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FR3080112A1 - PROCESS FOR PACKAGING BORATE WASTE BY CEMENTING - Google Patents

PROCESS FOR PACKAGING BORATE WASTE BY CEMENTING Download PDF

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FR3080112A1
FR3080112A1 FR1853331A FR1853331A FR3080112A1 FR 3080112 A1 FR3080112 A1 FR 3080112A1 FR 1853331 A FR1853331 A FR 1853331A FR 1853331 A FR1853331 A FR 1853331A FR 3080112 A1 FR3080112 A1 FR 3080112A1
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calcium phosphate
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Gaetan Bigoin
Jose Marrillet
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Onet Technologies CN SAS
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Abstract

La présente invention concerne un procédé de conditionnement de déchets à base de borates et sels alcalins par immobilisation dans une matrice de cimentation dans lequel on mélange les dits déchets à des réactifs conduisant à un ciment de phosphate de zinc et/ou de phosphate de calcium, les dits réactifs comprenant de d'acide phosphorique H3PO4 dans de l'eau et ZnO pour le ciment de phosphate de zinc et CaO pour le ciment de phosphate de calcium. La présente invention concerne également une matrice cimentaire comprenant des déchets à base de borates et sels alcalins obtenue par un procédé de conditionnement selon l'invention.The present invention relates to a process for conditioning waste based on borates and alkaline salts by immobilization in a cementing matrix in which said waste is mixed with reagents leading to a cement of zinc phosphate and / or of calcium phosphate, said reagents comprising phosphoric acid H3PO4 in water and ZnO for zinc phosphate cement and CaO for calcium phosphate cement. The present invention also relates to a cementitious matrix comprising waste materials based on borates and alkaline salts obtained by a packaging method according to the invention.

Description

Procédé de conditionnement de déchets de borates par cimentation.Process for conditioning borate waste by cementing.

Le domaine de la présente invention est celui des procédés de conditionnement des déchets dangereux notamment les déchets radioactifs de l'industrie nucléaire.The field of the present invention is that of packaging methods for hazardous waste, in particular radioactive waste from the nuclear industry.

Plus particulièrement, la présente invention concerne la cimentation qui est une technique souvent utilisée dans les procédés de conditionnement de déchets solides ou des procédés d'enrobage des déchets en solution ou sous forme pulvérulente. Ce procédé de cimentation sert à produire des colis de déchets hétérogènes (déchets solides) ou homogènes (déchets liquides), bien stabilisés dans le temps.More particularly, the present invention relates to cementing which is a technique often used in solid waste conditioning processes or processes for coating waste in solution or in powder form. This cementing process is used to produce heterogeneous (solid waste) or homogeneous (liquid waste) waste packages, well stabilized over time.

Ces procédés de cimentation pour stabiliser des déchets en vue de leur entreposage final sont des procédés relativement simples et faciles à mettre en œuvre une fois trouvé la bonne formulation du ciment. Mais, la formulation du ciment pour l'incorporation d'un déchet dans une matrice cimentaire n'est pas toujours facile, car de nombreux équilibres entre les phases hydratées du ciment et les constituants de déchets se produisent qui peuvent inhiber les temps de prise du ciment et/ou altérer les propriétés de résistance mécanique ou imperméabilité du matériau final de matrice cimentaire.These cementing processes to stabilize waste for final storage are relatively simple and easy to implement once the correct formulation of the cement has been found. However, the formulation of cement for incorporating a waste into a cement matrix is not always easy, since many balances between the hydrated phases of the cement and the waste constituents occur which can inhibit the setting times of the cement. cement and / or alter the mechanical strength or impermeability properties of the final cement matrix material.

Plus particulièrement encore, la présente invention concerne le conditionnement des déchets à base de borates notamment sous forme de borax et de sels alcalins notamment pour l'immobilisation des déchets boratés des concentrats d'évaporateur de centrale nucléaire.More particularly still, the present invention relates to the packaging of borate-based waste, in particular in the form of borax and alkaline salts, in particular for the immobilization of borated waste from evaporator concentrates of a nuclear power plant.

Le ciment Portland est le matériau le plus largement utilisé pour incorporer et stabiliser des déchets en formant ainsi une matrice de confinement ou par simple enrobage des particules du déchet. Les ciments Portland sont des liants hydrauliques qui font prise et durcissent en vertu d'une réaction chimique à l'eau appelée hydratation. Lorsqu'on ajoute la pâte (ciment, air et eau) aux granulats (sable et gravier, pierre concassée ou autre matériau granulaire), elle agit comme une colle et lie ensemble les granulats pour former une masse semblable à de la pierre, le béton, le matériau artificiel le plus polyvalent et le plus répandu qui existe. Le ciment Portland est obtenu en réduisant en poudre un clinker constitué essentiellement de silicates de calcium hydrauliques auxquels on ajoute diverses formes de sulfate de calcium (gypse/plâtre), du calcaire et de l'eau, ainsi que divers produits d'addition au choix du fabricant comme de la chaux, de la silice, de l'alumine et du fer.Portland cement is the most widely used material for incorporating and stabilizing waste, thereby forming a containment matrix or simply coating the waste particles. Portland cements are hydraulic binders that set and harden under a chemical reaction to water called hydration. When the paste (cement, air and water) is added to the aggregates (sand and gravel, crushed stone or other granular material), it acts as an adhesive and binds the aggregates together to form a mass similar to stone, concrete , the most versatile and widespread artificial material that exists. Portland cement is obtained by reducing to a powder a clinker essentially consisting of hydraulic calcium silicates to which various forms of calcium sulphate (gypsum / plaster), limestone and water are added, as well as various addition products of choice from the manufacturer such as lime, silica, alumina and iron.

Le terme borate désigne une vaste gamme de composés moléculaires constitués d'atomes de bore et d'oxygène incluant les hydroborates, qui contiennent également l'ion ou la fonction hydroxyle, ainsi que diverses formes hydratées. Les plus communs sont l'ion tétraborate, B4O7 2_ et l'ion hydrogénotétraborate, HB4O7-. Le tétraborate de sodium anhydride Na2B4O7 se trouve plus communément à l'état hydraté sous forme de borax, de formule brute Na2B4O7«10H2O aussi appelé tétraborate de sodium décahydraté ou borate hydraté de sodiumThe term borate refers to a wide range of molecular compounds made up of boron and oxygen atoms including hydroborates, which also contain the ion or hydroxyl function, as well as various hydrated forms. The most common are the tetraborate ion, B 4 O 7 2_ and the hydrogenotetraborate ion, HB 4 O 7 -. The sodium tetraborate anhydride Na 2 B 4 O 7 is more commonly found in the hydrated state in the form of borax, with the crude formula Na 2 B 4 O 7 "10H 2 O also called sodium tetraborate decahydrate or hydrated sodium borate

Les déchets riches en ions borates présentent des difficultés d'immobilisation en utilisant le ciment Portland car les ions borates inhibent la prise et le durcissement du ciment Portland, conduisant à des durées de durcissement inacceptables, pouvant aller jusqu'à plusieurs jours. Alors que le temps de prise requis du ciment ne doit pas dépasser 48h, de préférence entre 6 et 24 heures, pour une exploitation industrielle économiquement acceptable.Waste rich in borate ions presents difficulties of immobilization using Portland cement because borate ions inhibit the setting and hardening of Portland cement, leading to unacceptable hardening times, up to several days. While the required setting time of the cement must not exceed 48 hours, preferably between 6 and 24 hours, for an economically acceptable industrial operation.

Un but de la présente invention est de fournir des solutions économiques et fiables et sans nuisance environnementales pour la cimentation des déchets de borates avec des temps de prise requis du ciment ne dépassant pas 48h et des propriétés de résistance mécanique et imperméabilité adapté à un entreposage à long terme.An object of the present invention is to provide economical and reliable solutions without environmental nuisance for the cementing of borate waste with required setting times of the cement not exceeding 48 hours and properties of mechanical resistance and impermeability suitable for storage at long term.

Deux approches principales ont été envisagées pour réduire l'effet retardateur des ions borates, soit par un prétraitement chimique des flux de déchets afin de convertir les espèces participantes en d'autres composés, soit par l'utilisation d'un ciment spécifique.Two main approaches have been considered to reduce the retarding effect of borate ions, either by chemical pretreatment of waste streams to convert the participating species to other compounds, or by the use of a specific cement.

Un prétraitement chimique du déchet connu consiste à ajouter de la portlandite Ca(OH)2 au ciment Portland afin de précipiter des borates comme hexahydroborite de calcium. Cette stratégie permet de réduire le temps de prise, mais le temps de prise reste important et dans certains casjusqu'à plusieurs semaines/mois pour durcir. En outre, l'hexahydroborite de calcium est rapidement déstabilisé dans la matrice du ciment, du fait d'une réaction entre l'aluminate tricalcique, la portlandite et les ions borates conduisant à la formation progressive des hydrates de mono ou quadriboroaluminate de calcium hydraté.A chemical pretreatment of known waste consists in adding portlandite Ca (OH) 2 to Portland cement in order to precipitate borates such as calcium hexahydroborite. This strategy makes it possible to reduce the setting time, but the setting time remains significant and in certain cases up to several weeks / month to harden. In addition, calcium hexahydroborite is rapidly destabilized in the cement matrix, due to a reaction between the tricalcium aluminate, portlandite and borate ions leading to the progressive formation of hydrates of hydrated calcium mono or quadriboroaluminate.

En ce qui concerne l'utilisation d'un ciment spécifique pour limiter les retards à l'hydratation des ions borates, on a proposé d'utiliser un ciment suifoalumineux constitué d'un mélange du ciment Portland, du ciment alumineux et de la chaux, dont l'objectif est d'incorporer le bore. Des études réalisées par Qina Sun et al. (Q. Sun, J. Li, and J. Wang, Solidification of borate radioactive resins using sulfoaluminate cernent blending with zeolite, Nucl. Eng. Des., vol. 241, no. 12, pp. 5308-5315, 2011), une matrice ciment sulfoalumineux-zéolite a été utilisée pour étudier la cimentation des résines échangeuses d'ions borates. Plusieurs formes de déchets simulés avec des concentrations de bore varies de 9.9 à 44.9 g/L et des rapports molaires de Na/B de 0.15 à 0.46 ont été traités par deux formulations de ciments (sulfo-aluminate et Portland) avec addition de Ca(OH)2, de la zéolite et d'accélérateur de prise. Les résultats expérimentaux ont montré que le bore retarde toujours le temps de prise pour les deux formules du ciment, et le temps de fin de prise augmente avec la diminution du rapport Na/B et l'augmentation de concentration en bore.As regards the use of a specific cement to limit the delays in the hydration of borate ions, it has been proposed to use a sulfur-aluminum cement made up of a mixture of Portland cement, aluminous cement and lime, whose objective is to incorporate boron. Studies by Qina Sun et al. (Q. Sun, J. Li, and J. Wang, Solidification of borate radioactive resins using sulfoaluminate cernent blending with zeolite, Nucl. Eng. Des., Vol. 241, no. 12, pp. 5308-5315, 2011), a sulfoaluminous cement-zeolite matrix was used to study the cementation of borate ion exchange resins. Several forms of waste simulated with boron concentrations varied from 9.9 to 44.9 g / L and molar ratios of Na / B from 0.15 to 0.46 were treated by two cement formulations (sulfo-aluminate and Portland) with the addition of Ca ( OH) 2, zeolite and setting accelerator. The experimental results have shown that boron always delays the setting time for the two cement formulas, and the setting end time increases with the decrease in the Na / B ratio and the increase in boron concentration.

Selon la présente invention, on a tout d'abord recherché et étudié d'autres ciments alternatifs au ciment Portland pour finalement étudier plus précisément les ciments phosphates afin de trouver des solutions à ce problème de temps de prise, du fait que certains ciments à base de phosphates possèdent d'excellentes propriétés, telles que leur prise rapide et propriétés mécaniques.According to the present invention, we first researched and studied other alternative cements to Portland cement to finally study more specifically phosphate cements in order to find solutions to this problem of setting time, since certain cements based on phosphates have excellent properties, such as their rapid setting and mechanical properties.

Les ciments phosphates sont synthétisés à la suite d'une réaction rapide de type acide-base, à température ambiante, entre un acide liquide ou solide habituellement sous forme de phosphate acide et une base, habituellement sous la forme d'un oxyde en poudre d' oxydes métalliques divalents tels que les oxydes de magnésium, de calcium et de zinc (CaO, MgO et ZnO) et oxyde d'aluminium (AI2O3) et l'oxyde de fer (FeiCh).Phosphate cements are synthesized following a rapid reaction of acid-base type, at room temperature, between a liquid or solid acid usually in the form of acid phosphate and a base, usually in the form of a powdered oxide of 'divalent metal oxides such as magnesium, calcium and zinc oxides (CaO, MgO and ZnO) and aluminum oxide (AI2O3) and iron oxide (FeiCh).

La formation des ciments acide-base peut se résumer selon les étapes suivantes:The formation of acid-base cements can be summarized according to the following stages:

a) Dissolution des oxydes dans une solution acide pour former des cations,a) Dissolution of the oxides in an acid solution to form cations,

b) Réaction acide-base entre les cations et les anions phosphates pour former un gel,b) Acid-base reaction between cations and phosphate anions to form a gel,

c) Formation d’un réseau connecté pouvant être cristallin, semicristallin ou amorphe. Ce stade dépend de plusieurs paramètres, en particulier, du taux de dissolution des oxydes dans la solution acide. Dans les meilleures conditions, le gel cristallise autour du noyau de chaque grain d'oxyde n'ayant pas réagi, pour former un matériau dense.c) Formation of a connected network which can be crystalline, semi-crystalline or amorphous. This stage depends on several parameters, in particular, the rate of dissolution of the oxides in the acid solution. In the best conditions, the gel crystallizes around the core of each unreacted oxide grain, to form a dense material.

Comme source d'acide, on utilise généralement, une solution d'un phosphate acide, dans laquelle les bases se dissolvent modérément. Les acides phosphates sont nombreux et un choix au préalable est nécessaire pour la production du ciment phosphate souhaité. Le phosphate d'ammonium NH4H2PO4 et le phosphate de diammonium (NhkhHPO ont joué un rôle majeur dans la formation du ciment phosphate, mais ils libèrent de l'ammoniac pendant la formation du ciment et même après. Ils sont utilisés pour des applications extérieures telles que des matériaux de réparation routière mais pratiquement aucune application intérieure n'a été trouvée pour ces produits. L'utilisation de NaH2PO4 conduit à la formation d'une phase amorphe non condensé et le produit final manque de cohésion et se désagrège dans l'eau. Le ciment a tendance à développer des microfissures au fil du temps parce que l'ion Na+ est une espèce mobile qui peut facilement être extraite du matériau par lixiviation aqueuse. Les composés AIHsiPO^z’HzO et CaCHzPO^z'HjO réagissent trop rapidement et par conséquent des objets de grande taille sont difficiles à fabriquer avec ces précurseurs.KH2PO4 est la forme phosphate acide la plus utilisée dans la production d'objets de grande taille et elle permet de produire d'excellents ciments.As an acid source, a solution of an acid phosphate is generally used, in which the bases dissolve moderately. The phosphate acids are numerous and a choice beforehand is necessary for the production of the desired phosphate cement. Ammonium phosphate NH4H2PO4 and diammonium phosphate (NhkhHPO played a major role in the formation of phosphate cement, but they release ammonia during and after cement formation. They are used for exterior applications such as road repair materials but practically no interior application has been found for these products The use of NaH2PO4 leads to the formation of an uncondensed amorphous phase and the final product lacks cohesion and disintegrates in water. Cement tends to develop microcracks over time because the Na + ion is a mobile species which can easily be extracted from the material by aqueous leaching. The compounds AIHsiPO ^ z'HzO and CaCHzPO ^ z'HjO react too quickly and therefore large objects are difficult to manufacture with these precursors.KH2PO4 is the acid phosphate form most used in the production of ets of large size and it allows to produce excellent cements.

L'acide phosphorique H3PO4 a aussi été utilisé pour la fabrication des ciments phosphates. Une fois dissout dans l'eau, ce tri-acide cède ses protons en formant des anions phosphates (H2PO4‘, HPO4 2et PO43').Phosphoric acid H 3 PO 4 has also been used for the manufacture of phosphate cements. Once dissolved in water, this tri-acid gives up its protons by forming phosphate anions (H 2 PO 4 ', HPO 4 2 and PO4 3 ').

Les sources basiques sont des oxydes métalliques divalents tels que les oxydes de magnésium, de calcium et de zinc (CaO, MgO et ZnO) sont les principaux candidats à la formation du ciment de phosphate. L'oxyde d'aluminium (AI2O3) et l'oxyde de fer (FezOs), ont aussi un excellent potentiel pour former ces ciments.The basic sources are divalent metal oxides such as magnesium, calcium and zinc oxides (CaO, MgO and ZnO) are the main candidates for the formation of phosphate cement. Aluminum oxide (AI2O3) and iron oxide (FezOs), also have excellent potential for forming these cements.

Les ciments de phosphate de magnésium (aussi dénommé ciment phosphomagnésium), c'est-à-dire obtenus à partir de d'oxyde MgO, ont de nombreuses propriétés intéressantes, telles que : prise (très) rapide, bonne résistance à la compression et à la traction, faible perméabilité, bonne résistance à l'eau avec une perte d'environ 10% après immersion dans l'eau pendant 28 jours, bonne résistance à la chaleur et bonne adhésion avec les surfaces du ciment Portland.Magnesium phosphate cements (also called phosphomagnesium cement), that is to say obtained from MgO oxide, have many interesting properties, such as: (very) fast setting, good resistance to compression and tensile, low permeability, good water resistance with a loss of about 10% after immersion in water for 28 days, good heat resistance and good adhesion with Portland cement surfaces.

Toutefois, les borates ont été employés là encore comme ralentisseur efficace de la vitesse d'hydratation d'un ciment phosphomagnésium obtenu avec des phosphates d'ammonium ou potassium comme source acide (H. Lahalle et al., Investigation of magnésium phosphate cernent hydration in diluted suspension and its retardation by boric acid, Cem. Concr. Res., vol. 87, pp. 77-86, 2016 ; T. Sugama and L. E. Kukacka, Characteristics of magnésium polyphosphate cements derived from ammonium polyphosphate solutions, Cem. Concr. Res., vol. 13, no. 4, pp. 499-506, 1983) afin de bien contrôler le temps de prise. Outre l'effet retardateur des borates, plusieurs autres effets ont été observés, notamment le borax affecte négativement le comportement mécanique du matériau final en termes de résistance à la compression des ciments de phosphate de magnésium.However, borates have again been used as an effective retarder of the rate of hydration of a phosphomagnesium cement obtained with ammonium or potassium phosphates as an acid source (H. Lahalle et al., Investigation of magnesium phosphate surround hydration in diluted suspension and its retardation by boric acid, Cem. Concr. Res., vol. 87, pp. 77-86, 2016; T. Sugama and LE Kukacka, Characteristics of magnesium polyphosphate cements derived from ammonium polyphosphate solutions, Cem. Concr. Res., Vol. 13, no. 4, pp. 499-506, 1983) in order to properly control the setting time. Besides the retarding effect of borates, several other effects have been observed, in particular borax negatively affects the mechanical behavior of the final material in terms of the compressive strength of magnesium phosphate cements.

Les travaux qui ont été menés pour la présente invention ont porté sur l'incorporation de différentes compositions de déchets contenant des ions borates et des sels d'alcalins, dans différents types de ciments phosphates et plus particulièrement des phosphates de magnésium, phosphates de calcium et phosphates de zinc. Ces travaux se sont basés sur des analyses préliminaires de tenue mécanique d'échantillons, complétées par des analyses de composition par diffraction de rayons DRX et structurelle par microscopie électronique MEB et des essais de trempage (parallèles avec l'essai réglementaire de lixiviation) réalisés sur certains échantillons.The work which has been carried out for the present invention has focused on the incorporation of different waste compositions containing borate ions and alkali salts, in different types of phosphate cements and more particularly magnesium phosphates, calcium phosphates and zinc phosphates. These works were based on preliminary analyzes of mechanical strength of samples, supplemented by analyzes of composition by X-ray diffraction and structural by SEM electron microscopy and soaking tests (parallel with the regulatory leaching test) carried out on some samples.

On a ainsi développé selon la présente invention certaines formulations de ciment pour lesquelles la structure du produit final obtenu s'apparente plus à un nouveau matériau du fait d'une réaction chimique entre les déchets de borates et les composants du ciment pour former la matrice cimentaire (à la différence des matrices cimentaires connues dans lesquelles on incorpore le déchet par simple mélange sans interaction chimique entre les déchets et la matrice).Thus, according to the present invention, certain cement formulations have been developed for which the structure of the final product obtained is more like a new material due to a chemical reaction between the borate waste and the components of the cement to form the cement matrix. (unlike the known cementitious matrices in which the waste is incorporated by simple mixing without chemical interaction between the waste and the matrix).

La présente invention fournit des formulations de matrices cimentaires de déchets de borates et ciments à base de phosphate de calcium et de phosphate de zinc obtenu avec l'acide phosphorique en tant que source acide dans la formulation du ciment, formulations permettant d'immobiliser les déchets borates de concentrais d'évaporateurs et possédant des propriétés avantageuses comparées à celles du ciment Portiand, tel qu'un temps de prise très rapide, de bonnes résistances mécaniques à la compression et à la traction et aussi une faible perméabilité à l'eau quand le prise a eu lieu.The present invention provides formulations of cement matrices of borate and cement waste based on calcium phosphate and zinc phosphate obtained with phosphoric acid as an acid source in the formulation of cement, formulations for immobilizing waste borates from evaporator concentrates and having advantageous properties compared to those of Portiand cement, such as a very fast setting time, good mechanical resistance to compression and traction and also a low permeability to water when the taken place.

Plus précisément, la présente invention fournit un procédé de conditionnement de déchets à base de borates et sels alcalins par immobilisation dans une matrice de cimentation dans lequel on mélange aux dits déchets, notamment à une solution aqueuse de dits dechets, des réactifs conduisant à un ciment de phosphate de zinc et/ou un ciment de phosphate de calcium, les dits réactifs comprenant de l'acide phosphorique H3PO4 dans de l'eau et du ZnO pour le ciment de phosphate de zinc et/ou respectivement du CaO pour le ciment de phosphate de calcium.More specifically, the present invention provides a process for conditioning wastes based on borates and alkaline salts by immobilization in a cementing matrix in which the reactants leading to a cement are mixed with said wastes, in particular with an aqueous solution of said wastes. of zinc phosphate and / or a calcium phosphate cement, the said reagents comprising phosphoric acid H 3 PO 4 in water and ZnO for the zinc phosphate cement and / or respectively CaO for the calcium phosphate cement.

Plus particulièrement, les dits déchets sont de déchets radioactifs comprenant principalement du borax à raison d'au moins 100g de borax/kg de déchet notamment de 200 à 750g/kg, et le plus souvent de de 300 à 500g/kg.More particularly, said waste is radioactive waste mainly comprising borax at a rate of at least 100 g of borax / kg of waste, in particular from 200 to 750 g / kg, and most often from 300 to 500 g / kg.

Plus particulièrement encore, les dits déchets contiennent en outre des sels de nitrate, chlorure et/ou sulfate de potassium et/ou de sodium avec chacun des rapports molaires B/Na, B/K et Na/K de 0.5 à 4, de préférence de 1 à 3. On comprend qu'il s'agit des rapports des moles d'atomes de B, Na et K respectivement dans des ions ou composés en contenant.More particularly still, the said wastes also contain nitrate, chloride and / or sulfate salts of potassium and / or sodium with each of the molar ratios B / Na, B / K and Na / K of 0.5 to 4, preferably from 1 to 3. We understand that these are the ratios of the moles of atoms of B, Na and K respectively in ions or compounds containing them.

Plus particulièrement encore, les dits déchets contiennent en outre des sels de nitrate de sodium et/ou nitrate de potassium, de préférence à une concentration globale des dits sels de nitrate de sodium et/ou nitrate de potassium de 50 à 300g/kg de déchet.More particularly still, the said wastes also contain sodium nitrate and / or potassium nitrate salts, preferably at an overall concentration of the said sodium nitrate and / or potassium nitrate salts of 50 to 300 g / kg of waste. .

Plus particulièrement encore, les dits déchets sont des déchets de concentrais d'évaporateurs de centrales nucléaires contenant (a) des composants majoritaires, de préférence à raison d'au moins 95% en poids comprenant du borax et des sels de potassium et sodium choisis parmi NaNO3 et KNO3, et des sels KCI et K2SO4, et (b) des composants minoritaires, de préférence à raison de moins de 5% en poids; comprenant au moins des sels de Ca (NO3)2 et Mg(NO3)2.More particularly still, said waste is waste from concentrators of nuclear power plant evaporators containing (a) major components, preferably at a rate of at least 95% by weight comprising borax and potassium and sodium salts chosen from NaNO 3 and KNO 3 , and salts KCI and K 2 SO 4 , and (b) minority components, preferably in an amount of less than 5% by weight; comprising at least Ca (NO 3 ) 2 and Mg (NO 3 ) 2 salts.

Dans certains cas les composants minoritaires comprennent des agents organiques chélatants comme l'EDTA et/ou des traces de métaux, à raison de moins de 2 % en poids, selon le type de prétraitement subis par les déchets en sortie des évaporateurs.In some cases the minority components include organic chelating agents such as EDTA and / or traces of metals, at a rate of less than 2% by weight, depending on the type of pretreatment undergone by the waste at the outlet of the evaporators.

De préférence, le taux d'incorporation D/C des dits déchets dans ledit ciment est d'au moins 10% en poids, notamment D/C de 10 à 70%, de préférence au moins 30%, de préférence encore au moins 40%, avec D/C = (masse du déchet) xlOO / [(masse d'oxyde)+(volume d'acide phophorique x 1.7)].Preferably, the rate of incorporation D / C of said waste in said cement is at least 10% by weight, in particular D / C from 10 to 70%, preferably at least 30%, more preferably at least 40 %, with D / C = (mass of waste) x100 / [(mass of oxide) + (volume of phophoric acid x 1.7)].

De préférence encore, le dit ciment phosphate comprend un rapport molaire M/P de 1 à 1.5 avec M= Zn pour le ciment de phosphate de zinc et M=Ca pour le ciment de phosphate de calcium, à partir d'un rapport en volume eau/acide phosphorique de 1.More preferably, the said phosphate cement comprises a molar ratio M / P of 1 to 1.5 with M = Zn for the zinc phosphate cement and M = Ca for the calcium phosphate cement, from a volume ratio water / phosphoric acid 1.

Plus particulièrement encore, le dit ciment phosphate de zinc comprend un rapport molaire Zn/P inférieur ou égal à 1.5, de préférence un rapport molaire Zn/P de 1.More particularly still, the said zinc phosphate cement comprises a Zn / P molar ratio less than or equal to 1.5, preferably a Zn / P molar ratio of 1.

Plus particulièrement encore, le dit ciment comprend du phosphate de zinc, la dite matrice cimentaire comprenant la présence de phase d'hopéite de Zn3(PO4)2.4H2O. Plus particulièrement et le plus souvent la phase d'hopéite est le composant majoritaire de la dite matrice selon les analyses par DRX.More particularly still, the said cement comprises zinc phosphate, the said cement matrix comprising the presence of the Zn 3 (PO 4 ) 2 .4H 2 O héopite phase. More particularly and most often the héopéite phase is the majority component of said matrix according to DRX analyzes.

Plus particulièrement encore, le dit ciment comprend du phosphate de zinc, la dite matrice cimentaire comprenant en outre la présence de l'acide borique H3BO3.More particularly still, the said cement comprises zinc phosphate, the said cement matrix further comprising the presence of boric acid H 3 BO 3 .

Plus particulièrement encore, le dit ciment phosphate de calcium comprend un rapport molaire Ca/P de 1 à 1.5 de préférence un rapport molaire Ca/P de 1,5.More particularly still, the said calcium phosphate cement comprises a Ca / P molar ratio of 1 to 1.5, preferably a Ca / P molar ratio of 1.5.

Plus particulièrement encore, avec le dit ciment à base de phosphate de calcium, la dite matrice cimentaire comprend la présence de phosphate dicalcique dihydraté ou brushite de formule chimique CaHPO4.2H2O. Plus particulièrement, notamment pour des taux de déchets d'au moins 40%, le plus souvent la phase de brushite est le composant majoritaire de la dite matrice selon les analyses par DRX.More particularly still, with the said cement based on calcium phosphate, the said cement matrix comprises the presence of dicalcium phosphate dihydrate or brushite with the chemical formula CaHPO 4 .2H 2 O. More particularly, in particular for waste levels of at least minus 40%, most often the brushite phase is the majority component of the said matrix according to analyzes by XRD.

Plus particulièrement encore, avec le dit ciment à base de phosphate de calcium, la dite matrice cimentaire comprend en outre la présence d'une phase cristalline de KB5O8.4H2O.More particularly still, with the said cement based on calcium phosphate, the said cement matrix also comprises the presence of a crystalline phase of KB 5 O 8 .4H 2 O.

De préférence, le dit ciment comprend un ciment phosphate de zinc, et de préférence encore un ciment phosphate de zinc et un phosphate de calcium.Preferably, said cement comprises a zinc phosphate cement, and more preferably a zinc phosphate cement and a calcium phosphate.

La présente invention fournit également une matrice cimentaire comprenant des déchets à base de borates et sels alcalins obtenue par un procédé de conditionnement selon l'invention.The present invention also provides a cement matrix comprising wastes based on borates and alkaline salts obtained by a conditioning process according to the invention.

Plus particulièrement encore, la dite matrice cimentaire est obtenue avec un dit ciment comprenant du phosphate de zinc, la dite matrice cimentaire comprenant la présence de phase d'hopéite de Zn3(PO4)2.4H2O et de préférence en outre la présence de l'acide borique H3BO3.Ces composants résultent de la réaction chimique du ciment et des dits déchets de borates.More particularly still, the said cement matrix is obtained with a said cement comprising zinc phosphate, the said cement matrix comprising the presence of the Zn 3 (PO 4 ) 2 .4H2O hoteite phase and preferably also the presence of boric acid H 3 BO 3. These components result from the chemical reaction of cement and so-called borate waste.

Plus particulièrement encore, la dite matrice cimentaire est obtenue avec un dit ciment comprenant du phosphate de calcium, ia dite matrice cimentaire comprenant la présence de phosphate dicalcique dihydraté de formule chimique CaHPO4.2H2O et de préférence en outre la présence d'une phase cristalline de KB5O8.4H2O. Ces composants résultent de la réaction chimique du ciment et des dits déchets de borates.More particularly still, the said cement matrix is obtained with a said cement comprising calcium phosphate, the said cement matrix comprising the presence of dicalcium phosphate dihydrate of chemical formula CaHPO 4 .2H 2 O and preferably also the presence of a KB 5 O 8 .4H 2 O crystalline phase. These components result from the chemical reaction of cement and so-called borate waste.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite de manière illustrative et non limitative, en référence aux figures 1 à 20 suivantes.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge more clearly on reading the description which follows, given in an illustrative and nonlimiting manner, with reference to FIGS. 1 to 20 below.

La figure 1 représente le diagramme de diffraction X du ciment phosphate de calcium seul.FIG. 1 represents the X-ray diffraction diagram of calcium phosphate cement alone.

La figure 2 représente les diagrammes de diffraction X des matériaux élaborés avec du ciment phosphate de calcium et des taux d'incorporation de 20, 50 et 60 % du déchet DK3.FIG. 2 represents the X-ray diffraction diagrams of the materials produced with calcium phosphate cement and the incorporation rates of 20, 50 and 60% of the waste DK3.

La figure 3 représente les diagrammes de diffraction X des matériaux élaborés avec du ciment phosphate de calcium et des taux d'incorporation de 20, 40 et 50 % du déchet DKN.FIG. 3 represents the X-ray diffraction diagrams of the materials produced with calcium phosphate cement and the incorporation rates of 20, 40 and 50% of the DKN waste.

Les figures 4 à 6 représentent les images MEB du matériau élaboré avec du ciment CPCa et du déchet DK3 avec des taux d'incorporation de 20% (fig.4A-4B à deux grossissements différents), 50%(fig.5A-5B à deux grossissements différents) et 60% (fig.6A-6B à deux grossissements différents).Figures 4 to 6 represent SEM images of the material produced with CPCa cement and DK3 waste with incorporation rates of 20% (fig. 4A-4B at two different magnifications), 50% (fig. 5A-5B at two different magnifications) and 60% (fig. 6A-6B at two different magnifications).

Les figures 7 à 9 représentent les images MEB du matériau élaboré avec du ciment CPCa et du déchet DKN avec des taux d'incorporation de 20% (fig.7A-7B à deux grossissements différents), 40% (fig.8A-8B à deux grossissements différents) et 50% (fig.9A-9B à deux grossissements différents).Figures 7 to 9 represent SEM images of the material produced with CPCa cement and DKN waste with incorporation rates of 20% (fig.7A-7B at two different magnifications), 40% (fig.8A-8B at two different magnifications) and 50% (fig. 9A-9B at two different magnifications).

La figure 10 représente les diagrammes de diffraction X du ciment phosphate de zinc seul.FIG. 10 represents the X-ray diffraction diagrams of zinc phosphate cement alone.

La figure 11 représente les diagrammes de diffraction X des matériaux élaborés avec du ciment phosphate de zinc et des taux d'incorporation de 30, 50 et 70 % du déchet DK3.FIG. 11 represents the X-ray diffraction diagrams of the materials produced with zinc phosphate cement and the incorporation rates of 30, 50 and 70% of the waste DK3.

La figure 12 représente les diagrammes de diffraction X des matériaux élaborés avec du ciment phosphate de zinc et des taux d'incorporation de 30, 50 et 70 % du déchet DKN.FIG. 12 represents the X-ray diffraction diagrams of the materials produced with zinc phosphate cement and the incorporation rates of 30, 50 and 70% of the DKN waste.

La figure 13 représente les diagrammes de diffraction X des matériaux élaborés avec du ciment phosphate de zinc et des taux d'incorporation de 30, 50 et 70 % du déchet DK4.FIG. 13 represents the X-ray diffraction diagrams of the materials produced with zinc phosphate cement and the incorporation rates of 30, 50 and 70% of the waste DK4.

La figure 14 représente une image MEB du ciment phosphate de zinc seul (Z3).Figure 14 shows a SEM image of zinc phosphate cement alone (Z3).

Les figures 15A-15B représentent les images MEB à deux grossissements différents du matériau élaboré avec du ciment CPZn et 50 % du déchet DK3.FIGS. 15A-15B represent the SEM images at two different magnifications of the material produced with CPZn cement and 50% of the waste DK3.

Les figures 16 à 18 représentent les images MEB du matériau élaboré avec du ciment CPZn et du déchet DKN avec des taux d'incorporation de 30% (fig.l6A et 16B à deux grossissements différents), 50% (fig.l7A-17B à deux grossissements différents) et 70 % (fig.18).Figures 16 to 18 represent SEM images of the material produced with CPZn cement and DKN waste with incorporation rates of 30% (fig.l6A and 16B at two different magnifications), 50% (fig.l7A-17B at two different magnifications) and 70% (fig. 18).

Les figure 19A et 19B représentent les images MEB à deux grossissements différents du matériau élaboré avec du ciment CPZn et 30 % du déchet DK4.FIGS. 19A and 19B represent the SEM images at two different magnifications of the material produced with CPZn cement and 30% of the waste DK4.

Les figures 20A et 20B représentent les images MEB à deux grossissements différents du matériau élaboré avec du ciment CPZn et 50 % du déchet DK4.FIGS. 20A and 20B represent the SEM images at two different magnifications of the material produced with CPZn cement and 50% of the waste DK4.

On présente ci-après les résultats de l'incorporation de trois types de déchets contenant des ions borates dans des formulations de ciments phosphate de magnésium (CPMg), phosphate de calcium (CPCa) ou phosphate de zinc (CPZn). Les déchets ont été préparés à partir de borax, nitrate de sodium, nitrate de potassium et d'autres produits afin qu'ils soient au plus proche de la composition réelle des déchets de concentrais d'évaporateurs et qu'ils reflètent au mieux un futur procédé industriel.The results of incorporating three types of waste containing borate ions into formulations of cement magnesium phosphate (CPMg), calcium phosphate (CPCa) or zinc phosphate (CPZn) are presented below. The waste has been prepared from borax, sodium nitrate, potassium nitrate and other products so that it is as close as possible to the actual composition of the evaporative concentrate waste and that it best reflects a future industrial process.

Les déchets sont introduits en mélange avec les réactifs conduisant à la formation du ciment. Plus précisément, on ajoute l'acide phosphorique dans une solution aqueuse des déchets puis on ajoute l'oxyde métallique.The waste is introduced in a mixture with the reagents leading to the formation of the cement. More specifically, phosphoric acid is added to an aqueous solution of the waste and then the metal oxide is added.

1) Protocole de fabrication de la matrice cimentaire :1) Protocol for manufacturing the cement matrix:

Le déchet est mélangé avec un volume d'eau déterminé. Ensuite, on ajoute de l'acide phosphorique à 85% au mélange et on termine par l'ajout l'oxyde (de magnésium, de calcium et/ou de zinc) en plusieurs portions avec une agitation continue afin de bien disperser les grains d'oxyde dans le mélange. Enfin, on laisse la pâte ou le solide obtenu sécher à l'air ambiant. Les proportions des différents reactifs sont explicités dans les tableaux (ci-après).The waste is mixed with a determined volume of water. Then, 85% phosphoric acid is added to the mixture and the addition is completed by adding the oxide (magnesium, calcium and / or zinc) in several portions with continuous stirring in order to disperse the grains well. oxide in the mixture. Finally, the paste or the solid obtained is left to dry in ambient air. The proportions of the various reagents are explained in the tables (below).

2) Le taux d'incorporation du déchet est calculé par la formule suivante :2) The waste incorporation rate is calculated by the following formula:

Taux d'incorporation = D/C = (masse du déchet) xlOO / [(masse d'oxyde en poudre)+(volume d'acide phosphorique x 1.7)].Incorporation rate = D / C = (mass of waste) x100 / [(mass of powdered oxide) + (volume of phosphoric acid x 1.7)].

Les trois compositions de déchets se différencient par les différentes proportions en bore, sodium et potassium comme le montre 5 les tableaux IA et IB ci-dessous dans lesquels les abréviations suivantes sont utilisées :The three waste compositions are differentiated by the different proportions of boron, sodium and potassium as shown in Tables IA and IB below in which the following abbreviations are used:

-NB2 = concentration en Borax.-NB2 = Borax concentration.

-K3 = concentrations en 3 sources de potassium (KNO3, KCI, K2SO4).-K3 = concentrations in 3 sources of potassium (KNO 3 , KCI, K 2 SO 4 ).

-KN = concentrations en 3 sources de potassium (KNO3, KCI, K2SO4) + concentration en NaNO3.-KN = concentrations of 3 potassium sources (KNO 3 , KCI, K 2 SO 4 ) + concentration of NaNO 3 .

-K4 = concentrations en 3 sources de potassium (KNO3, KCI, K2SO4) + concentration en KNO3. Pour K4, on a remplacé NaNO3 par KNO3 avec un même nombre molaire (n (Na+) = η (K+)).-K4 = concentrations of 3 potassium sources (KNO3, KCI, K2SO4) + concentration of KNO3. For K4, we replaced NaNO3 by KNO3 with the same molar number (n (Na +) = η (K +)).

Tableau IA : Nomenclatures et compositions des déchets.Table IA: Nomenclatures and compositions of waste.

DK3 DK3 DKN DKN DK4 DK4 g g g g g g Borax Borax 273,98 273.98 Borax Borax 225,98 225.98 Borax Borax 225, 225, NaNOs Nanos 0 0 NaNOj NaNOj 160 160 KNO3 KNO3 190, 190, KNO3 KNO3 59,26 59.26 KNO3 KNO3 59,26 59.26 KNO3 KNO3 59,2 59.2 KCI KCI 10,6 10.6 KCI KCI 10,6 10.6 KCI KCI 10,6 10.6 K2SO4 K2SO4 12,68 12.68 K2SO4 K2SO4 12,68 12.68 K2SO4 K2SO4 12,6 12.6 C a (N 03)2 C a (N 03) 2 0,18 0.18 Ca(NO3)2 Ca (NO3) 2 0,18 0.18 Ca(NO3)2 Ca (NO3) 2 0,18 0.18 MgCNChh MgCNChh 0,14 0.14 Mg(NO3)2 Mg (NO 3 ) 2 0,14 0.14 Mg(NO3)Mg (NO 3 ) 0,14 0.14 EDTA EDTA 3,1 3.1 EDTA EDTA 3,1 3.1 EDTA EDTA 3,1 3.1 NB2/K3 NB2 / K3 3,19 3.19 NB2/KN NB2 / KN 0,92 0.92 NB2/K4 NB2 / K4 0,82 0.82

Tableau IB : rapports molaires des espèces B, Na et K dans les compositions des déchetsTable IB: molar ratios of species B, Na and K in the waste compositions

Rapport molaire Molar ratio B/Na B / Na B/K B / K Na/K Na / K B : Na : K B: Na: K DK3 DK3 2 2 3,59 3.59 1,79 1.79 B>Na>K B> Na> K

DKN DKN 0,77 0.77 2,96 2.96 3,83 3.83 Na > B > K Na> B> K DK4 DK4 2 2 0,88 0.88 0,44 0.44 K > B > Na K> B> Na

1) ESSAIS ET RESULTATS OBTENUS AVEC UN CIMENT PHOSPHOMAGNESIEN (« CPMg »)1) TESTS AND RESULTS OBTAINED WITH A PHOSPHOMAGNESIAN CEMENT (“CPMg”)

Des essais préliminaires ont d'abord été effectués sur la formulation du ciment brut (c'est-à-dire avant incorporation de déchets). Des essais ont ensuite été réalisés avec quelques constituants du déchet pris séparément afin d'évaluer leur impact individuel. Suite à l'incorporation des ions borates, de sodium ou de potassium dans le ciment phosphate, on a trouvé que l'optimum de Mg/P a diminué à 1.5 avec une quantité d'eau d'I mL pour 1 mL d'acide phosphorique.Preliminary tests were first carried out on the formulation of raw cement (that is to say before incorporation of waste). Tests were then carried out with some constituents of the waste taken separately to assess their individual impact. Following the incorporation of borate, sodium or potassium ions in the phosphate cement, it was found that the Mg / P optimum decreased to 1.5 with an amount of water of I mL per 1 mL of acid phosphoric.

On a trouvé que le taux d'incorporation optimal du borax dans le ciment brut est d'environ 25%. La substitution de O.là 0.2 g du borax par NaNO3 ou KNO3 donne le même comportement du matériau final. Mais le remplacement total du borax par NaNO3ou KNO3 fragilise le produit.It has been found that the optimal incorporation rate of borax in raw cement is about 25%. The substitution of O.là 0.2 g of borax by NaNO 3 or KNO 3 gives the same behavior of the final material. But the total replacement of borax by NaNO 3 or KNO 3 weakens the product.

Enfin, des essais ont été réalisés en intégrant des quantités croissantes de déchets borés (DKN, DK3 ou DK4) dans la formulation.Finally, tests were carried out by integrating increasing quantities of borated waste (DKN, DK3 or DK4) in the formulation.

1.1) Etude de l'incorporation du déchet DK31.1) Study of the incorporation of DK3 waste

Le déchet DK3 est incorporé dans le ciment phosphate de magnésium avec des taux d'incorporation d'environ 10, 20, 30 et 40 % pour un rapport molaire Mg/P = 1.5 Le tableau 2 ci-après récapitule les essais effectués. Pour un rapport molaire Mg/P = 2, les matériaux obtenus sont tous friables.The DK3 waste is incorporated into the magnesium phosphate cement with incorporation rates of approximately 10, 20, 30 and 40% for a Mg / P molar ratio = 1.5. Table 2 below summarizes the tests carried out. For a Mg / P = 2 molar ratio, the materials obtained are all brittle.

Le taux d'incorporation du déchet est calculé par la formule suivante :The waste incorporation rate is calculated by the following formula:

Taux d'incorporation = D/C = (masse du déchet) xlOO ! [(masse d'oxyde en poudre)+(volume d'acide phophoriquexl.7)].Incorporation rate = D / C = (mass of waste) xlOO! [(mass of powdered oxide) + (volume of phophoric acid xl.7)].

Tableau 2 : Incorporation du déchet DK3 dans le ciment CPMg avec Mg/P =1.5Table 2: Incorporation of DK3 waste into CPMg cement with Mg / P = 1.5

Produits products H3PO4 H3PO4 Eau Water Déchets DK3 DK3 waste MgO MgO Propriétés properties M(g/mol Λ M (g / mol Λ 98,00 98,00 18,02 18,02 40,30 40.30 Vol. Flight. mL ml mL ml g g D/C D / C g g Mg/P Mg / P M20 M20 1 1 2,00 2.00 0,26 0.26 10,06 10.06 0,90 0.90 1,53 1.53 Résistant Resistant M21 M21 1 1 2,00 2.00 0,52 0.52 20,13 20.13 0,90 0.90 1,53 1.53 Moins résistant Less resistant M23 M23 1 1 2,00 2.00 0,52 0.52 20,13 20.13 0,90 0.90 1,53 1.53 MgO 1000“C; Moins résistant MgO 1000 “C; Less resistant M22 M22 1 1 2,00 2.00 0,78 0.78 30,22 30.22 0,90 0.90 1,52 1.52 Friable Friable M40 M40 1 1 2,0 2.0 1,04 1.04 40,20 40,20 0,90 0.90 1,52 1.52 Poudre Powder

1.2) Etude de l'incorporation du déchet DKN1.2) Study of the incorporation of DKN waste

Comme le déchet DK3, le déchet DKN est incorporé dans le ciment CPMg avec des taux d'incorporation D/C de 10, 20, 30 et 40 % avec un rapport molaire Mg/P = 1.5 Le tableau 3 ci-après récapitule les essais effectués. Pour un rapport molaire Mg/P = 2, les matériaux obtenus sont aussi tous friables.Like DK3 waste, DKN waste is incorporated into CPMg cement with D / C incorporation rates of 10, 20, 30 and 40% with a Mg / P molar ratio = 1.5 Table 3 below summarizes the tests performed. For a Mg / P = 2 molar ratio, the materials obtained are also all brittle.

Tableau 3 : Incorporation du déchet DKN dans le ciment CPMg avec Mg/P =1.5Table 3: Incorporation of DKN waste into CPMg cement with Mg / P = 1.5

Produits products H3PO4 H3PO4 Eau Water Déchets DKN DKN waste MgO MgO Propriétés properties M(g/mol) M (g / mol) 98,00 98,00 18,02 18,02 40,30 40.30 Essais testing mL ml mL ml g g D/C D / C g g Mg/P Mg / P M17 M17 1 1 2,00 2.00 0,26 0.26 10 10 0,90 0.90 1,52 1.52 Résistant Resistant M18 M18 1 1 2,00 2.00 0,53 0.53 20 20 0,90 0.90 1,53 1.53 moins résistant less resistant M24 M24 1 1 2,00 2.00 0,52 0.52 20 20 0,90 0.90 1,52 1.52 Résistant Resistant M19 M19 1 1 2,00 2.00 0,78 0.78 30 30 0,90 0.90 1,53 1.53 Moins résistant ;Très friable Less resistant; Very brittle M47 M47 1 1 2,0 2.0 1,01 1.01 39 39 0,90 0.90 1,53 1.53 Poudre Powder

1.3) Etude de l'incorporation du déchet DK41.3) Study of the incorporation of DK4 waste

L'objectif de l'étude du déchet DK4 est de savoir si on arrive à former la phase cimentaire K-struvite KMgPO4.6H2O car la composition du déchet DK4 est riche en potassium. De même manière que les deux déchets précédents, DK4 est incorporé dans le ciment CPMg avec des taux d'incorporation D/C d'environ 10, 20, 30, 40, 50 et 60 % avec un rapport molaire Mg/P = 1.5. Le tableau 4 ci-après récapitule les essais effectués.The objective of the study of DK4 waste is to know if we manage to form the K-struvite KMgPO4.6H2O cement phase because the composition of DK4 waste is rich in potassium. In the same way as the two previous wastes, DK4 is incorporated into the CPMg cement with D / C incorporation rates of approximately 10, 20, 30, 40, 50 and 60% with a Mg / P molar ratio = 1.5. Table 4 below summarizes the tests carried out.

Tableau 4 : Incorporation du déchet DK4 dans le ciment CPMgTable 4: Incorporation of DK4 waste into CPMg cement

Produits products H3PO4 H3PO4 Eau Water Déchets DK4 DK4 waste MgO MgO Propriétés properties M(g/mol) M (g / mol) 98,00 98,00 18,02 18,02 40,30 40.30 Essais testing mL ml mL ml g g D/C D / C g g Mg/P Mg / P M81 M81 1 1 2,0 2.0 0,26 0.26 10,5 10.5 0,79 0.79 1,3 1.3 Friable Friable M82 M82 1 1 2,5 2.5 0,26 0.26 10,0 10.0 0,90 0.90 1,5 1.5 Moins résistant,Friable Less resistant, Friable M83 M83 1 1 2,5 2.5 0,52 0.52 20,1 20.1 0,90 0.90 1,5 1.5 Moins résistant; Friable Less resistant; Friable M84 M84 1 1 2,5 2.5 0,78 0.78 30,1 30.1 0,90 0.90 1,5 1.5 Moins résistant; Friable Less resistant; Friable M85 M85 1 1 2,5 2.5 1,04 1.04 40,2 40.2 0,90 0.90 1,5 1.5 Très résistant; Friable Very resistant; Friable M86 M86 1 1 2,5 2.5 1,30 1.30 50,2 50.2 0,90 0.90 1,5 1.5 Résistant; Friable Resistant; Friable M112 M112 1 1 2,0 2.0 1,56 1.56 60,4 60.4 0,90 0.90 1,5 1.5 Moinsresistant; Friable Moinsresistant; Friable

Les différentes séries d'expériences réalisées montrent une diminution significative de la résistance des matériaux CPMg + DK3 et CPMg + DKN quand le taux d'incorporation de déchets augmente.The various series of experiments carried out show a significant reduction in the resistance of the materials CPMg + DK3 and CPMg + DKN when the rate of incorporation of waste increases.

Cependant, les matériaux élaborés avec DK4 donnent après les premières semaines de synthèse un résultat intéressant avec un taux d'incorporation de 40% mais, le temps de prise est trop long (environ une semaine).However, the materials developed with DK4 give an interesting result after the first weeks of synthesis with an incorporation rate of 40%, but the setting time is too long (about a week).

Après une période d'environ trois mois, on constate que la résistance mécanique de tous les matériaux élaborés avec les déchets s'est dégradée avec le temps, sauf dans le cas du ciment pur.After a period of approximately three months, it can be seen that the mechanical resistance of all the materials produced with the waste has deteriorated over time, except in the case of pure cement.

L'analyse des faciès de rupture par MEB (Microscope Electronique à Balayage) met bien en évidence la différence de la microstructure entre le ciment CPMg seul et les matériaux élaborés avec les déchets. On observe une matrice cimentaire continue qui joue son rôle de liant et assure une bonne cohésion du matériau. Pour les teneurs plus élevées en déchet, il est observé une décohésion entre les grains et la matrice cimentaire. Cette perte de cohésion s'accentue avec la quantité de déchets.Analysis of the fracture facies by SEM (Scanning Electronic Microscope) clearly highlights the difference in the microstructure between the CPMg cement alone and the materials produced with the waste. A continuous cement matrix is observed which plays its role of binder and ensures good cohesion of the material. For the higher waste contents, a decohesion is observed between the grains and the cement matrix. This loss of cohesion is accentuated with the amount of waste.

1.4) Conclusion.1.4) Conclusion.

Une formulation à base de ciment phospho-magnésien seul (un des ciments les plus étudiés ces dernières années) n'a pas donné de résultats encourageants quant à sa capacité à bloquer des déchets boratés. Sa résistance mécanique s'est rapidement dégradée dès qu'on augmentait le taux d'incorporation.A formulation based on phospho-magnesian cement alone (one of the most studied cements in recent years) has not given encouraging results as to its ability to block borated waste. Its mechanical strength quickly deteriorated as soon as the incorporation rate was increased.

On s'est alors intéressé à d'autres types de ciment phosphaté dont un à base de calcium.We then looked at other types of phosphate cement, including one based on calcium.

2) ESSAIS ET RESULTATS OBTENUS AVEC DU CIMENT PHOSPHATE DE CALCIUM (« CPCa »)2) TESTS AND RESULTS OBTAINED WITH CALCIUM PHOSPHATE CEMENT (“CPCa”)

2.1) Elaboration du ciment phosphate de calcium seul2.1) Preparation of calcium phosphate cement alone

Pour la formulation du ciment phosphate de calcium seul CPCa, on a étudié trois rapports molaires Ca/P 1, 1.5 et 2 en suivant le même protocole expérimental utilisé pour la formation du ciment CPMg. Le meilleur comportement mécanique est obtenu avec les deux rapports Ca/P de 1 et 1.5. Pour la suite on a gardé le rapport Ca/P = 1.5 pour lequel une partie de calcium forme un précurseur du ciment en contact avec H3PO4 et une deuxième partie réagit avec les constituants du déchet.For the formulation of calcium phosphate cement alone CPCa, three molar ratios Ca / P 1, 1.5 and 2 were studied by following the same experimental protocol used for the formation of the cement CPMg. The best mechanical behavior is obtained with the two Ca / P ratios of 1 and 1.5. For the following, the Ca / P = 1.5 ratio is kept, for which a part of calcium forms a precursor of the cement in contact with H3PO4 and a second part reacts with the constituents of the waste.

Les essais expérimentaux et les aspects des matériaux sont donnés dans le tableau 5.The experimental tests and the aspects of the materials are given in table 5.

Tableau 5 : Essais expérimentaux de synthèse du ciment CPCaTable 5: Experimental tests for the synthesis of CPCa cement

Produits products H3PO4 H3PO4 Eau Water CaO CaO Aspects Aspects M(g/mol) M (g / mol) 98,00 98,00 18,02 18,02 56,08 56.08 Essais testing mL ml mL ml g g Ca/P Ca / P

Z4 Z4 1 1 1 1 0,82 0.82 1,0 1.0 Très résistant Very resistant Z5 Z5 1 1 2 2 1,65 1.65 2,0 2.0 Résistance limitée Limited resistance Z6 Z6 1 1 1,1 1.1 1,23 1.23 1,5 1.5 Très résistant Very resistant

2.2) Etude de l'incorporation de deux types de déchets dans le ciment phosphate de calcium2.2) Study of the incorporation of two types of waste in calcium phosphate cement

Les déchets DK3 et DKN sont incorporés dans le ciment 5 phosphate de calcium avec des taux d'incorporation D/C de 10, 20, 30,DK3 and DKN wastes are incorporated into calcium phosphate cement 5 with D / C incorporation rates of 10, 20, 30,

40, 50 et 60 % dont le rapport molaire Ca/P est égal à 1.5. On garde le même protocole expérimental des essais avec le ciment CPMg. Les tableaux 6 et 7 ci-après récapitulent les essais effectués.40, 50 and 60%, the Ca / P molar ratio of which is 1.5. The same experimental protocol for the tests with CPMg cement is kept. Tables 6 and 7 below summarize the tests carried out.

Tableau 6 Incorporation du déchet DK3 dans le ciment CPCaTable 6 Incorporation of DK3 waste into CPCa cement

Eléments elements H3PO4 H3PO4 Eau Water Déchets DK3 DK3 waste CaO CaO Aspects Aspects M(g/mol) M (g / mol) 98,00 98,00 18,02 18,02 56,08 56.08 Essais testing mL ml mL ml g g D/C D / C g g Ca/P Ca / P M6 M6 1 1 1,50 1.50 0,30 0.30 10 10 1,23 1.23 1,5 1.5 Poudre Powder M7 M7 1 1 1,50 1.50 0,59 0.59 20 20 1,23 1.23 1,5 1.5 Résistance limitée Limited resistance M46 M46 1 1 1,30 1.30 0,62 0.62 20 20 1,37 1.37 1,67 1.67 Résistant Resistant M8 M8 1 1 1,50 1.50 0,88 0.88 30 30 1,23 1.23 1,5 1.5 Résistant Resistant M38 M38 1 1 1,50 1.50 1,18 1.18 40 40 1,23 1.23 1,5 1.5 Résistant - Friable Resistant - Friable M49 M49 1 1 1,50 1.50 1,18 1.18 40 40 1,23 1.23 1,5 1.5 Résistant - Friable Resistant - Friable M39 M39 1 1 1,50 1.50 1,47 1.47 50 50 1,23 1.23 1,5 1.5 Résistant Resistant M50 M50 1 1 1,50 1.50 1,76 1.76 60 60 1,23 1.23 1,5 1.5 Très résistant Very resistant

Tableau 7 : Incorporation du déchet DKN dans le ciment CPCaTable 7: Incorporation of DKN waste into CPCa cement

Eléments elements H3PO4 H3PO4 Eau Water Déchets DKN DKN waste CaO CaO Aspects Aspects M(g/mol) M (g / mol) 98,00 98,00 18,02 18,02 56,08 56.08 Essais testing mL ml mL ml g g D/C D / C g g Ca/P Ca / P M14 M14 1 1 1,20 1.20 0,30 0.30 10 10 1,23 1.23 1,5 1.5 Poudre Powder M15 M15 1 1 1,20 1.20 0,59 0.59 20 20 1,23 1.23 1,5 1.5 Résistant Resistant M16 M16 1 1 1,20 1.20 0,88 0.88 30 30 1,23 1.23 1,5 1.5 Résistant Resistant M41 M41 1 1 1,50 1.50 1,18 1.18 40 40 1,24 1.24 1,5 1.5 Très résistant Very resistant

M42 M42 1 1 1,00 1.00 1,17 1.17 40 40 1,23 1.23 1,5 1.5 Très résistant Very resistant M43 M43 1 1 0,70 0.70 1,47 1.47 50 50 1,23 1.23 1,5 1.5 Résistant Resistant M48 M48 1 1 1,50 1.50 1,47 1.47 50 50 1,23 1.23 1,5 1.5 Résistance limitée Limited resistance M51 M51 1 1 1,50 1.50 1,76 1.76 60 60 1,23 1.23 1,5 1.5 Friable Friable

Pour le déchet DK3, on observe que la résistance des matériaux semble augmenter avec la proportion du déchet incorporé, pour atteindre même un maximum avec 60% de taux d'incorporation.For DK3 waste, we observe that the resistance of the materials seems to increase with the proportion of waste incorporated, to reach even a maximum with 60% incorporation rate.

Pour le déchet DKN, la résistance des matériaux augmente avec la proportion du déchet incorporé jusqu'à un maximum de 40%, puis elle diminue à partir de 50%.For DKN waste, the resistance of the materials increases with the proportion of waste incorporated up to a maximum of 40%, then it decreases from 50%.

Ce comportement est inattendu, mais, il très intéressant car il montre qu'il existe une interaction entre le calcium et les constituants de déchets ce qui n'est pas le cas pour les ciments phosphate de magnésium.This behavior is unexpected, but it is very interesting because it shows that there is an interaction between calcium and the constituents of waste which is not the case for magnesium phosphate cements.

2.3) Etude de la microstructure des matériaux élaborés par diffraction des rayons X (DRX)2.3) Study of the microstructure of materials produced by X-ray diffraction (XRD)

Le ciment CPCa seul et les matériaux élaborés avec les déchets sont analysés par DRX afin de déterminer les phases cristallines. Les figures ci-dessous représentent les analyses DRX.CPCa cement alone and the materials produced with the waste are analyzed by XRD to determine the crystalline phases. The figures below represent the DRX analyzes.

La figure 1 montre le diagramme de diffraction X du ciment phosphate de calcium seul.Figure 1 shows the X-ray diffraction pattern of calcium phosphate cement alone.

La figure 2 montre les diagrammes de diffraction X des matériaux élaborés avec du ciment phosphate de calcium et des taux d'incorporation de 20, 50 et 60 % du déchet DK3.FIG. 2 shows the X-ray diffraction diagrams of the materials produced with calcium phosphate cement and the incorporation rates of 20, 50 and 60% of the DK3 waste.

La figure 3 montre les diagrammes de diffraction X des matériaux élaborés avec du ciment phosphate de calcium et des taux d'incorporation de 20, 40 et 50 % du déchet DKN.FIG. 3 shows the X-ray diffraction diagrams of the materials produced with calcium phosphate cement and the incorporation rates of 20, 40 and 50% of the DKN waste.

On identifie la présence de la monetite (de formule CaHPO4) dans le ciment CPCa seul. Mais, en présence de déchet, on obtient du phosphate dicalcique dihydraté ou brushite de formule chimiqueThe presence of monetite (of formula CaHPO 4 ) is identified in the CPCa cement alone. But, in the presence of waste, we obtain dicalcium phosphate dihydrate or brushite of chemical formula

CaHPO4.2H2O. En effet, la neutralisation de la deuxième acidité de l'acide orthophosphorique conduit aux hydrogénophosphates de calcium de rapport atomique Ca/P = 1, parmi lesquels se trouve le phosphate dicalcique dihydraté (brushite). Ce dernier est un composé à caractère acide qui cristallise généralement sous forme de plaquettes, mais qui peut également prendre l'aspect d'aiguilles.CaHPO4.2H2O. Indeed, the neutralization of the second acidity of orthophosphoric acid leads to calcium hydrogen phosphates with an atomic ratio Ca / P = 1, among which is the dicalcium phosphate dihydrate (brushite). The latter is an acidic compound which generally crystallizes in the form of platelets, but which can also take on the appearance of needles.

On note la présence de la phase brushite avec les différents taux d'incorporation des déchets.We note the presence of the brushite phase with the different waste incorporation rates.

On identifie aussi la présence d'une phase cristalline inconnue KB5Ofi.4H2O notamment à partir de 50% du déchet DK3 en l'absence de Na NO3.We also identify the presence of an unknown crystalline phase KB 5 O fi .4H 2 O in particular from 50% of the waste DK3 in the absence of Na NO3.

2.4) Etude de la microstructure des matériaux élaborés par microscopie électronique à balayage (MEB).2.4) Study of the microstructure of materials produced by scanning electron microscopy (SEM).

L’étude réalisée par MEB des matériaux élaborés avec du ciment CPCa et de déchets montre que la structure microscopique contient des cristaux formés sur les surfaces des nodules et fortement enchevêtrés entre eux. Cette morphologie va diminuer la porosité, augmenter la compacité, participer à la cohésion du matériau et donc augmenter sa résistance mécanique (Figures 4 à 9).The study carried out by MEB of the materials produced with CPCa cement and waste shows that the microscopic structure contains crystals formed on the surfaces of the nodules and strongly entangled between them. This morphology will decrease the porosity, increase the compactness, participate in the cohesion of the material and therefore increase its mechanical resistance (Figures 4 to 9).

Avec un taux d'incorporation très important de 60% du déchet DK3 (Figure 6) et 50% de DKN (figure 9), il apparaît des zonages en gris foncé, riches en oxygène et potassium (O : K = 72.02 :16.81), il semble que ces zones correspondent à la phase cristalline KB5O8.4H2O, qui expliquerait sa très grande résistance mécanique.With a very high incorporation rate of 60% of waste DK3 (Figure 6) and 50% of DKN (Figure 9), there appear zoning in dark gray, rich in oxygen and potassium (O: K = 72.02: 16.81) , it seems that these zones correspond to the crystalline phase KB 5 O 8 .4H 2 O, which would explain its very high mechanical resistance.

2.5) Conclusion :2.5) Conclusion:

On obtient des matériaux ayant des bonnes propriétés avec les déchets DK3 et DKN avec des taux d'incorporation très importants jusqu'à 50%, voire 60% (limite des essais réalisés).Materials with good properties are obtained with DK3 and DKN waste with very high incorporation rates up to 50%, even 60% (limit of tests carried out).

On a mis en évidence que CaO réagit avec le déchet pour former un précurseur du ciment obtenu par l'addition de H3PO4 (à savoir du phosphate dicalcique dihydraté ou brushite de formule chimique CaHPO4.2H2O).It has been demonstrated that CaO reacts with the waste to form a cement precursor obtained by the addition of H 3 PO 4 (namely dicalcium phosphate dihydrate or brushite with the chemical formula CaHPO 4 .2H 2 O).

A l'issue de ces résultats sur le ciment de phosphate de calcium présentant de très bons résultats, le ciment de phosphate de zinc, peu 5 ou pas répandu dans le milieu du traitement des déchets, a alors aussi été étudié.At the end of these results on calcium phosphate cement having very good results, zinc phosphate cement, little or not widespread in the waste treatment environment, was then also studied.

3) ESSAIS ET RESULTATS OBTENUS AVEC DU CIMENT PHOSPHATE DE ZINC3) TESTS AND RESULTS OBTAINED WITH ZINC PHOSPHATE CEMENT

Le ciment phosphate de zinc (CPZn) est obtenu suite à une réaction acide-base entre l'oxyde de zinc et l’acide phosphorique. Pour 10 cette partie, on a étudié la formulation du ciment CPZn avec des rapport Zn/P variable de 0.67, 0.9, 1, 1.5 et 1.76, des ajouts de MgO et/ou CaO et des teneurs en eau varie de 0 à 2.5 selon la formulation. Le protocole expérimental est le même que celui utilisé pour la formation du ciment CPMg (ajout de poudres (ZnO, MgO et CaO) sur le 15 liquide composé de l'acide H3PO4 85% et de l'eau). Les essais expérimentaux et les aspects des matériaux sont donnés dans le tableau 8.Zinc phosphate cement (CPZn) is obtained following an acid-base reaction between zinc oxide and phosphoric acid. For this part, we studied the formulation of CPZn cement with variable Zn / P ratios of 0.67, 0.9, 1, 1.5 and 1.76, additions of MgO and / or CaO and water contents varied from 0 to 2.5 depending on the formulation. The experimental protocol is the same as that used for the formation of the CPMg cement (addition of powders (ZnO, MgO and CaO) to the liquid composed of 85% H3PO4 acid and water). The experimental tests and the aspects of the materials are given in table 8.

Tabieau 8 : Conditions expérimentales des essais de formulations du ciment CPZn seul.Table 8: Experimental conditions for the formulation tests of CPZn cement alone.

Produits products h3po4 h 3 in 4 Eau Water ZnO ZnO MgO MgO CaO CaO Propriétés (Temps de prise) Properties (Setting time) M(g/mol) M (g / mol) 98,00 98,00 18,02 18,02 81,41 81.41 40,30 40.30 56,08 56.08 Essais testing mL ml mL ml g g Zn/P Zn / P g g Mg/P Mg / P g g Ca/P Ca / P ZI ZI 1 1 1 1 1,19 1.19 1,00 1.00 Très résistant (11 min) Very resistant (11 min) Z2 Z2 1 1 0,7 0.7 1,19 1.19 1,00 1.00 Très résistant (8 min) Very resistant (8 min) M124 M124 1 1 0,5 0.5 1,20 1.20 1,01 1.01 Très résistant Very resistant Z3 Z3 1 1 0 0 1,19 1.19 1,00 1.00 Très résistant (4 min) Very resistant (4 min) Z8 Z8 1 1 0 0 1,07 1.07 0,90 0.90 0,06 0.06 0,10 0.10 Très résistant Very resistant Z9 Z9 1 1 1 1 1,79 1.79 1,50 1.50 Moins résistant Less resistant Z10 Z10 1 1 1 1 2,10 2.10 1,76 1.76 Moins résistant Less resistant Z13 Z13 1 1 2 2 1,19 1.19 1,00 1.00 0,59 0.59 1,00 1.00 Moins résistant Less resistant

Z14 Z14 1 1 2 2 1,20 1.20 1,00 1.00 0,83 0.83 1,02 1.02 Moins résistant Less resistant Z16 Z16 1 1 2 2 0,80 0.80 0,67 0.67 0,40 0.40 0,67 0.67 0,55 0.55 0,67 0.67 Moins résistant Less resistant Z17 Z17 1 1 2,5 2.5 1,79 1.79 1,50 1.50 0,42 0.42 0,51 0.51 Moins résistant Less resistant Z21 Z21 1 1 1 1 1,19 1.19 1,00 1.00 0,25 0.25 0,30 0.30 Résistant Resistant Z22 Z22 1 1 1 1 1,19 1.19 1,00 1.00 0,10 0.10 0,12 0.12 Très résistant Very resistant

L'analyse des résultats montre que le rapport molaire Zn/P influe fortement sur l'aspect mécanique du ciment, le meilleur rapport Zn/P est égale à 1. Cependant, le ciment CPZn garde sa résistance avec de 5 faibles ajouts de MgO et CaO (essais Z8 et Z22).Analysis of the results shows that the Zn / P molar ratio strongly influences the mechanical appearance of the cement, the best Zn / P ratio is equal to 1. However, the CPZn cement retains its strength with 5 small additions of MgO and CaO (tests Z8 and Z22).

Pour des rapports (Zn+Mg+Ca)/P> 1.1, les matériaux obtenus ont de mauvais comportement mécanique comme le montre les essais Z9 à Z17.For ratios (Zn + Mg + Ca) / P> 1.1, the materials obtained have poor mechanical behavior as shown in tests Z9 to Z17.

Pour le rapport Zn/P =1, une augmentation du temps de prise a 10 été notée avec l'augmentation de la teneur d'eau (Zl, Z2 et Z3). De ce fait, on peut prédire que l'eau de structure du borax peut contribuer au retardement du temps de prise.For the ratio Zn / P = 1, an increase in the setting time was noted with the increase in the water content (Zl, Z2 and Z3). Therefore, it can be predicted that the borax structure water can contribute to the delay in setting time.

3.1) Essais préliminaires de mise en forme du ciment CPZn avec du borax3.1) Preliminary formatting tests of CPZn cement with borax

Un mélange de poudres de ZnO et du borax a été ajouté à un liquide constitué d'un mL d’acide phosphorique (H3PO4) 85% et d'un volume d'eau variable de 0.5 et 1 mL. Les résultats sont récapitulés dans le tableau 9.A mixture of ZnO powders and borax was added to a liquid consisting of an mL of 85% phosphoric acid (H 3 PO 4 ) and a variable volume of water of 0.5 and 1 mL. The results are summarized in Table 9.

Tableau 9 : Essais préliminaires de mise en forme du ciment CPZn avec 20 du boraxTable 9: Preliminary formatting tests of CPZn cement with 20 of borax

Produits products H3PO4 H3PO4 Eau Water Borax Borax ZnO ZnO Propriétés properties M(g/mol) M (g / mol) 98,00 98,00 18,02 18,02 381,4 381.4 81,41 81.41 Essais testing mL ml mL ml g g D/C D / C g g Zn/P Zn / P Fl fl 1 1 1 1 0,60 0.60 20,61 20.61 1,19 1.19 1,00 1.00 Très résistant Very resistant F3 F3 1 1 0,5 0.5 0,59 0.59 20,42 20.42 1,19 1.19 1,00 1.00 Très résistant Very resistant

F8 F8 1 1 1 1 0,60 0.60 18,18 18.18 1,6 1.6 1,34 1.34 Très résistant Very resistant F12 F12 1 1 1 1 0,60 0.60 19,35 19.35 1,4 1.4 1,17 1.17 Très résistant Very resistant Z28 Z28 1 1 1 1 0,74 0.74 25,65 25,65 1,20 1.20 1,00 1.00 Très résistant Very resistant Z35 Z35 1 1 0.5 0.5 0,73 0.73 25,2 25.2 1,20 1.20 1,00 1.00 Très résistant Very resistant

Cette série d'expériences d'incorporation du borax donne des matériaux de bonne résistance avec des teneurs en borax varient entre 18 à 25%.This series of borax incorporation experiments gives materials of good resistance with borax contents varying between 18 to 25%.

3.2) Etude de l'incorporation des trois types de déchets dans le ciment phosphate de zinc.3.2) Study of the incorporation of the three types of waste in zinc phosphate cement.

L'oxyde de magnésium a été remplacé par l'oxyde de zinc tout en gardant le même protocole expérimental des essais précédents. Un des trois déchets DK3, DKN ou DK4 est mélange avec un volume d'eau fixé 10 à 0.5 mL. Ensuite, addition d'un mL d'acide phosphorique 85% au mélange, puis on ajoute du ZnO en plusieurs portions avec une agitation continue afin de bien dispersé les grains du ZnO dans le mélange. Enfin, on laisse la pâte ou le solide obtenu sécher à l'air ambiant. Le taux d'incorporation du déchet varie de 10 à 70% avec un 15 rapport molaire de Ζη/P fixé à 1. Les trois tableaux 10-12 ci-après récapitulent les essais effectués.Magnesium oxide has been replaced by zinc oxide while keeping the same experimental protocol of the previous tests. One of the three wastes DK3, DKN or DK4 is mixed with a fixed volume of water 10 to 0.5 mL. Then, add an mL of 85% phosphoric acid to the mixture, then add ZnO in several portions with continuous stirring in order to disperse the grains of ZnO well in the mixture. Finally, the paste or the solid obtained is left to dry in ambient air. The incorporation rate of the waste varies from 10 to 70% with a molar ratio of Ζη / P fixed at 1. The three tables 10-12 below summarize the tests carried out.

Tableau 10 : Incorporation du déchet DK3 dans le ciment CPZnTable 10: Incorporation of DK3 waste into CPZn cement

Produits products H3PO4 H3PO4 Eau Water Déchets DK3 DK3 waste ZnO ZnO Propriétés properties M(g/moi) M (g / I) 98,00 98,00 18,02 18,02 81,41 81.41 Essais testing mL ml mL ml g g D/C D / C g g Zn/P Zn / P Ml ml 1 1 0,50 0.50 0,29 0.29 10 10 1,20 1.20 1,00 1.00 Très résistant Very resistant M2 M2 1 1 0,50 0.50 0,58 0.58 20 20 1,20 1.20 1,00 1.00 Très résistant Very resistant M3 M3 1 1 0,50 0.50 0,87 0.87 30 30 1,20 1.20 1,00 1.00 Très résistant Very resistant M79 M79 1 1 0,50 0.50 1,16 1.16 40 40 1,20 1.20 1,00 1.00 Très résistant Very resistant M80 M80 1 1 0,50 0.50 1,45 1.45 50 50 1,20 1.20 1,00 1.00 Très résistant Very resistant M91 M91 1 1 0,50 0.50 1,74 1.74 60 60 1,20 1.20 1,01 1.01 Très résistant Very resistant M117 M117 1 1 0,50 0.50 2,03 2.03 70 70 1,20 1.20 1,00 1.00 Très résistant Very resistant

Tableau 11 : Incorporation du déchet DKN dans le ciment CPZnTable 11: Incorporation of DKN waste into CPZn cement

Produits products H3PO4 H3PO4 Eau Water Déchets DKN DKN waste ZnO ZnO Propriétés properties M(g/mol) M (g / mol) 98,00 98,00 18,02 18,02 81,41 81.41 Essais testing mL ml mL ml g g D/C D / C g g Zn/P Zn / P M9 M9 1 1 0,50 0.50 0,29 0.29 10 10 1,20 1.20 1.01 1.01 Très résistant Very resistant M10 M10 1 1 0,50 0.50 0,58 0.58 20 20 1,20 1.20 1.00 1.00 Très résistant Very resistant MH MH 1 1 0,50 0.50 0,87 0.87 30 30 1,20 1.20 1.01 1.01 Très résistant Very resistant M77 M77 1 1 0,50 0.50 1,16 1.16 40 40 1,20 1.20 1,01 1.01 Très résistant Very resistant M78 M78 1 1 0,50 0.50 1,45 1.45 50 50 1,20 1.20 1,00 1.00 Très résistant Very resistant M90 M90 1 1 0,50 0.50 1,74 1.74 60 60 1,20 1.20 1,01 1.01 Très résistant Very resistant M116 M116 1 1 0,50 0.50 2,03 2.03 70 70 1,20 1.20 1,00 1.00 Très résistant Very resistant

Tableau 12 : Incorporation du déchet DK4 dans le ciment CPZnTable 12: Incorporation of DK4 waste into CPZn cement

Produits products H3PO4 H 3 PO 4 Eau Water Déchets DK4 Waste DK4 ZnO ZnO Propriétés properties M(g/mol) M (g / mol) 98,00 98,00 18,02 18,02 81,41 81.41 Essais testing mL ml mL ml g g D/C D / C g g Zn/P Zn / P MHS MHS 1 1 0,50 0.50 0,29 0.29 10 10 1,20 1.20 1,01 1.01 Très résistant Very resistant M120 M120 1 1 0,50 0.50 0,59 0.59 20 20 1,20 1.20 1,01 1.01 Très résistant Very resistant M121 M121 1 1 0,50 0.50 0,87 0.87 30 30 1,20 1.20 1,01 1.01 Très résistant Very resistant M88 M88 1 1 0,50 0.50 1,16 1.16 40 40 1,20 1.20 1,01 1.01 Très résistant Very resistant M89 M89 1 1 0,50 0.50 1,45 1.45 50 50 1,20 1.20 1,01 1.01 Très résistant Very resistant M92 M92 1 1 0,50 0.50 1,74 1.74 60 60 1,20 1.20 1,01 1.01 Très résistant Very resistant M118 M118 1 1 0,50 0.50 2,03 2.03 70 70 1,20 1.20 1,00 1.00 Très résistant Very resistant

Quel que soit le type du déchet, on obtient des matériaux très résistants avec des taux d'incorporation D/C très important allant de 10 à 70%. On note cependant que l'augmentation du taux d'incorporation de déchets s'accompagne d'une élévation du temps de 10 prise (facteur limitant).Whatever the type of waste, very resistant materials are obtained with very high D / C incorporation rates ranging from 10 to 70%. However, it should be noted that the increase in the rate of incorporation of waste is accompanied by an increase in setting time (limiting factor).

On obtient des matériaux avec un bon comportement mécanique.Materials are obtained with good mechanical behavior.

3.3) Etude de la microstructure des matériaux élaborés par diffraction des rayons X (DRX)3.3) Study of the microstructure of materials produced by X-ray diffraction (DRX)

L'analyse DRX permet de détecter les phases cristallines présentes dans les échantillons qui montrent déjà un bon comportement mécanique. Le ciment CPZn seul et les matériaux élaborés avec des taux D/C de 30, 50 et 70% de chaque type de 5 déchets sont broyés par mortier et réduit en poudre avant d'être analysés. Les diagrammes obtenus sont traités à l'aide de deux logiciels X'Pert HighScore Plus et Origin. Les figures 10 à 13 ci-après illustrent les diffractogrammes obtenus.The XRD analysis makes it possible to detect the crystal phases present in the samples which already show good mechanical behavior. CPZn cement alone and the materials produced with D / C rates of 30, 50 and 70% of each type of waste are ground by mortar and reduced to powder before being analyzed. The diagrams obtained are processed using two software X'Pert HighScore Plus and Origin. Figures 10 to 13 below illustrate the diffractograms obtained.

Figure 10 : Diagrammes de diffraction X du ciment phosphate de 10 zinc seul.Figure 10: X-ray diffraction patterns of zinc phosphate cement alone.

Figure 11 : Diagrammes de diffraction X des matériaux élaborés avec du ciment phosphate de zinc et des taux d'incorporation de 30, 50 et 70 % du déchet DK3.Figure 11: X-ray diffraction diagrams of materials produced with zinc phosphate cement and incorporation rates of 30, 50 and 70% of DK3 waste.

Figure 12 et 13 : Diagrammes de diffraction X des matériaux 15 élaborés avec du ciment phosphate de zinc et des taux d'incorporation de 30, 50 et 70 % du déchet DK4 (figure 12) et DKN (figure 13).Figure 12 and 13: X-ray diffraction diagrams of the materials produced with zinc phosphate cement and incorporation rates of 30, 50 and 70% of the waste DK4 (Figure 12) and DKN (Figure 13).

L'analyse DRX montre la présence majoritaire de deux phases dans le ciment CPZn seul : les phases ZnHPO4*3H2O et Zn3(HPO4)3.3H2O alors que les phases hopeite : Zn3(PO4)2.4H2O et 20 ZnO sont présentes en très faible quantité.DRX analysis shows the majority of two phases in CPZn cement alone: the ZnHPO4 * 3H2O and Zn3 (HPO4) 3.3H2O phases while the hopeite phases: Zn3 (PO4) 2.4H2O and 20 ZnO are present in very small quantities .

Lorsque l'oxyde de zinc ZnO réagit avec de l'acide phosphorique, il se forme d’abord un hydroxyde de zinc, puis la réaction acide-base continue:When zinc oxide ZnO reacts with phosphoric acid, a zinc hydroxide is formed first, then the acid-base reaction continues:

ZnO - Z(OH)2 - Zn(H2PO4)2'2H2O Zn3(HPO4)3“3H2O - ZnHPO4-H2O 25 ZnHPO4‘3H2O -» Zn3(PO4)2‘4H2O.ZnO - Z (OH) 2 - Zn (H 2 PO 4 ) 2 '2H 2 O Zn 3 (HPO 4 ) 3 “3H 2 O - ZnHPO 4 -H 2 O 25 ZnHPO 4 ' 3H 2 O -» Zn 3 ( PO 4 ) 2'4H 2 O.

Il existe une différence entre la formation du ciment avec CPMg et CPZn. Dans le cas de MgO, la réaction s'arrête lorsque le phosphate de monohydrogène (MgHPO4’3H2O, newberyite) est formé, tandis que dans le cas des ciments de phosphate de zinc, le produit phosphate final est 30 Zn3(PO4)2-4H2O (hopeite). Cette différence résulte de la plus grande solubilité de ZnHPO4 comparée à celle de MgHPO4-(newberyite).There is a difference between cement formation with CPMg and CPZn. In the case of MgO, the reaction stops when monohydrogen phosphate (MgHPO 4 '3H 2 O, newberyite) is formed, while in the case of zinc phosphate cements, the final phosphate product is 30 Zn 3 ( PO 4 ) 2 -4H 2 O (hopeite). This difference results from the greater solubility of ZnHPO4 compared to that of MgHPO4- (newberyite).

En présence de déchet, la phase hopeite: Zn3 (PO4)2.4H2O est identifiée dans tous les matériaux (le plus souvent majoritairement).In the presence of waste, the hopeite phase: Zn 3 (PO 4 ) 2 .4H 2 O is identified in all materials (most often in the majority).

Pour les trois matériaux élaborés avec 30, 50 et 70% du déchet DK3, on note la présence de l'acide borique. Alors qu'avec les déchets DKN et DK4, il n'est présent qu'à partir d'un taux de 70%. On considère que l'acide borique est formé par la dissolution du borax dans la solution d'acide phosphorique selon des équations suivantes :For the three materials produced with 30, 50 and 70% of the DK3 waste, the presence of boric acid is noted. Whereas with DKN and DK4 waste, it is only present from a rate of 70%. Boric acid is considered to be formed by dissolving borax in the phosphoric acid solution according to the following equations:

Na2B4O7.10H2O+2H3PO4(aq)— 2NaH2PO4(aq)+4H3BO3(aq)+5H2O Na2B4O7.10H2O+ 2NaH2PO4(aq) -* 4H3BO3(aq) + 2Na2HPO4(aq) + 5HZONa 2 B 4 O 7 .10H2O + 2H 3 PO 4 (aq) - 2NaH 2 PO 4 (aq) + 4H 3 BO 3 (aq) + 5H 2 O Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O + 2NaH 2 PO 4 (aq) - * 4H 3 BO 3 (aq) + 2Na 2 HPO 4 (aq) + 5H Z O

La réaction totale est la suivante :The total reaction is as follows:

Na2B4O7.10H2O + H3PO4(aq) — 4H3BO3(aq) + 5H2O + Na2HPO4(aq)Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O + H 3 PO 4 (aq) - 4H 3 BO 3 (aq) + 5H 2 O + Na 2 HPO 4 (aq)

Aussi, on identifie la présence du ZnO à partir 50% du déchet DK3. On peut conclure que la présence du déchet inhibe la formation d'hydrate cimentaire.Also, the presence of ZnO is identified from 50% of the DK3 waste. It can be concluded that the presence of the waste inhibits the formation of cement hydrate.

Pour les trois matériaux élaborés avec 30, 50 et 70% du déchet DKN, on note la présence de NaNO3. Alors, qu'avec le déchet DK4, on note logiquement la présence de KNO3.For the three materials produced with 30, 50 and 70% of the DKN waste, the presence of NaNO 3 is noted. So, with waste DK4, we logically note the presence of KNO 3 .

La présence du KNO3, NaNO3 et B(OH)3 vont influer négativement sur le test de lixiviation.The presence of KNO 3 , NaNO 3 and B (OH) 3 will negatively affect the leaching test.

3.4) Etude de la microstructure des matériaux élaborés par microscopie électronique à balayage (MEB) (figures 14 à 20).3.4) Study of the microstructure of the materials produced by scanning electron microscopy (SEM) (Figures 14 to 20).

L'étude réalisée par MEB du ciment CPZn seul montre la présence de deux structures microscopiques dont une sous forme de plaquettes allongées. En présence de déchet, on observe des fissures dans les matériaux. Ces fissurations ne sont pas forcément dues aux matériaux mais, peuvent apparaître lors de la préparation des échantillons pour l'analyse MEB. On note aussi la présence des zones blanches. L'analyse élémentaire de ces dernières montrent qu'elles sont riches en Zn et O, donc il s'agit de ZnO n'ayant pas réagi. L'analyse élémentaire met en évidence la présence des nitrates KNO3 et NaNO3. Le point spectrum 8 (Figure 20B) est riche en potassium, oxygène et azote (K : N : O =The SEM study of CPZn cement alone shows the presence of two microscopic structures, one of which is in the form of elongated platelets. In the presence of waste, cracks are observed in the materials. These cracks are not necessarily due to the materials but can appear during the preparation of samples for SEM analysis. We also note the presence of white areas. Elemental analysis of the latter shows that they are rich in Zn and O, therefore it is unreacted ZnO. Elementary analysis highlights the presence of the nitrates KNO 3 and NaNO 3 . The spectrum 8 point (Figure 20B) is rich in potassium, oxygen and nitrogen (K: N: O =

27.37 :8.1 :61.77) indique la présence KNO3 et le point spectrum 36 (Figure 18) est riche en sodium, oxygène et azote (Na :N :O =:18.22 :54.62) indique la présence NaNOs.27.37: 8.1: 61.77) indicates the presence of KNO 3 and the spectrum point 36 (Figure 18) is rich in sodium, oxygen and nitrogen (Na: N: O =: 18.22: 54.62) indicates the presence of NaNOs.

Figure 14 : Images MEB du ciment phosphate de zinc seul (Z3).Figure 14: SEM images of zinc phosphate cement alone (Z3).

Figure figure 15A-15B : 15A-15B: Images MEB SEM images du of matériau material élaboré elaborate avec with du of ciment CPZn CPZn cement et 50 % du and 50% of déchet DK3. waste DK3. Figure figure 16A-16B : 16A-16B: Images MEB SEM images du of matériau material élaboré elaborate avec with du of ciment CPZn CPZn cement et 30 % du and 30% of déchet DKN. DKN waste. Figure figure 17A-17B : 17A-17B: Images MEB SEM images du of matériau material élaboré elaborate avec with du of ciment CPZn CPZn cement et 50 % du and 50% of déchet DKN. DKN waste.

Figure 18 : Image MEB du matériau élaboré avec du ciment CPZn et 70 % du déchet DKN.Figure 18: SEM image of the material produced with CPZn cement and 70% of DKN waste.

Figures 19A-19B : Images MEB du matériau élaboré avec du ciment CPZn et 30 % du déchet DK4.Figures 19A-19B: SEM images of the material produced with CPZn cement and 30% of DK4 waste.

Figures 20A-20B : Images MEB du matériau élaboré avec du ciment CPZn et 50 % du déchet DK4.Figures 20A-20B: SEM images of the material produced with CPZn cement and 50% of DK4 waste.

3.5) Conclusion :3.5) Conclusion:

On obtient des matériaux très résistants mécaniquement pour les 3 types de déchets (DK3, DKN ou DK4) avec des taux d'incorporation très importants allant ici jusqu'à 70% et ce, avec des temps de prise similaires quelle que soit la composition du déchet (cible <24h).We obtain very mechanically resistant materials for the 3 types of waste (DK3, DKN or DK4) with very high incorporation rates going here up to 70% and this, with similar setting times whatever the composition of the waste (target <24h).

4) TEST DE TREMPAGE SUR CIMENTS PHOSPHATE DE CALCIUM ET DE ZINC4) DIP TEST ON CALCIUM PHOSPHATE CEMENT AND ZINC

Des essais de lixiviation simplifiés (trempage) ont été réalisés afin d'estimer la tenue à l'eau et le relargage des éléments en fonction de leur formulation. Un monolithe de matériau est immergé dans 30 ml de l'eau permutée, puis, on mesure le pH avec papier pH et la conductivité des solutions de trempage. Le tableau 13 résume les mesures obtenues.Simplified leaching tests (soaking) were carried out in order to estimate the water resistance and the release of the elements according to their formulation. A monolith of material is immersed in 30 ml of deionized water, then, the pH is measured with pH paper and the conductivity of the soaking solutions. Table 13 summarizes the measurements obtained.

Tableau 13 : Mesure du pH et de la conductivité des solutions de trempageTable 13: Measurement of pH and conductivity of soaking solutions

Matériaux Materials pHàlh pHàlh pH à 24h pH at 24h Conductivité (mS/cm) Conductivity (mS / cm) ZnP seul ZnP alone ZI ZI 3-4 3-4 3 3 2.3 2.3 ZnP seul ZnP alone Z3 Z3 3-4 3-4 3 3 2.3 2.3 ZnP + 30%DK3 ZnP + 30% DK3 M3 M3 4 4 3 3 4.1 4.1 ZnP + 50%DK3 ZnP + 50% DK3 M80 M80 4-5 4-5 4-5 4-5 5.1 5.1 ZnP + 70%DK3 ZnP + 70% DK3 M117 M117 4-5 4-5 5 5 6.2 6.2 ZnP + 30%DKN ZnP + 30% DKN Mil Mil 4 4 3 3 4.3 4.3

On remarque une diminution du pH des solutions de trempage des matériaux élaborés avec du ciment CPZn. Contrairement au cas des matériaux élaborés avec du ciment CPCa où le pH augmente.There is a decrease in the pH of the soaking solutions of the materials produced with CPZn cement. Unlike the case of materials made with CPCa cement where the pH increases.

La conductivité des solutions de trempage des matériaux élaborés avec CPZn +DK3 est inférieure à celles obtenues avec DKN et 10 DK4 pour les trois taux d'incorporation, ce qui tendrait à prouver une meilleure tenue des formulations avec DK3 (surtout à 50%).The conductivity of the soaking solutions of the materials produced with CPZn + DK3 is lower than those obtained with DKN and 10 DK4 for the three incorporation rates, which would tend to prove better resistance of the formulations with DK3 (especially at 50%).

Les matériaux élaborés avec le ciment CPCa gardent le même comportement mécanique après une immersion dans l'eau de 24 heures. Des essais complémentaires de durée plus longues ont 15 confirmé cette bonne tenue apparente à la lixiviation.The materials produced with CPCa cement retain the same mechanical behavior after a 24-hour immersion in water. Additional tests of longer duration have confirmed this apparent good resistance to leaching.

5) CONCLUSION GENERALE5) GENERAL CONCLUSION

Les formulations de ciment pour bloquer des déchets boratés (3 types de formulation) présentés précédemment ont mis en évidence les aspects suivants.The cement formulations for blocking borated waste (3 types of formulation) presented above have highlighted the following aspects.

Une formulation basée uniquement sur un ciment phosphomagnésien (ciment phosphate le plus étudié sur le traitement des déchets) ne permet pas d'obtenir des taux d'incorporation importants la tenue mécanique observée se dégradant relativement vite avec l'augmentation du taux en déchet.A formulation based solely on a phosphomagnesium cement (phosphate cement most studied in waste treatment) does not make it possible to obtain significant incorporation rates, the mechanical strength observed degrading relatively quickly with the increase in the rate of waste.

Une formulation basée uniquement sur un ciment phosphate de calcium présente des résultats satisfaisants au niveau de la tenue mécanique pour des taux d'incorporation élevés (40 à 60% selon la formulation du déchet). Les essais ont mis en évidence ce qui s'apparente à la formation d'un nouveau matériau et non pas à une simple incorporation du matériau déchet dans le matériau ciment.A formulation based solely on a calcium phosphate cement has satisfactory results in terms of mechanical strength for high incorporation rates (40 to 60% depending on the formulation of the waste). The tests have highlighted what is akin to the formation of a new material and not to a simple incorporation of the waste material into the cement material.

Une formulation basée uniquement sur un ciment phosphate de zinc donne de très bons résultats de tenue mécanique même pour des taux d'incorporation de déchets très élevés (70%). Les essais de lixiviation ont montré une meilleure tenue de la formulation riche en borates (DK3). Ces essais démontrent cependant un caractère innovant également car ce ciment n'avait pas été testé jusqu'alors pour le traitement de déchets boratés.A formulation based solely on zinc phosphate cement gives very good mechanical strength results even for very high waste incorporation rates (70%). Leaching tests have shown better resistance of the formulation rich in borates (DK3). However, these tests also demonstrate an innovative character since this cement had not been tested until then for the treatment of borated waste.

Au vu des résultats obtenus, il apparaît intéressant de mettre en œuvre des formulations de ciments de phosphate de calcium et de zinc notamment pour les déchets de concentrats d'évaporateur des réacteurs nucléaires de type CNPEs.In view of the results obtained, it appears interesting to use formulations of calcium phosphate and zinc cements, in particular for waste evaporator concentrates from nuclear reactors of the CNPEs type.

A ce jour, ces concentrats borés d'évaporateurs sont traités de 2 manières chez EDF :To date, these borated evaporator concentrates are processed in 2 ways at EDF:

-Soit par cimentation directement avec du ciment Portland;-Either by cementing directly with Portland cement;

-Soit par envoi pour incinération avant cimentation des cendres (filière privilégiée à ce jour),-Either by sending for incineration before cementing the ashes (preferred method to date),

La production de déchets borés représente rien que chez EDF environ 200 tonnes par an, exprimées en équivalent 50 OOOppm de bore.The production of borated waste represents at EDF alone around 200 tonnes per year, expressed in equivalent 50 OOOppm of boron.

L'intérêt des formulations selon l'invention est qu'elles présentent :The advantage of the formulations according to the invention is that they have:

- un potentiel intéressant de réduction du volume total de déchets (en augmentant le taux d'incorporation, on améliorerait le FRV (facteur de réduction volumique) qui est proche de 0.1 pour la cimentation actuellement (c'est-à-dire que la cimentation se fait par ajouts de réactifs et donc que le volume final du déchet traité est 10 fois supérieur au volume du déchet initial), et- an interesting potential for reducing the total volume of waste (by increasing the incorporation rate, we would improve the LIF (volume reduction factor) which is close to 0.1 for currently cementing (i.e. cementing is done by adding reagents and therefore the final volume of the treated waste is 10 times greater than the volume of the initial waste), and

- une alternative économiquement intéressante à l'incinération qui est elle-même coûteuse (coût des transports + coût incinération + coût cimentation finale des cendres (FRV de 10)).- an economically attractive alternative to incineration which is itself costly (transport cost + incineration cost + final cementing cost of the ashes (LIF of 10)).

Claims (17)

1. Procédé de conditionnement de déchets à base de borates et sels alcalins par immobilisation dans une matrice de cimentation dans lequel on mélange aux dits déchets, des réactifs conduisant à un ciment de phosphate de zinc et/ou un ciment de phosphate de calcium, les dits réactifs comprenant de l'acide phosphorique H3PO4 dans de l'eau et du ZnO pour le ciment de phosphate de zinc et/ou respectivement du CaO pour le ciment de phosphate de calcium.1. Process for conditioning wastes based on borates and alkaline salts by immobilization in a cementing matrix in which is mixed with said wastes, reagents leading to a zinc phosphate cement and / or a calcium phosphate cement, the said reagents comprising phosphoric acid H 3 PO 4 in water and ZnO for the zinc phosphate cement and / or respectively CaO for the calcium phosphate cement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dits déchets sont de déchets radioactifs comprenant principalement du borax à raison d'au moins 100g de borax/kg de déchet, de préférence de 200 à 750g/kg.2. Method according to claim 1, characterized in that said waste is radioactive waste mainly comprising borax in an amount of at least 100g of borax / kg of waste, preferably from 200 to 750g / kg. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dits déchets contiennent en outre des sels de nitrate, chlorure et/ou sulfate de potassium et/ou de sodium avec chacun des rapports molaires B/Na, B/K et Na/K de 0.5 à 4, de préférence de 1 à 3.3. Method according to claim 2, characterized in that said waste also contains nitrate, chloride and / or sulfate salts of potassium and / or sodium with each of the molar ratios B / Na, B / K and Na / K from 0.5 to 4, preferably from 1 to 3. 4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce les dits déchets contiennent en outre des sels de nitrate de sodium et/ou nitrate de potassium, de préférence à une concentration globale des dits sels de nitrate de sodium et/ou nitrate de potassium de 50 à 300g/kg de déchet.4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that said waste also contains salts of sodium nitrate and / or potassium nitrate, preferably at an overall concentration of said salts of sodium nitrate and / or potassium nitrate from 50 to 300g / kg of waste. 5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les dits déchets sont des déchets de concentrats d'évaporateurs de centrales nucléaires contenant (a) des composants majoritaires , de préférence à raison d'au moins 95% en poids, comprenant du borax et des sels de potassium et sodium choisis parmi de NaNO3 et KNO3, et des sels KCI, et K2SO4, et (b) des composants minoritaires, de préférence à raison de moins de 5% en poids; comprenant au moins des sels de Ca (NO3)2 et Mg(NO3)2.5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that said waste is waste concentrates from evaporators of nuclear power plants containing (a) major components, preferably at a rate of at least 95% in weight, comprising borax and potassium and sodium salts chosen from NaNO 3 and KNO 3 , and salts KCI, and K 2 SO 4 , and (b) minority components, preferably in an amount of less than 5% by weight; comprising at least Ca (NO 3 ) 2 and Mg (NO 3 ) 2 salts. 6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le taux d'incorporation D/C des dits déchets dans ledit ciment est d'au moins 10% en poids, de préférence encore au moins 30% avec D/C = (masse du déchet) xlOO / [(masse d'oxyde)+(volume d'acide phophorique x 1.7)].6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rate of incorporation D / C of said waste in said cement is at least 10% by weight, more preferably at least 30% with D / C = (mass of waste) x100 / [(oxide mass) + (volume of phophoric acid x 1.7)]. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dit ciment phosphate comprend un rapport molaire M/P de 1 à 1.5 avec M= Zn pour le ciment de phosphate de zinc et M=Ca pour le ciment de phosphate de calcium, à partir d'un rapport en volume eau/acide phosphorique de 1.7. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that said phosphate cement comprises a M / P molar ratio of 1 to 1.5 with M = Zn for zinc phosphate cement and M = Ca for cement calcium phosphate, from a water / phosphoric acid volume ratio of 1. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dit ciment phosphate de zinc comprend un rapport molaire Zn/P inférieur ou égal à 1.5, de préférence un rapport molaire Zn/P de 1.8. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that said zinc phosphate cement comprises a Zn / P molar ratio less than or equal to 1.5, preferably a Zn / P molar ratio of 1. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dit ciment comprend du phosphate de zinc, la dite matrice cimentaire comprenant la présence de phase d'hopéite de Zn3(PO4)2.4H2O.9. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the said cement comprises zinc phosphate, the said cement matrix comprising the presence of the Zn 3 (PO 4 ) 2 .4H 2 O hoteite phase . 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dit ciment comprend du phosphate de zinc, la dite matrice cimentaire comprenant en outre la présence de l'acide borique H3BO3.10. The method of claim 9, characterized in that said cement comprises zinc phosphate, said cement matrix further comprising the presence of boric acid H 3 BO 3 . 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dit ciment phosphate de calcium comprend un rapport molaire Ca/P de 1 à 1.5 de préférence un rapport molaire Ca/P de 1,5.11. Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the said calcium phosphate cement comprises a Ca / P molar ratio of 1 to 1.5 preferably a Ca / P molar ratio of 1.5. 12. Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dit ciment comprend du phosphate de calcium, la dite matrice cimentaire comprenant la présence de phosphate dicalcique dihydraté de formule chimique CaHPO4.2H2O:12. Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the said cement comprises calcium phosphate, the said cement matrix comprising the presence of dicalcium phosphate dihydrate of chemical formula CaHPO 4 .2H 2 O: 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dit ciment comprend du phosphate de calcium, la dite matrice cimentaire comprenant en outre la présence d'une phase cristalline de KB5O8.4H2O.13. The method of claim 12, characterized in that said cement comprises calcium phosphate, said cement matrix further comprising the presence of a crystalline phase of KB 5 O 8 .4H 2 O. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le dit ciment comprend un ciment phosphate de zinc, et de préférence encore un ciment phosphate de zinc et un phosphate de calcium.14. Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that said cement comprises a zinc phosphate cement, and more preferably a zinc phosphate cement and a calcium phosphate. 15. Matrice cimentaire comprenant des déchets à base de borates et sels alcalins obtenue par un procédé de conditionnement15. Cement matrix comprising waste based on borates and alkaline salts obtained by a conditioning process 5 selon l'une des revendications 1 à 14.5 according to one of claims 1 to 14. 16. Matrice cimentaire selon la revendication 15, caractérisé en ce que le dit ciment comprend du phosphate de zinc, la dite matrice cimentaire comprenant la présence de phase hopéite de Zn3(PO4)2.4H2O et de préférence en outre la présence de l'acide borique H3BO3.16. Cement matrix according to claim 15, characterized in that said cement comprises zinc phosphate, said cement matrix comprising the presence of hopnite phase of Zn 3 (PO 4 ) 2 .4H 2 O and preferably also the presence of boric acid H 3 BO 3 . 1010 17. Matrice cimentaire selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que le dit ciment comprend du phosphate de calcium, la dite matrice cimentaire comprenant la présence de phosphate dicalclque dihydraté de formule chimique CaHPO4.2H2O et de préférence en outre la présence d'une phase cristalline de KB5O8.4H2O.17. Cement matrix according to claim 15 or 16, characterized in that the said cement comprises calcium phosphate, the said cement matrix comprising the presence of dicalclic phosphate dihydrate of chemical formula CaHPO 4 .2H 2 O and preferably also the presence of a crystalline phase of KB 5 O 8 .4H 2 O.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4122028A (en) * 1976-01-28 1978-10-24 Nukem Nuklear-Chemie Und Metallurgie Gmbh Process for solidifying and eliminating radioactive borate containing liquids
DE2827030A1 (en) * 1977-07-05 1979-01-11 Asea Atom Ab METHOD OF EMBEDDING BORIC ACID OR BORATE-CONTAINING RADIOACTIVE WASTE IN CEMENT
US4594186A (en) * 1982-04-26 1986-06-10 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh Method for improving the radionuclide retention properties of solidified radioactive wastes
FR2579360A1 (en) * 1985-03-21 1986-09-26 Sgn Soc Gen Tech Nouvelle METHOD AND DEVICE FOR THE CONDITIONING, BY HYDRAULIC BINDERS, OF LOW AND MEDIUM ACTIVITY RADIOACTIVE EFFLUENTS
FR2623007A1 (en) * 1987-11-06 1989-05-12 Lafarge Coppee Systems for pretreatment and treatment of radioactive ion exchange resins and corresponding treatment process
WO2007135067A1 (en) * 2006-05-18 2007-11-29 Commissariat A L'energie Atomique Cement-based composition for coating an aqueous solution containing boron, coating method and composition of cement grout
EP3070718A1 (en) * 2015-03-16 2016-09-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for processing radioactive liquid waste

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4122028A (en) * 1976-01-28 1978-10-24 Nukem Nuklear-Chemie Und Metallurgie Gmbh Process for solidifying and eliminating radioactive borate containing liquids
DE2827030A1 (en) * 1977-07-05 1979-01-11 Asea Atom Ab METHOD OF EMBEDDING BORIC ACID OR BORATE-CONTAINING RADIOACTIVE WASTE IN CEMENT
US4594186A (en) * 1982-04-26 1986-06-10 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh Method for improving the radionuclide retention properties of solidified radioactive wastes
FR2579360A1 (en) * 1985-03-21 1986-09-26 Sgn Soc Gen Tech Nouvelle METHOD AND DEVICE FOR THE CONDITIONING, BY HYDRAULIC BINDERS, OF LOW AND MEDIUM ACTIVITY RADIOACTIVE EFFLUENTS
FR2623007A1 (en) * 1987-11-06 1989-05-12 Lafarge Coppee Systems for pretreatment and treatment of radioactive ion exchange resins and corresponding treatment process
WO2007135067A1 (en) * 2006-05-18 2007-11-29 Commissariat A L'energie Atomique Cement-based composition for coating an aqueous solution containing boron, coating method and composition of cement grout
EP3070718A1 (en) * 2015-03-16 2016-09-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for processing radioactive liquid waste

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
QINA SUN ET AL: "Solidification of borate radioactive resins using sulfoaluminate cement blending with zeolite", NUCLEAR ENGINEERING AND DESIGN, AMSTERDAM, NL, vol. 241, no. 12, 6 August 2011 (2011-08-06), pages 5308 - 5315, XP028126362, ISSN: 0029-5493, [retrieved on 20110812], DOI: 10.1016/J.NUCENGDES.2011.08.028 *

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