FR2466282A1 - Procede d'elimination des elements metalliques lourds en suspension dans un liquide a l'aide d'un adjuvant ferromagnetique finement divise - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé d'élimination de particules lourdes métalliques en suspension dans un liquide. Il se caractérise en ce qu'on utilise un adjuvant ferromagnétique finement divisé, à l'état de particules dont la masse apparente dans la suspension est relativement faible par rapport à celle d'une fraction importante des particules à éliminer, lesdites particules métalliques étant extraites par application d'un champ magnétique aux particules ferromagnétiques. Application à l'élimination de particules métalliques en suspension dans un liquide, particulièrement dans une solution nitrique de retraitement de combustibles irradiés. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention a pour objet un procédé d'élimination des éléments

métalliques lourds en suspension

dans un liquide.

On sait que les combustibles irradiés issus de l'industrie électronucléaire sont retraités afin, en parti- culier, de récupérer les matériaux fissiles contenus dans

les éléments irradiés en les séparant des produits de fis-

sion. A cette fin, ces combustibles sont mis en solution

dans un milieu nitrique. Après complète dissolution et ajus-

tage de l'acidité et de la concentration en uranium, la so-

lution est soumise à plusieurs extractions par solvant afin,

dans un premier temps, de pébarrasser l'uranium et le pluto-

nium des produits de fission qui leur sont associés, puis de les séparer l'un de l'autre. c Cependant, certains produits de fission présents

dans les combustibles irradiés, comme par exemple le ruthé-

nium, sont peu solubles dans le milieu nitrique issu du dis-

solveur dans la chaine de retraitement. Comme le ruthénium 106 est abondamment produit par la fission de l'uranium, des dépôts de ruthénium se forment et contaminent fortement les

parois des composants de la chaîne de retraitement qui con-

tiennent les solutions nitriques.

A titre d'exemple, on trouve dans un dissolveur contenant une solution nitrique de combustible avec 300 grammes d'uranium par litre, une proportion de produits solides résultant de la présence d'environ 3 Kg d'éléments platinoides, d'environ 0,2 Kg de colloides et de l'ordre de 2, 8 Kg de résidus de gaines par tonne de combustible. Dans le mélange d'éléments platinoides, le ruthénium est de loin l'élément le plus abondant. En raison de ces inconvénients, on a cherché à éliminer le ruthénium en suspension dans les

solutions nitriques de retraitement des combustibles nu-

cléaires.

Les particules dont la taille atteint quelques mi-

crons peuvent être séparées de la solution nitrique par fil-

tration ou par centrifugation. En revanche, les particules de ruthénium dont la taille est de l'ordre de ou inférieure

au micron ne peuvent être éliminées par ces procédés classi-

ques. Le problème de la formation de dépôts radioactifs pro-

venant notamment du ruthénium dans les divers dispositifs constituant la chaîne de retraitement s'est donc posé dès la construction des premières usines de retraitement et n'a,

jusqu'à présent, trouvé aucune solution.

Ce problème est résolu selon la présente inven-

tion. En effet, celle-ci a précisément pour objet un procédé permettant l'élimination de particules métalliques de cette

taille en suspension dans un liquide.

Ce procédé s'applique particulièrement à l'éli-

mination des éléments métalliques lourds tels que le ruthé-

nium en suspension dans les solutions nitriques de retraite-

ment des éléments combustibles irradiés dans les réacteurs nucléaires. Mais il s'applique également à la filtration

d'autres liquides chargés de particules métalliques insolu-

bles, tels que par exemple l'eau des piscines de stockage

d'éléments combustibles irradiés.

Le procédé selon la présente invention repose sur l'utilisation d'un adjuvant ferromagnétique de filtration

finement divisé, en vue de séparer, au moyen d'un champ ma-

gnétique, les éléments métalliques lourds insolubles qui n'ont pu être efficacement extraits par d'autres moyens. Par éléments lourds, on entend des particules dont la masse est grande relativement à celle des particules de l'adjuvant ferromagnétique utilisé. Ainsi, dans le cas des particules de ruthénium et en tant qu'adjuvant de la magnétite, une

fraction importante des particules de ruthénium a un diamè-

tre de quelques dizièmes de micron, et la magnétite a une courbe de répartition des diamètres qui présente un maximum

aux environs de 0,2Um; par ailleurs, la densité du ruthé-

nium est voisine de 12, et du fait de l'agglomération des% particules d'adjuvant magnétique en suspension celles-ci ont une densité apparente encore notamment plus faible que la densité de la magnétite massive homogène qui est voisine de 5. Par exemple, pour une densité apparente de la magnétite de 3, un diamètre moyen de particules de magnétite égal à 0, 21i et un diamètre de particules de ruthénium égal à 0,6,

on trouve que le rapport des masses est égal à 108.

Les éléments insolubles se trouvent dans la solu-

tion sous forme métallique. Dans le cas notamment d'une so- lution nitrique de combustibles irradiés ils ne peuvent pas être inclus dans un réseau cristallin, tel que par exemple un réseau cristallin de ferrite comme cela peut se produire avec d'autres éléments tels le cuivre, le manganèse dans un mélange de produits.de corrision à base de fer dans l'eau à haute température. Par ailleurs, ces éléments ne peuvent

être l'objet d'une attraction électrostatique telle que cel-

le qui se créerait entre un adjuvant ferromagnétique et des éléments diélectriques tels que fibres, textiles,... Dans ces conditions, les forces d'attraction entre les particules de l'adjuvant ferromagnétique et les particules métalliques, du type forces de VAN der WAALS, ne peuvent être suffisantes

pour retenir ces dernières. Le procédé selon l'invention re-

pose au contraire sur le fait que les particules de cet adjuvant ont tendance à s'agglomérer spontanément en grains

plus gros. L'agglomération est également le fait de l'at-

traction des minuscules dipôles magnétiques que deviennent les particules d'adjuvant si elles subissent l'effet d'un champ magnétique. Les plus grosses particules qui résultent de ces phénomènes dont le dernier est appelé coagulation magnétique, sont de nature très spongieuse. Elles renferment

une grande quantité de liquide occlu. Une ou plusieurs par-

ticules non ferromagnétiques piégées selon ce processus dans un tel agglomérat de magnétite, sont alors naturellement transportées avec lui sous l'effet d'un gradient de champ magnétique. Indépendamment du piégeage dans la structure spongieuse pendant la formation spontanée d'un agglomérat ou pendant la coagulation magnétique de particules d'adjuvant, il peut se produire, dans un champ magnétique non homogène, du fait des déplacements des particules d'adjuvant dans la direction positive du gradient de champ, un transfert L

d'énergie cinétique par les chocs des particules ferromagné-

tiques en grande quantité sur les particules métalliques

lourdes qui se déplacent ainsi dans le sens des premières.

Il existe deux modes de réalisation du procédé se-

lon la présente invention. Selon un premier mode de réalisation, l'adjuvant

est dit 'dynamique' en ce sens que mélangé dans la sus-

pension avec les particules d'éléments métalliques lourds à extraire, il y est agité pour favoriser le contact avec elle

et soumis ensuite à l'effet d'un champ magnétique d'extrac-

tion de l'adjuvant ferromagnétique. Ce mode de réalisation est caractérisé par les étapes successives suivantes:

- addition de particules d'un adjuvant ferromagnétique fine-

ment divisé dans le liquide contenant les particules mé-

talliques lourdes, - agitation de ce liquide afin de réaliser une suspension et un mélange de celui -ci avec les particules métalliques lourdes,

- application d'un champ magnétique audit liquide.

Le champ magnétique appliqué audit liquide afin d'entraîner les particules ferromagnétiques, peut être créé

par différents moyens.

Selon une première variante de réalisation, ce

champ magnétique est créé au moyen d'un filtre électromagné-

tique. De tels filtres sont connus. On en trouvera notamment

un exemple de description dans les brevets français

n0 72 45277 déposé le 19 décembre 1972 pour "Filtres élec-

tromagnétiques pour oxydes de fer" et n0 76 04646 déposé le -

19 février 1976 pour "Procédé de décolmatage d'un filtre électromagnétique". Ils sont essentiellement constitués par une enveloppe en un matériau non magnétique, remplie d'un

garnissage magnétisable et placée à l'intérieur d'un enrou-

lement. Le passage d'un courant électrique dans l'enroule-

ment provoque l'apparition d'un champ magnétique ayant pour effet de magnétiser le garnissage, et corrélativement, de

provoquer l'apparition de forts gradients de champ magnéti-

que dans les cavités de ce dernier.

Lorsque le liquide contenant les particules ferro-

magnétiques traverse le garnissage du filtre, ces particules s'accrochent sur celui-ci, et y maintiennent les particules métalliques lourdes qui se trouvaient en suspension dans le liquide. Selon une deuxième variante de réalisation, on fait passer le liquide contenant les particules métalliques lourdes en suspension au travers d'un filtre magnétique,

comportant au moins un barreau d'alliage ferromagnétique ai-

manté de façon permanente.

Selon une troisième variante de réalisation,

l'agitation du liquide et l'application d'un champ magné-

tique sont réalisées au moyen d'un appareil unique constitué par un arbre tournant portant des aimants permanents dont les p8les voisins sont de même polarité. Les particules

d'adjuvant ferromagnétique sont attirées vers les pôles ma-

gnétiques o elles se fixent, entraînant avec elles les par-

ticules métalliques lourdes.

Il est possible de déterminer le rendement du pro-

cédé selon l'invention. Par exemple, dans le cas o l'on extrait des particules de ruthénium contenues dans le milieu nitrique de dissolution de combustible irradié. A cette fin, on place de la poudre fine de ruthénium dans une solution 4N de nitrate d'uranyle, que l'on agite et que l'on chauffe légèrement, par exemple vers 500C, pour simuler une solution nitrique de combustible irradié qui s'échauffe spontanément sous l'effet du rayonnement de décroissance des produits de fission.

Pour simplifier la mesure des quantités de ruthé-

nium, la poudre métallique a été préalablement irradiée en réacteur afin de la marquer au ruthénium 103 radioactif,

émetteur gamma. Après addition de magnétite finement divi-

sée, qui a été préparée séparément par précipitation alcali-

ne dans une solution de fer ferreux, et dont les particules mesurent initialement de 0,1-im à quelques,um, on poursuit l'agitation du liquide pendant quelques minutes. Par-mesure, L. de la radioactivité du ruthénium 103 dans le liquide avant et après l'extraction de la magnétite au moyen d'un ou de

plusieurs aimants, le rendement de l'extraction du ruthénium.

peut facilement être apprécié. D'autre part, le bilan matiè-

re du ruthénium 103 qui peut facilement être établi par me- sure de l'activité de ce radionucléide dans l'aliquote de ruthénium métallique avant l'expérience, puis dans les boues

de magnétite après l'extraction, permet de contrôler ce ren-

dement.

On a ainsi mesuré des rendements d'extraction com-

pris entre 97 et 99%, dans le cas du mode de mise en oeuvre

du procédé selon l'invention utilisant un filtre électroma-

gnétique. Dans le cas du mode de mise en oeuvre utilisant des barreaux aimantés, le rendement est compris entre 65 et %.

Selon un deuxième mode de mise en oeuvre du procé-

dé selon l'invention, l'adjuvant est dit "statique", c'est-

à-dire qu'il est d'abord fixé dans le garnissage d'un filtre électromagnétique dans la limite de la capacité utilisable de celui-ci, la suspension de particules non magnétiques étant ensuite filtrée au moyen du filtre électromagnétique

précolmaté. Ce mode de réalisation s'applique plus particu-

lièrement au cas o l'on désire limiter la-durée de contact de l'adjuvant avec un liquide qui risquerait d'en dissoudre

en quantités indésirables.

L'adjuvant ferromagnétique forme alors une couche

de boue présentant une grande surface dans laquelle les par-

ticules de ruthénium viennent se piéger.

Ce mode de mise en oeuvre se caractérise par les étapes successives suivantes: - précolmatage d'un filtre électromagnétique au moyen d'un adjuvant ferromagnétique finement divisé, - agitation du liquide contenant les particules métalliques lourdes afin de les maintenir en suspension, filtration du liquide contenant les éléments métalliques

lourds en suspension au moyen dudit filtre électromagnéti-

que précolmaté.

De préférence, le précolmatage du filtre électro-

magnétique comprend les étapes suivantes:

- addition, dans un liquide auxiliaire, d'un adjuvant ferro-

magnétique, - agitation de ce liquide auxiliaire, afin de réaliser une suspension de l'adjuvant ferromagnétique, - filtration du liquide auxiliaire au moyen d'un filtre électromagnétique.

Dans le cas préférentiel o le garnissage du fil-

tre électromagnétique est constitué de billes d'acier, l'ef-

ficacité du procédé selon l'invention est renforcée par le fait que le vecteur vitesse des particules à séparer doit

- tourner de 900, quand celles-ci passent d'une couche de bil-

les à la suivante. L'inertie de ces particules les conduit à

aller frapper la surface des billes disposées sur leur che-

min et à rester fixées dans la couche d'adjuvant ferromagné-

tique. De préférence, l'adjuvant ferromagnétique utilisé

est de la ferrite, ou encore de la magnétite.

Les différents modes de réalisation du procédé

d'élimination des éléments métalliques lourds selon l'inven-

tion conduisent à l'obtention d'une boue dense, constituée par un mélange de l'adjuvant ferromagnétique et des éléments

métalliques lourds.

Dans le cas du mode de mise en oeuvre utilisant un filtre électromagnétique, cette boue est retenue dans le

garnissage du filtre.

Dans le cas du mode de mise en oeuvre utilisant des barreaux aimantés, les boues adhèrent aux p8les de ces

aimants.

Cette boue dense peut être facilement séparée des eaux de lavage par décantation. Les particules métalliques peuvent ensuite être séparées de la magnétite, soit pour les isoler sous un faible volume de déchets, soit en vue de la rentabilisation des métaux qui en sont les constituants principaux. De toute façon, les caractéristiques et avantages

de l'invention apparaîtront mieux après la description qui

suit d'exemples de mise en oeuvre, donnés à titre explicatif

et nullement limitatif, du procédé selon la présente inven-

tion, en référence aux dessins annexes sur lesquels: - la figure 1 représente un premier mode de mise

en oeuvre du procédé selon la présente invention, dans le-

quel on utilise un adjuvant ferromagnétique dynamique, et un appareil comportant un arbre tournant portant des aimants permanents, - la figure 2 représente un second mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans lequel on utilise un adjuvant ferromagnétique dynamique, dont l'extraction est réalisée au moyen d'un filtre électromagnétique, - la figure 3 illustre une application à la chaîne de dissolution du combustible irradié, du mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention décrit en référence à la figure 2, - la figure 4 représente un mode de mise en oeuvre

du procédé selon l'invention utilisant un adjuvant ferroma-

gnétique statique, - la figure 5 illustre une application à la chaîne de dissolution du combustible irradié du mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention décrit en référence à la

figure 4.

Sur la figure 1, on a représenté un premier mode -de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans lequel

on utilise un adjuvant ferromagnétique dynamique. Le -réci-

pient 1 contient une solution nitrique de combustible irra-

dié 2 à l'intérieur de laquelle on trouve un résidu de pro-

duits de fission insolubles, dont notamment du ruthénium à

l'état finement divisé, qu'il s'agit d'éliminer pour empê-

cher son accumulation par dépôt dans les composants de

l'atelier de dissolution et d'extraction de l'usine de re-

traitement. A cette fin, et conformément au procédé de l'in-

vention, on ajoute à la solution 2 une quantité de magnéti-

te. La quantité optimale de magnétite à ajouter est détermi-

née par voie d'expériences préliminaires.

Avantageusement, le rapport en masse des quantités

de ruthénium et de magnétite se situe entre 1/6 et 1/12.

Après l'addition de la magnétite, la solution 2 est agitée pendant un certain temps, afin de maintenir en suspension et en contact intime les particules insolubles et les particu-

les de magnétite. La durée du contact dans la solution ni-

trique doit cependant être limitée pour que la dissolution de la magnétite elle-même reste faible. A une température

voisine de la température ambiante, il est possible de main-

tenir la magnétite en milieu nitrique 4N pendant une heure

sans que la quantité de fer dissous dépasse quelques dizai-

nes de milligrammes par litre. Cependant, des expériences

d'orientation en laboratoire montrent qu'on peut avantageu-

sement limiter l'agitation de la solution nitrique à moins d'une demiheure. Après cette durée d'agitation, l'agitateur

mécanique est remplacé rapidement par un autre agitateur dé-

signé sur la figure 1 par la référence générale 3. Ce der-

nier comprend un arbre tournant 4 portant des aimants perma-

nents 5 qui peuvent avoir la forme de barreaux ou de fers à cheval. Le nombre des aimants 5 est suffisant pour qu'ils

puissent fixer toute la magnétite ajoutée à la solution 2.

Ces aimants 5 sont disposés de telle manière que leurs pôles voisins soient de même polarité ou, au moins, s'ils sont de polarité différente, qu'ils soient suffisamment éloignés pour qu'ils ne puissent exercer l'un sur l'autre une action

capable de diminuer notablement le gradient du champ magné-

tique à proximité des pôles voisins. On limite la vitesse de rotation de l'arbre 4 afin que la vitesse linéaire des pôles des aimants 5 reste suffisamment faible pour que la force d'attraction exercée par ces pôles sur les particules de magnétite soit supérieure à la force d'arrachage qu'exerce sur elles le liquide par frottement au niveau des surfaces

polaires. Pour des aimants en alliage moderne de forte coer-

civité, la vitesse linéaire à l'extrémité des pôles peut atteindre entre 10 et 20 centimètres par seconde, quand la viscosité du liquide est du même ordre de grandeur que celle

de l'eau. Quand la viscosité du liquide est notablement dif-

férente de celle de l'eau, la vitesse linéaire à choisir lui

est inversement proportionnelle.

Quand la solution nitrique 2 est limpide, on arrê-

te l'extraction magnétique en retirant l'agitateur 3. Les aimants 5 sont alors chargés de boues à leurs extrémités polaires. Ces boues retiennent naturellement aussi un peu de solution contenant du plutonium et de l'uranium dont on peut les laver en faisant tourner l'agitateur 3 à faible vitesse dans un récipient identique au récipient 1 et contenant de l'eau. Cette eau est renouvelée pour procéder à l'enlèvement

de la charge de boues sur les aimants 5. Ces boues se déta-

chent des extrémités polaires au moyen d'eau dont la vitesse linéaire est suffisamment grande. A cette fin, on peut faire tourner l'agitateur 3 dans un récipient contenant de l'eau avec une vitesse de rotation telle que la vitesse linéaire aux extrémités des aimants 5 soit supérieure à 40 cm par seconde. Ou encore, on peut diriger sur ces mêmes extrémités un jet d'eau animé d'une grande vitesse, l'eau de rinçage

étant recueillie dans un récipient initialement vide.

Après un tel rinçage, l'agitateur 3 est réutili-

sable immédiatement.

Le traitement ultérieur des eaux de rinçage con-

siste à séparer la magnétite sous faible volume avec toutes les particules qu'elle a entraînées par une sédimentation préalable. L'effluent aqueux est ensuite décontaminé par traitement avec des résines échangeuses d'ions. Les boues de magnétite peuvent être conditionnées sous forme de déchets

solides par une méthode connue. Si la récupération des élé-

ments platinoides comme le ruthénium présente un intérêt, on

les sépare par un traitement approprié préalable des boues.

Par exemple, on peut transformer-la magnétite par oxydation en une forme beaucoup plus soluble du fer, qu'il suffit

alors de dissoudre pour séparer les éléments platinoides in-

solubles tels que le ruthénium.

Sur la figure 2, on a représenté un second mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, dans lequel on

utilise un adjuvant ferromagnétique dynamique.

Le filtre électromagnétique porte la référence gé-

nérale 10. Il comprend schématiquement une enveloppe non ma-

gnétique 12, remplie partiellement d'un garnissage magnéti-

sable 14, et disposée à l'intérieur d'un enroulement 16 ali-

menté par une source de tension 20. De préférence, le gar-

nissage magnétisable 14 est constitué par des billes

d'acier, acier dont la nuance est choisie pour ses proprié-

tés magnétiques et sa résistance à la corrosion en milieu

nitrique.

Le garnissage 14 est supporté par une grille 15.

Une armature en fer 17 formée d'au moins deux étriers cons-

titue avec le garnissage 14 du filtre un circuit agnétique

et limite le champ magnétique de fuite.

La capacité 30 contient la solution nitrique 2 de

combustible irradié. Cette capacité 30 peut être le dissol-

veur ou une capacité de relais. Conformément à l'invention, on ajoute à la solution nitrique 2 de la magnétite à raison

de-3g par fraction de 250 mg d'éléments platinoides insolu-

bles à séparer. La solution nitrique de combustible irradié 2 s'échauffe légèrement sous l'effet du rayonnement ionisant des produits de fission. On l'agite pendant quelque temps au moyen de l'agitateur 31 de façon à maintenir en suspension dans la solution nitrique la magnétite et les particules insolubles dont les produits de fission platinoides. Pour limiter la dissolution de la magnétite, le temps de contact de celle-ci et de la solution 2 est de préférence de courte

durée, de l'ordre d'une quinzaine de minutes.

On filtre ensuite la solution 2 au moyen du filtre électromagnétique 10. On aimante le garnissage 14 du filtre électromagnétique en appliquant aux bobines inductrices 16 une tension continue ajustée de telle façon que le champ inducteur dans le filtre ait une valeur comprise entre 0,1 et 0,3 Tesla. On déverse ensuite le contenu de la capacité 30 dans le filtre électromagnétique tout en poursuivant

l'agitation au moyen de l'agitateur 31 pour empêcher la sé-

dimentation des particules dans cette capacité 30. Les par-

ticules ferromagnétiques sont transportées des zones à fai-

ble champ magnétique vers les zones à fort champ magnétique,

c'est-à-dire vers les pôles magnétiques des billes de gar-

nissage. Par le jeu des forces magnétiques, les particules de magnétite s'accrochent sur les billes-. Le garnissage joue ainsi le rôle de filtre. En sortie de filtre, on recueille dans une capacité de la chaîne de dissolution schématisée

sur la figure 2 par un récipient 40 une solution de combus-

tible clarifiée 35. A ce stade du procédé, le garnissage 14 du filtre est colmaté par une boue constituée de magnétite

et de petites particules de métaux platino!des. On lave cet-

te boue à l'eau dans le filtre 10, le champ magnétisant

restant appliqué au garnissage 14, ce qui permet de la dé-

barrasser de la solution nitrique résiduelle de combustible

qu'elle renferme.

On procède ensuite au décolmatage du filtre élec-

tromagnétique 10. Ce décolmatage peut être réalisé de diffé-

rentes manières.

Le brevet français n0 76 04646 déposé le 19 février 1976 pour "Procédé de décolmatage d'un filtre électromagnétique' décrit un tel procédé applicable dans le

cas d'un filtre électromagnétique disposé dans une canalisa-

tion et fonctionnant en circuit fermé, le filtre étant par-

couru de bas en haut par le liquide que l'on désire filtrer.

Dans le cas o le liquide à filtrer circule en sens inverse, c'est-à-dire de haut en bas, comme c'est le

cas dans la description faite en référence à la figure 2, on

pourra employer tout autre procédé simple. Par exemple, on pourra désaimanter le garnissage 14, et entraîner la boue qui s'accroche sur les billes au moyen d'un courant d'eau de

* lavage. On pourra aussi vidanger le filtre 10 de son garnis-

sage de billes 14, par exemple en vidant l'enveloppe 12 dans

un récipient de lavage contenant de l'eau. Les billes pro -

près sont ensuite retirées pour être remises en place dans

l'enveloppe 12.

Sur la figure 3, on a représenté une application à la chaîne de dissolution du combustible irradié du mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention utilisant un

adjuvant ferromagnétique dynamique qui a été décrit en réfé-

rence à la figure 2. La référence 50 désigne le dissolveur constituant

le composant de tête de la chaîne de dissolution. Le combus-

tible irradié y est dissous selon une méthode connue. Il contient la solution nitrique avec des particules insolubles de produits de fission platinoides ainsi que des fragments

de petites dimensions provenant des gaines du combustible.

Dès la fin de la dissolution, la solution nitrique est pré-

levée du dissolveur 50 et mise en contact avec la magnétite dans la capacité 30 pourvue d'un agitateur mécanique 31. La quantité de solution 2 ainsi traitée dans la capacité 30 est

de préférence choisie de telle manière que la charge d'adju-

vant 32 utilisée corresponde à la capacité d'un filtre élec-

tromagnétique. A titre indicatif, la capacité d'un filtre

électromagnétique à garnissage de billes est de 2g d'adju-

vant par kilogramme de billes. En aval de la capacité 30 sont disposés deux filtres électromagnétiques lOa et lOb

fonctionnant en séquence alternée.

Pendant la régénération par décolmatage du filtre électromagnétique 1Oa, le second filtre électromagnétique lOb prend le relais et filtre de la même façon une autre

charge de suspension 2. L'effluent provenant de la filtra-

tion de la solution nitrique 2 constitue la solution nitri-

que clarifiée 35 qui est dirigée vers l'extracteur 40. Les

boues de décolmatage 36 provenant des filtres électromagné-

tiques lOa et lob sont dirigées vers le dispositif de trai-

tement des déchets commun aux deux filtres, représenté en 41

sur la figure 3. Ainsi, les deux filtres fonctionnant alter-

nativement en filtration et en régénération permettent de traiter la solution nitrique 2 additionnée de l'adjuvant ferromagnétique 32 par aliquotes successives et évite un contact prolongé entre le milieu nitrique et l'adjuvant. On

évite ainsi la dissolution de l'adjuvant dans le milieu ni- trique. Sur la figure 4, on a représenté un mode de mise

en oeuvre du procédé selon l'invention, utilisant un adju-

vant ferromagnétique statique. Ce mode de mise en oeuvre dit

statique' parce que l'adjuvant ferromagnétique de filtra-

tion est fixé dans le garnissage du filtre électromagnétique préalablement à la filtration de la solution nitrique, est préférable lorsque l'on désire éviter un contact prolongé de

la magnétite avec la solution nitrique.

Le filtre électromagnétique désigné par la réfé-

rence 10 est en tous points identique à celui qui a été

décrit en référence à la figure 2.

Selon ce mode de réalisation du procédé de l'in-

vention, la première étape consiste à fixer à l'intérieur du

garnissage de billes 14 du filtre 10, une quantité appro-

priée d'adjuvant ferromagnétique. A cette fin, on dispose d'une capacité 60, indépendante de la chaine de dissolution contenant un certain volume d'eau à l'intérieur de laquelle

on réalise une suspension de l'adjuvant ferromagnétique.

Le volume d'eau contenu dans la capacité 60 est de préférence réduit pour des raisons de commodité, mais il est toutefois suffisant pour que la suspension soit parfaitement fluide, de façon à répartir d'adjuvant sur la totalité du garnissage 14 par saturation de couches successives. Une

telle suspension peut contenir par exemple plusieurs dizai-

nes de grammes de magnétite par litre; elle est préparée en introduisant dans le récipient 60 la quantité de magnétite correspondant approximativement à la capacité utilisable du

filtre électromagnétique 10, et en l'homogénéisant par agi-

tation. On peut aussi procéder simplement en introduisant

la magnétite dans l'eau dont le pH a été préalablement ajus-

té par alcalinisation à la valeur approximative du pH au point isoélectrique de la suspension. La valeur de ce pH se

situe vers 9,5. Lorsque cette valeur est atteinte, la sus-

pension reste sensiblement homogène pendant une durée assez

longue et l'agitation devient inutile.

La solution nitrique de combustible irradié 2 est

contenue dans une capacité 30 de la chaîne de dissolution.

Cette capacité peut être le dissolveur ou une capacité de relais. On maintient par agitation au moyen d'un agitateur 31 les particules solides insolubles en suspension.

On filtre alors le contenu du récipient 60 de ma-

nière à fixer l'adjuvant ferromagnétique dans le garnissage 14. L'effluent du filtre 10 est constitué d'eau claire 61 qui est recueillie dans un récipient 62. Si la suspension de magnétite a été homogénéisée au pH du point isoélectrique, l'adjuvant fixé dans le garnissage du filtre doit subir un

lavage à l'eau pour en extraire le résidu d'alcali.

On fait ensuite passer dans le filtre 10 ainsi précolmaté la solution nitrique de combustible irradié 2 contenue dans le récipient 30, la quantité de celle-ci étant choisie de telle façon que la masse approximative d'éléments

insolubles platinoides qu'elle contient corresponde au rap-

port massique de ruthénium et d'adjuvant ferromagnétique contenu dans le filtre permettant le meilleur rendement

d'extraction.

Après la fixation dans le garnissage 14 du filtre

des particules solides insolubles, on procède au décolma-

tage du filtre d'une manière identique à ce qui a été décrit

en référence à la figure 2.

Sur la figure 5, on a représenté une application à la chaîne de dissolution nitrique de combustible irradié du

mode de mise en oeuvre du procédé selon la présente inven-

tion utilisant un adjuvant ferromagnétique statique décrit en référence à la figure 4. Sur cette figure, la référence 50 désigne un dissolveur contenant la solution nitrique 2 à filtrer. Parallèlement à ce dissolveur 50, on trouve une

capacité 90 contenant l'adjuvant ferromagnétique en suspen-

sion dans de l'eau agitée au moyen d'un agitateur 91. Selon

une variante, la suspension d'adjuvant dans l'eau est stabi-

lisée par alcalinisation jusqu'au pH au point isoélectrique.

L'élimination des éléments métalliques lourds en

suspension dans la solution 2 se déroule de la manière sui-

vante:

- on fixe l'adjuvant ferromagnétique contenu dans la capaci-

té 90 dans le garnissage des filtres électromagnétiques

lOa et lOb jusqu'à concurrence de leur capacité utilisa-

ble. L'effluent de ces filtres est de l'eau claire ou en-

core de l'eau moyennement alcaline. Pour éviter le danger d'un bouchonnage ultérieur par des précipitations qui

pourraient se produire dans la solution nitrique, l'adju-

vant dans le garnissage des filtres lOa et lOb est lavé avec de l'acide nitrique étendu au même pH que celui de la solution de combustible 2, et provenant d'une capacité 92

jumelée avec la capacité 90.

- on filtre la solution nitrique du dissolveur 50 à raison,

pour chaque filtre électromagnétique, d'un volume de solu-

tion 2 tel que la charge de solides insolubles qu'il con-

tient corresponde à un rapport optimal des quantités d'ad-

juvant ferromagnétique et de particules insolubles.

Comme pour le mode de mise en oeuvre du procédé

selon l'invention, utilisant un adjuvant ferromagnétique dy-

namique, le fonctionnement des filtres 10a et lob est alter-

natif. Le filtre lOb prend le relais du filtre lOa lorsque

celui-ci est en cours de décolmatage.

Les effluents nitriques des filtres lOa et lob sont une solution nitrique clarifiée 35 qui est recueillie

dans l'extracteur 40.

L'effluent eau (ou eau moyennement alcaline) 37

résultant de l'opération de mise en place de l'adjuvant fer-

romagnétique dans le garnissage des filtres par filtration

de la suspension contenue dans la capacité 90 est de préfé-

rence recueillie dans une capacité 42 et recyclée dans la capacité 90. La régénération des filtres électromagnétiques se fait d'une manière identique à celle qui a été décrite

pour le procédé utilisant l'adjuvant ferromagnétique dynami-

que. Les boues 36 résultant de ce décolmatage sont dirigées vers le dispositif de traitement de déchets commun aux deux

filtres et représenté en 41 sur la figure 5.

Le procédé d'élimination des particules métalli-

ques lourdes selon l'invention, conduit, dans ses différents

2466282.

modes de mise en oeuvre, à une boue dense facilement séparée

des eaux de lavage par décantation et qui contient les pro-

duits de fission insolubles. Ces derniers peuvent être en-

suite séparés de l'adjuvant ferromagnétique, soit pour les isoler sous un faible volume de déchets, soit en vue de la

rentabilisation des métaux platinoides qui en sont les cons-

tituante majeurs.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'élimination de particules mé-

talliques lourdes en suspension dans un liquide, caractérisé

en ce qu'on utilise un adjuvant ferromagnétique finement di-

visé, à l'état de particules dont la masse apparente dans la suspension est relativement faible par rapport à celle d'une

fraction importante des particules à éliminer, lesdites par-

ticules métalliques étant extraites par application d'un

champ magnétique aux particules ferromagnétiques.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par les étapes successives suivantes:

- addition de particules d'un adjuvant ferromagnétique fine-

ment divisé dans le liquide contenant les particules mé-

talliques lourdes, - agitation de ce liquide afin de réaliser une suspension de l'adjuvant ferromagnétique, et un mélange de celui-ci avec les particules métalliques lourdes,

- application d'un champ magnétique audit liquide.

3. Procédé selon la revendication 2,--caractérisé

en ce qu'on applique un champ magnétique au liquide conte-

nant les particules métalliques lourdes en suspension, au

moyen d'un filtre électromagnétique.

4. Procédé- selon la revendication 2, caractérisé

en ce qu'on applique un champ magnétique au liquide conte-

nant les particules métalliques lourdes en suspension au

moyen d'un filtre magnétique constitué par- au moins un bar-

reau d'alliage aimanté de façon permanente.

5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agitation du liquide, et l'application d'un champ magnétique à ce liquide sont réalisées au moyen d'un appareil unique constitué par un arbre tournant portant des

aimants permanents dont les pôles voisins sont de même pola-

rité.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par les étapes successives suivantes: - précolmatage d'un filtre électromagnétique au moyen d'un adjuvant ferromagnétique finement divisé, - agitation du liquide contenant les particules métalliques lourdes afin de les maintenir en suspension, - filtration du liquide contenant les éléments métalliques

lourds en suspension au moyen dudit filtre électromagnéti-

que précolmaté.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé

en bce que le précolmatage du filtre électromagnétique com-

prend les étapes successives suivantes:

- addition à un liquide auxiliaire d'un adjuvant ferroma-

gnétique, - agitation de ce liquide auxiliaire afin de réaliser une suspension de l'adjuvant ferromagnétique, - filtration dudit liquide auxiliaire au moyen d'un filtre électromagnétique.

8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé

en ce que le précolmatage du filtre électromagnétique com-

prend les étapes successives suivantes:

- addition à un liquide auxiliaire d'un adjuvant ferromagné-

tique,dont le pH a été ajusté préalablement par alcalini-

sation,à la valeur du pH au point isoélectrique de la sus-

pension, - filtration dudit liquide auxiliaire au moyen d'un filtre

électromagnétique.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 8, caractérisé en ce que le rapport de la masse d'une fraction importante des particules métalliques à la masse apparente des particules d'adjuvant magnétique est

voisin de ou supérieur à 100.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 9, caractérisé en ce que l'adjuvant ferromagnéti-

que est choisi parmi le groupe constitué de la ferrite et la magnétite.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 3 et 6 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre,

faisant suite à la filtration du liquide, une étape de dé-

colmatage du filtre électromagnétique.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 11, caractérisé en ce qu'on limite la durée d'agi-

tation à une demi-heure.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 12, caractérisé en ce que l'adjuvant ferromagné-

tique est de la magnétite, dont on utilise une masse compri-

se entre 6 et 12 fois celle de la masse des particules d'élé-

ments métalliques lourds en suspension dans la quantité de

liquide à traiter.