Brevet FR2768550A1 — publié le 19990319

DISPOSITIF D'OXYDATION A CONTROLE Dll DéBIT D'AIR, EN PARTICILIER POLIR L'EVACUATION DE DECHETS D'URANIUM APPAUVRI La présente invention se rapporte à un dispositif d'oxydation du type à contrôle du débit d'air pour l'évacuation et/ou l'inertage de déchets d'uranium appauvri et plus particulièrement à un dispositif de ce type qui soit capable de convertir ces déchets d'uranium appauvri, qui présentent des propriétés fortement pyrophoriques, c'est-àdire qui s'enflamment spontanément au contact de l'air, en particulier en petites fractions, et qui réagissent très rapidement au contact de l'air pour céder leur chaleur de combustion, en un composé stable, I'oxyde d'uranium (U308). De façon générale, au cours du développement des combustibles nucléaires du type métal, des déchets d'uranium et d'uranium appauvri sont produits sous la forme de copeaux, d'éclats ou de fragments ou de produits pulvérulents. L'uranium appauvri sous forme pulvérulente constitue, notamment, un produit pyrophorique qui présente un haut pouvoir oxydant dans l'air, en cédant une chaleur d'oxydation élevée (4,2 KJ/g, U308). Pour cette raison, ces déchets d'uranium appauvri doivent être traités pour qu'ils prennent une forme stable pour leur stockage à long terme ou leur évacuation permanente. C'est un fait que les déchets d'uranium appauvri sont stockés sans aucun traitement préalable dans tous les pays, sauf aux USA, ou bien sont juste stockés dans de l'eau pour empêcher leur ignition à l'air, en Corée. Chez ORNL (Oak Ridge National Lab.), aux Etats-Unis, où des déchets d'uranium appauvri ont pris feu avec des papiers dans un tambour ou fût de collecte de déchets, provoquant ainsi une oxydation brutale, on a rencontré de nombreux problèmes pratiques du fait qu'il est nécessaire de prévoir des systèmes de refroidissement pour évacuer la chaleur d'oxydation produite. Chez AHMC (Aerojet Heavu Metals Company) aux U.S.A., pour évacuer la chaleur d'oxydation, le processus d'oxydation est réalisé dans un tambour de 200 litres qui est placé dans un bassin d'eau. Cependant, le procédé produit parfois une oxydation si soudainc élevant la température des gaz déchargés, que le système de ventilation a dû être muni d'échangeurs de chaleur. En conséquence. la présente invention s'applique à un dispositif d'oxydation du type à contrôle du débit d'air, notamment pour l'évacuation et/ou l'inertage de déchets d'uranium appauvri qui résout ou tout au moins pallie sensiblement un ou plusieurs des problèmes posés par les limitations et les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur. Un objet de la présente invention consiste à proposer un dispositif d'oxydation du type à contrôle du débit d'air pour l'évacuation ou la mise au rebut de déchets d'uranium appauvri présentant des propriétés pyrophoriques et qui est destiné à convertir de façon sûre des déchets d'uranium appauvri, qui sont inflammables dans l'air pour céder leur chaleur de combustion, en un composé stable, I'oxyde d'uranium (U3OS) Afin d'obtenir ce résultat et d'autres avantages selon l'objet de la présente invention telle qu'elle est mise en oeuvre et décrite, un dispositif d'oxydation du type à contrôle de débit d'air, notamment pour l'évacuation et/ou l'inertagc de déchets d'uranium appauvri, comprend: un réservoir de collecte de cendres volantes pour collecter les particules d'uranium appauvri soufflées vers l'extérieur sous l'effet du chauffage interne au cours de l'oxydation de l'uranium appauvri ; une chambre d'oxydation dans laquelle l'uranium appauvri est oxydé; des thermocouples installés à l'intérieur et sur la surface de la chambre d'oxydation pour mesurer les températures au cours de l'oxydation dc l'uranium appauvri; un collecteur de données pour recevoir les signaux en provenance des thermocouples et pour les mettre en mémoire dans un ordinateur, une grille pour les déchets d'uranium appauvri installée dans la chambre d'oxydation pour permettre d'y placer dessus l'uranium appauvri ; un organe de chauffage installé dans la chambre d'oxydation pour chauffer l'intérieur de cette chambre d'oxydation jusqu'à une température appropriée pour obtenir une atmosphèrc oxydante ; un distributeur d'air pour introduire de façon bien répartie de l'air dans la chambre d'oxydation; un organe de mesure de débit d'air pour mesurer le débit d'air (quantité par unité de temps) fourni dans la chambre d'oxydation par le distributeur d'air; une valve d'entrée d'air qui est commandée automatiquement à l'ouverture/ct à la fermeture en fonction de la température intérieure de la chambre d'oxydation, et qui injecte de l'air jusqu'à une quantité d'air qui reste toujours inférieure à la quantité d'air théorique nécessaire ; un réservoir collecteur de cendres pour stocker les cendres traitées dans la chambre d'oxydation ; ct une valve de collecte de cendres apte à laisser descendre vers le bas l'uranium appauvri oxydé sous forme pulvérulentc, dans le réservoir de collecte de cendres après l'oxydation, la chambre d'oxydation étant chauffée intérieurement par l'organe de chauffage pour assurer une atmosphère oxydante sans ignition directe de l'uranium appauvri. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la v vitesse d'oxydation et la chaleur d'oxydation sont régulées en réglant la quantité d'air fournic depuis l'extérieur par l'intermédiaire de la valve d'cntrée d'air et de l'organe dc mesure de débit d'air. D'autres buts, avantagcs et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description dc divers modes dc réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif d'oxydation du type à contrôle du débit d'air, selon la présente invention - la figure 2 est une photographie montrant dans sa totalité le dispositif d'oxydation du type à contrôle du débit d'air représenté à la figure 1 ; - la figure 3 est une photographie d'un organe de chauffage selon la présente invention; - la figure 4 est une photographie d'un distributeur d'air selon la présente inven tion; - la figure 5 est une photographie d'unc valve de collecte de cendres selon la présente invention, - la figure 6 est une photographie d'un réservoir de collecte de cendres volantes selon la présente invention ; et - la figure 7 est une photographie d'une grille à déchets d'uranium appauvri, selon la présente invention. On va maintenant faire référence en détail au mode de réalisation préféré de la présente invention dont des exemples sont illustrés sur les dessins annexés. En se référant à la figure 1, le dispositif d'oxydation du type à contrôle du débit d'air selon la présente invention comporte : une chambre d'oxydation 2, une trémie 13, une valve d'entrée d'air 8, un organe de mesure de débit d'air 7, un distributeur d'air 6, un réservoir de collecte de cendres 12, une valve de collecte de cendres 11, un réservoir de collecte de cendres volantes 1, un organe de chauffage 5, une grille à déchets d'uranium appauvri 4, des thermocouples 3, un collecteur de données 9, et un ordinateur 10. La chambre d'oxydation 2 dans laquelle se produit l'oxydation de l'uranium appauvri présente une forme cylindrique d'une longueur prédéterminée. Le réservoir I de collecte de cendres volantes, relié à la partie supérieure de la chambre d'oxydation 2, collecte les particules d'uranium appauvri qui ont été soufflées vers l'extérieur par le dégagement de chaleur interne lorsque l'uranium appauvri est oxydé, notamment lorsque le reste de l'air d'oxydation, constitué principalement par de l'azote, est évacué. Le réservoir 12 de collecte de cendres installé en dessous de la chambre d'oxydation 2. est destiné à stocker les cendres d'oxydation. La trémie 13 est disposae entre la chambre d'oxydation 2 et le réservoir de collecte de cendres 12, et une valve de collecte de cendres 1 1 est installée à la partie inférieure de la trémie 13 pour transférer la poudre oxydée d'uranium appauvri vers le réservoir de collecte de cendres 12. La valve de collecte de cendres 11 qui est installée entre la trémie 13 et le réservoir de collecte de cendres 12 laisse descendre la poudre oxydée d'uranium appauvri vers le bas dans le réservoir de collecte de cendres 12. Le distributeur d'air destiné à fournir de l'air à la chambre d'oxydation 2, est installé dans la trémie 13. La valve d'entrée d'air 8 introduit dc l'air en quantité inférieure à la quantité théorique requise, dans la chambre d'oxydation 2, et elle passe automatiquement à l'ouverture ou à la fermeture, en fonction de la température intérieure de la chambre d'oxydation 2. L'oxydation de l'uranium est ainsi réalisée dans une atmosphère d'air appauvri en oxygène par l'oxydation déjà réalisée. L'organe de mesure de débit d'air 7, qui constitue un dispositif mesurant le débit d'air fourni à la chambre d'oxydation 2, est installé entre la valve d'entrée d'air 8 et le distributeur d'air 6 prévu dans la trémie 13. L'organe dc chauffage 5, installé dans la chambre d'oxydation 2, chauffe l'intérieur de la chambre d'oxydation 2 jusqu'à une température appropriée pour obtenir une atmosphère oxydante. L'uranium appauvri, à oxyder, est placé sur la grille 4 à déchets d'uranium appauvri qui est disposée au-dessus de l'organe de chauffage 5 dans la chambre d'oxydation 2. Les thermocouples 3 sont installés sur la surface intérieure et sur la surface cxtérieure de la chambre d'oxydation 2 et ils mesurent les températures intérieures et de surface de la chambre 2 lorsque l'uranium appauvri est oxydé à la suite du chauffage par l'organe de chauffage 5 installé dans la chambre d'oxydation 2. Le collecteur de données 9 et l'ordinateur 10 enregistrent et mettent en mémoire les températures intérieures et dc surface de la chambre d'oxydation 2 qui sont mesurées par les thermocouples 3 pendant l'oxydation de l'uranium appauvri. La présente invention a pour but d'assurer une atmosphère oxydante dans la chambre d'oxydation sans chauffer directement l'uranium appauvri dans une chambre fermée, afin de réaliser une oxydation plus sûre de l'uranium appauvri. Du fait que la chambre d'oxydation 2 est chauffée intérieurement par l'organe de chauffage 5 installé dans la chambre 2 et est alimentée depuis l'extérieur en air, en une quantité inférieure à la quantité maximale théorique d'air nécessaire pour l'oxydation, on peut réguler le taux d'oxydation et le débit de fourniture de chaleur sans que la chaleur d'oxydation n'exercc une influence trop importante sur la chambre 2 elle-même. Comme décrit ci-dessus, à la différence de l'ignition directe de l'uranium appauvri utilisé en Amérique on peut oxyder de l'uranium appauvri en chauffant intérieurement la chambre d'oxydation à l'aide d'un organe de chauffage et en alimentant depuis l'extérieur la chambre avec de l'air en une quantité inférieure à la quantité d'air théorique pour l'oxvdation dans une chambre fermée. Il en résulte que la présente invention présente des avantages en ce qu'on peut aisément contrôler la vitesse et la chaleur d'oxydation sans risquer une oxydation brutale due à une ignition directe, et en ce que le dispositif peut être fabriqué pour un coût faible dans le cas d'unc fabrication en série. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. Ainsi, l'invention qui a été décrite pour assurer la combustion contrôlée de déchets d'uranium appauvri pourrait être utilisée pour réaliser la combustion contrôlée d'uranium métal non appauvri, et aussi pour réaliser la combustion contrôlée d'autres corps pyrophoriques, radioactifs ou non. REVENDI('TIONS 1.- Dispositif d'oxydation du type à contrôle du débit d'air, notamment pour l'évacuation et/ou l'inertage de déchets d'uranium appauvri, comprenant - un réservoir (1) de collecte de cendres volantes pour collecter les particules d'uranium appauvri soufflées vers l'extérieur sous l'effet du chauffage intérieur au cours de l'oxydation de 1 uranium cnrichi - une chambre d'oxydation (2) dans laquelle l'uranium appauvri est oxydé; - des thermocouples (3) installés à l'intérieur et sur la surface de la chambre d'oxydation (2) pour mesurer les températures au cours de l'oxydation de L'uranium appauvri - un collecteur de données (9) destiné à recevoir les signaux en provenance des thermocouples (3) et à les enregistrer dans un ordinateur ; une grille (4) pour les déchets d'uranium appauvri installée dans la chambre d'oxydation (2) pour permettre d'y placer dessus l'uranium appauvri - un organe de chauffage (5) installé dans la chambre d'oxydation (2) pour chauffer l'intérieur de cette chambre d'oxydation jusqu'à une température appropriée pour obtenir une atmosphère oxydante; - un distributeur d'air (6) pour introduire de façon bien répartie de l'air dans la chambre d'oxydation (2); - un organe de mesure de débit d'air (7) pour mesurer le débit d'air (la quantité par unité de temps) fourni dans la chambre d'oxydation par le distributeur d'air (6); - unc valve d'entrée d'air (8) qui est commandée automatiquement à l'ouverture/et à la fermeture en fonction de la température intérieure de la chambre d'oxydation (2), et qui injecte de l'air jusqu'à une quantité d'air qui reste inférieure à la quantité d'air théorique nécessaire - un réservoir de collecte de cendres (12) pour stocker les cendres traitées dans la chambre d'oxydation (2); et - une valve dc collecte de cendres (11) apte à laisser descendre vers le bas l'uranium appauvri oxydé sous forme pulvérulente, dans le réservoir de collecte de cendres (12) après l'oxydation, la chambre d'oxydation (2) étant chauffée intérieurement par l'organe de chauffage (5) pour assurer une atmosphère oxydante sans ignition directe de l'uranium appauvri. 2.- Dispositif d'oxydation du type à contrôle du débit d'air, notamment pour l'évacuation et/ou l'inertage de déchets d'uranium appauvri, selon la revendication 1, dans lequcl dispositif la vitesse d'oxydation ct la chaleur d'oxydation sont régulées en réglant la quantité d'air fournic depuis l'extérieur par l'intermédiaire de la valve d'entrée d'air (8) et de l'organe de mesure dc débit d'air (7).