Brevet FR2688335A1 — publié le 19930910

i Procédé de piégeage du ruthénium gazeux sur de la po Lyvinylpyridine, utilisable en particulier pour récupérer le ruthénium radioactif provenant de combustibles nucléaires irradiés. La présente invention a pour objet un procédé de piégeage et de fixation du ruthénium sous forme gazeuse, en particulier du tétroxyde de ruthénium, présent dans un courant gazeux d'une installation de retraitement de combustibles nucléai- res irradiés. L'irradiation des combustibles nuc Léaires dans les réacteurs de puissance, conduit à la produc- tion de nombreux produits de fission dont les masses atomiques vont de 70 à 160 Ces produits de fission se retrouvent généralement dans les effluents produits à la fin du cyle du combustible Ils comprennent en particulier des métaux du groupe du platine tels que le palladium, le rhodium et le ruthénium, qui sont des éléments valorisables, notamment le rhodium en raison de son utilisation dans les pots catalytiques pour l'industrie automobile. Malheureusement, les procédés de séparation connus de ces métaux tels que ceux décrits par Hazelton et a I dans PNL-5758 UC 70, 1986, condui- sent à récupérer ensemble le rhodium et le ruthénium, ce qui ne permet pas de valoriser le rhodium en raison de la radioactivité élevée du ruthénium. Par ailleurs, le ruthénium 106 est l'un des principaux éléments qui contribue à la radioacti- vité des effluents. Il serait donc intéressant de disposer d'un procédé pour séparer efficacement le ruthénium des effluents et diminuer ainsi leur activité. Un procédé connu de séparation du ruthénium consiste à volatiliser celui-ci sous forme de tétroxyde de ruthénium par oxydation du ruthénium présent dans des solutions nitriques, au moyen de periodate de potassium, comme il est décrit par Bush dans Platinum Metals Rev, 1991, 35, ( 4), p 202-208. Cependant, ce ruthénium gazeux doit être ensuite récupéré, ce qui pose d'autres problèmes non résolus à l'heure actuelle. La présente invention a précisément pour objet un procédé de piégeage et de fixation du ruthénium sous forme gazeuse, qui permet de récupérer plus de 99 % du ruthénium. Selon l'invention, le procédé de récupéra- tion du ruthénium sous forme gazeuse présent dans un gaz, consiste à mettre en contact le gaz avec un adsorbant comprenant un polymère ou copolymère de vinylpyridine et à séparer le gaz de l'adsorbant sur lequel est fixé le ruthénium. Dans ce procédé, le choix d'un adsorbant à base de polymère ou copolymère de vinylpyridine permet de piéger le ruthénium sous forme gazeuse avec une efficacité très élevée puisque le rendement de fixation du ruthénium est supérieur à 99 %. Le gaz contenant le ruthénium sous forme gazeuse peut être en particulier constitué par des vapeurs formées lors d'un traitement de volatili- sation du ruthénium effectué sur un effluent aqueux contenant des produits de fission provenant du retraitement de combustibles nucléaires irradiés. Aussi, l'invention a également pour objet un procédé de séparation du ruthénium radioactif présent dans un effluent aqueux contenant des produits de fission provenant du retraitement de combustibles nucléaires irradiés, qui consiste: a) à chauffer l'effluent à une température de 100 à 150 C en présence d'un agent oxydant pour oxyder le ruthénium en tétroxyde de ruthénium volatil, et b) à récupérer le ruthénium ainsi volatili- sé en mettant en contact le gaz contenant le ruthé- nium volatilisé avec un adsorbant comprenant un polymère ou copolymère de vinylpyridine, et en séparant le gaz de l'adsorbant sur lequel est fixé le ruthénium. Ce mode de récupération du ruthénium est particulièrement avantageux car il peut être utilisé avec de nombreux types d'effluents, même lorsque ceux-ci ont des teneurs élevées en sels, pouvant aller par exemple jusqu'à 100 g/l. Dans l'étape a) de volatilisation du ruthénium sous forme de tétroxyde de ruthénium, on peut utiliser comme agent oxydant du periodate de métal alcalin ou un hypochlorite de métal alcalin, tel que l'hypochlorite de sodium. Généralement, dans cette étape, on chauffe l'effluent à une température de 100 à 150 C. Les adsorbants susceptibles d'être utilisés dans l'invention, sont en particulier des polymères de vinylpyridine tels que la poly-4vinylpyridine, réticulés par des agents réticulants appropriés tels que le divinylbenzène et le diméthacrylate de tétraéthylèneglycol On peut aussi utiliser des copolymères de vinyl-4- pyridine et de divinylbenzène. De préférence, on emploie la polyvinyl- 4-pyridine réticulée ayant une granulométrie de à 60 mesh. En effet, ces polyvinylpyridines réticulées ont de très bonnes propriétés d'adsorption du tétroxyde de ruthénium Par ailleurs, elles ont l'avantage d'être stables à des températures allant jusqu'à 260 C sous pression atmosphérique, et de résister aux agents oxydants et réducteurs, ce qui permet leur utilisation en présence de gaz contenant des constituants tels que les vapeurs nitreuses, l'oxygène, le chlore et la vapeur d'eau. De plus, elles ne sont pas sensibles à l'irradiation puisqu'on observe aucune dégradation après une irradiation de 8 heures 24 minutes, par une source de césium 137 produisant un débit de dose de 2 Mrad/h, soit 1,05 1018 Me V/kg. La polyvinyl-4-pyridine utilisée de préfé- rence dans l'invention présente une température de transition vitreuse de 151 C qui n'est pas modi- fiée par irradiation Par ailleurs, on peut l'utili- ser sous la forme d'une poudre de granulométrie appropriée. Pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention, on peut en particulier filtrer le gaz contenant le ruthénium sous forme gazeuse à travers une poudre de l'adsorbant. De préférence, on opère à une température supérieure à la température ambiante, par exemple avec une température du gaz à l'entrée du filtre de 53 à 63 C. La quantité d'adsorbant utilisée dépend de la quantité de ruthénium à extraire Généralement on utilise de 0,07 à 0,5 g de polyvinylpyridine pour lm Ci de Ru. Après fixation du ruthénium sur la polyvinylpyridine, on peut récupérer celui-ci en solution aqueuse, si on le désire, par traitement de la polyvinylpyridine dans une solution aqueuse af Po e, _r ci S%ç Rt tr 1 Hé-, t;-ep _ d'exemple, une telle solution peut être constituée par une solution d'acide sulfurique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'exemples de mise en oeuvre du procédé de l'invention, donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel la figure 1 représente une installation de filtration d'un gaz contenant du ruthénium, et la figure 2 représente une installation pour récupérer dans une solution aqueuse le ruthénium fixé sur l'adsorbant de l'installation de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté une installation permettant de volatiliser, puis de piéger le ruthénium présent dans une solution aqueuse de produits de fission. Cette installation comprend un réacteur ( 1)apte à recevoir la solution de produits de fission, qui est associé à un distributeur ( 3) d'agent oxydant par une conduite munie d'une vanne ( 5) Le réacteur ( 1) peut être chauffé par un moyen de chauffage ( 7) et les vapeurs émises sont amenées par une conduite ( 9) sur un filtre ( 11) piégeant le ruthénium. Le filtre à ruthénium ( 11) comprend un fritté ( 11 a), au-dessus duquel est disposée de la poudre de polyvinylpyridine ( 11 lb)qui est recouverte d'un coton de verre ( 11 c). La vapeur filtrée dans le filtre ( 11) est recueillie dans un récipient ( 13), puis amenée dans un flacon de garde ( 15) rempli d'une solution de soude par une conduite ( 17) munie d'un clapet anti-retour ( 19) et d'un diffuseur de gaz ( 21) immergé dans la solution de soude Le flacon de gaz ( 15) est en communication avec un venturi ( 23) permettant de faire le vide dans l'installation. Pour faire fonctionner cette installation, on introduit dans le réacteur ( 1) une solution aqueuse de produits de fission constituée par un concentrat de produits de fission et on chauffe cette solution à une température de 100 à 150 C avec le moyen de chauffage ( 7) après avoir introduit dans celle-ci de l'hypochlorite de sodium provenant du distributeur ( 3). Dans ces conditions, le ruthénium est oxydé par l'hypochlorite de sodium en tétroxyde de ruthénium qui est volatilisé et amené par la conduite ( 9) avec le gaz formé par les vapeurs provenant de la so Lution qui comprennent NO 2, C 12, H 20 et 02, sur le filtre à ruthénium ( 11) La température du gaz à l'entrée du filtre est de 58 * 5 C Après passage sur le filtre, le gaz est recueilli dans le récipient ( 13), puis dans le flacon de garde ( 15) rempli de soude 1 N dans laquelle le ruthénium non fixé sur le filtre se dissout. Le filtre à ruthénium est composé d'un tube en verre de 30 mm de diamètre placé verticalement et comprenant un fritté ( 11 a) sur lequel sont déposés 3 g de polyvinyl-4 pyridine réticulée ayant une granulométrie de 60 mesh et un taux de réticulation de 2 %, maintenus par du coton de verre ( 11 c). Dans le flacon de garde ( 15), on récupère ainsi le distillat et le ruthénium non fixé sur le filtre. Pour déterminer la quantité de ruthénium piégée sur le filtre, on dissout la poudre de poly- vinylpyridine du filtre ( 11) dans de l'acide sulfuri- que en wtilisant L'Instal ation rept-6 sente sur la figure 2. Cette installation comprend un réacteur ( 31) associé à un distributeur d'acide sulfurique ( 33) par une conduite munie d'une vanne ( 35), et à des moyens de chauffage ( 37) Les vapeurs émises dans ce réacteur ( 31) peuvent être amenées par une conduite ( 39) dans un récipient ( 41) re Lié par une conduite ( 43) munie d'un clapet anti-retour ( 45) et d'un diffuseur ( 46) à un flacon de garde ( 47) contenant de la soude Ce flacon de garde est associé par une conduite ( 49) à un venturi ( 51) pour faire le vide dans l'installation. Pour récupérer en solution le ruthénium fixé sur le filtre, on introduit la poudre de polyvinylpyridine chargée de ruthénium dans le réacteur ( 31) et on lui ajoute de l'acide sulfurique concentré, puis on chauffe Lors de ce chauffage, la polyvinylpyridine est dissoute dans l'acide sulfurique en même temps que le ruthénium qui n'est pas volatil dans ce milieu, et le ruthénium éventuellement volatilisé est récupéré dans le flacon de garde ( 47) o il se dissout dans la soude 1 N. On analyse alors les solutions obtenues dans le flacon de garde ( 15) et le flacon de garde ( 47) par spectrométrie gamma pour déterminer leurs teneurs en ruthénium. Cette méthode d'analyse permet d'obtenir une précision de 2 % pour des activités supérieures à 500 m Ci/l, de 5 % entre I et 500 m Ci/l et de 10 % pour des activités inférieures à lm Ci/l. Les exemples suivants illustrent les résultats obtenus lors du traitement de concentrats de produits de fission. Exemple 1. Dans cet exemple, on traite de la façon décrite ci-dessus un concentrat de produits de fission comprenant 49,8 Ci/l de cérium 144, 49,8 Ci/l de praséodyme 144, 35,7 Ci/l de ruthénium 106, 49,4 Ci/L de césium 137 et 6,4 Ci/l de césium 134, en utilisant 2 ml de concentrat ( 71,4 m Ci de Ru 106) auquel on ajoute 60 ml de Na Cl O et en chauffant jusqu'à évaporation, soit pendant 1 h. En fin d'opération, il reste 33,268 m Ci de Ru dans le réacteur et on recueille 38,07 m Ci de Ru sur le filtre ( 11) et 0,062 m Ci de ruthénium dans le flacon de garde ( 15). On obtient ainsi un rendement de fixation du ruthénium de 99,8 % et un taux de fixation du ruthénium de 12,7 m Ci de Ru 106 par gramme de polyvi- nylpyridine. Exemple 2. On suit le même mode opératoire que dans l'exemple 1 pour traiter 2 ml de concentrat de produits de fission comprenant 21 Ci/l de Ce 144, 21 Ci/l de Pr 144, 16,5 Ci/l de Ru 106 ( 33 m Ci), 37,5 Ci/l de Cs 137, 4,4 Ci/l de Cs 134 et 0,7 Ci/l de Eu 154, en réalisant le chauffage pendant seulement 20 min et en utilisant 18 ml de Na Cl O. En fin d'opération, il reste 24 m Ci de Ru dans le réacteur et on recueille 8,2 m Ci de ruthé- nium sur le filtre ( 11) et 0,0396 m Ci de ruthénium dans le flacon de garde ( 15). On obtient ainsi un rendement de fixation du ruthénium de 99,5 % et un taux de fixation du Ru 106 de 2,73 m Ci/g de polyvinylpyridine. Les résultats obtenus dans ces exemples montrent que l'utilisation de polyvinylpyridine pour piéger le ruthénium sous forme gazeuse, permet d'atteindre des rendements de fixation très impor- tants. Exemple 3. Dans cet exemple, on traite le filtre chargé de ruthénium de l'exemple 1 pour récupérer le ruthénium fixé dans une solution aqueuse sulfuri- que en utilisant l'installation de la figure 2. Dans ce but, on introduit dans le réacteur ( 31) la poudre de polyvinylpyridine du filtre de l'exemple 1 avec 30 ml de H 2 SO 4concentré et on chauffe à 150 C On dissout ainsi la PVP ainsi que le ruthénium dans l'acide sulfurique car Ru n'est pas volatil en milieu sulfurique Les vapeurs produites sont aspirées dans le flacon de garde ( 47) rempli de soude pour y recueillir le ruthénium qui se serait éventuellement volatilisé. En fin d'opération, on détermine la teneur en Ru de la solution sulfurique et de la solution de soude par spectrométrie gamma. Les résultats obtenus sont les suivants: solution sulfurique du réacteur ( 31): 38 m Ci de Ru 106 solution de soude du flacon de garde ( 47): 0,0736 m Ci de Ru 106. Le taux de récupération du ruthénium dans la solution sulfurique est donc très important puisqu'il est de 99,8 %. REVENDICATIONS 1 Procédé de récupération du ruthénium sous forme gazeuse présent dans un gaz, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en contact le gaz avec un adsorbant comprenant un polymère ou copolymè- re de viny Lpyridine et à séparer le gaz de l'adsor- bant sur lequel est fixé le ruthénium. 2 Procédé de séparation du ruthénium radioactif présent dans un effluent aqueux contenant des produits de fission provenant du retraitement de combustibles nucléaires irradiés, caractérisé en ce qu'il consiste a) à chauffer l'effluent à une température de 100 à 150 C en présence d'un agent oxydant pour oxyder le ruthénium en tétroxyde de ruthénium volatil, et b) à récupérer le ruthénium ainsi volatili- sé en mettant en contact un gaz contenant le ruthé- nium volatilisé avec un adsorbant comprenant un polymère ou copolymère de vinylpyridine, et en séparant le gaz de L'adsorbant sur lequel est fixé le ruthénium. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent oxydant est l'hypochlo- rite de sodium. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications I et 2, caractérisé en ce que l'on réalise le chauffage sous vide. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'adsor- bant est constitué par de la poly-4-vinylpyridine réticulée. 6 Procédé selon l'une quelconque des 1 1 revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on effectue la mise en contact et la séparation du gaz avec l'adsorbant, en filtrant le gaz à travers une poudre dudit adsorbant. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le gaz comprend en outre au moins un constituant choisi parmi les vapeurs nitreuses, l'oxygène, le chlore et la vapeur d'eau. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on effectue la mise en contact du gaz avec l'adsorbant à une température de 53 à 63 C. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on traite ensuite l'adsorbant pour dissoudre le ruthé- nium fixé sur l'adsorbant dans une solution aqueuse. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la solution aqueuse est une solution d'acide sulfurique.