Brevet FR2701962A1 — publié le 19940902

Procédé de récupération de métaux utilisables sans dommage à partir de déchets de mélanges métalliques contaminés radioactivement. La présente invention concerne un procédé de récupération de métaux utilisables sans dommage au moins pour une application industrielle selon les prescriptions légales à partir de déchets de mélanges métalliques contaminés radioactivement, qui sont produits lors de l'arrêt d'installations nucléaires et contiennent plusieurs métaux non ferreux ainsi que de l'acier, une teneur en métaux totale de 50 à 80 % en poids, et le reste étant des impuretés non métalliques jusqu'à 100 % en poids Par l'expression utilisable sans dommage conformément aux prescriptions légales, on entend que la radioactivité spécifique moyenne est réduite de sorte que dans le cadre de l'utilisation selon les prescriptions de ces métaux ou de pièces fabriquées à partir de ceux- ci, des risques de rayonnement ne sont pas à craindre En République Fédérale d'Allemagne, ces prescriptions sont consignées dans la loi sur l'énergie atomique. Afin de récupérer des métaux utilisables sans dommage selon les prescriptions légales à partir de déchets de mélanges de métaux contaminés radioactivement, il est nécessaire, dans le cadre des procédés admis à l'échelle industrielle, de séparer les déchets de mélanges de métaux par tri en différents métaux et de décontaminer par un procédé particulier les pièces se composant d'un métal déterminé Ceci est fréquemment techniquement impossible et coûteux. En particulier, l'obligation du tri est gênante Si ceci est le cas, alors le volume des déchets de mélanges métalliques contaminés radioactivement est réduit par compactage et les déchets de mélanges de métaux ainsi compactés sont la plupart du temps amenés, dans des conteneurs spéciaux, à un entreposage provisoire ou définitif Dans ce cas, des matériaux résiduels précieux, par exemple les quantités la plupart du temps considérables d'aluminium et de cuivre dans les déchets de mélanges métalliques provenant d'installations nucléaires, sont perdus. La présente invention a pour but de fournir un procédé, selon lequel les métaux utilisables sans dommage au moins pour une application industrielle conformément aux prescriptions légales, provenant de déchets de mélanges de métaux contaminés radioactivement, peuvent être récupérés de façon simple et même sans nécessiter des mesures coûteuses de tri et de décontamination. La présente a pour objet un procédé de récupération de métaux utilisables sans dommage au moins pour une application industrielle conformément aux prescriptions légales, à partir de déchets de mélanges de métaux contaminés radioactivement, qui sont produits lors de l'arrêt d'installations nucléaires et contiennent plusieurs métaux non ferreux ainsi que de l'acier, d'une teneur en métaux au total de 50 à 80 % en poids, et le reste étant des impuretés non métalliques jusqu'à % en poids, dans lequel une fusion en vue de la séparation de métaux avec prélèvement fractionné de la masse en fusion est appliquée, avec les mesures suivantes: les déchets de mélanges de métaux avec leur partie en constituants non métalliques sont amenés non triés à un four de fusion de métaux, les déchets de mélanges de métaux avec les constituants non métalliques sont tout d'abord chauffés à la température de coulée du métal non ferreux à point de fusion le plus faible et ce métal non ferreux est prélevé, après quoi les déchets de mélanges de métaux subsistants sont chauffés à la température de coulée du métal non ferreux à point de fusion le plus élevé suivant et celui-ci est prélevé, et ainsi de suite jusqu'à l'acier, pour autant que les métaux des constituants prélevés de façon fractionnée présentent une radioactivité spécifique, permettant l'utilisation sans dommage,ils sont amenés à l'utilisation, pour autant que les métaux des constituants prélevés de façon fractionnée présentent une radioactivité spécifique, qui ne permet pas l'utilisation sans dommage, ils sont amenés à volume réduit à un entreposage intermédiaire, les déchets de fusion (scories, cendres volantes) sont débarrassés sensiblement de leur radioactivité. Le fait que le métal prélevé peut être délivré directement et de façon simple à l'utilisation sans dommage, signifie que des utilisations conformes aux prescriptions légales sont permises pour le métal récupéré Dans l'exemple de réalisation, il est indiqué que des radioactivités résiduelles ainsi déterminées sont admissibles Les métaux récupérés selon le procédé conforme à l'invention peuvent bien entendu être également encore traités de façon simple et pratiquement débarrassés complètement d'une contamination radioactive La fusion de séparation en vue de la séparation de déchets de mélanges de métaux à partir de déchets ferreux avec des impuretés métalliques non ferreuses est en soi connue (DE-OS 1 533 118) Dans ce cas, les déchets de mélanges de métaux ne contiennent pratiquement aucune impureté non métallique En vue de la fusion et du traitement de déchets métalliques, y com pris des déchets métalliques radioactifs, il est connu (DE 3.213 764 Ai), de travailler avec un creuset de fusion et de transformation, qui est disposé sur le côté supérieur d'un chariot et forme un moule divisé Dans un système fermé, les déchets métalliques sont versés dans le creuset et fondus selon le procédé de fusion sous laitier avec utilisation d'une électrode non consommable Dans ce cas, un agent de fusion de scories et des scories sont versés dans le creuset par couches et un courant électrique est délivré au moyen de l'électrode non consommable, afin de chauffer ainsi l'agent de fusion de scories Ici aussi, les déchets métalliques ne contiennent pratiquement aucune impureté non métallique Dans le cas de déchets de mélanges de métaux contaminés radioactivement, qui sont produits lors de l'arrêt d'installations nucléaires, des impuretés non métalliques contaminées sont inévitables, et même selon des quantités de 20 à 50 % en poids Ils présentent un problème particulier dans le cas des mesures connues décrites dans le préambule avec tri obligatoire. La présente invention part de la connaissance et de la constatation surprenantes, que dans le cas d'applications du procédé selon l'invention, seul un pourcentage faible de la radioactivité présente globalement dans les déchets de mélanges de métaux est encore contenu dans les métaux coulés S'il s'agit de déchets de mélanges de métaux provenant de la réparation ou de l'arrêt d'installations nucléaires, la radioactivité résiduelle s'élève dans les métaux récupérés selon le procédé de l'invention uniquement encore à environ 5 % de la radioactivité initiale dûe aux déchets de mélanges de métaux Les mesures selon l'invention agissent séparément En particulier, la radioactivité passe des impuretés non métalliques dans les déchets de fusion, et 20 à 50 % en poids des impuretés non métalliques peuvent être débarrassés sans problème Le tri coûteux décrit dans le préambule n'est plus nécessaire En conséquence, dans le cadre du procédé selon l'invention, des déchets de mélanges de métaux non traités préalablement, qui apparaissent dans le cas de l'arrêt d'installations nucléaires et dans le cas de leur réparation, peuvent être transformés en métaux utilisables La réduction surprenante de la radioactivité obtenue selon l'invention permet de façon simple une utilisation sans dommage conforme aux prescriptions légales Il va sans dire que dans le cas du procédé de l'invention, les prescriptions légales de sécurité sont observées Ceci s'applique non seulement à la manutention des déchets de mélanges de métaux, au chargement et à l'exploitation du four de fusion de métaux et à la coulée, mais également au traitement des effluents gazeux qui apparaissent lors de l'épuration des cendres volantes de ceux-ci, qui doivent être débarrassés sensiblement de leur radioactivité. Dans le cadre de l'invention, il existe plusieurs possibilités d'autres réalisations et configurations Ainsi, aux déchets de mélanges de métaux contaminés peuvent être mélangés, avant le mélange dans le four de fusion et/ou lors du chargement du four de fusion, des métaux non contaminés en vue de réduire la radioactivité résiduelle des métaux récupérés par dilution du mélange La quantité en métaux non contaminés est dans ce cas avantageusement choisie de sorte que tous les constituants coulés peuvent être délivrés à l'utilisation sans dommage Si les déchets de mélanges de métaux présentent des proportions d'aluminium et de cuivre, alors l'invention enseigne que les déchets de mélanges de métaux dans le four de fusion de métaux sont tout d'abord chauffés à la température de coulée de l'aluminium et celui-ci est prélevé, après quoi les déchets de mélanges de métaux subsistants sont chauffés à la température de coulée du cuivre et celui-ci est prélevé. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre avec les fours de fusion de métaux les plus divers De préférence, on opère avec un four à induction en tant que four de fusion de métaux Il est alors recommandé de compacter le plus possible dans le four à induction les pièces qui se trouvent dans les déchets de mélanges métalliques Le four de fusion de métaux est fermé de sorte que des effluents gazeux contaminés ne puissent pas se dégager dans l'environnement Ils sont plutôt soumis à une épuration. Dans le cas du procédé selon l'invention, dans le four de fusion de métaux se produit une séparation très importante de la phase liquide par fusion et de la phase demeurant solide d'autres métaux La séparation peut être poursuivie très loin, si, après atteinte d'une température de coulée pour un métal non ferreux et avant l'extraction de ce métal non ferreux, le contenu du four de fusion est soumis à un traitement de séparation pour une séparation solide/liquide, par exemple par vibration Bien que dans le cadre de l'invention, on puisse opérer avec les fours de fusion de métaux les plus variés, en vue du déroulement fiable du procédé, il faut toujours veiller à ce que la totalité du chargement du four de fusion de métaux en déchets de mélanges de métaux soit chauffée sur toute sa hauteur. Exemple de réalisation: Des déchets de mélanges de métaux radioactifs livrés sont entreposés après la réception et les contrôles d'entrée et amenés plus tard dans un local en vue d'une transformation ultérieure Là, les déchets de mélanges de métaux sont groupés en charges de fusion Au total, quatre charges de fusion sont constituées Un prétraitement n'a pas été effectué Au contraire, il était évident qu'il s'agissait de pièces d'installations démontées tout à fait normales, qui également n'avaient été prétraitées en aucune manière dans la centrale. Les déchets non métalliques livrés présentaient une partie importante en métaux non ferreux Pour cette raison, les pièces furent introduites isolément dans le four Il en résulta ainsi une plus grande densité, qui garantit un meilleur couplage dans le cas d'un chauffage par induction Après remplissage du four, comme d'habitude, un feu de poche de coulée est introduit et ainsi un système clos établi Comme il s'agissait ici en autres choses de moteurs complets, un poids de remplissage maximum de 580 kg a pu être obtenu. Afin de capter de façon la plus sûre possible des gaz se dégageant, la coiffe d'aspiration pivotante supérieure est déplacée le plus possible au-dessus du four Ensuite, à l'aide du feu de poche de coulée, un préchauffage/chauffage à coeur du matériau à 748 C est effectué Un dégagement de fumée bleu-noir apparaît, qui est capté de façon sûre par la coiffe d'aspiration pivotante Après ce prétraitement, le four est connecté sur le pas le plus faible, ce qui provoque un chauffage à coeur uniforme complet sur toute la hauteur du four La température dans le four est élevée à environ 7550 C Le brûleur peut à présent être retiré, et on obtient une coulée de 100 kg d'aluminium. Grâce au four, la température de coulée de four est démarrée inductivement Après l'obtention de la température, la fraction de cuivre contenue de 190 kg peut être prélevée La partie d'acier/fonte encore présente de 290 kg peut être fondue et prélevée de la même manière Tous les matériaux furent versés dans des lingotières de coulée présentes, qui étaient revêtues de graphite à base d'eau. L'activité spécifique moyenne fut détectée sur tous les jours de fusion comme suit Aluminium = 0,10 Bq/g Cuivre = 0,53 Bq/g Acier = 0,73 Bq/g L'aluminium récupéré a pu être libéré sans condition, au moins cependant pour une application industrielle Pour le cuivre récupéré, une libération est possible pour une application industrielle La quantité d'acier avec une activité spécifique de 0,7 Bq/g peut être délivrée à l'industrie ou peut être utilisée pour la fabrication de produits nucléaires Dans la mesure, par exemple en fonction de l'analyse détectée, o aucune utilisation n'a été trouvée dans le domaine nucléaire, une réduction en volume optimale pour un entreposage intermédiaire/définitif est garantie. Soit l'aluminium, le cuivre ou l'acier/fonte se trouvant dans le four, soit après la coulée dans les lingotières furent soumis à un autre traitement. En raison des constituants non métalliques se trouvant dans les déchets de mélanges de métaux, par exemple sous la forme d'isolateurs électriques, il faut compter avec un volume de déchets plus élevé. D'après les recherches, il s'est avéré que la partie des déchets produits constitue 16,5 % de la quantité introduite Dans le cas de fusion d'acier usuelle, la proportion est inférieure à 5 %. A l'aide des activités détectées, une répartition moyenne d'activité a été déterminée à partir de la fusion et des déchets Ci- après, est indiquée, dans les matériaux coulés, seulement encore 5,5 % de l'activité détectée globale On obtient en particulier le tableau suivant: Activité totale(masse en fusion et déchets) = 19563,05 k Bq. Aluminium 0,17 % de l'activité globale détectée, Cuivre 1,45 % de l'activité globale détectée, Acier 3,89 % de l'activité globale détectée. REVENDICATIONS 1 Procédé de récupération de métaux utilisables sans dommage au moins pour une application industrielle conformément aux prescriptions légales à partir de déchets de mélanges de métaux contaminés de façon radioactive, qui sont produits lors de l'arrêt d'installations nucléaires et contiennent plusieurs métaux non ferreux ainsi que l'acier, une teneur en métal globale de 50 à 80 % en poids, et dans les résidus jusqu'à 100 % en poids d'impuretés non métalliques, caractérisé en ce qu'une fusion de séparation de métaux avec prélèvement fractionné de la masse en fusion est appliquée, avec les mesures suivantes: les déchets de mélanges de métaux avec leur quantité de constituants non métalliques sont introduits non triés dans un four de fusion de métaux, les déchets de mélanges de métaux avec les constituants non métalliques sont tout d'abord chauffés à la température de coulée du métal non ferreux à point de fusion le plus bas et ce métal non ferreux est prélevé, ensuite les déchets de mélanges de métaux subsistants sont chauffés à la température de coulée du métal non ferreux à point de fusion le plus élevé suivant et celui-ci est prélevé, ainsi de suite jusqu'à l'acier, pour autant que les métaux des constituants prélevés de façon fractionnée présentent une radioactivité spécifique, permettant l'utilisation sans dommage, ils sont envoyés à l'utilisation, pour autant que les métaux des constituants prélevés de façon fractionnée présentent une radioactivité spécifique, ne permettant pas l'utilisation sans dommage, ils sont envoyés à volume réduit à un entreposage intermédiaire, les déchets de fusion (scories, cendres volantes) sont débarrassés sensiblement de leur radioactivité. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'aux déchets de mélanges de métaux contaminés avant le mélange dans le four de fusion et/ou lors du chargement du four de fusion, des métaux non contaminés sont ajoutés en vue de la réduction de la radioactivité résiduelles des métaux récupérés par dilution du mélange. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la quantité de métaux non contaminés est choisie de sorte que tous les constituants soutirés peuvent être délivrés à l'utilisation sans dommage. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les déchets de mélanges de métaux comportent de l'aluminium et du cuivre, avec la mesure supplémentaire que les déchets de mélanges de métaux dans le four de fusion de métaux sont tout d'abord portés à la température de fusion de l'aluminium et celui-ci est prélevé et ensuite les déchets de mélanges de métaux subsistant sont portés à la température de coulée du cuivre et celui-ci est prélevé. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le four de fusion de métaux est un four à induction. 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'après l'obtention d'une température de coulée pour un métal non ferreux et avant le prélèvement de ce métal non ferreux, le contenu du four de fusion est soumis à un traitement de séparation pour une séparation solide/liquide, par exemple par vibration. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le chargement du four de fusion de métaux est chauffé sur toute sa hauteur.