Brevet FR2485243A1 — publié le 19811224

"Procédé de stockage définitif, par vitrification de déchets radioactifs contenant des borates. La présente invention concerne un procédé de stockage définitif de déchets radioactifs par vitrification. On a jusqu'à présent traité de cette manière les déchets fortement radioactifs, à savoir les oxydes des produits de fission radioactifs provenant du retraitement des combusti- bles nucléaires irradiés, en les introduisant dans du verre liquide, en des petites quantités comprises entre 5et 20 % de la quantité de verre. Autrement dit, on produit du verre à-partir de composants appropriés et l-on incorpore les oxy- des des produits de fission dans la matrice de verre. La présente invention recherche par contre une solution pour l'élimination des concentrats de déchets faiblement à moyennement radioactifs, constitués par des liquides radio- actifs contenant des borates. De tels liquides se présentent notamment dans les réacteurs à eau pressurisée, o le bore est utilisé pour la régulation de la radioactivité. On se trouve alors en présence de quantités relativement importantes de composés de bore qui peuvent, par exemple, atteindre 10 t au - cours d'une année d'exploitation d'un réacteur de ce type. Pour éliminer les concentrats de déchets susmentionnés, la présente invention prévoit que l'on mélange des- concen- tràts de déchets faiblement à moyennement radioactifs, cons- titués par des liquides radioactifs contenant des borates, avec des additifs vitrificateurs, et ce dans un rapport de mélange maximal de 1:3 et que l'on-chauffe ensuite ce mélange de façon à obtenir une masse en fusion vitrifiable. Les borates à éliminer sont donc eux-mêmes utilisés comme composants essentiels de la fabrication du verre. C'est pourquoi la proportion de déchets dans -le verre, qui est d'au moins 30 %, est plus grande qu'avec le procédé connu d'incorporation des déchets dans une matrice de verre "pré- existante". Il est-avantageux -que les concentrats de déchets conte- nant du bore soient mélangés avec environ 70 % en poids d'oxyde de plomb et que le mélange soit transformé par fusion en verre au borate de plomb. A cet effet, i1 est particu- lièrement approprié que les matières soient chauffées à une température d'environ 600WC. On peut faire en sorte que les- concentrats de déchets soient amenés, par préséchage, à une humidité résiduelle égale ou inférieure à 5 %, avant d'être mélangés aux additifs, de sorte que le mélange avec les additifs et la fusion se font pratiquement en l'absence d'eau. Mais on peut aussi introduire les déchets sous forme liquide, de sorte que la fusion du verre produit d'abord une vaporisation, qui assure l'évacuation de l'eau. Ce mode de préparation "par voie humide" peut être avantageux par le fait qu'il supprime le risque de dégagement de poussièrO ra- dioactives et permet un mélange simple. Un autre mode de réalisation possible de la présente invention consiste en ce que l'on mélange les concentrats contenant du bore avec environ 50 % en poids de silicates, ce mélange étant ensuite transformé par fusion en verre au silicate de bore. Les argiles, par exemple, conviennent par- ticulièrement bien comme silicates, notamment lorsqu'il s'agit de les mélanger avec des déchets liquides. Au cours des essais, une argile dite "argile verte", provenant de - NEUWIED, RFA, a donné de bons résultats. Dans ce cas, il serait approprié que les matières soient chauffées à une température d'environ 1 000C. - Il est avantageux que le chauffage nécessaire à la vi- trification soit effectué par passage direct d'un flux de courant électrique dans un four électrique de fusion du ver- re, pour permettre d'isoler aussi hermétiquement que possible les matières radioactives. Une autre caractéristique de la présente invention pré- voit qu'avant le processus de fusion, on ajoute au mélange une quantité de résines échangeuses d'ions inférieure ou égale à environ 10 % en poids de la quantité totale, et que les gaz sortant du four soient évacués et épurés dans un laveur de gaz et/ou un filtre. On obtient ainsi, non seule- ment la transformation en un composant du verre des déchets contenant des borates, mais aussi une transformation des résines échangeuses d'ions en un produit apte au stockage définitif, le dosage quantitatif de ces résines ajoutées étant en premier lieu donné par la limite de radioactivité admissible par fût de déchets, limite qui doit correspondre aux conditions de stockage des déchets faiblement et moyen-- nement radioactifs. Dans ce cas, le processus de fusion sert également à éli- miner les composants combustibles-des résines échangeuses d'ions, de sorte que le processus suivant se déroulent suc- cessivement à la surface du bain de fusion: 1. Vaporisation de l'eau, seule l'eau résiduelle étant vaporisée si l'addition des.résines échangeuses d'ions se fait par voie sèche. 2. Combustion des résines. Celle -ci entraîne une ré- duction du volume d'environ 90 % c'est-à-dire à environ % de la masse initiale à l'état sec. 3. Incorporation du résidu, par fusion, pendant la for- mation du verre. La température est d'environ 1000 C pendant la fusion, lorsqu'une addition de silicate donne un verre au silicate de bore. En cas de production d'un verre au borate de plomb, par addition de plomb, il faut prévoir des tempéra- tures de fusion d'environ 600 C. - Le procédé selon la.présente.invention peut avantageu- sement être mis en oeuvre de telle sorte que le processus de fusion soit répété par étapes, sans évacuation du produit de fusion, les proportions restant les mêmes pour chaque opéra- tion de chargement relative à umeétape, et la durée du pro- cessus à chaque étape étant choisie de façon à obtenir une combustion complete des composants combustibles des résines. Dans le cas de ce processus discontinu, il faut choisir une durée permettant une combustion à 100 % des résines. Cette durée peut être comprise entre 30 et 60 minutes. Etant donné que les gaz sortant-du four de fusion sont épurés, le procédé selon la présente invention fournit, par rapport aux procédés connus-pour l'élimination des résines échangeuses d'ions radioactives, par exemple par enrobage dans du bitume ou dans du ciment, un volume de déchets moindre et - un-produit présentant d'excellentes propriétés physico- chimiques, notamment une résistance exceptionnelle à la lixi- viation. Les laveurs de gaz et/ou filtres requis pour l'épu- ration des gaz sortant du four ne demandent la mise en oeuvre que de moyens relativement faibles, par rapport aux autres procédés mentionnés. : R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Procédé de stockage définitif des déchets radioactifs, par vitrification, caractérisé en ce que l'on mélange les concentrats de déchets faiblement à moyennement radioactifs, constitués par des liquides radioactifs contenant des borates, avec des additifs vitrificateurs, et ce dans un rapport de - mélange maximal de 1:3, et que l'on chauffe ensuite ce mélange de façon à obtenir une masse en fusion vitrifiable. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les concentrais de déchets sont amenés, par préséchage, à une humidité résiduelle égale ou inférieure à 5 % avant d'être mélangés aux additifs. - 3.- Procédé selon la revendication 1 ou-2, caractérisé en ce que les concentrais de déchets contenant du bore sont mélangés avec environ 70 % en poids d'oxyde de plomb et que le mélange est transformé par fusion-en verre au borate de plomb. 4.- Procédé selon la-revendication 3, caractérisé en ce que le mé ange est chauffé à une température d'environ 6000C. 5.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on mélange les concentrats contenant du bore avec environ 50 % en poids de silicates,, notamment sous forme d'argile, ce mélange étant ensuite transformé par fusion en verre au silicate de bore. 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le mélange est chauffé à une température d'environ 10000C. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le chauffage nécessaire à la vitrification est effectué par passage direct d'un flux de courant électrique dans un four électrique de-fusion du ver- re. 8.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant la fusion, on ajoute une quantité de résines échan- geuses d'ions inférieure ou égale à environ 10 % en poids, de la quantité totale, et que les gaz sortant du four sont évacués et épurés dans un laveur de gaz et/ou un filtre, - 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le processus de fusion est répété par étapes, 248'aV3 sans évacuation du produit de fusion, les proportions res- tant les mêmes pour chaque opération de chargement relative à uneétape, et la durée du processus à chaque étape étant choisie de façon à obtenir une combustion complète des compo- sants combustibles des résines.