Brevet FR2263308A1 — publié le 19751003

La présente invention concerne la purification pou çS de l'uranium liquide sous vide afin de la débarrasser des traces de fluor et d'autres impuretés volatiles, tel lthydrogène. L'uranium métallique est habituellement préparé à partir de tétrafluorure d'uranium ce qui laisse des traces de fluor de l'or- dre de quelques parties par million, voire de l'ordre de Ippm, dans l'uranium. Cet uranium est ensuite fondu et coulé sous vide. Lorsqu' il est coulé dans une machine de coulée continue sous vide, le lingot subit un refroidissement secondaire à sa sortie à l'air, par douche à lame d'eau. Or, on a constaté une fissuration axiale de barreaux d'uranium de diamètre de l'ordre de 30 à 45 mm. Il s'est avéré que cette fissuration avait lieu lors du refroidissement secondaire, qu'elle n'affectait que de l'uranium fondu sous vide pour la première fois (l'uranium recyclé ne fissurant pas) et que cette tapure n'avait pas lieu avec un refroidissement moins sévère. Il peut en être de même de barreaux d'uranium coulés en grappe, lors de leur traitement thermique de uy à l'eau. Or il s'est avéré qu'un refroidissement secondaire beaucoup plus modéré que celui procuré par la douche à lame d'eau, rend la symétrie et l'uniformité difficiles à conserver pour des barreaux de section faible, ce qui aboutit à des déformations importantes du lingot. C'est ainsi que l'on a été amené à mettre en cause les traces de fluor et,dans ces conditions, il restait à améliorer la purification sous vide de l'uranium liquide. On connait déjà deux moyens d'amélioer cette purification. L'un consiste à élever la température du métal liquide et accroître le temps d'exposition au vide. Les inconvénients de cette methode sont évidents. Elle entrain en effet des pertes en énergie lors de la montée/ek temps lors de la descente en temp rature. C'est, en outre, une solution peu sur à cause du très lent renouvellement (par circulation par thermosiphon) du baip dans le creuset. Enfin,l'uranium attaque le creuset et s'oxyde davantage à cause de l'accroissement de température. L'autre moyen consiste à effectuer un brassage électromagnétique. Cette méthode malheureusement nécessite des courants de fréquence relativement basse impliquant une bobine spècialei c1 est à-dire un équipement relativement coûteux. De plus, une telle installation nécessite un réglage long et précis. L'invention a pour but de proposer un procédé de purification de l'uranium liquide ne présentant pas ces inconvénients. A cet effet,l'invention a pour objet un procédé de purification de l'uranium liquide sous vide, destiné à débarrasser l'uranium des traces de fluor, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire durant un temps déterminé dans la masse de l'uranium contenu dans le creuset, toujours maintenu sous vide, de trés nombreuses petites bulles d'un gaz neutre vis-à-vis de l'uranium. Avantageusement, l'introduction des dites bulles s'effectue par le fond ou au voisinage du fond et de la paroi latérale du creuset afin de faciliter la circulation de toute la masse de l'uranium dans le creuset et d'allonger au maximum le temps de contact uranium-bulles, pour accroître le temps de-diffusion. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé en ce qu'il comprend une canne creuse en matériau non poreux pourvue à l'une de ses extrémités d'un embout poreux, des moyens pour amener sous pression le dit gaz neutre à son autre extrémité, et des moyens pour déplacer la canne à l'intérieur de l'enceinte sous vide pour l'amener dans deux positions extremes, l'une pour laquelle la canne est complétement sortie du creuset, l'autre pour laquelle la canne est immergée au moins partiellement dans le bain d'uranium liquide du creuset. Un tel dispositif est extrêmement simple, sûr et peu coûteux et permet d'assurer une excellente élimination des traces de fluor qui sont évacuées grâce aux très nombreuses bulles de gaz, par exemple de l'argon, dispersées dans la masse de l'uranium liquide. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation du dispositif ci-dessus, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard de la figure unique annexée. Cette figure unique représente une vue en coupe partielle et en élévation d'un creuset 1 chauffé par induction disposé dans une enceinte sous vide (non représentée) et équipé dtun dispositif de purification conforme à l'invention. Le creuset 1 est rempli d'une masse liquide d'uranium 2 auparavant fondu et allié sous vide. Ce creuset 1 sért ainsi de poche de maintien en température pendant toute la coulée. On a représenté en 3 la carcasse externe du creuset. Dans la masse de l'uranium liquide 2 plonge une canne 4 de préférence en graphite percée d'un canal central 5 ouvert à ses deux extrémités. A 1' extrémité inférieumede la canne 4 est fixé un bloc 6 de céramique poreuse ou de graphite poreux ou de tungstène poreux obstruant la canal central 5. L'autre extrémité de la canne 4 est maintenue à l'extrémité d'un bras 7 monté basculant autour d'un axe 8 porté par une chape Solidaire de la carcasse 3 du creuset. Le basculement du bras porteur 7 est commandé par un vérin à double effet 10 également porté par la carcasse 3 du creuset. La canna 4 est maintenue inclinée de manière que son extrémité inférieure se trouve au voisinage de 11 angle formé par le fond et la paroi latérale du creuset 1, et l'extrémité supérieure du canal central 5 est reliée par une conduite 11 à une source, par exemple d'argon(non représentée) sous pression. Le procédé de l'invention consiste à souffler de l'argon dans la masse d'uranium 2 durant un temps déterminé. Grâce au bloc de céramique poreuse 6 de très nombreuses petites bulles sont injectées dans l'uranium. Le fluor qui est solubilisé dans uranium passe dans les bulles d'argon qui sont évacuées d s qu'elles atteignent la surface du bain liquide, l'ensemble du dispositif représenté sur la figure étant dans l'enceinte sous vide dans laquelle régne le vide habituel. Les dimensions des pores du blocs poreux 6 sont avantageusement inférieures ou égales à 30 microns. Le temps de soufflage/2ePla quantité uantité d'uranium et d'impuretés contenues et est lié au débit. Plus il y a d'impuretés, plus le temps de soufflage est long. A titre d'exemple, pour une masse d'uranium de 800kg à 2 500kg le temps de soufflage s'étage de 8à20mn, le débit étant de I à 2 1/mn sous une pression d'argon de 1,6 kgXcm2 ( en valeur absolue). Dans ces conditions il y a peu de projections metalliques et l'uranium ne donne plus lieu à fissuration lors du refroidissement secondaire dans la douche à l'eau. La canne 4 doit être en un matériau non poreux, résistant aux chocs thermiques et ne réagissant pas, ou très peu, avec le métal liquide. L'argon peut être remplacé par un autre gaz neutre vis-à-vis de l'uranium tel que l'hélium. Au cours du soufflage la température du bain liquide dans le creuset est de l'ordre de 1 200 à 1 2500C. Il est préférable d'incliner la canne 4 et de la plonger profondément comme représenté sur la figure afin que les bulles partent le plus près possible du fond et de la paroi latéra7e creuset de manière à engendrer une circulation ( symbolisée par la flèche F ) de la masse d'uranium,ce qui facilite sa purification. Une fois la purification terminée, la canne 4 est extraite complètement du creuset 1 par relevage grâce au vérin 10, le creuset pouvant être alors basculé pour vider son contenu à la manière habituelle. Dans une variante, on peut disposer la canne 4 sur un système de relevage et d'abaissement vertical indépendant du creuset et de sa carcasse 3 et monté fixe à l'intérieur de l'enceinte sous vide, à côté du creuset. Enfin, 1'invention n1 est pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de purification poii de l'uranium liquide pur ou allié sous vide, destiné à débarrasser l'uranium des traces de fluor et d'autres impuretés volatiles, tel l'hydrogène, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire durant un temps déterminé dans la masse de l'uranium contenu dans le creuset, toujours maintenu sous vide, de très nombreuses petites bulles d'un gaz neutre vis-à-vis de l'uranium. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'introduction des dites bulles s'effectue soit par le fond soit au voisinage du fond et de la paroi latérale du creuset afin que le trajet des bulles de gaz soit le plus long possible (accroissement du temps de diffusion) et pour faciliter la circulation de toute la masse de l'uranium dans le creuset. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz neutre est choisi dans le groupe formé par l'argon et l'hélium. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprenme canne creuse en matériau non poreux pourvue à l'une de ses extrémités d'un embout poreux, des moyens pour amener sous pression le dit gaz neutre à son autre extrémité, et des moyens pour déplacer la canne à 1'intérieur de l'enceinte sous vide pour l'amener dans deux positions extrêmes, l'une pour laquelle la canne est complètement sortie du creuset, l'autre pour laquelle la canne/immergée au moins partiellement dans le bain d'uranium liquide du creuset. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'embout poreux est constitué par un bloc de céramique poreuse ou de graphite poreux ou de tungstème fritté poreux rapporté sur la canne. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les dimensions des pores du bloc constituant l'embout poreux sont inférieures ou égales à 30 microns. 7. Dispositif suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de la canne est située, au cours du soufflage, au voisinage de l'angle formé par le fond et la paroi latérale du creuset.