Brevet FR2353488A1 — publié le 19771230

la présente invention concerne un procédé pour la pré parution discontinu de dioxyde d'américium â partir d'une 80lution de nitrate d'américium. L'élément américium appartient au groupe des transuraniens et n'existe pas dans la nature. I1 se forme, entre autres, lors de la décomposition de l'isotope du plutonium Pu 241, qui est obtenu avec d'autres isotopes du plutonium dans les ins- tallations de retraitement pour éléments combustibles irradiés. L'américium se forme entre antres lors de la transforma- tion du plutonium en dioxyde de plutonium (voir la demande de brevet français au non de la demanderesse, ne 7716922 précisément sous forne de nitrate d'américium. Cependant, un tel composé ne convient pas à me utilisa- tion industrielle. Par analogie avec le plutonium et l'uranium, le dioxyde d'américium devrait cependant convenir à des applications industrielles. les solutions de nitrate d'américium subissent une autoréduction, provoquée par le rayonnement alpha très intense propre à ce composé (voir l'ouvrage "Chemistry Nucelar Technology" pages 173-175). Il est également connu, d'après cette référence à la littérature, que les composés d'américium enflammés â 1' air donnent Am 2 noir. Etant donné la forte radioactivité de ce matériau, un tel procédé de préparation primitif ne peut cependant pas être utile dans le pratique. I1 était donc nécessaire de trouver un nouveau procédé de conversion pour la préparation de dioxyde d'anéricium à partir de nitrate d'américium, qui puisse être mis en oeuvre surtout aussi à l'intérieur d'espaces blindés tels qu'ils sont utilisés par exemple dans la technologie du plutonium. Cet objectif est atteint, conformément à l'invention, tout d'abord en neutralisant préalablement la solution de nitrate d'américiuî se trouvant dans un récipient de réaction à l'aide d'ammoniaque ajoutée en quantité dosée jusqu'à l M HNO3 par litre, puis en ajoutant nie quantité appropriée d'acide oxaliques de préférence sous forme solide, et en ajustant ensuite le pH de ce liquide de réaction à 2,5 par une nouvelle addition de ou NH4OH et en obtenant donc nie précipitation importante d'oxalate d'américium, le liquide réactionnel ainsi que la suspension obtenue ultérieurement étant maintenus en circulation pendant encore environ une heure, et en séparant ensuite l'oxa- late d'américium par filtration et en le transformant en dioxy ae d'américium dans un four de calcination à 400 - 800-C. Ce mode opératoire est représenté schématiquement sur la figure 1 du dessin annexé. "a figure 2 représente schématiquement un agencement possible de dispositifs de mise en oeuvre du procédé de l'invention. On va décrire plas en détail le procédé de l'invention à l'aide d'un exemple de réalisation en se réfé- rant à la figure 2 Dans un réservoir 1 se trouve une solution de nitrate d1 aiéricium obtenue par exemple lors de la conversion du pluto- nium en dioxyde de plutonium. Cette solution contient environ 35 grammes par litre d'américium. Dans un autre réservoir 2 se trouve l'acide oxalique nécessaire à la précipitation de l'aeé- ricium.NH3 et NH4OH nécessaires pour la neutralisation préa- lable et l'ajustement de la valeur du pH se trouvent dans un réservoir sous pression 41 ou dans un récipient de stockage 42. Le récipient réactionnel proprement dit est désigné par 3 z il est muni d'ui dispositif de chauffage et de refroidisse- ment 33 pour maintenir la température constante ainsi que d'un agitateur 31 entraîné par un moteur 32. Dans ce récipient réactionnel 3, on introduit d'abord une quantité prédéterminée de nitrate d'américium provenant du réservoir 1. On neutralise ensuite préalablement cette solution â l'aide d'ammoniaque provenant du réservoir sous pression 41 jUS- qu'à environ 1 mole de HNO3 par litre. On empêche ainsi une décomposition provoquée par la réaction de l'acide oxalique avec l'acide nitrique concentré aux températures élevées qui prennent naissance lors de la réaction exothermique entre NH3 et HNO3 On ajoute ensuite la quantité stoechiométrique nécessaire à la précipitation de l'oxalate d'américium d'acide otalique solide ou liquide provenant du réservoir 2. L'agitateur 31 assure un mélange rapide et uniforme des réactifs.Pour la précipitation de l'oxalate d'américium, on ajoute alors NH4OH provenant du réservoir 42 au liquide réactionnel jusqu'à ce que celui-ci ait une valeur de pli de 2,5 -+0,1 Le liquide de réaction initial se transforme alors, en raison de l'oxalate d'américium cristallin précipité, en une suspension qui est maintenue en mouvement pendant encore environ une heure par agitation. Cette agitation peut bien entendu avoir lieu aussi d'une autre manière, par exemple par innufflation d'air. En outre, on pourrait prévoir sur le récipient 3 une conduite de dérivation avec une pompe de circulation.Pen Lait ce temps de circulation, la précipitation de l'oxalate d'américium s'achève complètement et les particules précipitées acquièrent une granulométrie uniforme. Lorsque cette opération est terminée, la suspension est transférée dans un appareil de filtration 5, les particules d'oxalate d'américiun restent dans cet appareil, par exemple sur une couche filtrante 51 en métal fritté. Le liquide résiduel passe par contre dans un récipient intermédiaire 52 et de là dans un évaporateur 53 qui est iuni d'un dispositif de chauffage 54. La solution est alors évaporée, la vapeur est condensez dans en condenseur 56 et recueillie dans un récipient 57 et est alors prête pour une utilisation ultérieure.Dans le récipient 55 se rassemblent par contre les impuretés concentrées après ouverture de la vanne d'évacuation de l'évaporateur 53, qui doivent être encore éliminées de façon usuelle en tant que déchets radioactifs. L'oxalate d'américium se trouvant sur la couche filtrante 51, qui peut Stre lavé éventuellement encore une fois avec de l'acide nitrique dilué contenant de l'acide oxalique, est ansuite transféré dans ut foar de calcination 6 ot il est chauffé à 400 - 8000C, par exemple an atmosphère d'azote. flans le four de calcination 6, le dioxyde d'américium recherché se forme selon l'equation suivante Après cette opération et après refroidissement du dioxy- de d'américium formé, celui-ci est transféré dans un dispositif de broyage et de tamisage 7 . Celui-ci contient un tamis 71 avec une largeur de maille de 100 Sa par exemple, sur lequel se trouvent par exemple des billes élastiques 72. Par un mouvement de secousses, ces billes élastiques sautent et broient alors As 02 provenant du four de calcination 6. On pourrait évidemment utiliser aussi un autre dispositif de tamisage. Le dioxyde d'américium à l'état finement divisé arrive ensuite dans un dispositif de pesage et de remplissage 73 qui peut être conçu selon des principes connus en soi. Le remplissage a lieu dans des récipients 8 qui sont fermés de façon étanche à un poste suivant 9 avec un couvercle 81. Â un autre poste 91, les récipients sont décontaminés extérieurement et au poste 92 sont munis d'un récipient de sécurité extérieur 93 dont le couvercle 94 est soudé. L'espace intermédiaire autour du réci pieut 8 est rempli, par exemple, d'hélium. Les récipients remplis alors d'oxyde d'américium sont placés dans un récipient de stockage blindé 10. Les gaz résiduaires se formant au cours de ce procédé, comme par exemple CO, C 2 et les fumées de NH4 N03 sont amenés dans un dispositif d'épuration de gaz résiduaires 37, où ils sont, par exemple lavés et condensés et l'air résiduaire purifié est rejeté par une conduite 38 La totalité des appareils nécessaires dans ce procédé de transformation se trouve â l'interieur d'un espace muni d'un écran contre le rayonnement gamma de l'américium, espace qui se trouve sous une pression légèrement inférieure à la pression de l'environnement.Les différents stades du procédé peuvent Strie amorcés et mis en oeuvre successivement à l'aide d'objets de manipulation ou de gants. Des fensstres en verre as plomb permettent de suivre optiquement le déroulement du procédé. Enfin, il faut encore veiller à ce que la totalité des récipients soit mu- nie de dispositifs absorbant les neutrons ou ait des dimensions telles que meme si on introduit par erreur des matériaux fissiles il ne se produise pas d'excursion nucléaire. Pour donner une meilleure idée de l'ordre de grandeur possible des appareils convenant à l'exécution de ce procédé, on mentionne que le récipient de réaction 3 peut avoir un diamètre de 15 cm et une hauteur de 100 cm. La quantité de nitrate d'a méricius qui y est introduite est d'environ 3 litres et le rendement en dioxyde d'américium obtenu est alors d'environ 113 grammes. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour la préparation en discontinu de As O2 à partir d'une solution de nitrate d'américium, caractérisé par le fait que la solation de nitrate d'américium se trouvant dans un récipient de réaction est d'abord neutralisée préalablement à l'aide d'ammoniaque ajoutée en quantité dosée jusqu'à i M HNO3 par litre, puis une quantité appropriée d'acide oxalique, de préférence sous forme solide, est ajoutée et ensuite ce liquide de réaction est ajusté à une valeur de pH de 2,5 par une nou velle addition de NH3 ou NH4 OH, ce qui provoque une précipitation importante d'oxalate d'américium, le liquide réactionnel ainsi que la suspension formée ultérieurement au cours de ces différents stades du procédé étant maintenus en circulation pendant encore environ une heure, et l'oxalate d'américiuî est ensuite séparé par iiltration et transformé en dioxyde d'américium dans un four de calcination à 400 - 800-C 2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que le dioxyde d'américium fermé dans le four de calcination est amené dans un dispositif de broyage et de tamisage à une granulométrie convenant à l'emballage et à l'utilisation ultérieure. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le liquide quittant le dispositif de filtration est concentré et respectivement condensé de façon connue en soi par évaporation et condensation en substances résiduaires et en liquide réutilisable. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 , caractérisé par le fait que le récipient réactionnel 3 est muni d'un dispositif ré- glable de chauffage et de refroidissement 33 ainsi que d'un dispositif de circulation 31 pour le liquide de réaction. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le dispositif de circulation est en principe constitué par un appareil d'insufflation de gaz. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que tous les appareils nécessaires à la transformation de la substance, y compris les installations d'épuration de gas ré siduaires, sont placés à l'intérieur d'un espace conçu à la lanitre d'une boute à gants, dont les parois sont munies d'un écran contre le rayonnesent gamma de l'américium. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que la totalité des appareils est munie de dispositifs absorbant les neutrons de façon appropriée et/ou est dimensionnée géométriquement de façon sûre et appro priva pour éviter une excursion nucléaire, même lorsqu'on commet des erreurs dans l'introduction des substances