Brevet FR2476370A1 — publié le 19810821

La présente invention a trait au domaine du traitement des déchets radioactifs de l'industrie nucléaire. Elle concerne tout particulièrement un procédé de captage ou piègeage de gaz radioactifs par des matériaux fondus en vue d'assurer un stockage permettant la décroissance deradioactivité en lieu abrité.et sans risque pour l'environnement. On sait que dans les réacteurs nucléaires, la fission de l'uranium et l'activation de certains éléments entraînent la production de divers déchets gazeux radioactifs. Ces gaz peuvent se dégager dans les réacteurs euxrnêmes mais la majeure partie est libérée au moment du reconditionnement et du retraitement des combustibles usagés et des gaines qui les enveloppent. Alors que certains effluents gazeux peuvent se combiner, du fait de leur réactivité chimique, à d'autres éléments pour être transformes en matières liquides ou solides, il en est bien entendu différemment des gaz inertes tels que par exemple le krypton et le xénon. On a tenté certes, de pièger ces gaz inertes radioactifs dans des métaux fondus mais les résultats ne sont généralement pas satisfaisants du fait d'une faible capacité de dissolution pour ces gaz. I1 a maintenant été trouvé que ce problème du captage des effluents gazeux inertes radioactifs pouvait être résolu grâce à la mise en oeuvre de matériaux qui lorsqu'ils sont à l'état liquide, ont un grand pouvoir de dissolution de ces gaz. L'invention propose à cet effet un procédé selon lequel on injecte sous pression les déchets gazeux dans une matière silicatée en fusion jusqu a saturation de cette dernière, après quoi l'on assure un refroidissement rapide de la matiere saturée afin de la solidifier. Lors de ce refroidissement brutal (ou trempe) on bloque le dégagement des gaz occlus dans le matériau fondu, ces gaz restant piègés dans la matière qui acquiert généralement une structure vitreuse lorsque la composition chimique s'y prête. Le matériau silicaté peut être constitué par toutes compositions connues pour verres et/ou céramiques. Toutefois, il a été trouvé que les laitiers et scories métallurgiques, qui sont essentiellement des silico-aluminates de calcium, ou de magnésium conviennent particu lièrement bien pour la rétention des effluents gazeux selon l'invention. D'une façon générale, on peut utiliser les scories et laitiers produits au cours de l'élaboration, la fusion ou l'affinage des fers, fontes et aciers, ainsi que des métaux non ferreux et métalloides comme par exem ple le phosphore, produits par voie thermique. Toutefois, la composition chimique de la matière silicatée doit permettre d'obtenir, après refroidissement de la masse fondue, un produit stable.A cet égard, il y a lieu d'écarter les scories et laitiers qui peuvent subir la désagrégation provoquée par la transformation allotropique du silicate bicalcique (voir le brevet français N 79.07246) On pratique l'introduction de l'effluent gazeux dans la matière silicatée fondue s'effectue par barbotage ou injection du gaz sous pression de quelques bars dans la masse liquide, par exemple à 1400-1500 C pour un laitier métallurgique. La quantité de gaz dissous ou absorbé jusqu a saturation varie généralement entre 100 et 1500 ml par kg de matière en fusion ; elle est bien entendu fonction de la composition chimique du laitier ou materiau analogue,de la température de ce dernier et de la pression du gaz dans l'enceinte où se fait le barbotage ou l'injection. Conformément à l'invention, la masse de -rétention des gaz est ensuite soumise à un brutal refroidissement qui peut être obtenu de plusieurs manières. Selon un mode de réalisation, on peut plonger au sein de la matière en fusion une masse métallique de grande conductivité thermique ; cette technique est cependant peu commode dans sa mise en oeuvre. Selon un autre procédé, on peut faire couler la matière fondue dans un récipient de grande inertie thermique, par exemple en fonte, et d'une masse correspondant à plusieurs fois la masse de matière fondue à refroidir. Conformément a une autre technique, connue en soi, on peut assurer le refroidissement à l'aide d'un courant gazeux ou d'eau, ou encore faire tomber directement dans de l'eau la matière fondue à l'état liquide. Après refroidissement, la matière silicatée obtenue à structure vitreuse, est récupérée et enfermée dans des récipients fer més hermétiquement pour stockage pendant une durée d'au moins 100 ans. A cet effet, on peut utiliser les fûts à enrobage étanche tels que décrits dans le brevet français N078.22925. Selon une variante, la masse vitreuse est obtenue directement dans des moules, lors du refroidissement, ces moules étant ensuite introduits dans les fûts précités. Le stockage des produits contenant les gaz occlus doit être, bien entendu, effectué pendant un temps suffisant pour atteindre un taux de radioactivité acceptable (pour le krypton 85, la période est de 10,3 années) de façon à pouvoir mettre le produit en décharge normale ou à l'utiliser dans les divers emplois connus des laitiers et sco ries. Le procédé de l'invention convient particulièrement bien pour le piègeage de gaz radioactifs chimiquement inertes, tels que par exemple : krypton, radon et xénon. Des essais effectués avec des laitiers d'aciéries et des laitiers de haut-fourneaux ont donné des résultats très intéressants, la quantité de gaz dissous et retenu dans la masse de laitier solidifié pouvant atteindre jusqu'a 1600 ml par kg de laitier. On notera å cet égard que les laitiers dits basiques (pour lesquels le rapport CaO/SiO2 est égal ou supérieur à 1,2) ont un pouvoir de dissolution nettement plus important que les laitiers acides. REVENDICATIONS 1. Procédé de captage de déchets radioactifs gazeux par des matériaux fondus, caractérisé en ce que l'on injecte sous pression les déchets gazeux dans une matière silicatée en fusion jusqu'à saturation de cette dernière puis assure un refroidissement rapide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les déchets gazeux sont constitués par des gaz chimiquement inertes 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière silicatée est constituée par des masses en fusion de verres, céramiques, laitiers et scories métallurgiques. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le refroidissement de la masse en fusion saturée de gaz est assure par une trempe à l'aide d'un courant d'eau ou fluide gazeux, avant la récupération et le confinement dans des récipients hermétiques pour stockage. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le refroidissement de la masse en fusion sati~ rée de gaz est assuré par coulée de cette dernière dans des récipients de grande inertie thermique du type fonte ou analogue.