Brevet FR2644447A1 — publié le 19900921

La présente invention concerne la production d'hexa- fluorure d'uranium à partir de trioxyde d'uranium et, plus particulièrement, à partir de trioxyde d'uranium recyclé. Telle qu'elle sert ici, l'expression "trioxyde d'uranium recyclé"(ou de recyclage) désigne du trioxyde d'uranium récupéré à partir d'un combustible à l'oxyde d'uranium, qui a été irradié précédemment, puis retraité par des techniques connues d'extraction au solvant pour séparer, notamment, des impu- retés de l'uranium provenant du cycle de retraitement. Selon la présente invention, il est proposé un procédé pour produire de l'hexafluorure d'uranium à partir de trioxyde d'uranium recyclé, le procédé comprenant l'in- troduction de trioxyde d'uranium recyclé dans un réacteur de fluidisation, la mise du trioxyde d'uranium recyclé en contact avec un courant gazeux de fluidisation comprenant du fluor et un gaz inerte, la surveillance du produit gazeux provenant du réacteur et la surveillance de la tem- pérature du réacteur, ainsi que la commande de régulation, à partir de ces données, du débit d'introduction du trioxyde d'uranium dans le réacteur et de la proportion de fluor dans le courant gazeux de fluidisation, de façon à maintenir dans une gamme prédéterminée de la température le trioxyde d'uranium recyclé dans le réacteur. De préférence, la gamme de la température se situe entre 470 C et 500 OC. De façon souhaitable, on surveille la teneur en fluor du produit gazeux obtenu. Avantageusement, on dispose des moyens ou organes de refroidissement autour du réacteur. De façon souhaitable, on maintient à un débit cons- tant le courant gazeux de fluidisation, en faisant varier la proportion du gaz inerte dans le courant gazeux de flui- disation d'une façon complémentaire de la variation de la proportion de fluor. Avantageusement, on introduit par intermittence les granules de fluorure de calcium dans le réacteur. La réaction, avec le fluor, du trioxyde d'uranium recyclé est hautement exothermique, et une conséquence d'une telle réaction, qui a soulevé des problèmes majeurs dans le passé, consiste en le frittage de solides présents dans le réacteur, ce qui entraine une diminution de la vitesse de réaction et suscite des difficultés d'enlèvement des solides du réacteur. En établissant une corrélation entre le débit d'introduction du trioxyde d'uranium recyclé et la proportion de fluor dans le courant gazeux de fluidi- sation, d'une part, et la concentration du fluor dans le produit gazeux provenant du réacteur et la température de ce réacteur, d'autre part, l'invention permet d'établir des conditions optimales dans lesquelles on maintient à son -minimum possible le frittage de solides. L'invention va maintenant être décrite plus en détail, à titre d'exemple seulement, en référence à la figure unique du dessin annexé, qui présente schématique- ment un diagramme de mise en oeuvre d'un exemple de réali- sation du procédé de l'invention. On voit sur le diagramme de la figure unique annexée qu'un courant gazeux 6 de fluidisation, comprenant du fluor (F2; 4) provenant d'une cellule connue de production de fluor (non représentée), avec de l'azote 5 comme diluant est envoyé dans un réacteur 1 de fluidisation dans lequel du fluorure de calcium granulaire (CaF2; 3) est également introduit par intermittence. Le trioxyde d'uranium granu- laire recyclé, U03, est introduit (2) à un débit réglé dans le réacteur 1, dans lequel ce trioxyde d'uranium recyclé réagit avec le fluor pour former de l'hexafluorure d'uranium gazeux (UF6). La réaction chimique globale qui se produit dans le réacteur 1 peut se représenter par: UO3 + 3F2 - UF6 + 1 1/2 02 La chaleur produite par la réaction chimique exothermique se dégage à raison de 908 kJ (217 kcalories)/mole de U. On surveille le produit gazeux provenant du réacteur afin de déceler le fluor, et l'on surveille également la température du réacteur. On règle, en fonction de la teneur en fluor décelée dans le produit gazeux et en fonction de la températurele débit d'introduction du trioxyde d'ura- nium de recyclage que l'on introduit dans le réacteur et la proportion de fluor, provenant de la cellule de production de fluor, qui pénètre dans le courant gazeux de fluidisa- tion. Cela permet de régler dans la gamme optimale comprise entre 470 OC et 500 OC la température régnant dans le réac- teur. On réduit donc ainsi les écarts de la température. Initialement, quand on décèle un excès de fluor gazeux dans le produit gazeux, on augmente le débit d'introduction du trioxyde d'uranium de recyclage dans le réacteur. Si la température du réacteur augmente jusqu'à atteindre 500 C, on diminue le débit d'introduction du trioxyde d'uranium de recyclage et, si nécessaire, on diminue la proportion de fluor dans le courant gazeux de fluidisation, en augmentant de manière correspondante la teneur en azote, pour réaliser une compensation. La diminution de la teneur en fluor diminue le nombre des réactions chimiques qui se produisent dans le réacteur, et l'augmentation de la teneur en azote contribue au transfert de chaleur en provenance du réacteur. On règle ainsi la proportion de fluor dans le courant gazeux de fluidisation de manière que cette teneur se situe, en particulier, entre 5 et 10 % du volume du produit gazeux. Il ressort ainsi de ce qui précède, et également du diagramme de la figure unique annexée, qu'un appareillage pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention peut com- prendre un réacteur 1 de fluidisation, un dispositif 2 pour introduire le trioxyde d'uranium de recyclage dans le réac- teur 1, un dispositif 6 pour introduire un courant gazeux de fluidisation dans le réacteur 1, ce courant gazeux de fluidisation comprenant du fluor (F2; 4) et un gaz inerte (N2; 5), un dispositif 7 pour surveiller la température du réacteur, un dispositif 8 ou moniteur pour surveiller la teneur en fluor du produit gazeux provenant du réacteur, et un dispositif 9 de régulation et de commande, pour régler le débit d'introduction du trioxyde d'uranium de recyclage et régler la proportion de fluor dans le courant gazeux de fluidisation, en réponse à des signaux provenant du dispo- sitif 7 de surveillance ou monitorage de la température et du dispositif 8 de surveillance du produit gazeux, de sorte que le trioxyde d'uranium recyclé est maintenu dans une gamme prédéterminée de la température dans le réacteur. L'introduction du trioxyde d'uranium dans le réacteur peut être effectuée à l'aide d'un transporteur à vis tradition- nel, et d'une vanne rotative, la vanne rotative introdui- sant le trioxyde d'uranium dans le transporteur à vis. Une vanne rotative convenable peut être obtenue chez Mucon, Basingstoke, RG22 4AA, RoyaumeUni de Grande-Bretagne et d'Irlande du Nord. Le transporteur à vis peut comprendre des étages ou zones, ces étages étant disposés de façon à réaliser l'alimentation d'un étage à l'autre. L'appareillage peut comprendre un dispositif 10 pour condenser le produit gazeux sortant du réacteur 1, afin d'en extraire l'hexafluorure d'uranium (UF6, _11). Après l'enlèvement de cet hexafluorure d'uranium, le produit gazeux peut être comprimé en 12 puis recyclé en 13, 9 et 6 vers le réacteur 1. Cela permet d'éviter une perte de fluor se trouvant dans le produit gazeux. On peut prévoir en 14 une séparation de certains gaz de queue, des gaz de recy- clage, que l'on évacue en 15, cependant que le courant gazeux comprimé en 12,mais non recyclé,est envoyé en 16 vers un traitement de l'effluent. EXEMPLE On introduit 182 kg/h de UO3 de recyclage dans un réacteur 1 à lit fluidisé, avec une introduction de 3 kg/h de CaF2 (3). On fait passer dans le réacteur 1 un courant de gaz de fluidi ation, comprenant 87 kg/h de F2 (4) avec 2,5 kg/h de N2 (5) comme diluant pour réagir avec le UO3 de recyclage. On condense (10) le produit gazeux provenant du réacteur 1 pour extraire environ 225 kg/h de UF6 comme produit (11). On comprime (12) les gaz restants qu'on recycle en 13'. La concentration du fluor gazeux dans le produit gazeux est surveillée par un moniteur 8, cependant que la température du réacteur est surveillée par un moni- teur 7. Les signaux engendrés par les moniteurs 8, 7 servent à commander (9) à la fois l'alimentation en UO3 recyclé (2) dans le réacteur 1 et la proportion de fluor (4) dans le courant gazeux 6 alimentant le réacteur 1. On trouve qu'une concentration comprise entre 5 et 10 % en volume de fluor dans le produit gazeux indique que les conditions régnant dans le réacteur sont optimales, les températures optimales se situant entre 470 C et 500 'C. Les granules constitués par, ou comprenant, du fluo- rure de calcium (CaF2), introduits en 3 dans le réacteur 1, contribuent à la distribution et répartition du transfert de chaleur qui s'opère dans le réacteur 1, et ils retiennent également des impuretés, par exemple du plutonium et du thorium, présentes dans le trioxyde d'uranium (UO3) de re- cyclage servant à produire l'hexafluorure d'uranium. REVENDICATIONS 1. Procédé pour produire de l'hexafluorure d'uranium à partir de trioxyde d'uranium de recyclage, procédé carac- térisé en ce qu'on introduit le trioxyde d'uranium de recyclage dans un réacteur de fluidisation, on met le trioxyde d'uranium de recyclage en contact avec un courant gazeux de fluidisation comprenant du fluor et un gaz inerte, on surveille le produit gazeux sortant du réacteur et la température du réacteuret les résultats de cette surveillance servent à commander le débit d'introduction du trioxyde d'uranium dans le réacteur et la proportion de fluor dans le courant gazeux de fluidisation, afin de main- tenir dans une gamme prédéterminée de la température le trioxyde d'uranium de recyclage présent dans le réacteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gamme de températures se situe entre 470 C et 500 C. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un moyen ou dispositif de refroidissement est placé autour du réacteur pour contribuer à maintenir ce réacteur dans la gamme voulue de la température. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on surveille la teneur en fluor du produit gazeux provenant du réacteur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on maintient à un débit constant le courant gazeux de fluidisation, en faisant varier la proportion de gaz inerte dans le courant gazeux de fluidisation, de manière complémentaire à la variation de la proportion de fluor dans ce courant de fluidisation. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on introduit de manière intermittente dans le réacteur des granules constituées par, ou comprenant, du fluorure de calcium. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on règle la proportion de fluor dans le courant gazeux de fluidisation de manière à maintenir cette proportion entre 5 et 10 % du volume du produit gazeux sortant du réacteur. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on condense le produit gazeux sortant du réacteur pour en extraire l'hexafluorure d'uranium que ce courant contient, et l'on comprime ensuite le gaz que l'on recycle. 9. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracté- risé en ce qu'il comporte un réacteur (1) de fluidisation, un dispositif (2) pour introduire dans le réacteur (1) du trioxyde d'uranium de recyclage, un dispositif (6) pour introduire dans le réacteur (1) un courant gazeux de fluidi- sation comprenant du fluor (4) et un gaz inerte (5), un dispositif (7) pour surveiller la température du réacteur (1), un dispositif (8) pour surveiller la teneur en fluor du produit gazeux sortant du réacteur (1), et un dispositif (9) pour régler le débit d'introduction du trioxyde d'ura- nium de recyclage et la proportion du fluor dans le courant gazeux de fluidisation, en réponse à des signaux provenant du dispositif (7) de surveillance de la température et du dispositif (8) de surveillance de la teneur en fluor du produit gazeux, de sorte que le trioxyde d'uranium recyclé est maintenu dans une gamme prédéterminée de la température dans le réacteur (-1). 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif destiné à introduire du trioxyde d'uranium de recyclage dans le réacteur (1) comprend une soupape rotative disposée de manière à distribuer le trioxyde d'uranium de recyclage dans un organe du type transporteur à vis. 11. Appareil selon la revendication 9 ou 10, carac- térisé en ce qu'il comprend un dispositif (10) pour condenser le produit gazeux provenant du réacteur (1) afin d'en extraire l'hexafluorure d'uranium (11). 12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (12) pour comprimer le produit gazeux, après l'extraction de l'hexafluorure d'uranium, et un dispositif (13, 9, 6) pour recycler vers le réacteur (1) le produit gazeux comprimé. 13. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un dispo- sitif (3) pour introduire des granules, constituées par ou comprenant du fluorure de calcium, dans le réacteur (1). 14. Hexafluorure d'uranium obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.