Brevet FR2583208A1 — publié le 19861212

Procédé et dispositif pour le traitement de déchets tritiés solides non organiques La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour le traitement de déchets solides non organiques ayant été en contact avec du tritium ou ayant contenu des produits tritiés. Lors du démantèlement ou de la modification d'installations qui ont contenu du tritium ou ont été en contact avec des produits tritiés, il est nécessaire de faire subir à ces différentes pièces un traitement spécial afin de diminuer leur teneur en tritium et leur taux de dégazage. En effet, le tritium est fortement radioactif et il est difficile de stocker ou d'entrepo- ser ces pièces en l'état. Or, Les méthodes de déconta- mination de pièces tritiées connues à l'heure actuelle ne permettent pas de libérer le tritium contenu dans La masse du matériau. La présente invention a précisément pour objet un procédé de traitement de déchets tritiés simple et facile à mettre en oeuvre et qui per- met de diminuer considérablement La teneur en tritium des pièces traitées. Elle permet également d'homogénéi- ser la teneur résiduelle, ce qui faciLite la mesure de cette teneur. Selon la principale caractéristique du pro- cédé objet de l'invention, celui-ci comprend les étapes suivantes consistant à: - faire fondre les déchets, - extraire les gaz absorbés dans la masse de dé- chets, et - soumettre les gaz ainsi libérés à un traitement de détritiation. L'extraction des gaz peut se faire de plu- sieurs manières. On peut par exemple opérer la fusion à l'intérieur d'une enceinte dans laquelle on fait le vide ou extraire constamment L'atmosphère contenue dans L'enceinte, celle-ci étant balayée par un courant gazeux. Une autre méthode consiste à insuffler de L'hy- drogène dans la masse de déchets en fusion, tout en extrayant constamment l'atmosphère contenue dans l'en- ceinte. Selon un autre aspect de l'invention, Le traitement de détritiation des gaz comprend les étapes suivantes consistant à: - amener le courant gazeux au contact d'un catalyseur d'oxydation afin de transformer L'hydrogène en vapeur d'eau, et - piéger cette vapeur d'eau sur un tamis molécuLaire. Le mot "hydrogène" utiLisé dans la présente description désigne tous Les isotopes de cet élément, c'est-à-dire aussi bien l'hydrogène que le deutérium ou le tritium. L'oxydation de ces éLéments permet donc d'obtenir soit de L'eau, soit de L'eau Lourde, soit de l'eau tritiée, soit un mélange des différentes espèces moléculaires. Le rôle du tamis moléculaire est de rete- nir les molécules d'eau formées lors du contact avec Le cataLyseur d'oxydation, ce qui permet de piéger, entre autres, L'eau tritiée. Celleci est ensuite soumise à un traitement ultérieur. L'invention a également pour objet un dispo- sitif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon La principale caractéristique de ce dispositif, celui-ci comprend: - un four pour La fusion des déchets, - un ensemble de détritiation des gaz Libérés au cours de La fusion, et - des moyens pour amener Les gaz Libérés au cours de la fusion à l'ensembLe de détritiation. Selon un mode préféré de réalisation de ce dispositif, le four comprend: une cuve apte à recevoir un creuset contenant les déchets, - des moyens de chauffage, - une vanne à vide servant à fermer Ladite cuve, et - un sas d'introduction des déchets, ce sas étant mobi- Le entre une position d'ouverture et une poisiton de fermeture et étant séparé de la cuve par la vanne à vide lorsqu'it est en position de fermeture. Dans Le mode de réalisation préféré, Le sas se présente sous La forme d'une cloche pouvant pivoter par rapport à la cuve. Selon une autre caractéristique du disposi- tif objet de l'invention, L'ensembLe de détritiation comprend: - au moins un récipient contenant un catalyseur d'oxy- dation, et - au moins un récipient contenant un tamis moLéculaire. Enfin, selon une dernière caractéristique de ce dispositif, les moyens pour faire le vide dans Le four et amener les gaz libérés au cours de la fusion à l'ensemble de détritiation comprennent au moins un groupe de pompage relié à la cuve du four par une pre- mière canalisation et à l'ensemble de détritiation par une deuxième canalisation. Ce groupe de pompage peut être une combinaison de pompes primaires et/ou de pom- pes secondaires. Il doit être particulièrement étanche vis-à-vis de l'extérieur et comporter Le minimum de ma- tériaux à caractère organique, notamment le minimum d'huile ou de graisse de lubrification dans Les parties en contact avec le fluide. Ceci concerne plus particu- lièrement le tritium gazeux, la vapeur d'eau tritiée et éventuellement les hydrocarbures tritiés. L'invention apparaitra mieux à la Lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple purement iLLustratif et nullement limitatif, en réfé- rence au dessin annexé, lequel comporte une figure uni- que représentant de manière schématique l'ensemble du dispositif objet de l'invention. Si L'on se reporte au dessin, on voit que le dispositif objet de l'invention comporte d'abord un four, portant la référence générale 2, placé à l'inté- rieur d'une boîte à gants 4. Ce four est essentielle- ment constitué d'une cuve 6 disposée horizontalement et ouverte à sa partie supérieure. Dans le mode de réali- sation préféré, cette cuve est réalisée en acier inoxy- dable à double paroi et elle est refroidie par une cir- culation d'eau. A l'intérieur de cette cuve peut être placé un creuset 12 en matériau réfractaire qui con- tient les déchets tritiés 14. Ceux-ci sont chauffés par induction grâce à une bobine 16 lorsque leur nature le permet. S'il s'agit de déchets en aluminium, on peut utiliser un creuset en graphite afin de réaliser un couplage électromagnétique. On peut encore ajouter un fondant pour faciliter La fusion ou ajouter un autre métal afin de réaliser un eutectique et abaisser ainsi la température de fusion. A sa partie supérieure, la cuve 6 est fermée par une vanne à vide 18, laqueLLe est surmontée d'un sas 20 servant à l'introduction des pro- duits à traiter. Dans Le mode de réalisation préféré illustré ici, le sas 20 se présente sous la forme d'une cloche ouverte vers le bas et pouvant pivoter autour d'un axe 22. Le sas est ainsi mobile entre une position d'ouverture 20a représentée en traits mixtes sur La fi- gure et une position de fermeture 20b représentée en traits pleins. Une nacelle 13 contenant les déchets est introduite à l'intérieur du sas par le bas, lorsque celui-ci est en position d'ouverture, grâce à un câ- ble 24. On voit encore, à l'intérieur de la cuve 6, une lingotière 15 dans laquelle on coule le liquide contenu dans le creuset 12 une fois que celui-ci est rempli. Ceci faciLite Le démouLage du Lingot une fois solidi- fié. Dans Le cas particuLier décrit ici, le remplissage de la lingotière se fait par pivotement du creuset 12. Une canaLisation 26 équipée d'une vanne 28 met La cuve 6 du four en communication avec un ensemble de pompage 30 qui, dans L'exempLe représenté ici, com- porte une pompe primaire 32 et une pompe secondaire 34. Ces pompes permettent d'une part de faire Le vide à L'intérieur du four et, d'autre part, d'envoyer les gaz Libérés au cours de La fusion des déchets 14 à L'ensem- ble de détritiation 36 qui sera décrit plus Loin dans La suite du présent texte. Suivant les cas, on utilise soit la pompe primaire 32, soit La pompe secondaire 34, suivant que l'on désire obtenir un vide plus ou moins poussé. On peut aussi réaliser un baLayage de la cuve 6 par un gaz approprié, par exemple l'argon, l'hydrogène, l'air sec ou l'hélium. Pour cela, on utilise par exem- ple une bouteille de gaz comprimé 17 placée à l'exté- rieur de la boîte à gants 4 et reliée à La cuve 6 par une canalisation 19 tandis que le groupe de pompage 30 reste en route afin d'extraire constamment lis gaz con- tenus dans l'enceinte 6. Une autre méthode consiste à insuffler de l'hydrogène dans la masse de déchets en fusion 14 grâce à une bouteille d'hydrogène 21 placée à l'extérieur de la boite à gants 4 et reliée au creuset 12 par une canalisation 23. On réalise ainsi une diLu- tion isotopique: La teneur des déchets en isotopes de l'hydrogène restant constante, si on introduit de l'hy- drogène par barbotage, on augmente la teneur en hydro- gène et on diminue la teneur en tritium. Cette méthode a donc pour effet d'accéLérer la détritiation. On voit encore sur la figure que l'ensemble de pompage 30 est reLié à L'ensemble de détritiation 36 par une canalisation 38 équipée d'une vanne 40. La ca- nalisation 38 débouche dans un récipient 42, qui con- tient un catalyseur d'oxydation 46. Celui-ci peut être, par exemple, un produit de la série Déoxo commercialisé par la Société ENGELHARD. Une canalisation 48 relie le récipient 42 à deux récipients 50 placés en parallèle et contenant chacun un tamis moléculaire 52. Les gaz ayant traversé l'ensemble de détritiation 36 et sortant à la partie inférieure des récipients 50 sont extraits à travers une canalisation 54 reliée à un dispositif d'extraction. Dans le cas particulier décrit ici, il y a deux tamis moléculaires placés en parallèle, mais un seul est utilisé à la fois. En effet, lorsque l'un de ces tamis est saturé, on envoie le gaz à traiter sur l'autre et le premier est désorbé au moyen d'un dispo- sitif de régénération 53. Ce dispositif comprend un piège froid et une pompe de circulation. Il permet de réaliser une circulation d'air sec à contre-courant dans les tamis moléculaires. C'est ainsi que l'air sec va du régénérateur 53 à la partie inférieure des réci- pients 50, traverse les tamis moLéculaires 52 de bas en haut et retourne au régénérateur 53 par une canalisa- tion 57. Enfin, on voit encore sur la figure que la canalisation 48 est équipée d'un échangeur de chaleur 49 afin de refroidir les gaz qui sortent du récipient 42 contenant le catalyseur d'oxydation 46. Une opération de détritiation se déroule de la manière suivante: On place une première nacelle de déchets dans le creuset. On ferme la cuve du four. On met alors en route les moyens de chauffage 16 afin d'obtenir la fu- sion des déchets 14. Le sas 20 est alors pivoté afin de l'amener en position d'ouverture 20a, puis une nacelle 13 contenant une masse de déchets métalliques est in- troduite à l'intérieur du sas au moyen du câble 24. On fait ensuite pivoter le sas afin de l'amener en posi- tion de fermeture. On vide alors le sas au moyen du groupe de pompage. On retire la vanne à vide et le sas est en communication directe avec la cuve 6. On descend alors la nacelle 13 à l'intérieur du creuset 12. Le principal avantage du sas est qu'il permet d'introduire successivement plusieurs charges sans ar- rêter les moyens de chauffage et sans casser le vide. En effet, les déchets à traiter, lorsqu'ils sont placés en vrac, occupent un volume important puisqu'il s'agit essentiellement de récipients, tuyaux, robinets, van- nes, etc... Lorsqu'ils sont fondus, la masse en fusion (et donc la masse solide qui en résultera après solidi- fication) est beaucoup plus compacte et n'occupe qu'une partie du volume du creuset. C'est pourquoi on peut procéder à plusieurs chargements au cours d'une même opération afin de remplir complètement le creuset 12. Lorsque le sas est en position d'ouverture, la cuve 6 du four est fermée de manière étanche par la vanne à vide 18 et le vide règne toujours à l'intérieur de la cuve. Il est à remarquer que la nacelle elle-même fond avec les déchets et qu'il est donc préférable de la réaliser en un matériau léger et peu coûteux et dont le point de fusion soit compatible avec celui des déchets à traiter. Comme les gaz contenus dans l'enceinte 6 sont extraits en permanence, les gaz contenus dans les pro- duits 14 se dégagent en permanence au cours de la fu- sion et sont évacués grâce au groupe de pompage 30. Comme le tritium est un gaz et que l'eau tritiée se vaporise, ceci a pour effet d'éliminer la plus grande partie du tritium ou de l'eau tritiée absorbé dans les déchets. Les gaz sont envoyés, à travers la canalisa- tion 38, jusqu'au récipient 42. Au cours de leur passa- ge à travers ce récipient, ils sont en contact avec le catalyseur d'oxydation 46, ce qui a pour effet d'oxyder les isotopes de l'hydrogène et en particulier de trans- former le tritium en eau tritiée. Cette eau tritiée, qui est sous forme de vapeur, passe ensuite Le long de La canalisation 48 et traverse Les récipients 50 qui contiennent Les tamis moLécuLaires 52. Lors du passage des gaz à travers ces tamis motéculaires, ceux-ci re- tiennent toute La vapeur d'eau, et donc l'eau tritiée qui subira ensuite un traitement particulier. Le procédé et le dispositif objets de L'in- vention présentent des avantages particulièrement in- téressants dont Le principal est qu'iLs permettent d'obtenir une masse métallique dans laquelle le taux de tritium (et donc l'activité) a été considérabLement diminué. Ceci est d'abord dû au fait que la plus grande partie du tritium a été évacuée avec Les gaz pendant la fusion. D'autre part, Les déchets qui initialement oc- cupaient un grand volume et présentaient une surface de contact importante avec l'air, se retrouvent, après fusion et solidification, sous La forme d'une masse compacte de faible volume et présentant une surface de contact avec L'air peu importante. Comme le taux de dégazage des composés tritiés est proportionnel à la surface, ce taux est considérablement diminué par La transformation d'une masse de déchets en une masse com- pacte et homogène. De plus, alors que dans les tuyaux, vannes, récipients provenant du démantèlement de l'usi- ne, La contamination est extrêmement variable, cette dernière est homogène dans La masse solide obtenue après la fusion. On peut donc connaître le taux de con- tamination en faisant une seule mesure. A titre d'essai, on a réalisé une installa-. tion capable de traiter 60 kg de déchets au cours d'un cycle, c'est-àdire en plusieurs chargements du creuset jusqu'à remplissage de celui-ci. Certains essais ont permis de ramener l'activité des déchets de 0,57 milli- curie par kiLogramme à 2.103 miLlicurie par kilogram- me, c'est-à-dire de diminuer La concentration en tri- tium d'un facteur de 250. D'autres essais ont permis d'obtenir des Lingots maniputabLes sans protection par- ticulière contre te dégazage. Enfin, il est bien entendu que l'invention ne se Limite pas au seul mode de réaLisation qui vient d'être décrit ici, mais qu'on peut envisager des va- riantes sans sortir pour autant du cadre de L'inven- tion. C'est ainsi que L'homme de L'art pourra utiLiser d'autres types de fours ou choisir le type de pompe qui convient te mieux pour L'instaLLation de pompage, ou modifier Le nombre et La disposition des récipients de L'ensemble de détritiation, et Les placer en paralLèLte ou en série. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de déchets tritiés solides et fusibles, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à - faire fondre Les déchets (14), - extraire les gaz absorbés dans la masse de déchets (14), et - soumettre Les gaz ainsi Libérés à un traitement de détritiation. 2. Procédé seLon la revendication 1, caracté- risé en ce que L'extraction des gaz se fait en opérant la fusion à l'intérieur d'une enceinte (6) dans laquel- le on fait le vide. 3. Procédé selon La revendication 1, caracté- risé en ce que L'extraction des gaz se fait en opérant la fusion à L'intérieur d'une enceinte (6) dont on extrait constamment L'atmosphère, l'enceinte (6) étant balayée par un courant gazeux. 4. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'extraction des gaz se fait en opérant la fusion à l'intérieur d'une enceinte dont on extrait constamment L'atmosphère, un courant d'hydrogène étant envoyé à L'intérieur de la masse de déchets en fu- sion (14). 5. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le traitement de détritiation des gaz comprend Les étapes suivantes con- sistant à: - amener le courant gazeux au contact d'un catalyseur d'oxydation afin de transformer L'hydrogène en vapeur d'eau, et - piéger cette vapeur d'eau sur un tamis moléculaire. 6. Dispositif pour le traitement de déchets métalliques tritiés, caractérisé en ce qu'il comprend: - un four (2) pour La fusion des déchets (14), - un ensemble de détritiation (36) des gaz Libérés au cours de la fusion et - des moyens (32, 34) pour amener Les gaz libérés au cours de la fusion à l'ensemble de détritiation (36). 7. Dispositif selon la revendication 6, ca- ractérisé en ce que le four comprend: - une cuve (6) apte à recevoir un creuset (12) conte- nant les déchets (14), - des moyens de chauffage (16), - une vanne à vide (18) fermant ladite cuve (6), et - un sas (20) d'introduction des déchets, ce sas (20) étant mobile entre une position d'ouverture (20a) et une position de fermeture (20b) et étant séparé de la cuve (6) par la vanne à vide (18) lorsqu'il est en position de fermeture. 8. Dispositif selon la revendication 7, ca- ractérisé en ce que le sas (20) se présente sous la forme d'une cloche pouvant pivoter par rapport à ladite cuve (6). 9. Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 6 à 8, caractérisé en ce que L'ensemble de détritiation (36) comprend: - au moins un récipient (42) contenant un catalyseur d'oxydation (46>, et - au moins un récipient (50) contenant un tamis molécu- laire (52). 10. Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 6 à 9, caractérisé en ce que les moyens pour amener les gaz libérés au cours de la fusion à l'ensemble de détritiation (36) comprennent au moins une pompe (32) reliée à La cuve (6) du four (2) par une première canalisation (26) et à l'ensemble de détritia- tion (36) par une deuxième canalisation (38). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite pompe est une pompe pri- maire (32). 12. Dispositif selon la revendication 11, ca- ractérisé en ce que les moyens pour amener les gaz li- bérés au cours de la fusion à l'ensemble de détritia- tion (36) comprennent en outre une pompe secondaire (34) associée à la pompe primaire (32).