Brevet FR3042636A1 — publié le 20170421

DISPOSITIF DE MALAXAGE DE PRODUITS CONTENUS DANS UN FUT DESCRIPTION Le sujet de l'invention est un dispositif de malaxage de produits contenus dans un fût. Elle se rapporte d'une manière générale aux problèmes de conditionnement des déchets industriels ou nucléaires, notamment des déchets radioactifs de faibles et moyennes activités qu'on rencontre dans l'énergie nucléaire. Le conditionnement consiste en un malaxage des déchets et d'une matrice de ciment ou de tout autre type en brassant le mélange avec une pale, dans un fût, qui est ensuite clos et constitue le colis de déchets ultime. La plupart des procédés pour le conditionnement de déchets industriels ou nucléaires utilisent un malaxeur dans lequel sont introduits les déchets et la matrice d'enrobage. L'enrobé homogène est produit dans le malaxeur avant d'être transféré dans le fût de stockage constituant ainsi le colis. Le procédé de l'invention n'utilise pas de cuve de malaxage comme élément distinct, et le malaxage est accompli dans le fût de stockage. Il existe des procédés relatifs à un malaxage en fût. Aucun d'eux ne propose de solution technique pour résoudre de façon satisfaisante différents problèmes que sont les effluents secondaires, la gestion des introductions, la maîtrise du remplissage du fût ou le système de pale, si la pale, dite « perdue », doit être détachée et abandonnée dans le fût à la fin du malaxage, plutôt qu'être récupérée. Le malaxage en fût montre que l'introduction des matières sèches dans le fût soulève beaucoup de poussières, les constituants tombant environ d'un mètre quand ils sont délivrés au mélange. De plus, la rotation de la pale provoque des projections et, en fin de fabrication lorsque le fût est presque rempli, les constituants rebondissent à la surface du mélange et une partie est projetée en dehors du fût. Un nettoyage des alentours du fût, qui produit un déchet secondaire, est nécessaire, même pour les dispositifs à pale perdue. 3042636 2 Le brevet EP 2 624 257 A2 décrit un malaxage en fût pour des déchets nucléaires, piloté en partie par l'intensité consommée du moteur et à vitesse de malaxage constante. Le procédé n'utilise que du ciment (pas de sable). Les ordres ou le système d'introduction ne sont pas définis. Le dispositif est très peu décrit. 5 Le brevet FR 2 585 503 Al décrit un procédé de conditionnement de déchets dangereux d'origine industrielle ou nucléaire. Tous les constituants du liant hydraulique et des additifs sont introduits dans un fût muni d'un mélangeur. Après transfert sur une unité de mélange, les déchets sont introduits sous agitation. Des additifs peuvent être incorporés en fin de malaxage pour divers effets. 10 Le brevet FR 2 984 877 Al décrit l'utilisation d'une composition de ciment contenant de la silice pour baisser la température de prise, et le procédé associé avec un mélange de déchets en fût. Le dispositif d'agitation est formé par un ensemble de pales. Ces documents ne résolvent donc pas les problèmes indiqués ci-dessus. 15 Les objets principaux de l'invention sont de maîtriser la dissémination des poussières et des projections susceptibles d'apparaître quand les constituants du mélange sont versés dans le fût ; de remplir le fût totalement et de pouvoir utiliser des vitesses de rotation élevées de la pale, de manière à accomplir brièvement le malaxage malgré l'augmentation des poussières et projections ; et de perdre la pale dans le fût sans 20 difficultés et sans avoir à nettoyer la partie de l'axe d'entraînement qui est conservé. Les avantages obtenus sont l'absence de déchets hors du fût à la fin du procédé, ce qui dispense d'un nettoyage de l'installation, y compris de la partie supérieure de l'axe d'entraînement de la pale quand la pale est une pale perdue ; un remplissage presque total du fût ; et une brièveté du malaxage rendue possible par les vitesses de rotation de 25 la pale. Sous une forme générale, l'invention concerne ainsi un dispositif de malaxage de produits, notamment de déchets contenus dans un fût, comprenant une pale tournante, entraînée par un axe supérieur et s'étendant dans le fût contenant les déchets, en traversant un perçage d'un couvercle établi sur le fût, et des tuyaux d'introduction de produits d'enrobage des déchets, caractérisé en ce qu'il comprend un 3042636 3 tube engagé sur le perçage du couvercle et autour de l'axe supérieur, un jeu d'introduction des produits d'enrobage existant entre l'axe d'une part, le tube et le trou d'autre part, et le tube est muni d'ouvertures où débouchent les tuyaux d'introduction. La présence d'un couvercle, généralement le couvercle définitif du 5 collier, posé sur le fût pendant le malaxage et ouvert seulement à son centre pour laisser le passage d'un axe de la pale avec un jeu réduit, en ajoutant encore un tube au-dessus de ce perçage dans lequel les tuyaux d'introduction des constituants du mélange débouchent, permet d'éviter les projections de poussières ou d'autres produits en les retenant sous le couvercle et dans le tube. Le couvercle empêche enfin le débordement 10 du mélange pendant le malaxage. Dans une réalisation nettement préférée de l'invention, le dispositif comprend un tuyau d'aspiration d'air débouchant dans le tube par une ouverture s'étendant au-dessus des ouvertures où débouchent les tuyaux d'aspiration et au-dessous d'un bord supérieur du tube. Les poussières qui ont pu s'élever au sommet du tube sont 15 alors aspirées et définitivement soustraites à l'environnement. Les ouvertures du tube sont avantageusement munies de joints d'étanchéité qui retiennent les extrémités des tuyaux d'introduction ou d'aspiration, ce qui permet alors de rendre ces tuyaux facilement démontables du tube. Dans une réalisation préférée, les tuyaux sont composés de portions coulissantes, qui permettent 20 de les rétracter après les malaxages pour dégager les alentours du fût. On a vu que le procédé de l'invention était avantageusement accompli avec une pale dite perdue, abandonnée après le malaxage, en la détachant d'une partie de son axe de rotation, qui reste attachée au moteur, car le couvercle du fût peut rester en place. Il est alors préféré que les deux parties de l'axe, détachables l'une de l'autre, 25 soient coulissantes l'une dans l'autre, une des portions, interne, ayant une section polygonale et l'autre des portions, externe, ayant une empreinte de section également polygonale : l'entraînement en rotation est alors obtenu sans autre dispositif, et l'attache et le détachage de la pale peuvent aussi être obtenus facilement, par un dispositif tel qu'une goupille qui traverse les deux portions et qui peut être retirée facilement ensuite. 30 L'axe fixé au moteur est suffisamment éloigné du couvercle du fût pour ne subir aucune 3042636 4 salissure lors de la fabrication. La partie de l'axe coulissante et perdue subit les salissures lors de la fabrication dans sa partie basse et pas dans sa partie haute. Ce problème de salissure sur la partie de l'axe solidaire du moteur n'est pas résolu dans les systèmes connus de pale perdue. 5 Dans une réalisation particulièrement préférée, la pale est suspendue à une des portions de l'axe, de façon que celle-ci puisse descendre le long de la pale, quand elle est détachée de l'autre des portions : il est alors facile de l'enfoncer dans le fût après le malaxage, sans avoir à abaisser pour autant la pale, qui peut être déjà proche du fond du fût. 10 Un autre aspect de l'invention est un procédé de malaxage de produits dans un fût, comprenant une introduction et une mise en mouvement d'une pale dans le fût, des versements de produits additionnels dans le fût, le fût étant clos par un couvercle sauf à un passage d'un axe de mise en mouvement de la pale, caractérisé en ce que les produits additionnels sont versés à travers le passage, et une aspiration d'air est produite 15 au-dessus du passage. Comme on l'a vu précédemment, ce procédé permet un bon remplissage du fût, une absence de dissémination des déchets, et une récupération des poussières. L'invention sera maintenant décrite plus en détail au moyen des figures suivantes, qui en représentent une réalisation, donnée à titre purement illustratif : 20 - la figure 1 est une vue générale du dispositif de malaxage ; - la figure 2 représente le tube ; - la figure 3, le raccordement des tuyaux au tube ; - la figure 4, une pale et l'axe d'entraînement ; - et les figures 5 et 6 illustrent une particularité de pale perdue. 25 Un schéma du dispositif est représenté à la figure 1. Un fût 1 devant servir de colis d'entreposage de déchets enrobés dans une matrice est posé sur un socle. Il comprend un fond plat 2, une paroi latérale 3 circulaire, et un couvercle 4 serti ou lié d'une autre manière au bord supérieur de la paroi latérale 3 et qui correspond, de préférence, au couvercle final du colis. Toutefois, il est ouvert au centre, à un perçage 5, 30 afin de permettre le malaxage et l'introduction de constituants du mélange et d'additifs, 3042636 5 tels que du ciment, du sable, de l'eau, de liquides améliorant le mélange ou la prise, etc. Une pale 6 s'étend dans le fût 1, en occupant éventuellement presque toute sa section et sa hauteur, et un moteur 7 l'entraîne par un axe 8 de rotation, qui s'étend à travers le perçage 5. Un tube 9 est posé sur le couvercle 4 de manière à isoler le perçage 5 de 5 l'extérieur, et s'y raccordent des tuyaux 10 d'introduction des constituants et des additifs et 11 d'aspiration d'air. Des fûts 1 non cylindriques peuvent aussi être préconisés, notamment à section rectangulaire ou carrée, et plusieurs pales peuvent aussi être employées pour malaxer tout le volume, sans sortir du cadre de l'invention. Le tube 9 est représenté à la figure 2. Il est avantageusement construit 10 en matière transparente pour permettre l'observation des conditions de malaxage et il comprend, au-dessous d'une portion principale cylindrique, un embout conique 12 permettant de l'enfoncer dans le perçage 5, en n'appliquant qu'une légère force pour le coincer et obtenir un ajustement hermétique. L'embout conique 12 est avantageusement construit en matière plus souple. Le tube 9 comprend encore des ouvertures 13 destinées 15 à recevoir les tuyaux 10 et 11 et qui sont munies de joints à lèvre 14 pour retenir, encore avec une légère force, leurs extrémités. Les tuyaux 10 et 11 peuvent avoir l'aspect représenté à la figure 3, étant composés d'une partie fixe 15 fixée à un réservoir 16 de constituant (déchets ou matières sèches de la matrice d'enrobage) ou d'additif, et d'une partie coulissante 17, dont 20 l'extrémité peut être jointe au tube 9 en entrant dans une des ouvertures 13, où elle est retenue par le joint 14, ou retirée du tube 9. La partie coulissante 17 peut être reliée à la partie fixe 15 par un joint d'étanchéité à lèvre 18, ou d'autres dispositifs permettant le coulissement. Une liaison autorisant de la souplesse est toutefois préférée pour que son mouvement puisse s'ajuster à de légères variations de position du tube 9 au cours de 25 malaxages successifs. Les tuyaux 10 et 11 pourraient aussi avoir une portion souple ; il serait alors envisageable de les rendre fixes au tube 9. Des parties 15 et 17 généralement rigides peuvent être préférées pour les tuyaux 10, qui sont plutôt des goulottes d'introduction de produits solides ; le tuyau 11, étant destiné à aspirer de l'air et relié à une pompe par un dispositif de filtration, peut plus facilement être construit en une seule 30 portion et en une matière souple. 3042636 6 L'axe 8 et la pale 6 sont représentés à la figure 4. La forme de la pale 6 peut être quelconque et n'est pas le sujet de l'invention. Le profil de la pale 6 est novateur : elle comprend un double ruban hélicoïdal 25 périphérique qui permet de faire remonter le mélange sur une face principale, dirigée vers le haut, des rubans hélicoïdaux 5 25 ; une absence d'axe central qui évite les agglomérats au centre ; et des barres verticales 26 entourées par les rubans hélicoïdaux 25 et s'étendant de part et d'autre de l'axe 8, sans donc être alignées avec lui, pour mélanger la partie centrale que ne peuvent mélanger les rubans 25. Cet ensemble garantit des mélanges homogènes pour quasiment tous types de matériaux et quelle que soit la taille du fût 1. Le nombre de barres 10 verticales 26 est choisi en fonction du volume à malaxer voire du matériau. L'axe 8 est composé d'une portion supérieure 19, dépendant du moteur 7, et d'une portion inférieure 20 prolongeant la précédente et dépendant de la pale 6. Les portions 19 et 20 sont à section polygonale et imbriquées l'une dans l'autre, de façon coulissante, de manière à la fois que la portion supérieure 19 entraîne la portion inférieure 20 en rotation 15 et que la portion inférieure 20 puisse être détachée de la portion supérieure 19 par un coulissement vers le bas. Une goupille 21, de direction transversale aux portions 19 et 20 et les traversant toutes les deux, maintient toutefois leur liaison pendant le malaxage. Quand elle est retirée, on observe que, la pale 6 étant simplement soutenue par l'axe 8, une bague 22 de la pale 6 entourant la portion inférieure 20 et étant posée sur une 20 embase élargie 23 de celle-ci 20, la portion inférieure 20 est apte à coulisser vers le bas le long de la pale 6, sans que celle-ci se déplace (figures 5 et 6). Le dispositif est à l'état de la figure 1 pour procéder à un malaxage. Les déchets sont déjà présents dans le fût 1, ou sont introduits ultérieurement avec d'autres constituants. Le moteur 7 est mis en marche, la pale 6 tourne, et les additifs et 25 constituants de la matrice d'enrobage sont versés par les tuyaux 10 selon des modes opératoires connus. Le foisonnement du mélange et son débordement éventuel hors du fût 1 sont empêchés par le couvercle 4, la surface libre du mélange, étant normalement creusée par les forces centrifuges à la région centrale, au-dessous du perçage 5. Aucune éruption de la matrice dans le tube 9 n'est donc normalement à craindre. Les projections 30 de fragments de matière dans le tube 9 restent possibles, mais elles heurtent sa paroi et 3042636 7 retombent dans le fût 1. Les poussières plus fines peuvent s'élever dans le tube 9, mais sont aspirées par le tuyau 11 d'aspiration, dont l'ouverture 13 est proche du sommet du tube 9 et au-dessus des ouvertures 13 des tuyaux 10 d'introduction, ce qui l'empêche de faire éruption vers l'extérieur. La transparence du tube 9 permet de suivre le procédé. 5 Quand le malaxage est achevé, la goupille 21 est retirée, la portion inférieure 20 de l'axe 8 est descendue dans le fût 1, les tuyaux 10 et 11 sont retirés du tube 9, qui peut alors être enlevé, et une plaque ou un bouchon, non représenté, est serti voire soudé ou enfoncé dans le perçage 5 pour clore le fût 1 et achever le colis de déchets. Le procédé être effectué à distance, sans intervention humaine, et largement automatisé. Aucun 10 nettoyage de l'environnement n'est nécessaire. REVENDICATIONS1) Dispositif de malaxage de produits contenus dans un fût (1), comprenant une pale (6) tournante, entraînée par un axe (8) supérieur et s'étendant dans le fût, en traversant un perçage (5) d'un couvercle (4) établi sur le fût (1), et des tuyaux (10) d'introduction de produits additionnels des déchets, caractérisé en ce qu'il comprend un tube (9) engagé sur le perçage (5) du couvercle et autour de l'axe (8) supérieur, un jeu d'introduction des produits additionnels existent entre l'axe d'une part, le tube et le perçage d'autre part, et le tube (9) est muni d'ouvertures (13) où débouchent les tuyaux d'introduction. 2) Dispositif de malaxage de produits selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un tuyau (11) d'aspiration d'air débouchant dans le tube (9) par une ouverture (13) s'étendant au-dessus des ouvertures (18) où débouchent les tuyaux d'introduction (10) et au-dessous d'un bord supérieur du tube. 3) Dispositif de malaxage de produits selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que certaines au moins des ouvertures (13) sont munies de joints d'étanchéité (14) de retenue d'extrémités des tuyaux (10, 11). 4) Dispositif de malaxage de produits selon la revendication 3, caractérisé en ce que certains au moins des tuyaux sont composés de portions coulissantes (15, 17). 5) Dispositif de malaxage de produits selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'axe supérieur est composé de deux portions (19, 20) détachables l'une de l'autre. 6) Dispositif de malaxage de produits selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux portions détachables l'une de l'autre sont coulissantes l'une dans l'autre, une des portions, interne, ayant une section polygonale et l'autre des portions, externe, ayant une empreinte de section polygonale. 7) Dispositif de malaxage de produits selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la pale (6) est suspendue à une desdites 3042636 9 portions (19, 20) de l'axe, qui peut descendre le long de la pale quand elle est détachée de l'autre des portions. 8) Dispositif de malaxage de produits selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que lesdites portions de l'axe sont attachées l'une 5 à l'autre par une goupille (21) transversale qui les traverse toutes deux. 9) Dispositif de malaxage de produits selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le tube (9) est transparent. 10) Dispositif de malaxage de produits selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la pale (6) comprend au moins un ruban 10 hélicoïdal (25) présentant une face principale dirigée vers le haut. 11) Dispositif de malaxage de produits selon la revendication 10, caractérisé en ce que la pale (6) comprend au moins une barre (26) verticale entourée par le ruban (25) et qui n'est pas alignée avec l'axe (8). 12) Procédé de malaxage de produits dans un fût, comprenant une 15 introduction et une mise en mouvement d'une pale (6) dans le fût (2), des versements de produits additionnels dans le fût, le fût étant clos par un couvercle (4) sauf à un perçage (5) de passage d'un axe (8) de mise en mouvement de la pale (6), caractérisé en ce que les produits additionnels sont versés à travers le perçage (5) par un tube (9) s'étendant au-dessus du perçage, et une aspiration d'air est produite à travers le tube (9). 20 13) Procédé de malaxage de produits selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'une portion inférieure (2) de l'axe, solidaire de la pale (6), est détachée d'une portion supérieure (19) de l'axe à une étape finale, et descendue dans le fût (1). 14) Procédé de malaxage de produits selon la revendication 12 ou 13, 25 caractérisé en ce qu'il comprend une étape finale de fermeture totale du fût par mise en place d'un obturateur du perçage (5) du couvercle, et de fixation de l'obturateur au couvercle.