ou des chlorures semblables à partir de minerais ou de sédiments en eau profonde correspondants, on a besoin de dispositifs de chloration de plus grandes dimensions. Cela vaut également pour la purification de graphite pulvérulent par élimination des impuretés sous la forme de chlorures gazeux volatils. L'invention vise un dispositif pour la mise en oeuvre de réactions de chloration qui a un débit plus grand et permet donc un fonctionnement plus économique et qui en outre n'est pas sujet à des pannes. Dans le dispositif suivant l'invention, du type précité la chemise du four à cuve et l'ajutage reliant le four et le condenseur sont en graphite, la chemise du four, le condenseur et l'ajutage les reliant étant disposés dans une enveloppe en acier étanche aux gaz. I1 s'est révélé que l'on obtient ainsi une résistance élevée à la température et que, si la chemise est en anneaux de graphite ou en briquettes de graphite on obtient en même temps une durée de vie élevée. On peut encore élever la résistance à la température en faisant en sorte que ltenveloppe en acier entoure la chemise du four avec un écartement tel qu'il se forme ainsi un espace intermédiaire annulaire dans lequel est disposée de la laine de graphite. I1 s'est révélé avantageux de conformer l'ajutage en une poutre en console à l'extrémité libre de laquelle est placé le condenseur. De la sorte, il ne peut se produire aucune tension provoquant des perturbations entre les parties constitutives. On peut cependant soutenir le condenseur par des ressorts disposés en dessous d'un récipient de réception placé à l'extrémité inférieure du condenseur. Dans un mode de réalisation avantageux du dispositif suivant l'invention, des perçages contenant des éléments de chauffage résistant à la corrosion sont ménagés dans l'ajutage. De la sorte, on peut également chauffer l'ajutage à la température qui règne dans la zone de réaction du four. On évite ainsi une désublimation du chlorure dans l'ajutage. Avantageusement les éléments de chauffage sont en graphite. Au dessin annexé, donné uniquement è titre d'exemple La figure unique est un schéma, partiellement en coupe par un plan passant par l'axe longitudinal, d'un dispositif suivant l'invention. En se reportant au dessin, le tuyau 1 en graphite qui forme espace réactionnel peut être chauffé dans la zone 2 de résistance par des résistances de chauffage. La température que l'on peut ainsi atteindre s'élève à l70OC environ. Le tuyau 1 en graphite est entouré d'une chemise 3 en anneaux de graphite ou en briquettes de graphite. Pour obtenir une bonne isolation thermique, une couche de laine de graphite est disposée dans l'espace intermédiaire délimité par la chemise 3 et une enveloppe 5 en acier étanche au gaz entourant cette chemise 3. D'un côté de la chemise 3 part un ajutage 6 de mise en communication avec un condenseur 7. L'ajutage affecte la forme d'une poutre en console, le condenseur 7 étant disposé à son extrémité libre. On pourrait pourtant, pour des raisons de sécurité, placer des ressorts 8 en dessous du condenseur pour le soutenir. L'ajutage 6 peut être chauffé par des éléments de chauffage reçus dans des perçages, représentés au nombre de quatre au dessin, ménagés dans l'ajutage. Les éléments de chauffage sont avantageusement en graphite. En cas de besoin ils peuvent étre facilement échangés. En dessous du condenseur 7 est disposé un filtre 10 sous la forme d'un cylindrè creux en graphite poreux. I1 est recommandé que le filtre 10 ait un diamètre intérieur qui corresponde au diamètre intérieur du condenseur ou soit d'une dimension supérieure à celui-ci. Le gaz résiduaire qui prend naissance pendant la réaction est soutiré par le filtre 10. Il se sépare un chlorure pulvérulent sous la forme d'une couche liche qui, en général, tombe dans un récipient 11 de réception disposé à l'extrémité inférieure du condenseur 7. Bien entendu les chlorures pourraient être également enlevés par aspiration. Pour permettre une dilatation différente du récipient de réaction et du condenseur, des compenseurs 12 et 13 sont prévus. L'envoi de la matière à chlorer s'effectue à l'aide d'un doseur 14 communiquant avec le récipient 1 de réaction. L'exemple suivant illustre le mode de fonctionnement du dispositif suivant l'invention. Au moyen d'un dispositif doseur on envoie, en continu, du réservoir 14 dans le tuyau 1 en graphite d'un diamètre de 30 cm par une vis 15 doseuse disposée au sommet du récipient de réaction, une fine poudre de graphite ayant une teneur en cendre de 3% et qui pour 90% a une dimension particulaire inférieure à 0,063 mm. On soutire ce graphite pulvérulent à l'aide d'un dispositif 16 de soutirage à roue disposé au bas du récipient 1 de réaction. La température dans la zone chaude s'élève à 1700in. Le débit est de 15 kg de graphite par heure. Comme la zone chaude contient 15 kg de graphite, le temps de séjour dans celle-ci est de 1 heure. Le débit de chlore est d'environ 100 litres par heure. Le chlore gazeux en excès est recyclé par une pompe à membrane non représentée. Le chlore gazeux est libéré des gaz inertes et de l'oxyde de carbone à la manière classique par liquéfaction. La teneur en cendre du graphite en fine poudre s'abaisse à 0,1% à la suite de ce traitement. Les impuretés principales sont dans l'ordre : le silicium, l'aluminium, le calcium et le magnésium. La teneur métaux lourds et en bore respectivement est inférieure à une partie par million. La teneur en chlore est de 1%. Pour éliminer le chlore adsorbé on lave le graphite chloré à l'azote qui sert de gaz inerte et ensuite on l'envoie par voie pneumatique dans le doseur d'un dispositif qui ne diffère de celui suivant l'invention que parce qu'il ne comporte pas un condenseur à la suite. Le graphite traverse ainsi la zone chaude qui se trouve à une température de l000'C en 2 heures. On lave le dispositif immédiatement par 100 litres par heure d'un mélange de 25% d'ammoniac et de 75% d'azote. On constate que la teneur en chlore résiduelle, attribuer principalement aux chlorures de métaux alcalins, est d'environ 100 parties par million. On diminue cette teneur encore par lavage à l'eau. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la mise en oeuvre de réactions de chloration lors de l'obtention de métaux tels que le titane, le zirconium ou des métaux semblables, lors de l'obtention de l'uranium et du thorium, lors de la réutilisation des éléments combustibles et/ou fertiles consommés pour réacteurs nucléaires ainsi que lors de la purification du charbon et du graphite comprenant un four à cuve en graphite; chauffé dans un passage de courant direct, entouré coaxialement d'une chemise et relié par un ajutage à un condenseur à la suite en graphite, caractérisé en ce que la chemise (3) du four (1) et l'ajutage (6) reliant le four (1) et le condenseur (7) sont en graphite, la chemise (3) du four (1), le condenseur (7) et l'ajutage qui les relie étant disposés dans une enveloppe (5) en acier étanche aux gaz. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (5) en acier entoure la chemise (3) du four (1) avec un écartement qui forme un espace intermédiaire annulaire dans lequel est disposée de la laine de graphite. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'ajutage (6) affecte la forme d'une poutre à console à l'extrémité libre de laquelle est disposé le condenseur (7). 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des perçages contenant des éléments (9) de chauffage résistant à la corrosion sont ménagés dans l'ajutage (6). 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments (9) de chauffage sont en graphite.