Brevet FR2347982A1 — publié le 19771110

L'invention se rapporte à un procédé pour séparer les couches d'enrobage et les noyaux de particules sphériques cpnstituées d'un noyau et d'une couche d'enrobage entourant ce dernier, en particulier de particules combustibles et/ou fertiles pour réacteurs nucléaires ayant une couche d'enrobage en SiC, ces particules étant accélérées dans un courant gazeux se dirigeant vers une paroi solide, les couches d'enrobage se rompant lors de l'impact des particules sur cette paroi solide.L'invention vise également une installation pour l'exécution du procédé comprenant un dispositif pouvant être raccordé à une source de gaz comprimé en vue d'obtenir un courant gazeux dirigé sur une paroi solide et un dispositif pour recueillir les couches d'enrobage et les noyaux séparés les uns des autres lors de l'impact des particules sur la paroi solide, ainsi que pour séparer ces noyaux et ces couches d'enrobage. lors du retraitement des éléments combustibles pour réacteurs nucléaires, on soumet ces éléments, après qu'ils ont été utilisés dans le réacteur nucléaire,à un processus chimique en voie humide, afin d'en récupérer les matières fissiles résiduelles qui peuvent être encore utilisées. I1 est à cet effet nécessaire, en particulier quand les matières fissiles de 1 'é- liement combustible sont enfermées dans des particules enrobées, d'enlever d'abord les couches d'enrobage. Cela est notamment le cas lorsque l'enrobage est constitué d'une couche inerte chimiquement en SiC. On connait un procédé et des installations pour séparer la couche d'enrobage des particules de leurs noyaux contenant des matières fissiles. C'est ainsi par exemple que dans le 9ème cahier de l'année 1965 de la Revue Chem. Ing. Techn. 37, on propose de placer les particules dans un broyeur à boulets, ce qui fait s'ouvrir les couches d'enrobage des particules sous l'action des coups des bouléts de broyage, les fait donc se séparer des noyaux et permet ainsi de les séparér de ceux-ci. L'article JUL-741-1972 décrit également un procédé suivant lequel on rompt les couches d'enrobage des particules en les faisant passer dans l'intervalle compris entre deux cylindres tournants. L'article paru dans Gulf-GA-A 12422, 1973, Quaterly-Progress Report, HIGR-Report, décrit également un procédé suivant lequel on envoieles particules par un tuyau au centre d'un rotor à vitesse élevée et,après accélération dans des canaux radiaux, on les fait heurter une paroi solide, ce qui détruit les couches d'enrobage. Un autre procédé connu consiste à comprimer les particules entratnées par un courant d'air dans l'intervalle compris entre le rotor et le stator d'un broyeur à diamants, ce qui fait se rompre les couches d'enrobage. Mais tous ces procédés connus ont l'inconvénient commun de détruire aussi une proportion élevée des noyaux, ce qui forme une quantité relativement importante de fines. Cela rend plus difficile la séparation ultérieure des parties de couches d'enrobage et des noyaux. En outre,les installations nécessaires à la mise en oeuvre des procédés connus comportent des machines tournantes qui s'usent. I1 faut donc exercer une surveillance continue. En outre, dans tous ces procédés connus, on ne peut pas obtenir un fonctionnement en continu. C'est pourquoi an a déjà proposé un procédé du type précité suivant lequel on met les particules en lit fluidisé dans un récipient à l'aide d'un gaz arrivant par le bas et l'on envoie latéralement par une buse dans le lit fluidisé ainsi formé un faisceau gazeux qui accélère les particules jusqu'à ce qu'elles atteignent une vitesse pour laquelle le choc unique ou multiple des particules sur une paroi solide ou sur les parois du lit fluidisé ou la collision avec les autres particules rompt les couches d'enrobage (W. B. Palmer "Breaking Silicon Carbide Coated Unirradiated Ft. St. Vrain Fuel Particules by Jet Grinding" Idaho, EUA, I.C.P. -1043 Avril 1974).Mais l'inconvénient de ce procédé est qu'il est très difficile de réglér de manière optimale la pression du gaz, l'écartement entre la buse et la paroi solide ainsi que le diamètre de la buse, qui doivent pourtant prendre des valeurs différentes pour diverses sortes de particules. En outre, la capacité de traitement des particules n'est que faible en dépit d'une pression de fonctlonnenent élevée de l'air qui est amené, avec la consommation d'air élevée que cela entraîne. L'invention vise un procédé pour séparer des couches d'enrobage et des noyaux de particules sphériques constituées d'un noyau et d'une couche d'enrobage entourant ce dernier, qui est simple à exécuter et qui, en particulier, peut être réglé d'une manière simple suivant les diverses sortes de particules, tout en permettant de séparer en un débit élevé les couches d'enrobage des noyaux pratiquement sans formation de fines. L'invention vise enfin une installation pour exécuter ce procédé. Suivant l'invention, on met les particules dans un courant gazeux dirigé sur la paroi solide et guidé sur celle-ci par une limitation latérale, on les entraine dans le courant de gaz et donc on les accélère, les particules étant mises dans le courant gazeux limité latéralement à une distance de la paroi solide telle qu'elles atteignent au moins la vitesse nécessaire pour que les couches d'enrobage se rompent lors de 1'vm- pact sur la paroi solide. Les particules ne;sont projetées qu'une fois contre la paroi solide, ce qui évite pratiquement d'endommager les noyaux. En choisissant convenablement la distance entre l'en- droit où l'on met les particules dans le courant gazeux et la paroi solide,tout en tenant compte de la vitesse du courant gazeux, on obtient un taux de rupture des enrobages très élevé. Le nombre des particules qui doivent être placées plusieurs fois dans le courant gazeux peut donc titre relativement petit. Dans l'installation suivant l'invention, le dispositif pour obtenir le courant gazeux dirigé vers la paroi solide est constitué d'un conduit dirigé vers la paroi solide, dont le diamètre intérieur représente de 1,5 à 50 fois le diamètre des particules et qui présente,à distance de l'embouchure,un ajutage latéral pour l'amenée des particules dans le courant gazeux, ladite distance étant au moins telle que les particules entrainées par le courant gazeux dans le conduit prennent la vitesse nécessaire pour que s'effectue la rupture des couches d'enrobage lors de l'impact sur la paroi solide. L'ajutage d'amenée des particules dans le courant gazeux est avantageusement raccordé à un réservoir de particules de sorte que les particules parviennent directement du réservoir dans le conduit où elles sont portées à la vitesse nécessaire à la destruction.Le choix de la distance entre l'embouchure du conduit et la paroi solide n'est donc pas déterminant,mais cette distance doitsbien entendu, être telle que la perte de vitesse des particules, après qu'elles ont quitté le conduit et jusqu'à ce qu'elles atteignent la paroi solide, reste relativement négligeable. L'expérience a montré que le gaz accélérateur des particules doit avoir une pression de fonctionnement pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention allant de 2 à 4 atmosphères absolus environ lorsque les particules ont un diamètre de 0,1 à 1,5 mm et lorsque le conduit a un diamètre intérieur d'environ 4 mm. On peut donc régler facilement la vitesse du gaz en en modifiant la pression. I1 est à cet effet avantageux que le conduit soit constitue d'au moins deux tronçons pouvant être séparés l'un de l'autre et pouvant être raccordés rigidement l'un à l'autre. I1 est enfin alors possible,en échangeant l'un des tronçons, d'adapter la longueur du conduit aux conditions de fonctionnement, en particulier aux dimensions des particules. Le schéma représenté au dessin annexé illustre 1 'inven- tion. L'installation pour l'exécution du procédé suivant l'invention consiste essentiellement en un récipient 1 vertical tubulaire muni d'ouvertures à ses deux extrémités et en un conduit 2 débouchant latéralement dans le récipient 1. Le conduit 2 communique par un ajutage 3 latéral avec un réservoir 4 pour les particules. Par son extrémité la plus éloignée du récipient 1, le conduit 2 peut être mis en communication avec une source de gaz comprimé non représentée. Pour exécuter le procédé suivant l'invention, on envoie de l'air comprimé ou un autre gaz comprimé,tel que,par exemple, CO2 ou N2,dans le récipient 1 par l'intermédiaire du conduit 2. En même temps, on met des particules issues du réservoir 4 dans le conduit 2 par l'intermédiaire de l'ajutage 3. Ces particules sont entraînées par le courant gazeux dans le conduit 2 et parviennent à l'extrémité de celui-ci en étant portées à une vitesse qui suffit à rompre les couches d'enrobage de ces particules lors de leur impact sur la paroi du récipient 1 qui se trouve en regard de l'embouchure du conduit 2 et qui est en une matière résistant aux chocs.Tandis que les noyaux libérés de leur couche d'enrobage,ainsi que les particules qui ne sont pas endommagées par la paroi,tombent vers le bas sur un plateau 5 intermédiaire du récipient 1 servant de plateau d'insufflation , les portions de couches d'enrobage sont entratnées vers le haut par un courant gazeux ascendant issu de l'ouverture 6 et traversant le plateau 5 intermédiaire et parviennent dans l'ouverture 7 supérieure du récipient 1 à un cyclone non représenté. Les noyaux et les particules inaltérées rassemblés sur le plateau 5 intermédiaire sont enlevés par une ouverture 8 de ce récipient 1 et sont séparés les uns des autres par un processus de séparation mettant en oeuvre par exemple des tamis ou des cribleurs à vent. A l'aide d'une installation du type illustré, on a séparé de leurs noyaux les couches d'enrobage de particules d'un diamètre compris entre 0,4 et 0,9 mm. Le diamètre intérieur du conduit 2 alimenté en air comprimé sous 4 atmosphères relatives était de 4 mm. La partie du conduit 2 se trouvant entre l'ajutage 3 et le récipient 1 avait une longueur de 150 nin. Le diamètre du récipient 1 était de 40 mm. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour séparéer les couches d'enrobage et les noyaux de particules sphériques constituées d'un noyau et d'une couche d'enrobage entourant ce dernier, en particulier de particules combustibles et/ou fertiles pour réacteurs nucléaires ayant une couche d'enrobage en SiC, ces particules étant accélérées dans un courant gazeux se dirigeant vers une paroi solide, le couches d'enrobage se rompant lors de l'impact des particules sur cette paroi solide, caractérisé en ce que l'on met les particules dans un courant gazeux dirigé sur la paroi solide et guidé sur celtle-ci par une limitation latérale, on les entrain dans le courant de gaz et donc on les accélère, les particules étant mises dans le courant gazeux limité latéralement à une distance de la paroi solide telle qu'elles atteignent au moins la vitesse nécessaire pour que les couches d'enrobage se rompent lors de l'impact sur la paroi solide. 2 - Installation pour exécuter le procédé suivant la revendication 1, comprenant un dispositif pouvant être raccordé à une source gaz comprimé en vue d'obtenir un courant gazeux dirigé sur une paroi solide et un dispositif pour recueillir les couches d'enrobage et les noyaux séparés les uns des autres lors de l'impact des particules sur la paroi solide, ainsi que pour séparer ces noyaux et ces couches d'enrobage, caractérisé en ce que le dispositif pour obtenir le courant gazeux dirigé vers la paroi solide, est constitué d'un conduit dirigé vers la paroi solide, dont le diamètre intérieur représente de 1,5 à 50 fois le diamètre des particules et qui présente, à distance de l'embouchure, un ajutage latéral pour l'amenée des particules dans le courant gazeux, ladite distance étant au moins telle que les particules entraînées par le courant gazeux dans le conduit prennent la vitesse nécessaire pour que s'effectue la rupture des couches d'enrobage lors de l'impact sur la paroi solide. 3 - Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le conduit est constitué d'au moins deux tronçons pouvant être séparés l'un de l'autre et pouvant être raccordés rigidement l'un à l'autre.