Brevet FR2833192A1 — publié le 20030613

PROCÉDÉ DE BROYAGE D'UNE MATIÈRE CARBONÉE CONDUCTRICE PAR APPLICATION D'IMPULSIONS HAUTE-TENSION EN MILIEU LIQUIDE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention a pour objet un procédé de broyage d'une matière carbonée conductrice, telle que le graphite, l'anthracite, les boulets de charbon. Les procédés de broyage de tels matériaux trouvent une application dans de nombreux domaines. Ainsi, de tels procédés peuvent être utilisés, par exemple, dans le domaine de l'électronique, afin d'obtenir des poudres de carbone, notamment de graphite entrant dans la fabrication d'électrodes, de condensateurs et également dans le domaine des lubrifiants, etc. De tels procédés trouvent, également, une application dans le domaine nucléaire. Ainsi, il est possible d'envisager un broyage de graphite contaminé, notamment de graphite issu de la filière Uranium naturel-Graphite-Gaz (dite UNGG), récupéré lors du démantèlement, en vue de la combustion dudit graphite broyé sous forme de poudre. L'on obtient ainsi une destruction totale de la matière contaminée. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Généralement, le graphite ainsi que les autres matières carbonées conductrices sont fragmentées à sec par l'intermédiaire de moyens de broyage conventionnels, tels que des broyeurs à percussion ou des broyeurs à cylindres. Toutefois, la dureté de tels matériaux engendre une usure rapide des pièces mécaniques entrant dans la constitution des broyeurs, générant ainsi des coûts de maintenance des stations de broyage dispendieux du fait de la nécessité de remplacer fréquemment lesdites pièces usées. Par ailleurs, ces poudres fines sont susceptibles d'exploser à l'air. D'autre part, pour le graphite d'origine nucléaire, le broyage mécanique entraîne une pollution importante due notamment à la volatilité des poudres de graphite, pouvant être chargées éventuellement en métaux lourds radioactifs, en Co et en 137Cs. Le broyage de tels matériaux nécessite donc un confinement de la station de broyage, afin d'éviter toute fuite à l'air libre d'éléments radioactifs contaminants. Cependant, au cours du broyage, le tritium contenu se disperse dans le confinement puis s'échappe par les systèmes de ventilation de la station. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de proposer un procédé de broyage d'une matière carbonée conductrice telle que le graphite, qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur et qui ne nécessite pas, notamment, l'usage de pièces mécaniques et, dans le cas de matériaux contaminés, n'entraîne ni dispersion des éléments contaminants, ni risque d'explosion de poudre. Pour ce faire, l'invention a pour objet un procédé de broyage d'une matière carbonée conductrice consistant à soumettre ladite matière à des impulsions haute tension en milieu liquide, ledit milieu ayant une résistivité telle que, sous l'effet de l'énergie véhiculée desdites impulsions, des arcs électriques se déclenchent et assurent, au contact de ladite matière, une rupture de liaisons carbone-carbone constitutives de ladite matière, le nombre d'impulsions haute tension étant fixé de telle sorte à obtenir une granulométrie donnée. On précise que selon l'invention, on entend par impulsions haute tension des impulsions électriques pouvant véhiculer une tension de l'ordre de plusieurs kilovolts entraînant la création d'arcs électriques dans un milieu liquide présentant des propriétés de résistivité adéquates à la formation d'arcs. Ainsi, on peut utiliser avantageusement, aux fins de réalisation de ce procédé, des milieux liquides dont la résistivité est supérieure à 1 MQ. cm. Ce procédé présente, non seulement, l'avantage d'être réalisable sans avoir recours à des pièces mécaniques de broyage mais également de se faire en milieu liquide. Ceci permet, notamment de piéger les poudres de matières carbonées issues du procédé et d'éviter également, dans le cas, par exemple, du graphite de qualité nucléaire, la dissémination de produits volatils, tels que le tritium. Cet élément radioactif diffuse dans le milieu liquide et s'y fixe par échange isotopique. Il se trouve, ainsi, piégé dans ledit milieu. Les impulsions haute tension ont déjà été utilisées dans l'eau pour engendrer un broyage de matériaux non conducteurs hétérogènes, tels que des roches comme le granite. Cette technique est explicitée notamment dans les documents [1] :'An innovative use of impulsed power technology for separation of minerals from ores', K. J Touryan, L. A. Touryan, J. W Benze, Tetra Corporation 3701 Hawkins N. E. Albuberque, New Mexico 87109 et [2] : Ninth International Symposium of High Voltage Engineering, August 28-September 1,1995, Electrodynamic High Voltage Pulse Devices And Technologies. Selon ces documents, les matériaux hétérogènes, tels que les roches, se désagrègent, par rupture de liaisons, suite au développement d'une puissance électrique explosive aux interfaces entre les différents constituants desdits matériaux. Lorsque ces expérimentations ont été effectuées en milieu liquide, il a été constaté, de plus, sous l'effet de ces impulsions haute tension un phénomène de cavitation, qui réside dans la formation d'ondes de choc susceptibles de se propager dans le milieu liquide et de contribuer également au broyage des matériaux. Par contre, l'envoi d'impulsions haute tension au niveau de matériaux conducteurs, tels que les métaux, n'a jamais permis, en regard des expérimentations effectuées à ce sujet, le broyage de ces matériaux mais plutôt une perforation de ces derniers. La présente invention permet ainsi de dépasser l'a-priori, qui consistait à exclure l'utilisation des impulsions haute tension, pour effectuer le broyage de matériaux conducteurs. Selon l'invention, pour obtenir une taille de particules déterminée, l'homme du métier peut choisir les conditions d'application des impulsions haute tension (énergie, fréquence, durée et nombre d'impulsion envoyées) en fonction de la nature de la matière de départ étant entendu que plus l'énergie des impulsions sera importante, plus le nombre d'impulsions à appliquer sera moindre, pour obtenir une granulométrie donnée. Selon l'invention, l'énergie véhiculée par chaque impulsion peut être comprise entre 10 J et 100 kJ, de préférence 1 kJ. Selon l'invention, les impulsions haute tension peuvent s'échelonner selon une durée allant de l'ordre de 200 ns à 100 us avec de préférence, une durée de lus. Selon l'invention, les impulsions haute tension peuvent présenter une fréquence allant de 1 Hz à 1000 Hz, de préférence 10 Hz. Il est bien entendu, que cette fréquence sera fixée précisément par l'homme du métier, en fonction du générateur utilisé. Selon un mode particulièrement avantageux de l'invention, le broyage s'effectue par envoi d'impulsions haute tension sur une matière carbonée conductrice en immersion dans l'eau. Il est bien entendu, que l'eau utilisée dans le cadre de l'invention, doit présenter des qualités de résistivité telles qu'un arc électrique puisse se déclencher, sous l'effet des impulsions. Par exemple, l'eau utilisée peut être partiellement désionisée, de manière à présenter une plus faible conductivité qu'une eau n'ayant subi aucun traitement. Selon l'invention, le broyage par envoi d'impulsions haute tension en milieu liquide s'applique à tout type de matières carbonées conductrices. A titre d'exemple, les matières carbonées conductrices peuvent être du graphite, de l'anthracite, des boulets de charbon et du charbon. Par boulets de charbon, on entend selon l'invention, des agglomérés de charbon, pouvant comporter des charbons à différents stades d'évolution. L'invention va maintenant être décrite en référence à l'exemple suivant, donné à titre illustratif et non limitatif BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 représente un dispositif permettant le broyage d'une matière carbonée conductrice. La figure 2 illustre les courbes de granulométrie de poudres de graphite obtenues lors de deux essais effectués en appliquant pour chacun un nombre d'impulsions différent. EXPOSÉ D'UN MODE DE REALISATION PARTICULIER DE L'INVENTION Exemple La figure 1 illustre un dispositif particulier mis en oeuvre, dans le cadre de cet exemple. Ce dispositif comporte un réacteur 1 étanche en matériau non conducteur, par exemple, en polyéthylène. Le fond du réacteur est une plaque conductrice, constituant l'électrode de terre 2 reliée à un générateur de haute tension 3, du type générateur de Marx. Ce générateur alimente une électrode à hautetension 4, dont il est possible de régler la distance vis-à-vis de l'électrode de terre 2. Un bloc de matière carbonée conductrice 5 repose sur le fond du réacteur, ledit bloc étant totalement immergé dans un milieu liquide 6. Des impulsions haute tension sont envoyées sensiblement en direction du bloc 5, libérant ainsi des fragments 7 dudit bloc 5 initial. Les impulsions haute tension se matérialisent sous forme d'arcs électriques entre l'électrode haute tension et l'électrode reliée à la terre, la différence de potentiel appliquée entre ces deux électrodes étant fonction de l'éloignement entre ces deux électrodes. Une sortie 8 des gaz éventuellement produits lors du broyage est prévue afin d'éviter tout phénomène de surpression. Dans le réacteur précédemment décrit, on place un bloc de graphite destiné à un usage nucléaire, de masse de l'ordre de 60 g. Un générateur de Marx utilisé délivre des impulsions de l'ordre de 1 kJ, d'une fréquence de 10 Hz et d'une durée de 1 us. Le bloc de graphite est recouvert d'eau, de manière à être totalement immergé. Deux séries d'essais ont été effectuées : une première série en fixant le nombre d'impulsions à 720 ; une deuxième série en fixant le nombre d'impulsions à environ 5000. Les résultats de ces essais sont regroupés sur la figure 2, qui représente la distribution de la granulométrie de la poudre de graphite obtenue. La taille 0 (en Mm) des particules de graphite obtenues figure en abscisse du graphique, en échelle logarithmique, et le pourcentage % du nombre de particules d'une taille donnée par rapport au nombre total de particules figure en ordonnée du graphique. La taille des grains de graphite obtenue est déterminée par la méthode Coulter, basée sur le principe de la diffusion laser. Dans cet exemple, le prélèvement n'a été effectué qu'au niveau du haut du réacteur, sans procéder à une agitation de l'ensemble. La courbe (a) représente la distribution de tailles pour un nombre d'impulsions de 720, alors que la courbe (b) représente la distribution de tailles pour un nombre d'impulsions d'environ 5000. Pour l'essai à 720 coups, l'on obtient une taille moyenne de grains de l'ordre de 800 um. Pour l'essai avec environ 5000 impulsions, l'on obtient une taille moyenne de grains de l'ordre de 100 um. Ces deux essais montrent nettement que l'efficacité du broyage augmente avec le nombre d'impulsions. En fonction de la granulométrie désirée, l'homme du métier fixera expérimentalement, une fois que l'énergie, la fréquence et la durée des impulsions sont fixées, un nombre d'impulsions adéquat. REVENDICATIONS 1. Procédé de broyage d'une matière carbonée conductrice consistant à soumettre ladite matière à des impulsions haute tension en milieu liquide, ledit milieu ayant une résistivité telle que, sous l'effet de l'énergie véhiculée par lesdites impulsions, des arcs électriques se déclenchent et assurent, au contact de ladite matière, une rupture de liaisons carbone-carbone constitutives de ladite matière, le nombre d'impulsions haute tension étant fixé de telle sorte à obtenir une granulométrie donnée. 2. Procédé de broyage selon la revendication 1, dans lequel l'énergie des impulsions haute tension est de 10 J à 100 kJ 3. Procédé de broyage selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les impulsions haute tension présentent une durée allant de 200 ns à 100 us. 4. Procédé de broyage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les impulsions haute tension présentent une fréquence allant de 1 Hz à 1000 Hz. 5. Procédé de broyage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le milieu liquide est de l'eau. 6. Procédé de broyage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matière carbonée conductrice est du graphite. 7. Procédé de broyage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la matière carbonée conductrice est de l'anthracite. 8. Procédé de broyage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la matière carbonée conductrice est constituée de boulets de charbon.