Brevet FR2467466A1 — publié le 19810417

L'invention concerne une colonne d'extraction pour matière de fission et/ou matière fertile, en particulier pour le retraitement d'éléments combustibles br lés, avec un mécanisme de pulsation. La pulsation de la colonne peut 8tre réalisée ici de façon hydraulique, ainsi que l'addition d'agent extrac- teur, sous forme d'une dispersion à répartition uniforme à travers la section de la colonne. Le fluide hydraulique est amené à travers deux couches d'obturation de telle façon, que des pompes à impulsions normales peuvent être mises en oeuvre de manière exempte de contamination, par exemple à l'extérieur d'une cellule chaude. Dans l'industrie nucléaire, en particulier dans le retraitement d'éléments combustibles brûlés, la purifi- cation de l'uranium et du plutonium est effectuée par extrac- tion liquide-liquide dans des colonnes puisées. Afin d'éviter l'encastrement des pièces mobilest comme les pompes à impulsions, dans les cellules chaudes, les colonnes sont généralement pulsées par chasse d'air (50 à 100 m3/h), entraînant à la sortie un aérosol actif. Pour l'éliminer, il faut mettre en oeuvre de coûteuses colonnes pour épurer l'air de rejet. On rencontre en outre des difficultés, en particulier dans le cas de colonnes à grand diamètre, pour charger durant la pulsation, d'une manière uniforme sur la section, la solution d'agent extracteur organique, qui doit être introduite au pied de la colonne, et qui est constituée par exemple de 30 % de TBP (Tributylphosphate) et 70 % de dodecane. De plus, chaque point d'alimentation implique, au pied de la colonne, des tuyaux d'alimentation soudés, dont les jonctions soudées sont soumises à une plus forte action de corrosion et de pulsions, que les parties constitutives de la colonne, et forment ainsi des points faibles de la structure de la colonne. En conséquence, l'invention s'est fixée pour but de trouver une colonne d'extraction pour matière de fis- sion et/ou matière fertile, en particulier pour le retraitement d'éléments combustibles brûlés, avec un mécanisme de pulsation o il ne se produit pas d'aérosol actif durant la pulsation, et o il n'est autant que possible pas nécessaire de recourir, 2 2467466 dans la partie inférieure, à des tubes d'amenée, d'évacuation ou de pulsations, qui pourraient former des points faibles de la colonne, par corrosion des jonctions soudées et/ou fissures sous la contrainte des pulsions. A cet effet, l'invention propose une colonne caractérisée en ce que la colonne contient un tube rempli d'agent extracteur, qui est relié avec une pompe à impulsions, à travers un récipient à liquide obturant en plusieurs parties reliées entre elles suivant le principe des vases communicants. Conformément à l'invention, on introduit dans la colonne à extraction un tube central, qui permet l'introduc- tion par le haut des impulsions et de l'agent extracteur, les impulsions n'étant plus obtenues par poussées d'air, mais au moyen d'une pompe à impulsions, qui peut fonctionner sans être contaminée, à l'extérieur de la cellule chaude, à travers un récipient à fluide obturateur avec deux phases d'obturation. La figure représente schématiquement un mode de réalisation exemplaire de la colonne selon l'invention. Dans la colonne 1, munie des conduites d'amenée et d'évacuation des divers liquides, comme le liquide introduit (solution à extraire), et le liquide raffiné, se trouve un tube d'intro- duction 2 central, à travers lequel s'effectue l'alimentation de l'agent extracteur et par lequel arrivent les impulsions provenant de la pompe 4. Afin de permettre l'installation de la pompe à impulsions 4 à l'extérieur de la cellule chaude, derrière la paroi en béton 5, on intercale un récipient à fluide obturateur 6 constitué par plusieurs compartiments, par exemple deux cylindres hydrauliques. Dans les parties communi- cantes 7 des cylindriques hydrauliques reliés, se trouve comme liquide obturateur lourd, par exemple de l'eau. Dans la partie 8 reliée à la colonne 1, est introduit l'agent extracteur, par exemple du dodecane avec 30 % de TBP (tributylphosphate), lequel n'est pas miscible à l'eau et forme une limite de phase. Comme cet agent extracteur peut provenir du lavage d'agent d'extraction, et qu'il est exempt de matière de fission dans une grande mesure, une diffusion en retour de matière de fission à partir de la colonne d'extraction est empêchée également. Dans la partie 9 reliée à la pompe, on utilise par exemple du dodecane pur, jusqu'à la pompe à impulsions 4, 3 2467466 qui ne sert qu'à diluer l'agent extracteur, le TBP, n'est pas miscible au liquide obturateur, et ne peut recevoir seul de la matière de fission. De préférence, l'agent extracteur est amené dans la colonne 1, à travers la partie 8 et le tube central 2. Dans la partie inférieure 3 de la colonne, le tube central 2 d'introduction/impulsions, comporte de préférence un évasement 10, de sorte que les variations d'impulsions et la migration de la limite de phase n'ont lieu que dans cette partie évasée 10. Par incorporation de plateaux perforés 11 dans le tube d'introduction 2 c'està-dire l'évasement 10, comme dans la colonne 1, l'agent extracteur introduit, lors de la montée de la phase aqueuse, se dilue dans celle-ci par dis- persion, ce qui est encore amélioré par répartition de l'agent extracteur lors de l'écoulement par-dessus le rebord de trop plein 14. Le volume de l'évasement 10 sera de préférence supérieur au volume d'impulsions de la colonne 1. Le plateau perforé inférieur 15, dans l'évasement 10, ne présente de pré- férence, jusqu'au rebord de trop-plein 14, que la moitié de la distance séparant les plateaux perforés 11 entre eux. Dans le cas de colonnes suffisamment épaisses, le dernier tube 12 à la partie inférieure 3 de la colonne, peut être également remplacé, lorsqu'un tuyau de déchargement 13 est introduit à travers le tube central 2, permettant de soutirer du fond de la colonne, la phase aqueuse (la plus lourde). Le principe d'impulsions est également appli- cable dans le cas de colonnes à barres centrales absorbant les neutrons, selon la demande P 29 23 870. Des barres d'absorption de ce type peuvent, dans le cas de diamètres élevés, être exemptes de poison a neutrons au centre, car seule une certaine épaisseur de poison à neutrons est active et peut absorber. L'incorporation d'un tube central d'introduction/à impulsions dans la barre d'absorption n'est de ce fait pas possible sur de petites colonnes. La colonne selon l'invention peut également être utilisée pour l'extraction de produits de fission. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples décrits ci-après: 4 2467466; Exemple 1 Une colonne à extraction, avec chambre de décantation élargie à la tête et au pied de la colonne, possède, pour un degré d'enrichissement de 3 % en U235 par rapport au nitrate d'uranyl, une portée nominale dans les parties de tête et de pied, de 49, 2 cm, et dans la partie centrale, de 28,4 cm. Pour un débit normal, un volume de 1,4 1/course est nécessaire pour les impulsions. Le tube à impulsions central (2) est ajusté ici avec une portée nominale (pn) de 40, l'évasement 10 dans la partie de base 3, est ajusté à pn 100, avec une longueur de cm. Cette partie élargie de tube à impulsions 10 a un volume - de 1,9 1, alors que le volume des impulsions n'est que de 1,4 1/levée. Dans cette partie évasée 10) pn de 100, sont disposés 3-4 plateaux perforés de même épaisseur de métal et grosseur de trous, et à écartement identique à ceux de la colonne 1, le plateau perforé inférieur n'étant séparé du rebord de trop-plein 14 que par la moitié de l'écartement. Les chambres hydrauliques (8 et 9) doivent pouvoir accepter chacune au moins 6 litres, ce qui signifie que 2 tubes cylindriques à pn 150 avec 40 cm de hauteur, qui sont reliés au fond par un tube à pn-40, doivent être prévus pour la formation des couches de séparation. Les pompes à impulsion avec un point de fonction- nement de 1,4 1/levée, sont disponibles. Pour l'évacuation de la solution aqueuse extraite, il suffit d'un tube 13 à pn 10, disposé au centre du tube à impulsions 2. Exemple 2: Une colonne à extraction, pour un débit de 8t/d d'uranium sous forme de nitrate d'uranyl, avec un enri- chissement de 4 % en U235, n'atteint la sécurité critique qu'avec une barre d'absorption à neutrons. Ses dimensions sont les suivantes: colonne moyenne = 580 mm de diamètre - pied de colonne = 945 mm de diamètre - barre d'absorption central au milieu = 195 mm de diamètre à la t9te/au pied = 560 mm de diamètre - volume d'impulsions /Tevée = 5,6 1/levée On met en oeuvre ici, au centre de la barre d'absorption à neutrons, un tube à introduction/impulsions 2 à pn 80, qui s'évase au pied 3 à pn 170, et doit comporter à 2467466 cette largeur, une longueur de 300 mm. Le volume de l'évasement inférieur à pn 170, se monte à 6,8 1, alors que le volume d'impulsions n'est que de 5,6 1. En partant à mi-distance du rebord inférieur, sont disposés dans ce tube 3-4 plateaux perforés, identiques à ceux de la colonne 1 et présentant les mêmes écartements entre eux, afin de disperser l'agent extrac- teur introduit, lors des impulsions, dans la phase aqueuse aspirée. Les chambres hydrauliques (8, 9) doivent avoir chacune un volume de 18 1, par exemple des cylindres arrondis, à pn 220 avec une hauteur de 500 mm, qui sont reliés au fond par un tube à pn 80. Pour l'évacuation de la phase aqueuse extraite, il suffit d'un tube 13 à pn 20, disposé au centre du tube à im- pulsions 2. 6 2467466 REVENDICATIONS ) Colonne d'extraction pour matière de fis- sion et/ou matière fertile, en particulier pour le retraitement d'éléments combustibles brOlés, avec un mécanisme de pulsation, caractérisée en ce que la colonne (1) contient un tube (2) rempli d'agent extracteur, qui est relié avec une pompe à im- pulsions (4), à travers un récipient (6) à liquide obturant en plusieurs parties reliées entre elles suivant le principe des vases communicants. 20) Colonne à extraction selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que dans le tube (2) central se trouvent d'autres tubes (13) pour l'évacuation de la colonne de la phase lourde. ) Colonne à extraction selon les revendica- tions 1 et 2, caractérisée en ce que le tube central (2) com- porte, dans la partie inférieure (3) de la colonne (1), un évasement (10) et des plateaux perforés (11). 4 ) Colonne à extraction selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le volume de l'évasement (10) est supérieur au volume de pulsations de la colonne (1), et que le plateau perforé inférieur (15) de l'évasement (10) est à une distance du bord de trop-plein (14), qui est la moitié de la distance séparant les plateaux perforés (11) les uns des autres. 50) Colonne à extraction selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le réci- pient à liquide obturateur (6) en plusieurs parties, contient dans la partie communicante (7), un liquide obturant non misci- ble à l'agent d'extraction; dans la partie (8) reliée à la colonne (1), de l'agent d'extraction; et dans la partie (9> reliée à la pompe (4), un liquide non miscible avec le liquide obturant et la matière de fission et/ou la matière fertile, et ne pouvant entrer en combinaison avec le liquide et ces matières.