Brevet FR2694769A1 — publié le 19940218

La présente invention concerne la séparation d'un métal et de graphite, et elle concerne en particulier la décontamination de corps de graphite revêtus d'uranium ou d'autres actinides ou de matières contenant des actinides, à l'état métallique. Le graphite est utilisé en grande quantité pour le moulage d'articles métalliques, notamment les barres combustibles d'uranium destinées aux réacteurs nucléaires. Dans cette application, le graphite est contaminé par le métal coulé et est essentiellement à mettre au rebut Il est nécessaire que les impuretés métalliques qui ne forment habituellement pas plus de 10 % en poids, et par exemple de 2 à 6 % du poids des déchets, soient séparées du graphite afin que celui-ci puisse être évacué en toute sécurité Le métal peut être récupéré et, le cas échéant, réutilisé Un procédé connu de séparation comprend l'incinération diu graphite et la collecte des impuretés métalliques sous forme de cendres Ce procédé est coûteux et il est nuisible à l'environnement étant donné les grandes quantités d'anhy- dride carbonique qui sont produites. Selon la présente invention, un procédé de traite- ment de graphite usé auquel adhère une impureté métallique, destiné à la séparation du métal du graphite, comprend la disposition du graphite usé dans un électrolyte oxydant aqueux, et la circulation d'un courant électrique dans l'électrolyte Le courant électrique peut être un courant électrique directionnel. Le corps de graphite se désintègre dans l'électro- lyte et le métal se dissout à une vitesse accélérée sous l'action du courant électrique Le métal peut alors se séparer du graphite et peut se dissoudre dans l'électrolyte pendant une longue période Le graphite ainsi traité peut donc être séparé de l'électrolyte, par exemple par filtra- tion et lavage Lorsque le graphite a été contaminé par de l'uranium, la séparation par ce procédé est suffisamment satisfaisante pour permettre l'évacuation du graphite de manière classique et non par des dispositifs spéciaux nécessaires aux matières radioactives nocives. Les déchets de graphite peuvent contenir moins de % et dans la plupart des cas moins de 10 % en poids, par exemple 2 à 6 % en poids, d'une impureté métallique, si bien que le métal est un petit sous-produit de l'opération de séparation (en ce qui concerne sa quantité). L'électrolyte est avantageusement un acide fort, par exemple de l'acide nitrique et/ou sulfurique Sa concentra- tion est de préférence comprise entre 5 et 70 % du poids de la solution aqueuse acide De manière générale, le procédé est plus rapide lorsque la concentration de l'acide aug- mente La vitesse du procédé augmente aussi avec l'assis- tance (a) d'une température élevée de l'électrolyte, par exemple comprise entre 30 et 80 OC, et aussi (b) d'une agitation mécanique ou autre de l'électrolyte, et aussi (c) d'une augmentation du courant électrique appliqué ou (d) d'une transmission d'énergie supplémentaire provenant d'autres sources, par exemple de dispositifs ultrasonores, ou d'un barbotage. Le courant électrique moyen appliqué doit être supérieur au courant minimal nécessaire à la réaction, ce courant étant par exemple de 10 m A/cm 2 mais pouvant être supérieur à 100 m A/cm 2. Lorsqu'une agitation mécanique de l'électrolyte est utilisée, elle peut être réalisée à l'aide d'une palette ou d'un agitateur classique Dans une variante, une agitation par ultrasons peut aussi être utilisée. Le système électrolytique contenant l'électrolyte peut être un bain acide dans lequel est placé le graphite. Ce dernier peut être contenu dans un panier, par exemple formé d'une matière plastique Une partie du panier, par exemple la partie supérieure de corps (qui se trouve en dehors de l'électrolyte) peut être constituée d'une matière métallique permettant la formation d'un conducteur d'élec- trode lorsque les pièces de graphite interconnectées sont immergées dans l'électrolyte Le trajet de conduction est donc compris entre la matière métallique et l'électrolyte par l'intermédiaire de la masse de graphite Dans une variante, le courant peut être transmis par un ou plusieurs gros blocs pleins de graphite qui sont placés sur la pile de graphite et qui jouent le rôle du conducteur d'élec- trode Dans une variante ou en outre, l'électrode positive qui applique le courant électrique peut être formée par un bloc d'un métal, par exemple d'acier inoxydable, placé au contact des déchets de graphite et/ou par un collier de métal, par exemple d'acier inoxydable, placé dans le panier, par exemple pouvant coulisser contre la paroi interne du panier, au contact des déchets de graphite. L'autre électrode peut être formée par une gaze de fil métallique, par exemple d'acier inoxydable, placée autour du panier Plusieurs paniers de graphite peuvent être traités de cette manière ensemble dans le même bain. L'électrolyte utilisé dans le bain peut circuler avec l'extérieur du bain, de manière connue L'électrolyte utilisé, contenant le graphite et le métal dissous, peut être filtré afin que le graphite soit séparé et il peut ensuite être recyclé pour être réutilisé La concentration de l'électrolyte peut être conservée par distillation de l'acide ou barbotage d'air Le procédé de transmission, d'extraction et de traitement d'électrolyte peut être continu ou discontinu. Le graphite traité électrolytiquement peut être lavé et retiré et évacué vers un puisard comme déchet non nocif. La présente invention concerne un procédé de sépara- tion d'un métal, en particulier d'uranium, et de graphite, avant l'évacuation du graphite, qui est plus propre et plus sûr pour l'environnement que le procédé utilisé dans la technique antérieure. Le procédé de la présente invention peut être appliqué à la séparation de l'uranium du graphite utilisé pour la coulée d'uranium ou pour la séparation de métaux précieux ou semi-précieux des électrodes de graphite. On connaît déjà des procédés électrolytiques de séparation du carbone de métaux dans la technique anté- rieure, par exemple comme décrit dans les brevets GB-497 835, GB-1 273 170, US-4 385 972 et EP-O 221 187. Cependant, dans ces documents, le carbone n'est pas présent sous forme de graphite, c'est-à-dire soit qu'il constitue une petite impureté, soit qu'il est présent sous forme d'un composé, par exemple de carbure de tungstène L'objet du procédé, dans ces applications, est un enlèvement du carbone d'impureté pour la récupération des métaux Au contraire, selon l'invention, l'objet est l'extraction du métal d'impureté du graphite, le métal d'impureté formant une petite partie seulement de la matière qui doit être séparée La présente invention concerne un procédé de séparation de la phase continue de carbone et ce problème n'est pas envisagé ni traité dans la technique antérieure. Comme indiqué précédemment, l'invention concerne un procédé plus efficace, moins coûteux et plus avantageux pour l'environnement destiné au traitement des déchets de graphite contaminés par un métal que le procédé utilisé de façon classique dans la technique antérieure décrite précédemment, et il constitue donc, de manière avantageuse et surprenante, des progrès industriels importants par exemple dans l'industrie nucléaire dans laquelle les déchets de graphite sont ainsi produits en grande quantité. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe en élévation frontale d'un appareil destiné à la mise en oeuvre d'un procédé de séparation de métal et de graphite; la figure 2 est une coupe d'une variante d'une partie d'appareil de la figure 1; la figure 3 est une coupe d'une autre variante d'une partie de l'appareil de la figure 1; et la figure 4 est une coupe d'une autre variante d'une partie de l'appareil de la figure 1. Comme l'indique la figure 1, un réservoir 1 est formé d'acier inoxydable et porte un revêtement isolant de matière plastique (non représenté) qui protège l'acier inoxydable contre la détérioration par les courants élec- triques intenses créés dans l'appareil de la manière décrite dans la suite Le réservoir 1 contient un bain d'une solution acide concentrée d'un électrolyte, maintenu à une température convenable de fonctionnement, par exemple comprise entre 20 et 600, par un enroulement 5 de chauf- fage, isolé électriquement Une source externe de chaleur (non représentée) peut aussi être utilisée à la place Le bain 3 est agité périodiquement ou de façon continue par un agitateur 7 Des paniers 9 et 11 formés de polytétrafluor- éthylène (PTFE) contenant des déchets 13 qui contiennent du graphite contaminé par un métal sont immergés dans le bain 3 Les paniers 9 et 11 peuvent avoir des trémies ou col- liers 9 a, lla qui dépassent vers le haut et qui sont formés d'acier inoxydable et constituent une connexion d'anodes ou d'électrodes positives, distantes de l'électrolyte afin que la corrosion et la dissolution correspondante soient évitées Une gaze métallique 12 formée d'acier inoxydable entoure les paniers 9, Il à l'intérieur du bain 3 La gaze 12 forme une cathode ou électrode négative Un courant électrique continu circule entre l'anode et la cathode dans l'électrolyte du bain 3, le trajet de conduction de l'anode comprenant les colliers 9 a, lla, les déchets 13 et le bain 3 d'électrolyte Les déchets 13 sont renouvelés de temps en temps pour l'entretien du trajet de conduction. Le graphite présent dans les paniers 9, 11 se désintègre et tombe par les trous formés dans les paniers 9, 11 Les impuretés métalliques portées par le graphite se dissolvent dans l'électrolyte du bain 3 L'électrolyte est retiré (par un dispositif non représenté) suivant l'un des procédés décrits précédemment pour la séparation du graphite particulaire collecté comme sédiment de l'impureté métallique dissoute. La figure 2 représente une variante de récipient de déchets 13 qui peut être utilisé à la place du panier 9, Il dans l'appareil représenté sur la figure 1 Sur la figure 2, le récipient comprend un panier 21 de matière plastique qui contient les déchets 13 Le panier 21 a une base 22 constituée d'une grille et ses côtés peuvent être pleins ou perforés De gros blocs solides et lourds 23 de graphite sont déposés à la face supérieure des déchets 13 et s'en- foncent dans les déchets près de leur surface supérieure. Pendant l'utilisation, les blocs 23 forment l'électrode positive de la cellule d'électrolyse, et un courant élec- trique est donc introduit afin qu'il circule dans les déchets 13 et le bain 3 d'électrolyte (figure 1) par l'intermédiaire des blocs 23. La figure 3 représente une variante pour l'introduc- -tion du courant électrique Dans ce cas, le panier 21, représenté sur la figure 2, est encore rempli des déchets 13, mais le courant électrique transmis aux déchets 13 et au bain 3 d'électrolyte (figure 1) est introduit par un bloc métallique solide 25, par exemple formé d'acier inoxydable, introduit à la face supérieure des déchets 13 et jouant le rôle de l'électrode positive de la cellule d'électrolyse. La figure 4 représente une autre disposition d'in- troduction d'un courant électrique dans les déchets 13 et le bain d'électrolyte 3 Dans ce cas, le panier 21 repré- senté sur la figure 2 est encore rempli des déchets 13, mais le courant électrique est introduit par un collier métallique conducteur 27 qui s'ajuste à la paroi latérale interne du panier 21 et est donc en bon contact avec les déchets 13 Le collier 27 a une lèvre 29 qui facilite la connexion électrique de manière que le collier 27 puisse jouer le rôle d'une électrode positive pour la cellule d'électrolyte. Les blocs de graphite (sur la figure 2), le bloc métallique 25 (figure 3) et le collier métallique 27 ou deux de ces trois éléments peuvent aussi être utilisés en combinaison. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Procédé de traitement de déchets de graphite ayant une impureté métallique qui adhère aux déchets afin que le métal soit séparé du graphite, caractérisé en ce qu'il comprend la disposition des déchets de graphite ( 13) dans un électrolyte oxydant aqueux ( 3), et la circulation d'un courant électrique dans l'électrolyte. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal forme au maximum 40 i du poids des déchets. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le courant électrique est un courant électrique directionnel. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'électrolyte ( 3) est un acide fort. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la dissolution du métal est facilitée par l'utilisation de l'une au moins des conditions suivantes: (a) une température élevée de l'électrolyte, comprise entre 30 et 80 OC, (b) une agita- tion mécanique ou autre de l'électrolyte, et (c) la trans- mission d'une quantité supplémentaire d'énergie provenant d'une autre source. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le courant électrique moyen appliqué a une valeur supérieure à 10 m A/cm 2. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système électroly- tique qui contient l'électrolyte ( 3) est un bain acide dans lequel est placé le graphite, le graphite ( 13) étant contenu dans un ou plusieurs paniers ( 9, 11) ayant au moins une base qui possède une grille ou des perforations permet- tant le passage de particules. 8 Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une partie supérieure ( 9 a, lia) de corps du panier qui se trouve en dehors de l'électrolyte ( 3) est formée d'une matière métallique destinée à jouer le rôle d'un conducteur d'électrode lorsque les morceaux de graphite interconnectés ( 13) sont immergés dans l'électrolyte. 9 Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'un bloc métallique ou de graphite ( 23, 25) formant une électrode positive est au contact des déchets afin qu'un courant électrique puisse circuler. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 9, caractérisé en ce qu'un collier métallique ( 27) placé dans le panier ( 21) et formant une électrode positive est au contact des déchets afin qu'un courant électrique puisse circuler. 11 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 10, caractérisé en ce que l'autre électrode est formée par une gaze métallique placée autour du panier. 12 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 7 à 11, caractérisé en ce que le graphite contaminé par un métal, placé dans plusieurs paniers ( 9, 11), est traité simultanément dans un même bain. 13 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'électrolyte utilisé dans le bain ( 3) circule par échange avec l'exté- rieur du bain.