Brevet FR2528720A1 — publié le 19831223

La présente invention a pour objet un dispositif pour alimenter en continu une installation de traitement de matières granuleuses, utilisable notamment dans une installation de conditionnement de déchets solides finement divisés tels que des déchets radioactifs, par enrobage dans un matériau approprié. De façon plus précise, elle s'applique au traitement de résines échangeuses d'ions radioactives provenant des installations de décontamination d'effluents actifs associées par exemple à une centrale nucléaire. Ces résines échangeuses d'ions sont des matiè res solides finement divisées qui, pour des raisons de sécurité, doivent être stockées dans l'eau et transpor tées en suspension dans l'eau. Ainsi, dans les installations nucléaires lorsque ces résines sont usées, on les transfère par voie hydraulique dans une cuve de stockage placée dans une casemate où la protection biologique est assurée par l'eau présente dans la cuve et par le béton de la casemate. Ces résines doivent être ensuite conditionnées en vue d'un stockage définitif à long terme.Dans ce but, elles sont extraites de la cuve de stockage, gouttées, puis incorporées dans des matériaux appropriés, constituésfipar exemple par du béton, des résines thermodurcissables ou du bitume ; les produits obtenus comprenant le matériau d'enrobage dans lequel sont incorporés les déchets sont généralement disposés dans des coques de protection en béton ou en acier en vue de leur stockage à long terme. L'installation de traitement correspondante peut être constituée par un poste fixe ou par une station mobile déplaçable à volonté d'une installation nucléaire à l'autre. Dans ce dernier cas, les caractéristiques de l'installation doivent être compatibles avec un trans port routier et il est de ce fait important de minimiser le poids de l'installation, donc l'importance des protections biologiques. Pour remplir au mieux ces conditions, il est préférable d'avoir une installation alimentée et fonctionnant en continu. Cependant, la réalisation d'une telle installation pose certains problèmes car il est difficile de prélever la matière dans la cuve de stockage et de la transférer à un débit qui corresponde à la cadence de l'installation de traitement. En effet, le prélèvement s'effectue généralement par voie hydraulique au moyen d'une pompe ou d'un hydroéjecteur et une certaine quantité d'eau est injectée au point de prélèvement dans la cuve de stockage. Etant donné que les résines échangeuses d'ions se décantent facilement, il faut respecter certaines conditions lors de leur transfert vers l'installation de traitement, pour éviter les risques d'obstruction des canalisations de transfert et les dépôts de produits radioactifs. Ainsi, il faut que le diamètre des canalisations soit au moins égal à 40 mm, que la vitesse de la suspension dans les canalisations soit au moins égal à 2 m/s et que les canalisations aient des coudes à grand rayon de courbure par exemple de 3 à 5 fois le diamètre de ces canalisations. De ce fait, le débit de prélèvement de la suspension de grains de résine échangeuse d'ions dans 3 la cuve de stockage est au minimum de 10 m3/h pour un mélange comprenant au moins 40 % d'eau ; ceci correspond à un débit de 6 m3/h de grains de résines échangeuses d'ions, qui est plus élevé que le débit auquel on peut alimenter l'installation d'enrobage des résines échangeuses d'ions notamment en raison de la cadence de permutation des fûts destinés à recevoir les produits enrobés. En effet, à la sortie de l'installation d'en robage, on recueille dans un fût le mélange de résines échangeuses d'ions et de matériau d'enrobage à l'état liquide.Aussi, pour assurer le fonctionnement en continu de l'installation, il est nécessaire de permuter les fûts d'enrobage pour remplacer le fût qui vient d'être rempli par un fût vide et ceci n'est pas compatible avec un débit de sortie élevé de l'installation. Pour résoudre ces problèmes d'alimentation en résine échangeuse'd'ions de l'installation d'enrobage, on a envisagé différentes solutions basées pour la plupart sur l'utilisation d'un récipient intermédiaire de stockage des résines échangeuses d'ions égouttées. Dans ce but, on peut utiliser une trémie de stockage, qui est alimentée en discontinu en résines échangeuses d'ions égouttées et qui délivre en continu par un système d'extraction volumétrique la quantité voulue de résines échangeuses d'ions à l'installation d'enrobage. Cependant, un tel dispositif d'alimentation est difficile à mettre en oeuvre compte tenu de l'absence de fluidité des résines égouttées. De plus, il présente l'inconvénient de conduire à un volume élevé de produit actif et de nécessiter de ce fait des protections biologiques plus importantes, ce qui augmente le poids de l'installation. On peut aussi utiliser un pot de décantation et de dosage interposé sur une boucle de circulation d'une suspension de résines échangeuses d'ions dans l'eau, et extraire en continu la quantité voulue de résines échangeuses d'ions de ce pot décanteur. Cependant, comme précédemment, une telle installation présente l'inconvénient de nécessiter un pot doseur volumineux et par conséquent de conduire également à alourdir les protections biologiques, ce qui est peu compatible avec une installation mobile. De plus, il existe un risque non négligeable de fuite sous pression au raccordement de la pompe d'extraction des résines décantées et par conséquent un risque de contamination de la station mobile. La présente invention a précisément pour objet un dispositif d'alimentation en continu d'une installation de traitement de matières granuleuses, par exemple de déchets radioactifs, qui permet de délivrer en continu dans l'installation de traitement la quantité voulue de matières granuleuses, sans nécessiter l'utilisation de récipients intermédiaires de stockage. Le dispositif selon l'invention d'alimentation en continu d'une installation de traitement de matières granuleuses se caractérise en ce qu'il comprend - des moyens pour mettre en circulation une suspens ion de ladite matière dans un liquide, dans un circuit fermé comportant une cuve de stockage de ladite ma tière dans ledit liquide ; - des moyens pour prélever en continu une fraction du courant de suspension circulant dans ledit circuit et pour régler le débit et la concentration en matière de la fraction prélevée à des valeurs sensiblement constantes ; et - des moyens pour transférer en continu la fraction prélevée dans l'installation de traitement. Avantageusement, les moyens pour transférer en continu la fraction prélevée dans lrinstallation de traitement comprennent - des moyens pour séparer la matière granuleuse de la fraction prélevée, et - des moyens pour introduire la matière granuleuse ain si séparée dans l'installation de traitement. Selon un mode préféré de réalisation du dispositif de l'invention, les moyens pour prélever en continu la fraction du courant de suspension circulant dans ledit circuit et pour régler le débit et la concentration en matière de la fraction prélevée à des valeurs sensiblement constantes sont constitués par un hydrocyclone. L'utilisation d'un hydrocyclone permet d'obtenir aisément une fraction de suspension ayant un débit et une concentration en matière qui ne varient pratiquement pas dans le temps quelle que soit la concentration en matière de la suspension introduite dans cet hydrocyclone. Celui-ci fonctionne en épaississeur et il sépare la suspension introduite en deux courants - un ler courant évacue à l'apex, constitué par la fraction prélevée qui possède un débit plus faible et une concentration en matière plus élevée que ceux de la suspension introduite ; et - un 2ème courant évacué au vortex et recyclé dans le circuit fermé, qui possède un débit et une concentra tion en matière plus faibles que ceux de la suspen sion introduite. Les caractéristiques de lthydrocyclone, en particulier les diamètres du tube du vortex et de la buse de l'apex sont choisis de façon à obtenir à l'apex le débit et la concentration en matière voulus pour l'alimentation en continu de l'installation de traitement. Selon l'invention, le circuit fermé comprend avantageusement une première conduite reliant la cuve de stockage auxdits moyens de prélèvement de la fraction de suspension, une deuxième conduite reliant lesdits moyens de prélèvement à une cuve de recyclage et une troisième conduite munie d'une pompe reliant la cuve de recyclage à la cuve de stockage. Avantageusement, la cuve de recyclage est située à un niveau inférieur à celui des moyens de prélè vement de la fraction de suspension de façon à assurer l'écoulement par gravité de la suspension dans la cuve de recyclage. Lorsque les moyens pour prélever la fraction de suspension sont constitués par un hydrocyclone, on relie le vortex de l'hydrocyclone à la deuxième conduite du circuit fermé. Pour assurer la mise en circulation de la suspens ion provenant de la cuve de stockage dans le circuit fermé, la première conduite du circuit fermé est munie d'une pompe capable de mettre en circulation un débit important de suspension. De préférence, les pompes des 1ère et 3ème conduites sont des pompes à Vortex afin d'éviter de broyer la matière véhiculée et de former des fines, ce qui serait préjudiciable au bon fonctionnement de l'installation et à l'obtention d'une bonne séparation de la matière présente dans la fraction prélevée. L'emploi du dispositif d'alimentation en matière granuleuse de l'invention dans une installation de conditionnement de déchets radioactifs par enrobage dans un matériau approprié présente en particulier l'avantage de minimiser les risques d'irradiation et de contamination, ce qui est particulièrement interessant dans le cas d'une installation mobile. En effet, en raison du faible débit de la fraction de suspension prélevée par l'hydrocyclone, on limite à des valeurs plus faibles les quantités de produits radioactifs mises en jeu dans l'installation d'enrobage. L'invention a également pour objet une installation pour le conditionnement de déchets en grains utilisant le dispositif d'alimentation en matière granuleuse présentant les caractéristiques précitées. Cette installation comprend - un malaxeur pour mélanger en continu les déchets en grains avec un matériau d'enrobage ; - un dispositif d'alimentation en matière granuleuse comportant des moyens pour mettre en circulation une suspen sion dans un liquide des déchets en grains dans un circuit fermé comportant une cuve de stockage des déchets en grains dans ledit liquide, des moyens pour prélever en continu une fraction du courant de suspens ion circulant dans ledit cir cuit et pour régler le débit et la concentration en grains de la fraction prélevée à des valeurs sensiblement constantes, des moyens pour séparer la matière granuleuse de la fraction prélevée, et des moyens pour introduire en continu la matière ainsi séparée dans le malaxeur ; - des moyens pour introduire en continu dans le ma laxeur le matériau d'enrobage ; et - des moyens pour recueillir en continu dans un fut de stockage le mélange de déchets et de matériau d'enro bage obtenu dans le malaxeur. Avantageusement, l'installation comprend une enceinte de protection biologique à l'intérieur de laquelle sont disposés - les moyens pour prélever en continu la fraction du courant de suspension circulant dans le circuit fermé et pour régler le débit et la concentration en grains de cette fraction à des valeurs sensiblement constan tes, - les moyens pour séparer la matière granuleuse de la fraction ainsi prélevée, - les moyens pour introduire en continu la matière gra nuleuse ainsi séparée dans le malaxeur, et - le malaxeur. Dans ce dernier cas, l'installation comprend avantageusement en plus une plate-forme déplaçable sup portant l'enceinte de protection biologique et des moyens pour supporter et permuter au moins deux fûts de stockage du mélange de déchets et de matériau d'enrobage, et des moyens pour connecter et déconnecter les moyens de prélèvement de la fraction de suspension du circuit fermé. Dans une installation mobile de ce type, les ler et 2ème conduits du circuit fermé sont également en grande partie dans l'enceinte de protection biologique qui peut être accolée à l'installation de stockage des résines. Etant donné que l'installation peut fonctionner en continu, les quantités de matière granuleuse en circulation sont peu importantes et ceci permet de minimiser les dimensions de l'enceinte de protection biologique. Cette enceinte peut être réalisée en béton, en plomb ou en acier suivant l'activité des produits radioactifs à traiter auxquels elle est destinée. L'installation de conditionnement de déchets radioactifs en grains de l'invention présente ainsi de nombreux avantages, en particulier celui de pouvoir être réalisée sous la forme d'une installation mobile ayant une capacité relativement élevée grâce à son fonctionnement en continu et assurant par ailleurs un mélange intime et contrôlé des déchets et du matériau d'enrobage, ce qui la rend particulièrement adaptée au traitement de résines échangeuses d'ions radioactifs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée bien entendu à titre illustratif et non limitatif en référence au dessin annexé qui représente schématiquement en coupe verticale une installation mobile de conditionnement de déchets radioactifs en grains constitués par des résines échangeuses d'ions. Sur cette figure, on a représenté en 1, la cuve de stockage dans de l'eau des résines échangeuses d'ions radioactives à conditionner. Cette cuve de stockage est raccordée par une première conduite 3 équipée d'une pompe 5 et d'un raccord démontable 6, à un hydrocyclone 7 dont l'apex 9 est raccordé à un tamis vibrant 11 et le Vortex 13 à une cuve de recyclage 15 située à un niveau inférieur, par l'intermédiaire d'une deuxième conduite 17 munie d'un raccord démontable 19. La cuve de recyclage 15 est reliée à la cuve de stockage 1 située au-dessus par l'intermédiaire d'une 3ème conduite 21 munie d'une pompe 23. L'ensemble comprenant la cuve de stockage 1, la première conduite 3, la deuxième conduite 17, la cuve de recyclage 15 et la troisième conduite 21 constitue ainsi le circuit fermé du dispositif de l'invention dans lequel on mettra en circulation une suspension de résines échangeuses d ions à un débit élevé. Le tamis vibrant 11 ou tout autre moyen capable d'assurer l'égouttage des résines échangeuses a ions est muni d'une conduite d'évacuation d'eau 25 raccordée à la deuxième conduite 17 et d'une conduite de sortie 27 des résines échangeuses d'ions égouttées qui sont acheminées par gravité dans une vis de transfert 29 reliée à un malaxeur 31. L'installation comprend également un ou plusieurs réservoirs destinés au matériau d'enrobage, par exemple un réservoir 33 de résine thermodurcissable et un réservoir 35 d'agent durcisseur qui sont reliés respectivement au malaxeur 31 par des canalisations 37 et 39 munies respectivement de pompes volumétriques 41 et 43. L'installation comprend de plus des moyens de support pour au moins deux fûts de stockage 45 placés dans des coques de protection 47 qui sont destinées à recevoir le mélange sortant du malaxeur 31. Les moyens de support des fûts sont conçus de façon à pouvoir as surer la permutation d'un fût vide et d'un fût plein et ils sont constitués par un carrousel 49. Un godet bas coulant 51 peut recueillir le mélange sortant du malaxeur 31 pendant la permutation des fûts. L'ensemble comprenant les réservoirs 33 et 35 de résine thermodurcissable et d'agent durcisseur, l'hydrocyclone 7, le tamis vibrant 11, la vis de transfert 29, le malaxeur 31, le godet basculant 51 ainsi que le carrousel 49 supportant les fûts d'enrobage 45 est disposé sur une plate-forme mobile 52. L'installation mobile ainsi constituée peut etre déconnectée des cuves de stockage et de recyclage par démontage des raccords 6 et 19 prévus sur les conduites 3 et 17. Dans l'installation mobile, une cuve de rétention 53 permet de collecter les fuites d'eau éventuelles et les eaux de lavage et de les évacuer par la canalisation 55 dans la deuxième conduite 17 vers la cuve de recyclage 15. Par ailleurs, l'installation comprend des conduites d'alimentation en eau pour assurer, en fin d'opération, le lavage de différentes éléments, en particulier du tamis vibrant 11 et de la vis de transfert 29. Ces eaux de lavage sont évacuées par la canalisation 55 dans la conduite 17. Une enceinte de protection biologique 57 délimite une zone controlée autour des appareils et circuits actifs qui sont constitués par l'hydrocyclone 7, le tamis vibrant 11, la vis de transfert 29 et le malaxeur 31. En fonctionnement, une suspension dans l'eau de résines échangeuses d'ions radioactives est mise en circulation par la pompe 5 à un débit élevé dans la première conduite 3 puis le courant de suspension est introduit dans l'hydrocyclone 7 où il se sépare en un premier courant de débit plus faible ayant une concen tration constante en résine échangeuse d'ions qui est évacué à l'apex 9 vers le tamis vibrant 11 et en un deuxième courant évacué au vortex 13 de l'hydrocyclone qui contient une proportion variable d'eau et de résines. Ce deuxième courant est évacué par gravité dans la conduite 17 vers la cuve de recyclage 15, la pompe 23 permet de recycler dans la cuve de stockage 1 le contenu de la cuve de recyclage 15.Le débit de la fraction de suspension aqueuse de résines échangeuses d'ions évacuée à l'apex 9 de l'hydrocyclone 7 constitue le débit d'alimentation de l'installation d'enrobage et, grâce à la présence de cet hydrocyclone, le débit et la concentration en résines échangeuses d'ions de cette fraction sont maintenus à des valeurs pratiquement constantes quelle que soit la teneur en résine de la suspension introduite dans l'hydrocyclone. Cette fraction de suspension est ensuite dirigée sur le tamis vibrant 11 où les résines échangeuses d'ions sont séparées de l'eau par égouttage, l'eau étant recueillie dans la conduite 25 et évacuée vers la cuve de recyclage 15 par la conduite 17. Les résines égouttées sont ensuite introduites dans le malaxeur 31 par l'intermédiaire de la vis de transfert 29.On introduit également dans le malaxeur la résine d'enrobage et le durcisseur par les canalisations 37 et 39 en réglant les pompes 41 et 43 de façon à obtenir les proportions voulues. Le mélange obtenu dans le malaxeur tombe par gravité dans l'un des fûts d'enrobage 45. Lorsque l'un des fûts d'enrobage est plein, on actionne le carrousel 49 pour permuter les deux fûts et le godet 51 est mis en place pour recueillir le mélange pendant la permutation des deux futs. Ainsi on peut réaliser l'enrobage en continu. A titre d'exemple, une installation de ce type peut avoir une capacité journalière de traitement de 2 m3 de résines échangeuses d'ions et une capacité ho raire de 500 kg de résines échangeuses d'ions humides. Ces résines peuvent être constituées par des résines cationiques et anioniques mélangées en proportions variables ayant une humidité liée de 50%, une humidité libre de 6%, une densité de 1,1 à 1,2 et une activité de 10 à 300 curies par m3. L'installation peut présenter une longueur de 6,5 m, une largeur de 2,2 m, une hauteur en service de 3,5 m et un poids de 20 t, y compris les protections. Avec une telle installation, on obtient au voisinage de la plate-forme un débit de dose de 0,25 mrem/h et un débit de dose de 2,5 mrem/h dans la zone contrôlée, soit à l'intérieur de l'enceinte de protection biologique 57. Les coques en béton utilisées pour recevoir les fûts d'enrobage sont des coques normalisées de 2 m3 ayant un diamètre extérieur de 140 cm, une hauteur de 130 cm, une épaisseur de 15 à 40 cm et le temps de permutation des fûts est de 10 à 15 s. Des essais ont été réalisés dans une installation de ce type comportant des pompes à vortex capables de tourner à 3000 tours/min. Pour ces essais, le débit de la suspension de résines échangeuses d'ions dans la conduite 3 était de 12 m3/h avec une concentration en résines échangeuses d'ions variant de 2 à 67% au cours du traitement. On précise que la concentration en résines échangeuses d'ions représente le rapport de la hauteur de résines déçantées à la hauteur totale de l'échantillon prélevé dans une éprouvette de 1 litre. En utilisant un hydrocyclone du type UNITEC-UC 150 (diamètre du tube : 34 mm et diamètre de la buse : 10 mm) on a obtenu à l'apex un débit de 600 l/h avec une concentration constante en résines de 89 + 1%. Le réglage général de l'installation peut être obtenu en modifiant la perte de charge entre la pompe et l'hydrocyclone par une vanne. On peut aussi utiliser une pompe équipée d'un motovariateur pour ajuster plus précisément le débit de la suspension à l'entrée de l'hydrocyclone. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation en continu d'une installation de traitement de matière granuleuse, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens (5) pour mettre en circulation une suspen sion de ladite matière dans un liquide, dans un cir cuit fermé (3, 17, 21) comportant une cuve de stocka ge (1) de ladite matière dans ledit liquide ; - des moyens (7) pour prélever en continu une fraction du courant de suspens ion circulant dans ledit circuit et pour régler le débit et la concentration en matiè re de la fraction prélevée à des valeurs sensiblement constantes ; et - des moyens (29) pour transférer en continu la frac tion prélevée dans l'installation de traitement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (29) pour transférer en continu la fraction prélevée dans l'installation de traitement comprennent - des moyens (11) pour séparer la matière granuleuse de la fraction prélevée, et - des moyens (29) pour introduire la matière granuleuse ainsi séparée dans l'installation de traitement. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens 7 pour prélever en continu une fraction du courant de suspension circulant dans ledit circuit et pour régler le débit et la concentration en matière granuleuse de la fraction prélevée à des valeurs sensiblement constantes sont constitués par un hydrocyclone. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit fermé comprend une première conduite (3) reliant la cuve de stockage (1) auxdits moyens de prélèvement (7) de la fraction de suspens ion, une deuxième conduite (17) reliant lesdits moyens de prélèvement (7) à une cuve de recyclage (15) et une troisième conduite (21) munie d'une pompe (23) reliant la cuve de recyclage (15) à la cuve de stockage (1). 5. Installation pour le conditionnement de déchets en grains, caractérisée en ce qu'elle comprend - un malaxeur (31) pour mélanger en continu les déchets en grains avec un matériau d'enrobage ; - un dispositif selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 4 pour introduire en continu les déchets en grains dans le malaxeur ; - des moyens (41, 43) pour introduire en continu le matériau d'enrobage dans le malaxeur, et - des moyens pour recueillir en continu dans un fût de stockage (45) le mélange de déchets et de matériau d'enrobage obtenu dans le malaxeur (31). 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une enceinte de protection biologique (57) à l'intérieur de laquelle sont disposés - les moyens (7) pour prélever en continu la fraction du courant de suspension circulant dans le circuit fermé et pour régler le débit et la concentration en matière granuleuse de la fraction prélevée à des va leurs sensiblement constantes, - les moyens (11) pour séparer la matière granuleuse de la fraction ainsi prélevée, - les moyens (29) pour introduire en continu la matière granuleuse ainsi séparée dans le malaxeur, et - le malaxeur (31). 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend une plate-forme (52) déplaçable supportant l'enceinte de protection biologique (57) et des moyens (49) pour supporter et permuter au moins deux fûts de stockage, et des moyens (6 et 19) pour connecter et déconnecter les moyens de prélèvement (7) de la fraction de suspension du circuit fermé.