Brevet FR2473494A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne la transformation de l'hexafluorure d'uranium en des oxydes de l'uranium. On connait bien la réaction de l'hexafluorure d'uranium avec la vapeur d'eau sèche pour produire du fluo- rure d'uranyle (U02F2) ainsi que la réaction de ce fluorure d'uranyle a une température supérieure avec de la vapeur d'eau ou de l'hydrogène ou avec un mélange de vapeur d'eau et d'hy- drogène pour produire des oxydes de l'uranium. Il est éga- lement bien connu en raison, par exemple, du brevet du Royaume-Uni N 1 320 137 et du brevet correspondant des Etats-Unis d'Amérique N0 3 845 193, que les deux réactions peuvent être effectuées successivement dans le même réci- pient, l'exafluorure d'uranium et la vapeur sèche étant injectés ensemble dans la première région d'un récipient de façon A former un panache de fluorure d'uranyle, lequel est envoyé dans la seconde région du même récipient o le fluorure d'uranyle réagit avec de la vapeur d'eau et/ou de l'hydrogène s'écoulant A contre-courant. L'invention vise un procédé de transformation de l'hexafluorure d'uranium en un oxyde d'uranium par injection d'hexafluorure d'uranium et de vapeur d'eau sèche dans une première région d'un récipient afin de former un panache de particules de fluorure d'uranyle et la réaction du fluorure d'uranyle dans une seconde région du récipient avec de la vapeur d'eau ou/de l'hydrogène s'écoulant à contre-courant. Selon l'invention, on met en oeuvre ce procédé de façon qu'une proportion majeure du fluorure d'uranyle soit obligée de cir- culer dans la première région afin que les particules du fluorure d'uranyle d'origine puissent croltre et s'agglomérer de manière dendritique. Un agglomérat dendritique de haute porosité est considéré comme intéressant pour le fluorure d'uranyle puis- qu'il est retenu dans le produit fini (par exemple du dio- xyde d'uranium) et peut donner des masses compactes de dio- xyde d'uranium à grande solidité qui, par frittage, donne des pastilles de combustible nucléaire de qualité satisfai- sante. Pour que la croissance et l'agglomération s'effectuent de manière dendritique, comme requis par l'invention, il ne 2 2473494 suffit pas de prolonger simplement le séjour du fluorure d'uranyle dans la première r6gion du r6cipient. Il est n6ces- saire que les particules de fluorure d'uranyle circulent dans la première région pour que la réaction entre l'hexafluorure d'uranium et la vapeur d'eau se poursuive en présence des particules qui constituent ainsi des germes pouvant croître avec production d'un supplément de fluorure d'uranyle. Un récipient convenant pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention est décrit dans le brevet du Royaume- Uni n0 1 341 379 correspondant au brevet des Etats-Unis d'Amé- rique n 3 698 697. Ce récipient est un four incliné du type cylindre rotatif comportant une chambre d'admission formant une première région du r6cipient,dans laquelle l'hexafluorure d'uranium et la vapeur d'eau sèche sont injectés horizonta- lement pour la production d'un panache de particules de fluo- rure d'uranyle.Le four forme une seconde r6gion du récipient dans laquelle le fluorure d'uranyle produit dans la chambre d'admission est transformé en oxyde d'uranium par l'action de la vapeur d'eau et/ou de l'hydrogène s'écoulant à contre- courant. La chambre d'admission comporte des filtres qui collectent le fluorure d'uranylerecycl6 dans la chambre par son entraînement par des gaz r6siduaires provenant de l'ex- tr6mit6 supérieure du cylindre du four, et le fluorure d'ura- nyle ainsi collect6 est délogé par des organes de recyclage par entraînement et il traverse dans sa chute le panache des particules de fluorure d'uranyle pour parvenir au fond de la chambre d'admission. Il en est enlevé par un dispositif destin6 à déplacer le fluorure d'uranyle déposé dans cette chambre d'admission pour le faire parvenir à l'extr6mité su- p6rieure du cylindre du four. Si ce dispositif comprend un organe en spirale, comme décrit dans le brevet pr6cité du Royaume-Uni N 1 341 379, ce fluorure d'uranyle n'est pas simplement transporté ou transfér6 du bas de la chambre d'ad- mission vers la seconde région du récipient,mais il est 6ga- lement obligé de circuler dans cette chambre d'admission et de passer à la fois à travers et autour du panache des par- ticules de la poudre de fluorure d'uranyle formée par l'in- 3 2473494 jection simultanée de l'hexafluorure d'uranium et de la va- peur d'eau sèche, en constituant des germes de fluorure d'uranyle.. Le panache rencontre également des gaz résiduaires provenant de l'extrémité supérieure du cylindre du four et qui entraînent de petites particules de fluorure d'uranyle. Ces particules fournissent également des sites de nucléation. Une mise en oeuvre appropriée du procédé peut s'appliquer à la majeure partie du fluorure d'uranyle et l'empêcher de se déposer directement du panache dans le four. Une telle mise en oeuvre peut être réalisée par ajustement des divers para- mètres et notamment la longueur du panache et la vitesse de rotation de l'organe en spirale, vitesse que la demanderesse a fait varier entre 3 et 9 tours par minute. La longueur du panache est fonction de la vitesse des gaz aux jets d'intro- duction, et la demanderesse a trouvé nécessaire que cette vitesse ne soit pas inférieure à 7,0 mètres par seconde dans le cas du jet d'introduction de l'hexafluorure et ne soit pas inférieure à 50 mètres par seconde dans le cas du jet d'introduction de la vapeur d'eau. Il faut bien entendu aussi normalement un écoulement positif, à contre-courant de celui de la poudre, suffisant pour entraîner par recyclage vers et dans la chambre d'admission au moins une partie-des plus fines de particules de fluorure d'uranyle qui, sinon, péné- treraient dans le four. Il a été trouvé que la vitesse de cet écoulement à contre-courant doit être au moins égale à 0,05 mètres par seconde. Une fois cette vitesse décidée, on peut calculer pour un four particulier les autres vitesses d'écou- lement des gaz internes. Pour un four particulier, il peut s'avérer néces- saire de déterminer les conditions optimales par des expé- riences et ajustements effectués après examen de la forme du produit. Une indication de l'existence d'une circulation dans la première région peut être obtenue par injection d'un indicateur ou traceur radio-actif. Ainsi, dans une série d'essais effectuée en utilisant de l'hexafluorure de molybdène 99, il a été trouvé que le traceur n'atteint le four qu'au bout d'au moins 20 secondes après son injection avec la va- peur d'eau et i'hexafluorure d'uranium formant le panache dans la chambre d'admission, que l'activité du traceur n'at- i ?A2473494 teint un maximum à l'entrée du four qu'teprès trois minutes et qu'il diminue lentement en 35 minutes, la période radio- active ou le temps nécessaire pour que l'activité du traceur diminue de moitié étant de 13 minutes. On sait que les oxydes de l'uranium constituent des intermédiaires dans les processus de l'extraction de l'uranium métallique. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven- tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées O10 au procédé décrit. R E V E N D I C A T I O N Procédé pour transformer de l'hexafluorure d'ura- nium en un oxyde de l'uranium par (a) injection de l'hexa- fluorure d'uranium et de vapeur d'eau sèche dans une premiè- re région d'un récipient, afin de former unl panache de parti- cules de fluorure d'uranyle,et (P) réactiondu fluorure d'ura- nyle,dans une seconde région du récipient, avec de la vapeur d'eau ou de l'hydrogène, ou bien avec de la vapeur d'eau et de l'hydrogène, circulant & contre-courant, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on oblige une majeure partie du fluorure d'uranyle à circuler au sein de la première région afin que les particules de fluorure d'uranyle d'origine puissent croître et s'agglomérer de manière dendritique.