FR2615315A1 - METHOD FOR IMMOBILIZING RESINS EXCHANGING RADIOACTIVE IONS BY A HYDRAULIC BINDER - Google Patents
METHOD FOR IMMOBILIZING RESINS EXCHANGING RADIOACTIVE IONS BY A HYDRAULIC BINDER Download PDFInfo
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE D'IMMOBILISATION DE RESINES ECHANGEUSES D'IONS RADIOACTIVES PAR UN LIANT HYDRAULIQUE, NOTAMMENT DES RESINES BORATEES. SELON LE PROCEDE, LES RESINES SONT DECANTEES PUIS MISES EN CONTACT PENDANT 3 H AU PLUS AVEC UNE SOLUTION ELUANTE DE 100 A 300 GL EN CA(NO) A RAISON DE 1 A 2 LKG DE RESINES DECANTEES ET QUE, AU MILIEU DE PH 9 EST AJOUTE UN LIANT HYDRAULIQUE A FAIBLE CHALEUR D'HYDRATATION DE FACON A CE QUE LE RAPPORT EAU DE LA SOLUTION ELUANTELIANT (EN POIDS) SOIT COMPRIS ENTRE 0,3 ET 0,5 ET QUE LE TAUX D'INCORPORATION RESINES DECANTEESENROBE (EN POIDS) SOIT COMPRIS ENTRE 3 ET 10 .THE INVENTION RELATES TO A PROCESS FOR IMMOBILIZING RADIOACTIVE ION EXCHANGER RESINS BY A HYDRAULIC BINDER, IN PARTICULAR BORATE RESINS. DEPENDING ON THE PROCEDURE, THE RESINS ARE DECANTED THEN CONTACT FOR 3 HOURS AT THE MOST WITH A ELUANT SOLUTION OF 100 TO 300 GL IN CA (NO) DUE TO 1 TO 2 LKG OF DECANTED RESINS AND THAT, IN THE MIDDLE OF PH 9 IS ADD A HYDRAULIC BINDER WITH LOW HEAT OF HYDRATION SO THAT THE WATER RATIO OF THE ELUANTELIANT SOLUTION (BY WEIGHT) IS BETWEEN 0.3 AND 0.5 AND THE RATE OF INCORPORATION OF DECANTED RESINS ENROBED (BY WEIGHT) IS BETWEEN 3 AND 10.
Description
Procédé d'immobilisation de résines échangeuses d'ions radioactivesMethod for immobilizing radioactive ion exchange resins
par un liant hydraulique.by a hydraulic binder.
L'invention concerne un procédé d'immobilisation de résines échangeuses d'ions (REI) radioactives, par un liant The invention relates to a method for immobilizing radioactive ion exchange resins (REI) with a binder.
hydraulique.hydraulic.
Les REI radioactives à traiter proviennent es- The radioactive REIs to be processed come from
sentiellement des réacteurs nucléaires dans lesquels elles sont utilisées pour purifier l'eau de divers circuits du réacteur et quelquefois l'eau des piscines de stockage des éléments combustibles irradiés. En particulier, dans les réacteurs à eau pressurisée PWR, des REI anioniques sont placées sur le circuit primaire dont l'eau est additionnée d'acide borique jouant le rôle essentially nuclear reactors in which they are used to purify the water of various reactor circuits and sometimes the water of the storage pools for irradiated fuel elements. In particular, in PWR pressurized water reactors, anionic REIs are placed on the primary circuit whose water is added with boric acid playing the role
de modérateur.moderator.
Les REI anioniques peuvent servir alors de "poumon de bore" pour maintenir dans le circuit la concentration en bore désirée. Les exploitants de centrales estiment que les REI usées à traiter peuvent contenir en borates jusqu'à l'équivalent de 1000 g The anionic REIs can then serve as a "boron lung" to maintain the desired boron concentration in the circuit. Plant operators estimate that used REIs to be treated may contain borates up to the equivalent of 1000 g
d'acide borique par kg de REI sèches. boric acid per kg of dry REI.
Outre les borates, ces REI (cationiques, anioniques, lit mélangé) peuvent contenir les cations lithium, ammonium, fer, cobalt, chrome, nickel, césium et les anions hydroxyde, sulfate, In addition to the borates, these REIs (cationic, anionic, mixed bed) can contain the lithium, ammonium, iron, cobalt, chromium, nickel, cesium cations and the hydroxide, sulphate,
phosphate, silicate, fluorure, chlorure, bicarbonate. phosphate, silicate, fluoride, chloride, bicarbonate.
- Des REI sont également employées dans les installations de retraitement des éléments combustibles irradiés pour la purification de l'eau des piscines de stockage et pour le traitment - REIs are also used in installations for reprocessing irradiated fuel elements for the purification of water in storage pools and for treatment
des liquides.liquids.
Les REI sont placées dans des colonnes ou des cartouches. REIs are placed in columns or cartouches.
Actuellement, elles sont régénérées en place avant immobilisation. Elles contiennent alors essentiellement H, OH et Currently, they are regenerated in place before immobilization. They then essentially contain H, OH and
des cations métalliques actifs non élués. non-eluted active metal cations.
Pour éviter la dissémination dans l'environnement des substances radioactives, on cherche à immobiliser les déchets les contenant dans une matrice résistante aux agents mécaniques, chimiques... susceptibles de l'endommager lors du stockage de ces déchets. Un moyen pour ce faire, consiste à méLanger lesdits déchets à un liant hydraulique qui, par sa prise suivie de durcissement, confère une certaine résistance mécanique au mélange To avoid the dissemination in the environment of radioactive substances, we seek to immobilize the waste containing them in a matrix resistant to mechanical, chemical agents ... likely to damage it during the storage of this waste. One way to do this is to mix said waste with a hydraulic binder which, by setting followed by hardening, gives a certain mechanical resistance to the mixture.
et une certaine résistance aux attaques chimiques. and some resistance to chemical attack.
Les valeurs de ces résistances mécanique et chimique que doit atteindre le déchet immobilisé (encore appelé produit final ou enrobé) pour que son stockage assure une sécurité suffisante pour l'homme et l'environnement, sont fixées par des normes de sûreté The values of these mechanical and chemical resistances that immobilized waste (also called final or coated product) must reach in order for its storage to ensure sufficient safety for man and the environment, are set by safety standards
nucléaire.nuclear.
Celles-ci sont établies par les autorités nationales et These are established by the national authorities and
peuvent par conséquent varier d'un pays à l'autre. may therefore vary from country to country.
Les normes de sûreté françaises pour les déchets immobilisés dans un liant hydraulique sont parmi les plus contraignantes: peu de pays ont réussi à atteindre de telles normes avec des déchets contenant des REI. En France, depuis 1982, le traitement des REI par bétonnage a d'ailleurs été interrompu, les procédés utilisés ne conduisent pas à des enrobés acceptables French safety standards for waste immobilized in a hydraulic binder are among the most restrictive: few countries have succeeded in reaching such standards with waste containing REI. In France, since 1982, the treatment of REI by concreting has also been interrupted, the processes used do not lead to acceptable mixes
selon les critères de sûreté.according to safety criteria.
Le traitement des REI par un liant hydraulique pose en effet deux problèmes essentiels qu'on ne rencontre pas avec The treatment of REI with a hydraulic binder poses two essential problems that one does not encounter with
d'autres types de déchets nucléaires. other types of nuclear waste.
Le premier problème est celui de l'échange ionique entre The first problem is that of ion exchange between
les REI et le milieu contenant le liant hydraulique. the REI and the medium containing the hydraulic binder.
Les ions du milieu qui présentent pour les REI une affinité supérieure à celle qu'ont des ions contenus dans ces REI pour elles, se fixent sur les REI à la place des ions qu'elles contenaient, ces ions étant relargués dans le milieu. Il y a fixation d'ions et simultanément relargage d'autres ions. De sorte que le milieu s'appauvrit en ions du liant hydraulique (Ca++ et SQ4 essentiellement) et par contre s'enrichit en ions provenant S4 des installations nucléaires (cations métalliques actifs, The ions in the medium which exhibit a greater affinity for the REIs than that which the ions contained in these REIs have for them, attach themselves to the REIs in place of the ions which they contained, these ions being released into the medium. There is ion fixation and simultaneously salting out of other ions. So that the medium is depleted in ions of the hydraulic binder (Ca ++ and SQ4 essentially) and on the other hand is enriched in ions originating from S4 of nuclear installations (active metal cations,
phosphates, sulfates.. H+, OH et borates). phosphates, sulfates .. H +, OH and borates).
L'appauvrissement en ions du liant, notamment en Ca et SO4, provoque une mofidication de la prise (retard, incontrôLabilité, prise incomplète). Par ailleurs, les ions amenés par les REI et reLargués dans le milieu peuvent gêner La prise, le durcissement ou influencer la tenue dans le temps des déchets immobilisés. - Zn++ a une action de retardateur ou même d'inhibiteur de prise; - Mg peut s'échanger avec Ca des hydrates de calcium, après la prise et donc modifie la tenue dans le temps du produit; - H les réactions d'hydratation du liant ont lieu en milieu basique, un abaissement du pH à des valeurs acides, retarde la prise voir l'inhibe; The depletion of binder ions, in particular of Ca and SO4, causes a change in the setting (delay, uncontrollability, incomplete setting). Furthermore, the ions brought in by the REIs and released into the medium can interfere with setting, hardening or influence the resistance of immobilized waste over time. - Zn ++ has a retarding or even inhibiting action; - Mg can be exchanged with Ca of calcium hydrates, after taking and therefore modifies the behavior over time of the product; - H the hydration reactions of the binder take place in basic medium, a lowering of the pH to acid values, delays the setting see the inhibits;
- les phosphates ont également un effet retardateur sur la prise. - phosphates also have a delaying effect on setting.
Les ions de loin les plus gênants sont les borates. Leur effet est connu sur les liants hydrauliques, et selon leur concentration dans le milieu ils retardent ou inhibent la prise, qu'ils soient sous forme libre ou associés à certains ions tels que By far the most troublesome ions are the borates. Their effect is known on hydraulic binders, and according to their concentration in the medium they delay or inhibit setting, whether they are in free form or associated with certain ions such as
le lithium pour former Li2B407.lithium to form Li2B407.
Les échanges ioniques peuvent se poursuivre après la prise, notamment lors-des essais de lixiviation, entre le milieu lixiviant et les REI rendues accessibles dans l'enrobé par diverses causes (matrice perméable, mauvaise homogénéité, porosité importante...). Les ions libérés peuvent générer des réactions The ionic exchanges can continue after setting, in particular during leaching tests, between the leaching medium and the REIs made accessible in the mix for various reasons (permeable matrix, poor homogeneity, high porosity, etc.). Released ions can generate reactions
nocives pour l'enrobé, c'est le cas par exemple des sulfates. harmful to the mix, for example sulphates.
Le second type de difficulté rencontré dans le traitement des REI spécifiquement résulte de la migration d'eau des REI vers le milieu contenant le liant hydraulique. Les REI cèdent une fraction de leur eau selon le principe de l'équilibre entre l'eau des REI et l'eau du milieu. Les réactions d'hydratation du liant étant exothermiques,le départ d'eau se poursuit pendant la prise. A l'issue' de la prise, les grains de REI partiellement déshydratés peuvent, si le produit final est mis au contact d'eau, reprendre de l'eau. C'est le phénomène bien connu de gonflement et de fissuration des enrobés immergés après prise et même durcissement: le gonflement dû à la reprise d'eau provoque la fissuration du The second type of difficulty encountered in the treatment of REIs specifically results from the migration of water from REIs to the medium containing the hydraulic binder. The REI sell a fraction of their water according to the principle of the balance between the water of the REI and the water of the environment. As the hydration reactions of the binder are exothermic, the outflow of water continues during setting. At the end of the setting, the partially dehydrated REI grains can, if the final product is brought into contact with water, take up water. This is the well-known phenomenon of swelling and cracking of submerged coated materials after setting and even hardening: the swelling due to the uptake of water causes cracking of the
matériau et peut se traduire par un délitage total de la matière. material and can result in a total disintegration of the material.
A ces deux catégories de problème, des solutions industrielles doivent être apportées dans lesquelles: 1) le volume des enrobés à stocker à long terme doit être aussi réduit que possible pour minimiser les coûts des installations de stockage; 2) la mise en oeuvre du procédé d'immobilisation doit être technologiquement faisable par des moyens aussi simples que possible, fiable et rapide; Dans le brevet FR-A-75 33 518 sont ajoutés des additifs ayant pour fonction d'empêcher la pénétration de l'eau dans les grains de REI. De telles substances additives forment une couche protectrice autour du grain de REI. Ce sont des composés organiques (ester organique, propionate de polyvinyle) ou minéraux (silicate alcalin). Mais il n'est pas sûr que les ions borates contenus éventuellement dans les REI ne puissent pas passer dans le milieu aqueux. De plus, la mise en oeuvre et le coût rendent ce procédé To these two categories of problem, industrial solutions must be provided in which: 1) the volume of asphalt mixes to be stored in the long term must be as small as possible to minimize the costs of storage facilities; 2) the implementation of the immobilization process must be technologically feasible by means as simple as possible, reliable and rapid; In the patent FR-A-75 33 518 are added additives having the function of preventing the penetration of water into the grains of REI. Such additive substances form a protective layer around the grain of REI. These are organic compounds (organic ester, polyvinyl propionate) or minerals (alkali silicate). However, it is not certain that the borate ions possibly contained in the REIs cannot pass into the aqueous medium. In addition, the implementation and the cost make this process
peu intéressant.not very interesting.
Afin de limiter le transfert d'eau entre les REI et le liant lors de la prise, un autre brevet FR-A-80 21 524 préconise l'emploi de ciment de haut-fourneau dans des conditions précises et la saturation par l'eau des REI. Les conditions: Eau de gâchage/ciment (en poids) = 0,20 à 0,40 et taux d'incorporation = Résine sèche/Enrobé (en poids)<15 % pour une REI en poudre et 25 % pour une REI en grains. Précisons que l'eau de gâchage est l'eau In order to limit the transfer of water between the REI and the binder during setting, another patent FR-A-80 21 524 recommends the use of blast furnace cement under precise conditions and water saturation REIs. Conditions: Mixing water / cement (by weight) = 0.20 to 0.40 and incorporation rate = Dry resin / Asphalt (by weight) <15% for a powdered REI and 25% for a granular REI . Note that the mixing water is water
ajoutée aux -REI saturées d'eau pour assurer la prise du ciment. added to -REI saturated with water to ensure the setting of the cement.
Il n'est absolument pas tenu compte dans un tel procédé des échanges ioniques susceptibles d'intervenir entre le ciment et les REI. un tel procédé ne peut pas être appliqué aux REI boratées : les ions boratés relargués inhibent la prise du ciment dans les In such a process, ion exchanges likely to occur between the cement and the REI are absolutely not taken into account. such a process cannot be applied to borated REIs: the released borated ions inhibit the setting of cement in the
conditions ci-dessus.above conditions.
Par ailleurs, la solidification par liant hydraulique des effluents boratés est connu par le brevet FR-A-85 04 222 qui décrit un procédé dans lequel avant l'ajout de ciment, les effluents boratés sont traités par de la chaux pour faire précipiter des borates de calcium de structure déterminés dans des conditions précises. Une solution s'imposait alors pour traiter les REI boratées consistant à les éluer pour extraire des REI les ions boratés et les remettre en solution, puis à séparer les REI de la solution éluante, à rincer pour éliminer au mieux les traces de borates, et enfin à bétonner les REI d'un côté et les effluents Furthermore, solidification by hydraulic binder of borated effluents is known from patent FR-A-85 04 222 which describes a process in which before the addition of cement, the borated effluents are treated with lime to precipitate borates calcium structure determined under specific conditions. A solution was then necessary to treat the borated REIs consisting of eluting them to extract the borated ions from the REIs and putting them back into solution, then to separate the REIs from the eluting solution, to rinse in order to remove traces of borates as well as possible, and finally concreting the REI on one side and the effluents
boratés de l'autre suivant les procédés décrits plus haut. borated on the other according to the methods described above.
L'élution des REI radioactives a déjà été employée avant la solidification pour bitumage ou par polymérisation d'une résine thermodurcissable. Dans le brevet FR-A-76 24 624, la solution éluante est une solution de soude, ammoniaque, chaux chlorure d'aluminium, citrate, oxalate ou acétate de sodium, ou bien une amine. Les REI obtenues sont décantées ou essorées puis mélangées à la résine The elution of radioactive REIs has already been used before solidification for asphalting or by polymerization of a thermosetting resin. In patent FR-A-76 24 624, the eluting solution is a solution of sodium hydroxide, ammonia, lime aluminum chloride, citrate, oxalate or sodium acetate, or else an amine. The REI obtained are decanted or wrung out and then mixed with the resin
thermodurcissable dont ont provoque la polymérisation. thermosetting which caused polymerization.
Un tel prétraitement permet d'éliminer Les ions H des REI cationiques, ces ions agissant sur l'accélérateur de réticulation ajouté à la résine thermodurcissable: les ions H+ sont Such pretreatment makes it possible to eliminate the H ions from cationic REIs, these ions acting on the crosslinking accelerator added to the thermosetting resin: the H + ions are
extraits des REI, mis en solution puis séparés des REI. extracts from the REIs, dissolved and then separated from the REIs.
Dans le brevet EP-157 683 l'élution s'effectue avec une solution de sels de Ca, Be ou Sr (anicns nitrates, formiates ou acétates), les REI sont séparées de la solution éluante, In patent EP-157 683 the elution is carried out with a solution of Ca, Be or Sr salts (anicns nitrates, formiates or acetates), the REI are separated from the eluting solution,
rincées, mises en suspension dans l'eau puis bitumées. rinsed, suspended in water and then asphalted.
Le prétraitement a pour fonction de remplacer les ions H+, Na+, OH, Cl des REI par les ions de la solutions éluante plus volumineux qui modifient le réseau tridimensionnel des REI de façon à empêcher la pénétration de l'eau dans les enrobés bitumineux plongés dans le milieu de lixiviation. Ainsi le risque de The pretreatment has the function of replacing the H +, Na +, OH, Cl ions of the REIs by the ions of the larger eluting solution which modify the three-dimensional network of the REIs so as to prevent the penetration of water into the bituminous mixes immersed in the leach medium. So the risk of
gonflement est extrêmement réduit. swelling is extremely reduced.
Selon ces procédés de traitement des REI employant une élution pour éliminer les ions gênants des REI - ces ions étant gênants ou bien par leur action sur le milieu solidifiant ou bien par leur aptitude à permettre la reprise d'eau par les REI- les REI According to these REI treatment methods employing an elution to remove the annoying REI ions - these ions being annoying either by their action on the solidifying medium or by their ability to allow water to be taken up by the REIs.
sont séparées de la solution éluante avant d'être immobilisées. are separated from the eluting solution before being immobilized.
La présente demande propose un procédé à L'échelLe industrielle pour traiter les REI éventuellement chargées en borates par un Liant hydraulique en une seule fois, sur le même lieu, au même moment et ce pour obtenir des enrobés répondant aux The present application proposes an industrial scale process for treating REIs possibly loaded with borates by a hydraulic binder in one go, on the same place, at the same time and this in order to obtain coated materials meeting the
normes de sûreté en vigueur dans Le pays. safety standards in force in the country.
Ledit procédé comporte une étape de prétraitement par éLution suivie d'une étape de solidification par prise de liant hydraulique, les conditions de l'élution permettant d'obtenir de façon surprenante un milieu solidifiable, tel que obtenu, par un liant hyrdaulique bien qu'étant chargé en divers ions, en Said method comprises a pretreatment step by elution followed by a solidification step by taking a hydraulic binder, the conditions of the elution making it possible to surprisingly obtain a solidifiable medium, as obtained, with a hyrdaulic binder although being charged with various ions,
particulier en borates.especially in borates.
Plus précisément, l'objet de l'invention est un procédé d'immobilisation par un liant hydraulique de résines échangeuses d'ions (REI) radioactives pouvant contenir des borates dans une quantité pouvant aller jusqu'à l'équivalent de 1000 en g H3 B03/kg de REI sèche, caractérisé en ce que les REI sont décantées puis mises au contact pendant 3 h au plus, avec une solution éluante de à 300 g/l en Ca (NO3)2 à raison de 1 à 2 l/kg REI décantées et que, au milieu de pH >9 est ajouté un liant hydraulique à faible chaleur d'hydratation de façon à ce que le rapport Eau de la solution éluante/liant (en poids) soit compris entre 0,3 et 0,5 et que le taux d'incorporation F = REI décantées/Enrobé (en poids) More specifically, the subject of the invention is a process for immobilizing radioactive ion-exchange resins (REIs) which can contain borates in a quantity which can range up to the equivalent of 1000 g H3 using a hydraulic binder. B03 / kg of dry REI, characterized in that the REI are decanted and then placed in contact for at most 3 h, with an eluting solution of at 300 g / l of Ca (NO3) 2 at a rate of 1 to 2 l / kg Decanted REI and that, in the middle of pH> 9, is added a hydraulic binder at low heat of hydration so that the water ratio of the eluting solution / binder (by weight) is between 0.3 and 0.5 and that the incorporation rate F = REI settled / coated (by weight)
soit compris entre 3 et 10 %.is between 3 and 10%.
Les résines échangeuses d'ions issues des installations nucléaires (cationiques, anioniques ou en lit mélangé) sont collectées, stockées puis envoyées à l'unité de traitement. On ne connait donc pas, de façon précise, en général avant de la traiter, leur composition, la nature et la quantié des ions qu'elles contiennent. De toute façon, il n'est pas facile d'indiquer une limite précise de la quantité de borates pouvant être fixée puisque des molécules condensées peuvent se former et se fixer. On a estimé à 1000 g eq H3 BO3 une quantité importante, une quantité moyenne serait Ion exchange resins from nuclear installations (cationic, anionic or mixed bed) are collected, stored and then sent to the processing unit. It is therefore not known, in a precise manner, in general before treating it, their composition, the nature and the quantity of the ions which they contain. In any case, it is not easy to indicate a precise limit of the quantity of borates which can be fixed since condensed molecules can form and fix. We estimated at 1000 g eq H3 BO3 a significant amount, an average amount would be
de 500 g eq H3 B03.of 500 g eq H3 B03.
Les REI stockées sont sous forme de suspension. Selon le procédé objet de l'invention, Les REI à traiter sont dans un premier temps laissées à décanter, le surnageant est ôté (pompage, ). Les REI saturées en eau obtenues (dites 100 % décantées) sont aLors pesées. Le poids de REI 100 % décantées introduites pour le traitement sera la référence à partir de laquelle seront calculées The stored REIs are in the form of a suspension. According to the process which is the subject of the invention, the REIs to be treated are initially left to settle, the supernatant is removed (pumping,). The water-saturated REIs obtained (called 100% decanted) are then weighed. The weight of 100% decanted REI introduced for treatment will be the reference from which will be calculated
les quantités de matière ajoutées par la suite. the quantities of material added thereafter.
La mise en contact des REI avec la solution éluante a pour but: - de fixer sur les REI Les ions de la solution éLuante, ions favorables à l'immobilisation par le liant hydraulique; - de mettre en solution les ions des REI parmi lesquels des ions gênants pour l'immobilisation par le liant hydraulique; - de faire précipiter dans la solution lesdits ions gênants sous forme de solides insolubles dans les conditions de l'immobilisation The purpose of bringing the REIs into contact with the eluting solution is: - to fix the ions of the eluting solution on the REIs, ions favorable for immobilization by the hydraulic binder; - to put in solution the REI ions, among which are troublesome ions for immobilization by the hydraulic binder; - to precipitate in the solution said troublesome ions in the form of insoluble solids under the conditions of immobilization
par le liant hydraulique.by the hydraulic binder.
La précipitation se combine à l'élution de telle sorte que l'efficacité de l'éLution est nettement améliorée: les ions élués précipitant, leur concentration dans la solution diminuant, l'équilibre entre les borates dans les REI et les borates en The precipitation combines with the elution so that the efficiency of the elution is clearly improved: the eluted ions precipitating, their concentration in the solution decreasing, the balance between the borates in the REI and the borates in
solution est déplacé.solution is moved.
La solution éluante choisie est une solution aqueuse de The eluting solution chosen is an aqueous solution of
nitrate de calcium faisant précipiter des borates de calcium. calcium nitrate causing calcium borates to precipitate.
L'effet favorable sur l'élution de la précipitation permet un temps rapide de contact: moins de 3 h, et de préférence 1 h. Ce temps de contact a été déterminé, ainsi que la quantité d'équivalents -g cation ou anion et la quantité d'eau apportées par la solution éluante par kg de REI à partir de The favorable effect on the elution of the precipitation allows a rapid contact time: less than 3 h, and preferably 1 h. This contact time was determined, as well as the amount of equivalents -g cation or anion and the amount of water provided by the eluting solution per kg of REI from
nombreux essais effectués par la demanderesse. numerous tests carried out by the applicant.
Il n'était en effet pas possible de choisir des valeurs de procédé- ne connaissant ni la composition, ni la capacité It was indeed not possible to choose process values - knowing neither the composition nor the capacity
d'échange théorique des REI de départ, ni leur teneur en borates. theoretical exchange of starting REIs, nor their borate content.
Par ailleurs, le volume de solution éluante introduit pour cette élution a une influence directe sur l'étape suivante de traitement par la liant hydraulique, car tout le volume est Furthermore, the volume of eluting solution introduced for this elution has a direct influence on the next step of treatment with the hydraulic binder, because the entire volume is
conservé pour ce traitement.kept for this treatment.
En effet, le rapport Eau de la solution éLuante (en poids)/liant (en poids) doit être compris dans des limites strictes. De sorte que le poids du liant ajouté dépend du volume de la solution éluante, donc le poids de l'enrobé (liant+solution In fact, the water ratio of the eluting solution (by weight) / binder (by weight) must be included within strict limits. So that the weight of the added binder depends on the volume of the eluting solution, therefore the weight of the mix (binder + solution
éluante+REI) en dépend également. elected + REI) also depends on it.
Or, il n'est pas possible d'augmenter inconsidérément le poids de l'enrobé, des problèmes de manutention et de stockage se However, it is not possible to inconsiderately increase the weight of the mix, handling and storage problems arise.
posent.pose.
Il fallait donc choisir la concentration et le volume de solution éluante de façon à ce que: - l'élution soit efficace (précipitation effective et fixation); - il n'y ait pas besoin de rajouter d'eau pour respecter les rapports E/C et F; - le poids de l'enrobé final ne soit pas démesuré; - le volume de solution ne soit pas trop important pour que élution et traitement par le liant puissent avoir lieu dans le même appareil. Simultanément, il fallait déterminer le temps de contact compatible avec les contraites de procédé: - élution et précipitation suffisantes pour que l'effet retardant It was therefore necessary to choose the concentration and the volume of eluting solution so that: - the elution was effective (effective precipitation and fixation); - there is no need to add water to respect the E / C and F ratios; - the weight of the final mix is not excessive; - The volume of solution is not too large for elution and treatment with the binder can take place in the same device. Simultaneously, it was necessary to determine the contact time compatible with the process constraints: - sufficient elution and precipitation for the delaying effect
sur la prise des borates ne soit plus sensible. on taking borates is no longer sensitive.
- les contraintes industrielles: temps de contact le plus court - industrial constraints: shortest contact time
possible pour pouvoir produire le plus d'enrobés possible par jour. possible to be able to produce as much asphalt as possible per day.
Les expériences faites par la demanderesse montrent que l'optimum est atteint avec une solution aqueuse de Ca(NO3)2 contenant 100 à 300 g/l de nitrate de calcium à raison de 1 à 2 l/ The experiments carried out by the applicant show that the optimum is reached with an aqueous solution of Ca (NO3) 2 containing 100 to 300 g / l of calcium nitrate at a rate of 1 to 2 l /
Kg de REI 100 % décantées et un temps de contact de 3 h au plus. Kg of REI 100% decanted and a contact time of 3 hours at most.
Il est bien évident que le temps de contact et la quantité d'ions amenés dépendent de la teneur en borates qui est It is quite obvious that the contact time and the quantity of ions brought depend on the content of borates which is
inconnue en général.generally unknown.
Les valeurs préférées correspondent à des enrobés en accord avec les normes de sûreté françaises: concentration de la solution éluante = environ 200 g/l; environ 1 l/kg REI 100 % décantées; temps de contact de 1 h. L'exploitant pourra choisir d'autres valeurs dans les plages données selon les normes qu'il aura à respecter: pour des normes moins contraignantes, il pourra avantageusement abaisser le temps de contact. Il est certain que plus le temps de contact se prolonge plus l'élution est importante donc les ions gênants sont The preferred values correspond to coated materials in accordance with French safety standards: concentration of the eluting solution = approximately 200 g / l; approximately 1 l / kg REI 100% decanted; 1 hour contact time. The operator can choose other values in the given ranges according to the standards he will have to respect: for less restrictive standards, he can advantageously reduce the contact time. It is certain that the longer the contact time, the greater the elution, therefore the annoying ions are
bloqués dans la solution par précipitation. blocked in solution by precipitation.
Pour augmenter l'efficacité de l'éLution, il est avantageusement ajouté en même temps que la solution éluante de la chaux (de préférence sous forme solide pour ne pas rajouter d'eau) To increase the efficiency of elution, it is advantageously added at the same time as the eluting solution of lime (preferably in solid form so as not to add water)
à raison de moins de 200 g/kg de REI 100 % décantées. at a rate of less than 200 g / kg of REI 100% decanted.
L'élution a donc lieu selon un processus discontinu en une seule étape: aux REI 100 % décantées est ajoutée, sous agitation, la solution éluante. Avantageusement, la décantation, l'élution et le traitement par le liant hydraulique ont lieu dans The elution therefore takes place according to a discontinuous process in a single step: to the 100% decanted REI is added, with stirring, the eluting solution. Advantageously, decantation, elution and treatment with the hydraulic binder take place in
le même appareil (un malaxeur-mélangeur). the same device (a mixer).
C'est une caractéristique importante du procédé de traiter la totalité du mélange obtenu à l'issue de l'étape d'élution. En effet, ainsi que le montre l'art antérieur, lorsqu'il y a élution sur des REI, il y a ensuite séparation des REI de la solution. Au mélange obtenu est donc ajouté sous agitation le liant hydraulique à faible chaleur d'hydratation, le milieu étant à un pH It is an important characteristic of the process to treat the entire mixture obtained at the end of the elution step. Indeed, as the prior art shows, when there is elution on REIs, there is then separation of the REIs from the solution. To the mixture obtained is therefore added with stirring the hydraulic binder at low heat of hydration, the medium being at a pH
au moins égal à 9.at least equal to 9.
De préférence, il s'agit d'un ciment de laitier, qui présente de plus lorsqu'il est durci une faible porosité et une faible permeabilité. Les ciments de laitier contiennent des taux variables de clinker (le clinker étant responsable de l'exothermicité de la réaction d'hydratation), citons à titre Preferably, it is a slag cement, which, when hardened, has a low porosity and low permeability. The slag cements contain variable levels of clinker (the clinker being responsible for the exothermicity of the hydration reaction), let us quote as
d'exemple:example:
En France ciment: CLK> 80 % laitier, < 3 % additifs CHF 40 à 75 % laitier, 3 % additifs CLC 20 à 45 % laitier, <3 % additifs, 20-45 % cendres. Aux U.S.A.: Portland Blast furnace 25-65 % laitier En R.F.A.: Eisenportland cement> 40 % laitier Au Japon: BLast furnace cernent type C 60-70 % laitier Parmi ces ciments, ceux à forte proportion de laitier (>60%) sont préférés. En France, le chois se portera sur le ciment In France cement: CLK> 80% dairy, <3% additives CHF 40 to 75% dairy, 3% CLC additives 20 to 45% dairy, <3% additives, 20-45% ash. In the USA: Portland Blast furnace 25-65% dairy In FRG: Eisenportland cement> 40% dairy In Japan: BLast furnace surround type C 60-70% dairy Among these cements, those with a high proportion of dairy (> 60%) are preferred . In France, the choice will focus on cement
CLK.CLK.
Avec le liant hydraulique, d'autres additifs peuvent être introduits tels que des charges, des plastifiants... La matrice finale dans laquelle sont immobilisées les REI, est à base de'liant hydraulique mais peut contenir d'autres éLéments en moindre With the hydraulic binder, other additives can be introduced such as fillers, plasticizers ... The final matrix in which the REI are immobilized, is based on hydraulic binder but may contain other elements in lesser
quantité.quantity.
La quantité de liant ajoutée est telle que le rapport poids d'eau de la solution éluante/poids de liant soit compris entre 0,3 et 0,5 et de préférence 0,4 pour un taux d'incorporation des REI F = poids des REI décantées/poids de l'enrobé compris entre The amount of binder added is such that the weight ratio of water of the eluting solution / weight of binder is between 0.3 and 0.5 and preferably 0.4 for a rate of incorporation of REI F = weight of Decanted REI / mix weight between
3 et 10 %.3 and 10%.
Le poids de l'enrobé sera égal à la somme du poids de la solution éluante plus celui des REI 100 % décantées plus celui du liant. The weight of the mix will be equal to the sum of the weight of the eluting solution plus that of the 100% decanted REIs plus that of the binder.
Des exemples illustreront mieux l'invention. Examples will better illustrate the invention.
ExempLe 1EXAMPLE 1
Soit un lot de REI boratées en suspension à traiter - Ni la composition de ce lot, ni le type exact de REI, ni leur contenu en Either a batch of borated REI in suspension to be treated - Neither the composition of this batch, nor the exact type of REI, nor their content in
borates ne sont connus pour le traitement. borates are only known for treatment.
En fait ces REI contiennent 350 g. éq H3 B03/kg REI In fact these REI contain 350 g. eq H3 B03 / kg REI
sèches, ce sont des REI anioniques Amberlites IRN 78 LCL. dry, these are anionic REI Amberlites IRN 78 LCL.
Le lot de REI est amené dans un malaxeur mélangeur construit par la société GUEDU, audit appareil est associé un dispositif de pesée. Apres repos pendant lequel les REI décantent, The batch of REI is brought into a mixing mixer built by the company GUEDU, said device is associated with a weighing device. After rest during which the REI decant,
la solution surnageante est pompée. the supernatant solution is pumped.
L'appareil est pesé, le poids des REI 100 % décantées est déterminé. Aux 16,5 kg de REI 100 % décantées obtenus, 30 l de solution aqueuse de Ca(N03)2 à 200 g/l est ajouté ainsi que 0,8 kg de chaux solide, le tout est agité 1 h. The device is weighed, the weight of the 100% decanted REI is determined. To the 16.5 kg of 100% decanted REI obtained, 30 l of aqueous Ca (NO 3) solution 2 to 200 g / l are added as well as 0.8 kg of solid lime, the whole is stirred for 1 h.
75 kg de ciment CLK sont ensuite ajoutées sous agitation. 75 kg of CLK cement are then added with stirring.
L'ensemble est malaxé, déversé dans un conteneur selon les conditions habituelles du traitement des déchets par un liant hydraulique. Le poids de l'enrobé obtenu est de 120 kg environ, ce qui représente un taux d'incorporation F' de 4 % en résines sèches, un rapport Eau totale/ciment = 0,5 (eau totale = eau de la solution saturante + eau de constitution des REI + eau interstitielle présente dans les REI 100 % décantées) et un facteur d'augmentation The whole is kneaded, poured into a container according to the usual conditions for the treatment of waste with a hydraulic binder. The weight of the mix obtained is approximately 120 kg, which represents an incorporation rate F 'of 4% in dry resins, a total water / cement ratio = 0.5 (total water = water in the saturating solution + REI constitution water + interstitial water present in 100% decanted REIs) and an increase factor
de volume f de 4,7.of volume f of 4.7.
Des carottages sont effectués dans cet enrobé et les Core drilling is carried out in this asphalt and the
échantillons prélevés sont testés en résistance mécanique. samples taken are tested for mechanical strength.
La résistance mécanique à la compression est de plus de bars à 7 jours, plus de 200 bars à 14 jours, et plus de 300 The mechanical resistance to compression is more than bars at 7 days, more than 200 bars at 14 days, and more than 300
bars à 2 x 28 jours.bars at 2 x 28 days.
Exempte 2 Le même lot que précédemment est décanté, pesé (16,5 kg) et élué par 21,5 I d'une solution aqueuse à 200 g/l de Ca (NO3)2 -51 kg de Free 2 The same batch as above is decanted, weighed (16.5 kg) and eluted with 21.5 I of an aqueous solution containing 200 g / l of Ca (NO3) 2 -51 kg of
ciment CLK sont ajoutés.CLK cement are added.
On a alors F' = 8 % (en résines sèches) f = 3,5 En contre-partie d'une meilleure incorporation on a un moindre durcissemment puisque la résistance à la compression est We then have F '= 8% (in dry resins) f = 3.5 In return for better incorporation there is less hardening since the compressive strength is
de moins de 10 bars à 7 jours et de plus de 200 bars à 28 jours. less than 10 bars at 7 days and more than 200 bars at 28 days.
Ce procédé, nécessitant pour être mis en oeuvre un appareillage unique composé d'un malaxeur, applicable à toute REI utilisée en milieu nucléaire, apporte une simplification très importante au niveau industriel dans le bétonnage des REI radioactives. Le procédé objet de l'invention présente donc plusieurs avantages essentiels pour une exploitation industrielle en milieu nucléaire. Le premier est d'éviter les transferts de matériaux actifs: il suffit d'amener les déchets à traiter. Aucun soutirage, hors la coulée du produit final dans un conteneur, n'est This process, requiring to be implemented a single apparatus composed of a mixer, applicable to any REI used in nuclear environment, brings a very important simplification at the industrial level in the concreting of radioactive REI. The process which is the subject of the invention therefore has several essential advantages for industrial exploitation in a nuclear environment. The first is to avoid transfers of active materials: it suffices to bring the waste to be treated. No racking, apart from pouring the final product into a container, is
nécessaire, ni des traitements parallèles d'effluents extraits. necessary, nor parallel treatments of extracted effluents.
Ceci parce que tout le traitement peut être effectué dans This is because all of the processing can be done in
un seul appareil: le malaxeur.one device: the mixer.
Le second avantage est la simplicité de mise en oeuvre du procédé. Une REI arrive, on ne connaît rien de son passé. Elle peut être immobilisée de façon à être acceptable selon les critères de sûreté. Il suffit de déterminer son poids à l'état décanté et se placer dans les plages de valeurs indiquées par le procédé objet de l'invention. The second advantage is the simplicity of implementing the method. An REI arrives, we know nothing of its past. It can be immobilized so as to be acceptable according to safety criteria. It suffices to determine its weight in the decanted state and to place itself within the ranges of values indicated by the process which is the subject of the invention.
Par ailleurs, l'élution est une opération facile. Furthermore, elution is an easy operation.
Toutes les opérations faciles, tous les appareillages simples sont recherchés en milieu nucléaire o le moindre problème soulève des difficultés quant à l'invention humaine (la manipulation manuelle sur place) et quant à la décontamination ou All the easy operations, all the simple apparatuses are sought in nuclear environment o the least problem raises difficulties as for the human invention (manual manipulation on the spot) and as for the decontamination or
confinement des matières radioactives. containment of radioactive material.
Un troisième avantage est de pouvoir traiter n'importe quelle REI provenant d'une installation nucléaire, qu'elle contienne ou non des borates et même en grande quantité. Il y a là A third advantage is to be able to process any REI coming from a nuclear installation, whether or not it contains borates and even in large quantities. There's the
encore une unicité dans le traitement. still a uniqueness in the treatment.
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