Procédé et installation pour le traitement des résidus radioactifs par un liant hydraulique

Abstract

 Procédé et installation pour le traitement des résidus radioactifs sous forme de boues, cendres, concentrats, corindon et détritus divers
L'invention a trait à un procédé et à une installation pour le traitement de résidus radioactifs sous forme de boues, cendres, concentrats, corindon et détritus divers consistant à les immobiliser au moyen d'un liant hydraulique en vue d'obtenir un bloc solide de résistance mécanique définie.
Le procédé est caractérisé en ce que l'on mélange plusieurs types de résidus radioactifs qui se distinguent par des teneurs en eau différentes de manière à obtenir une boue à traiter comportant une teneur en eau optimum correspondant, sensiblement, à la quantité d'eau nécessaire à l'hydratation des composants du liant hydraulique pour assurer le durcissement du mélange.

Description

[0001] L'invention a trait à un procédé et à une installation pour le traitement de résidus radioactifs sous forme de boues, cendres, concentrats, corindon et détritus divers consistant à les immobiliser au moyen d'un liant hydraulique en vue d'obtenir un bloc solide de résistance mécanique définie. Cette invention trouvera, par conséquent, son application dans le cadre du retraitement des déchets radioactifs.

[0002] Que ce soit dans les centrales de production électrique nucléaire ou encore dans les usines de traitement des déchets nucléaires, de nombreuses précautions sont à prendre quant à la qualité des effluents rejetés dans l'environnement et provenant de ces centrales ou de ces usines. Ainsi, il y a lieu de débarrasser ces effluents de toutes particules radioactives afin de les stocker dans des endroits sûrs où elles ne risquent pas de contaminer l'environnement.

[0003] Ainsi, pour le traitement de ces effluents, l'on procède à des précipitations chimiques, du type floculation ou autre, afin d'en retirer les particules sous forme de boues.

[0004] Par ailleurs, les autres types de résidus, tels que les concentrats d'évaporateur, les cendres et autres produits intervenus dans le cadre de traitement, par projection ou filtration, par exemple, corindon, sable, etc... sont, eux aussi, recueillis puis stockés.

[0005] A ce propos et en ce qui concerne plus particulièrement les boues radioactives, celles-ci sont stockées dans des fûts ou caves métalliques qui, eux-mêmes, sont entreposés dans des hangars ou, simplement, à ciel ouvert, sachant qu'en aucun cas de tels fûts ne peuvent être enterrés en raison des risques importants de contamination que représente leur contenu. En effet, de tels fûts métalliques ont une durée de vie limitée de sorte qu'il est nécessaire, de façon périodique, de transvaser leur contenu dans de nouveaux fûts. L'on comprend ainsi que ces boues sont considérées comme particulièrement encombrantes, à tel point que, dans certains pays, comportant, soit une réglementation ne privilégiant pas l'environnement, soit des moyens de contrôle insuffisants, ces boues radioactives pourtant dangereuses en tout point de vue, sont simplement déversées dans la nature.

[0006] La solution selon l'invention est un procédé de traitement des boues consistant à les immobiliser de telle manière qu'il soit possible de les stocker sans risque de contamination précisément grâce à la stabilité du bloc solide issu de ce procédé d'immobilisation des boues.

[0007] A cet effet, l'invention a trait à un procédé de traitement de résidus radioactifs sous forme de boues, cendres, concentrats, corindon et détritus divers, consistant à les immobiliser au moyen d'un liant hydraulique, caractérisé par le fait qu'on mélange plusieurs types de résidus radioactifs qui se distinguent par des teneurs en eau différentes de manière à obtenir une boue à traiter comportant une teneur en eau optimum correspondant, sensiblement, à la quantité d'eau nécessaire à l'hydratation des composants du liant hydraulique pour assurer le durcissement du mélange.

[0008] Avantageusement, tout au long du procédé de traitement, les boues puis le mélange boue-liant hydraulique sont maintenues sous agitation en vue d'obtenir puis maintenir un certain niveau d'homogénéité.

[0009] L'invention concerne, également, une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Ainsi, cette installation comporte :

• des moyens d'agitation pour homogénéiser les résidus radioactifs contenus dans des fûts destinés à constituer un lot de boues à traiter ;
• un conteneur dans lequel sont déversés, après homogénéisation, les résidus radioactifs contenus dans les fûts ;
• des moyens d'agitation ayant pour fonction d'homogénéiser le lot de boue introduite dans le conteneur ;
• une unité de malaxage ainsi qu'une unité de moulage ;
• et des moyens de pompage permettant, respectivement, de prélever le contenu des fûts en vue de l'introduire dans le conteneur puis de prélever une quantité déterminée de boue homogénéisée contenue dans ce conteneur en vue de la transférer vers l'unité de malaxage.

[0010] Les avantages obtenus grâce à cette invention consistent, précisément, en ce qu'en transformant les boues radioactives en un bloc compact immobilisé qui, de plus, homogène et, de ce fait, chimiquement et mécaniquement stable, il est possible, sans risque pour l'environnement, d'enterrer ces blocs disposés dans une enveloppe confinante.

[0011] Par conséquent, la présente invention, au travers du procédé et de l'installation permettant sa mise en oeuvre, permet d'envisager un réel traitement de ces déchets radioactifs.

[0012] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre accompagnée de dessins illustrant un exemple de réalisation.

• la figure 1 est une vue schématisée et en plan de l'installation permettant la mise en oeuvre du procédé de traitement de résidus radioactifs tels que des boues ;
• la figure 2 est une vue en élévation de l'installation telle que représentée dans la figure 1.

[0013] La présente invention consiste en un procédé de traitement de résidus radioactifs tels que de boues de coprécipitation chimique ou encore de concentrat d'évaporateur, de cendres, de sable et autres produits de traitement par projection que l'on retrouve, que ce soit dans une centrale nucléaire ou au niveau d'une usine de retraitement des déchets nucléaires et d'une façon générale tous producteurs de déchets radioactifs.

[0014] Tel que visible dis les figures 1 et 2 des dessins ci-joints, l'invention a trait, également, à une installation permettant la mise en oeuvre de ce procédé de traitement.

[0015] En fait, selon ce procédé, les résidus qui se présentent sous forme de fines particules doivent être répartis, de manière homogène, dans un milieu liquide constitué, essentiellement, par de l'eau. Ainsi, dans le cas de traitement de boue, celle-ci est tout d'abord homogénéisée par agitation car, tel que cela apparaîtra plus en avant dans la description, de cette homogénéisation dépendra la stabilité du produit finalement obtenu. Dans le cas de résidus secs, ou à faible teneur en eau, une adduction d'eau peut être nécessaire dans des proportions, qui, là encore, sont définies plus en avant dans la description. En fait, de tels résidus secs sont, selon une particularité de l'invention, mélangés à des boues à traiter afin d'obtenir une teneur en eau dans les proportions souhaitées.

[0016] L'on comprend que le procédé s'applique d'une façon systématique au traitement de boues, qu'il s'agisse de boues telles que récupérées au travers d'un décanteur ou autre ou obtenues par adduction d'eau ou correspondant à un mélange de boues et de résidus secs.

[0017] En définitive, une fois cette boue radioactive homogénéisée de manière aussi parfaite que possible, l'on vient y ajouter, selon le procédé, un liant hydraulique dans des proportions qui sont fonction de la résistance mécanique du bloc solide qui en résultera après séchage.

[0018] Ce mélange boue radioactive - liant hydraulique est, à nouveau, rendu homogène par agitation, précisément de manière à ce que l'on obtienne cette homogénéité dans ce bloc solide, après prise dudit liant hydraulique.

[0019] En fait, la présente invention, au travers du procédé, a pour but d'atteindre un optimum au point de vue du rendement : quantité de boue traitée - volume final des boues immobilisées, et, du même coup, de la quantité de liant hydraulique gâché.

[0020] Ainsi, partant de considérations mécaniques, l'on connaît les proportions de liant hydraulique à gâcher par rapport à un volume de résidus secs donnés. L'on sait, en outre, le volume d'eau nécessaire pour l'hydratation des composants du liant hydraulique et permettant, en fin de compte, le durcissement du mélange.

[0021] En conséquence, si les boues à traiter sont à faible teneur d'eau, il est nécessaire d'ajouter de l'eau que l'on peut qualifier de propos au mélange pour obtenir le résultat recherché. Dans ces conditions, l'on s'aperçoit que, par rapport au volume du bloc solide obtenu, le volume de boue traité n'a pas été optimisé. En effet, en opérant, ainsi, l'on a traité, inutilement, une quantité donnée d'eau propre ajoutée au mélange.

[0022] De la même manière, en traitant des boues à forte teneur en eau, soit supérieur à la quantité d'eau nécessaire pour l'hydratation du volume optimum du liant hydraulique permettant d'obtenir la résistance mécanique souhaitée, il n'y a d'autres solutions que de mettre davantage de liant hydraulique à même de capter cette eau excédentaire. Par conséquent, la quantité de liant hydraulique finalement gâchée est supérieure à celle réellement nécessaire, sans compter que, là encore, il en résulte un bloc solide de volume inutilement accru par rapport à la quantité de résidus réellement traités.

[0023] La solution selon l'invention consiste à procéder à un ou plusieurs mélanges de différents types de résidus qui se distinguent, précisément, par leur teneur en eau pour obtenir une boue dont la teneur en eau est celle nécessaire à l'hydratation de la quantité de liant hydraulique qu'il faut ajouter à ces boues pour les immobiliser sous forme d'un bloc répondant, du point de vue de la résistance mécanique, aux exigences requises.

[0024] Concrètement, à des boues de forte teneur en eau, l'on pourra, par exemple, mélanger des boues de faible teneur en eau ou encore y ajouter, simplement, des résidus « secs » du type sable ou cendre.

[0025] Selon le procédé, il est également prévu, avant de gâcher le liant hydraulique et après homogénéisation des boues, de procéder à des analyses physico-chimiques de celles-ci. Tout particulièrement, une mesure du pH est effectuée ainsi qu'une mesure de la teneur en eau. En fonction de ces mesures, l'on peut, ainsi, réajuster, si nécessaire, le pH ou encore modifier la teneur en eau des boues.

[0026] Par ailleurs, il est prévu de procéder à une vérification de la compatibilité des boues avec le liant hydraulique. Dans ce but, il est prélevé des boues homogénéisées un ou plusieurs échantillons d'un volume imposé, auquel il est adjoint une quantité préfixée de liant hydraulique. Ce mélange à base d'un échantillon de boue est contenu dans un moule qui, après immobilisation de ces boues, permet un démoulage aisé.

[0027] Cet ou ces échantillons de boue immobilisés sont ensuite analysés. A la base des résultats de ces dernières, l'on procéde au réajustement qui s'impose que ce soit d'un point de vue de la teneur en eau des boues ou de la quantité ou la nature du liant hydraulique qu'il y a lieu de mettre en oeuvre. De tels essais sur échantillons sont répétés autant de fois que nécessaire.

[0028] Préférentiellement, ces essais sur échantillons sont suivis d'un essai en grandeur nature. Ainsi, des boues ajustées et homogénéisées, il est prélevé la quantité de boue correspondant au volume du bloc solide que l'on désire réaliser. A cette quantité de boue donnée est adjoint le liant hydraulique dans des proportions telles que déterminées au travers de l'essai mené préalablement sur un échantillon. A noter qu'à ce stade, il peut encore être procédé à un réajustement de la teneur en eau, tout particulièrement si celle-ci est inférieure à la teneur en eau souhaitée.

[0029] Ce n'est qu'après un constat d'un résultat satisfaisant au niveau de ces essais en grandeur nature que le procédé de traitement des boues entre en phase de fonctionnement continu jusqu'au traitement total d'un lot de boue donné.

[0030] Il convient, en effet, d'observer que les essais, que ce soit en taille réduite ou en grandeur réelle, conduisent à des résultats qui sont strictement dépendants des caractéristiques physiques et chimiques du lot de boue que l'on aura préalablement préparé et correspondant à un mélange de différents types de boue et autres résidus radioactifs. En définitive, un lot de boue correspond à la quantité de boue préparée dans un contenant d'un volume déterminé.

[0031] Selon un premier mode de réalisation à partir d'un tel lot de boue l'on peut concevoir un nombre donné de blocs de boue immobilisée d'un volume prédéterminé. Plus précisément, il est répété un certain nombre de fois les opérations suivantes : on prélève une quantité définie de boue du lot préparé pour l'introduire dans un malaxeur dans lequel on déverse également le liant hydraulique. Après homogénéisation, le mélange est coulé dans un contenant recyclable : à cet instant, l'on introduit également, un crochet de manutention dans ce mélange boue-liant hydraulique ; après vérification de prise, le bloc immobilisé est retiré du contenant recyclable et est introduit dans un conteneur de stockage lequel peut contenir plusieurs de ces blocs.

[0032] Selon un second mode de réalisation, correspondant davantage à l'installation illustrée dans les figures jointes, le lot de boue préparé et homogénéisé est gâché à l'aide d'un liant hydraulique dont les caractéristiques et les quantités ont été déterminées au travers des essais sur échantillons, ceci dans le but de venir remplir en quasi totalité un container spécifique de confinement, notamment en béton fibre répondant aux caractéristiques physiques et mécaniques de stockage nucléaire. Finalement, ce container constitue, dans ce cas, un coffrage perdu et sa paroi interne est tapissée d'une feuille d'un matériau compressible, par exemple en polystyrène à même d'accuser les variations dimensionnelles du bloc en cours de solidification.

[0033] Tel que déjà précisé plus haut, la présente invention concerne, également, une installation permettant la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit.

[0034] Cette installation, plus particulièrement représentée dans les figures 1 et 2, comporte, essentiellement, des moyens d'agitation 1 permettant d'homogénéiser les boues préalablement contenues dans des fûts 2. Cette installation est munie, en outre, d'un conteneur 3 dans lequel sont déversées, après homogénéisation, les boues contenues dans plusieurs fûts 2 et correspondant à un lot 4 de boue à traiter.

[0035] Dans ce conteneur 3 sont introduits, à nouveau, des moyens d'agitation 5 qui, là encore, ont pour fonction d'homogénéiser le lot de boue introduit dans ce conteneur 3.

[0036] Cette installation est munie, en outre, d'une unité de malaxage 6 dans laquelle est introduite, selon un cycle discontinu, une quantité donnée de boue en provenance du conteneur 3, ainsi que le volume de liant hydraulique permettant, finalement, d'immobiliser cette quantité définie de boue. De plus, sous cette unité de malaxage 6 est disposée une unité de moulage 7 au niveau de laquelle l'on retrouve au moins un container 24 à même de contenir ledit mélange boue-liant hydraulique immobilisé.

[0037] Avantageusement, cette installation comporte, également, des moyens de pompage 9, 10, permettant, respectivement, de prélever le contenu des fûts 2 en vue de l'introduire dans le conteneur 3, puis, de prélever une quantité déterminée de boue homogénéisée contenue dans ce conteneur 3 en vue de la transférer vers l'unité de malaxage 6.

[0038] Les figures 1 et 2 illustrent de manière schématisée, l'installation au complet. Ainsi, l'on constate que cette installation comporte, tout d'abord, un sas intermédiaire 11 dans lequel sont disposés les fûts 2, définissant un lot de boue à traiter 4 et provenant d'un local de stockage 12. En aval de ce sas intermédiaire 11 se situe le sas d'ouverture de fûts 13 dans lequel l'on procédera à l'ouverture, successivement, des fûts 2 afin d'homogénéiser leur contenu qui sera ensuite prélevé par l'intermédiaire des moyens de pompage 9 afin de le transvaser dans le conteneur 3 se situant au niveau d'un sas 14 en aval.

[0039] Il convient d'observer qu'au moment d'ouvrir un fût 2, l'on procède à un certain nombre d'opérations telles qu'au contrôle visuel du contenu du fût et à la mesure de la quantité de boue contenue dans ce dernier. L'on en retire, également, le cas échéant, les déchets solides. A noter, en outre, que sur ce fût 2 ouvert est placé un couvercle 15 spécifique à même d'être traversé par la tige 16 d'une turbine 17 raccordée à un malaxeur portatif 18, l'ensemble constituant les moyens d'agitation 1.

[0040] Par ailleurs, entre le sas d'ouverture de fûts 13 et le sas 14 dans lequel se trouve le conteneur 3 se trouve un sas de contrôle et d'essai 19. A l'intérieur de ce sas sont menées les différentes mesures, radiologiques et de pH par exemple, ainsi que les essais sur échantillons pour vérifier la compatibilité des boues avec le liant hydraulique.

[0041] Tel que le prévoit le procédé, une fois le lot de boue parfaitement homogénéisé dans le conteneur 3, ceci par l'intermédiaire de moyens d'agitation 5 appropriés qui, là encore, peuvent se présenter sous forme d'un malaxeur portatif 20, il en est prélevé une quantité donnée afin de la transvaser dans une unité de malaxage 6. Celle-ci se situe, en fait, dans un sas 21 en aval du sas 14 et comporte un malaxeur 22 surmontant un bâti support 23 sous lequel peut être placé un container spécifique de stockage 24 dans lequel est coulé le mélange homogénéisé boue-liant hydraulique en vue de son durcissement.

[0042] L'on peut encore imaginer, selon un autre mode de réalisation non représenté, de disposer, sous le bâti support 23 un container 24 dans lequel l'on vient déposer des blocs de boue immobilisée, après durcissement dans un moule recyclable. A ce propos, ce moule recyclable peut être placé sous le malaxeur 22, sur une structure support montée à l'intérieur du container 24.

[0043] Les déplacements du container 24 sont facilités grâce à un chemin de roulement 29 sur lequel il repose par l'intermédiaire de moyens de roulement appropriés.

[0044] Une fois ce container 24 rempli, il est refermé au moyen d'un couvercle, tandis que l'espace préservé entre ce couvercle et le ou lesdits blocs solides est rempli par un mortier de remplissage approprié.

[0045] A noter qu'au niveau de chacun de ces sas 11, 13, 14, 19 et 22, peuvent être aménagés des moyens de ventilation. De tels moyens de ventilation sont, bien entendu, spécifiques au domaine concerné. Ainsi, ils comportent, nécessairement, des moyens de filtration évitant la contamination de l'atmosphère extérieure.

[0046] Pour en revenir plus particulièrement au liant hydraulique mis en oeuvre dans le cadre du procédé de traitement selon l'invention, il s'agit, préférentiellement, d'un mortier sans retrait prêt à l'emploi fonction des caractéristiques des déchets. A ce mortier pourront être ajoutés un certain nombre d'adjuvants nécessaires à la stabilité chimique des boues immobilisées.

[0047] Quant aux container 24, il s'agit, préférentiellement, de containers en béton de fibre métallique à même d'assurer, du moins partiellement, la fonction du confinement. Par ailleurs, le conditionnement et/ou le traitement des déchets solides prélevés des fûts 2 ou encore le conditionnement et la décontamination de ces derniers une fois vidés, sera effectué selon des méthodes traditionnelles dans le domaine considéré. Ces opérations sont susceptibles d'être menées dans des sas adjacents à ceux préalablement cités. De plus, cette installation sera complétée, préférentiellement, par un local spécifique renfermant les appareils de contrôle radiologique.

[0048] Les avantages issus de la présente invention consistent, bien entendu, en ce que l'on est à même, pour la première fois, de proposer un réel traitement des boues radioactives qui, étant, jusqu'alors, stockées dans des fûts, représentaient un risque énorme pour l'environnement. En effet, ces fûts étaient susceptibles de se percer dans le temps, ceci sous l'action d'agents corrosifs.

Revendications

1. Procédé de traitement de résidus radioactifs sous forme de boues, cendres, concentrats, corindon et détritus divers consistant à les immobiliser au moyen d'un liant hydraulique en vue d'obtenir un bloc solide de résistance mécanique définie, caractérisé en ce qu'on mélange plusieurs types de résidus radioactifs qui se distinguent par des teneurs en eau différentes de manière à obtenir une boue à traiter comportant une teneur en eau optimum correspondant, sensiblement, à la quantité d'eau nécessaire à l'hydratation des composants du liant hydraulique pour assurer le durcissement du mélange.

2. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que :

- l'on constitue un lot (4) de boues à traiter partant de résidus radioactifs se présentant sous forme de boues de qualités différentes contenues dans des fûts (2) distincts ;

- l'on homogénéise, successivement, le contenu de chacun de ces fûts (2) avant de le transvaser dans un conteneur (3) à même de contenir la totalité du lot (4) de boues à traiter ;

- après homogénéisation du mélange de boues contenues dans ce conteneur (3), il en est prélevé une quantité déterminée en fonction du volume du bloc solide à constituer, afin de la déverser dans un malaxeur (22) ;

- on introduit dans ce malaxeur (22) la quantité de liant hydraulique pour garantir, après durcissement, l'immobilisation de la quantité des boues qu'il contient ;

- après homogénéisation du mélange boue-liant hydraulique, celui-ci est déversé dans un container (24) constituant une enveloppe de confinement.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'avant prélèvement d'une quantité de boue déterminée en vue de son transfert dans le malaxeur (22), l'on procède à une analyse de certaines caractéristiques chimiques et/ou physiques du lot (4) de boues contenues dans le conteneur (3) ;

- l'on réajuste certains des paramètres tels que le pH et la teneur en eau ;

- l'on procède à un essai de compatibilité liant hydraulique boues à traiter sur un ou plusieurs échantillons de ces derniers prélevés dudit contenant (3) ;

- l'on réajuste certains des paramètres physiques et/ou chimiques des boues en fonction des résultats sur le ou les échantillons ;

- l'on répète, autant que nécessaire, ces opérations avant de procéder à un essai en grandeur nature a l'issue duquel lesdits paramètres physiques et/ou chimiques des boues sont à nouveau susceptibles d'être réajustés.

4. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'elle comporte :

- des moyens d'agitation (1) pour homogénéiser les résidus radioactifs contenus dans des fûts (2) destinés à constituer un lot (4) de boues à traiter ;

- un conteneur (3) dans lequel sont déversés, après homogénéisation, les résidus radioactifs contenus dans les fûts (2) ;

- des moyens d'agitation (5) ayant pour fonction d'homogénéiser le lot (4) de boues introduit dans le conteneur (3) ;

- une unité de malaxage (6), ainsi qu'une unité de moulage (7) ;

- et des moyens de pompage (9, 10) permettant, respectivement, de prélever le contenu des fûts (2) en vue de l'introduire dans le conteneur (3), puis de prélever une quantité déterminée de boue homogénéisée contenue dans ce conteneur (3) en vue de la transférer vers l'unité de malaxage (6).

5. Installation selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle comporte, au moins :

- un sas intermédiaire (11) dans lequel sont disposés les fûts (2) destinés à constituer un lot (4) de boues à traiter ;

- un sas d'ouverture des fûts (13) dans lequel l'on procède à l'ouverture, successivement, des fûts (2) afin d'homogénéiser leur contenu qui est ensuite prélevé par l'intermédiaire des moyens de pompage (9) afin de le transvaser dans le conteneur (3) se situant dans un sas (14) en aval ;

- un sas de malaxage (21) regroupant l'unité de malaxage (6) ainsi que l'unité de moulage (7).

6. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisée par le fait qu'elle comporte, en outre, un sas de contrôle (19), préférentiellement, situé entre le sas d'ouverture des fûts (13) et le sas (14) renfermant le conteneur (3).

7. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée par le fait que l'unité de malaxage (6) comporte un malaxeur (22) surmontant un bâti support (23) sous lequel peut être placé un container spécifique de stockage (24) dans lequel est coulé le mélange homogénéisé boue-liant hydraulique en vue de son durcissement.

8. Installation selon l'une quelconques des revendications 4 à 6, caractérisée par le fait que l'unité de malaxage (6) comporte un malaxeur (22) surmontant un bâti support (23) sous lequel peut être placé un container (24) dans lequel seront disposés les blocs de boue immobilisée, après durcissement dans un moule recyclable, celui-ci étant placé, sous le malaxeur (22), sur une structure support montée à l'intérieur dudit container (24).

9. Installation selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée par le fait que le container (24) est monté sur un chemin de roulement (29) facilitant ses déplacements et son positionnement sous le malaxeur (22).

Dessins