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WO1994015775A1 - Compactage de dechets metalliques susceptibles de s'enflammer et/ou d'exploser - Google Patents

Compactage de dechets metalliques susceptibles de s'enflammer et/ou d'exploser Download PDF

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WO1994015775A1
WO1994015775A1 PCT/FR1994/000045 FR9400045W WO9415775A1 WO 1994015775 A1 WO1994015775 A1 WO 1994015775A1 FR 9400045 W FR9400045 W FR 9400045W WO 9415775 A1 WO9415775 A1 WO 9415775A1
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WO
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container
inert gas
compacting
waste
compaction
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Ceased
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PCT/FR1994/000045
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English (en)
Inventor
Patrick Jacq
Jean-Charles Masse
Isabelle Morlaes
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GENERALE DES MATIERES NUCLEAIRES Cie SA
Original Assignee
GENERALE DES MATIERES NUCLEAIRES Cie SA
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B9/00—Presses specially adapted for particular purposes
    • B30B9/30—Presses specially adapted for particular purposes for baling; Compression boxes therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B9/00—Presses specially adapted for particular purposes
    • B30B9/32—Presses specially adapted for particular purposes for consolidating scrap metal or for compacting used cars
    • B30B9/327—Presses specially adapted for particular purposes for consolidating scrap metal or for compacting used cars for briquetting scrap metal
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/34—Disposal of solid waste
    • G21F9/36—Disposal of solid waste by packaging; by baling

Definitions

  • the present invention relates to a compacting process, without risk of ignition and / or explosion of metallic waste liable to ignite and / or explode when they are compacted in a conventional manner.
  • Said method is advantageously implemented during the treatment of irradiated metallic waste, containing in particular zirconium and / or magnesium and / or alloys of these metals. It will be described more particularly below with reference to this nuclear context, but this does not imply any limitation as to its implementation in other contexts. Those skilled in the art will readily understand, on reading the text below, that the invention in principle - that of internal inerting - can be transposed in many fields.
  • a solution is currently proposed to the general problem of compacting pyrophoric waste.
  • Such waste is notably generated during the reprocessing process of irradiated nuclear fuel elements.
  • the shearing of said elements generates on the one hand fuel in solution and on the other hand, pieces of tubes or shells, generally made of zircalloy.
  • Said shells are, to date, after rinsing, placed in barrels; said barrels, without reduction in volume, then being cemented. It is the same for the storage of other materials and in particular that of other structural elements of said fuels such as grids, tips, ... and that of magnesium. Attempts have been made, according to the invention, to optimize the volume of final storage; to reduce the size of said barrels.
  • the compacting process according to the invention therefore allows, without risk of ignition and / or explosion, the reduction in volume under the action of compression, of metallic waste yet liable to ignite and / or explode when subjected to such compression, in a conventional manner.
  • Said method according to the invention consists in exerting said compression on a container containing said waste and saturated with inert gas.
  • inerting is carried out so that, during compaction, the waste remains permanently under an inert atmosphere. Said inerting involves an inert gas. Solid or liquid inerting has been excluded due to the large quantities of inert materials required and the incompressibility of these materials ...
  • the method of the invention can be implemented in the following manner.
  • the waste is loaded in bulk in a suitable container.
  • an inert gas is injected, by bubbling into said container, in order to fill, in an inert atmosphere, the voids generated by the proliferation of said wastes in said container: voids between the wastes and voids between said wastes and the walls of the container. Air and therefore oxygen is thus expelled from said container.
  • Said container is saturated with inert gas. In principle, no overpressure is generated in said container, this is useless.
  • Said container is loaded at atmospheric pressure.
  • the container thus loaded is provided with a lid. You must seal with such a cover only if the inert gas used is heavier than air. Said container, loaded and possibly closed (hermetically sealed) is then introduced into a compacting skirt to be compacted there under the action of a piston.
  • the diameter of the compacting skirt is obviously adapted to the dimensions of the container to be compacted. We recommend a limited clearance - a few millimeters - between said container and said skirt.
  • the piston the diameter of which is also adapted to the diameter of said skirt according to the usual principles of press design, then compresses said container, the waste and the inert gas present in said container.
  • Said container should crack, crack by folding under the action of the compression exerted by the piston rather than under the action of an overpressure generated inside said container.
  • the appropriate container will be chosen depending on the pressure of selected compaction (linked to the nature of the waste to be compacted and the desired reduction in volume).
  • Two parameters are available for this optimization: the nature of the material constituting said container and its thickness.
  • the inert gas or gases involved in the process of the invention are advantageously chosen from argon and nitrogen.
  • the intervention of other inert gases is not excluded.
  • the choice of gas is linked to the type of pyrophoricity of the waste to be compacted.
  • the method of the invention can in particular be implemented for the compacting of radioactive metallic waste, such as those containing zirconium and / or magnesium and / or alloys of these metals. It is advantageously used for compacting zircalloy shells. It will be understood that, in this context, it is implemented in a nuclear environment: inside a cell, by remote teleoperation.
  • FIG. 1 shows diagrammatically, in longitudinal section, a compacting device for implementing the method of the invention (internal inerting);
  • - Fig. 2 schematizes a detail of the upper part of a compacting device for implementing the method of the invention (internal and external inerting).
  • the container to be compacted is shown in 1. It was previously loaded with waste 2 and saturated with inert gas 3 and then positioned in the compacting skirt 4 on the heap 5. Said heap 5 is a solid piece placed on the lower bed of the press which receives the compaction efforts.
  • the clearance 6 between the container 1 and the compacting skirt 4 is greater.
  • said inert gas G is the same as that 3, inside the container 1.
  • a seal is shown at 8 and at 9 a collection ring.
  • Zircalloy shells were compacted according to the invention.
  • the presence of water in this type of waste is to be avoided, in order to avoid the evolution of hydrogen.
  • said shells as soon as they are dry and a fortiori broken down into small debris, with the presence of fines, are liable to ignite, even without any particular energy supply.
  • the hulls are dried in a suitable apparatus, under inert gas. They are then loaded, with bubbling nitrogen into a stainless steel container of approximately 901.
  • the outer diameter of said container is 390 mm, its height 800 mm.
  • the thickness of the steel is approximately 1 mm.
  • the volume of shells loaded into said container is approximately 82 1.
  • the density of the hull / nitrogen mixture is approximately 1 (the theoretical density of the metal is 6.2 - 6.6).
  • a collecting ring is arranged therein above the compacting skirt to collect the inert gas which escapes through cracks in the container during compacting.
  • the pressure exerted is approximately 200 MPa.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de compactage, sans risque d'inflammation et/ou d'explosion, de déchets métalliques susceptibles de s'enflammer et/ou d'exploser lorsqu'ils sont compactés. Ledit procédé consiste à compacter un conteneur renfermant lesdits déchets et saturé en gaz inerte.

Description

Compactage de déchets métalliques susceptibles de s'enflammer et/ou d'exploser
La présente invention a pour objet un procédé de compactage, sans risque d'inflammation et/ou d'explosion de déchets métalliques susceptibles de s'enflammer et/ou d'exploser lorsqu'ils sont compactés de façon classique.
Ledit procédé est avantageusement mis en oeuvre au cours du traitement de déchets métalliques irradiés, contenant notamment du zirconium et/ou du magnésium et/ou des alliages de ces métaux. Il sera ci-après plus particulièrement décrit en référence à ce contexte nucléaire mais ceci n'implique aucune limitation quant à sa mise en oeuvre dans d'autres contextes. L'homme du métier comprendra aisément, à la lecture du texte ci-après, que l'invention dans son principe -celui de l'inertage interne- est transposable dans de nombreux domaines.
On propose présentement une solution au problème général du compactage de déchets à tendance pyrophorique. De tels déchets sont notamment générés au cours du procédé de retraitement des éléments combustibles nucléaires irradiés. Ainsi, par exemple, le cisaillage desdits éléments génère-t-il d'une part du combustible en solution et d'autre part, des morceaux de tubes ou coques, généralement en zircalloy. Lesdites coques sont, à ce jour, après rinçage, disposées dans des fûts ; lesdits fûts, sans réduction de volume, étant ensuite cimentés. Il en est de même pour le stockage d'autres matériaux et notamment celui d'autres éléments de structure desdits combustibles tel que grilles, embouts, ... et celui de magnésium. On a cherché, selon l'invention, à optimiser le volume de stockage définitif ; à diminuer l'encombrement desdits fûts. Le compactage de tels fûts pose toutefois problème dans la mesure où d'une part lesdits fûts renferment de l'oxygène et des fines et où d'autre part le compactage met en jeu une énergie susceptible de faire réagir violemment lesdites fines. Le risque d'explosion et/ou d'inflammation lors du compactage de tels fûts existe donc. On propose selon l'invention de réduire et contrôler, voire éliminer ce risque.
Le procédé de compactage selon l'invention autorise donc, sans risque d'inflammation et/ou d'explosion, la réduction de volume sous l'action d'une compression, de déchets métalliques pourtant susceptibles de s'enflammer et/ou d'exploser lorsqu'ils sont soumis à une telle compression, de façon classique. Ledit procédé selon l'invention consiste à exercer ladite compression sur un conteneur renfermant lesdits déchets et saturé en gaz inerte.
On réalise, comme indiqué ci-dessus, un inertage interne de sorte que, durant le compactage, les déchets restent en permanence sous atmosphère inerte. Ledit inertage fait intervenir un gaz inerte. On a exclu l'inertage solide ou liquide du fait des grandes quantités de matériaux inertes nécessités et de l'incompressibilité de ces matériaux...
Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre de la manière suivante. Les déchets sont chargés en vrac dans un conteneur adéquat. Pendant ce chargement, un gaz inerte est injecté, par bullage dans ledit conteneur, afin de remplir, en atmosphère inerte les vides générés par le foisonnement desdits déchets dans ledit conteneur : vides entre les déchets et vides entre lesdits déchets et les parois du conteneur. L'air et donc l'oxygène se trouve ainsi chassé dudit conteneur. Ledit conteneur est saturé en gaz inerte. On ne génère, en principe, pas de surpression dans ledit conteneur, ceci est inutile. Ledit conteneur est chargé à la pression atmosphérique.
On munit le conteneur ainsi chargé d'un couvercle. On se doit d'assurer l'étanchéité avec un tel couvercle que si le gaz inerte utilisé est plus lourd que l'air. Ledit conteneur, chargé et éventuellement obturé (bouché hermétiquement) est alors introduit dans une jupe de compactage pour y être compacté sous l'action d'un piston.
Le diamètre de la jupe de compactage est évidemment adapté aux dimensions du conteneur à compacter. On préconise un jeu limité -quelques millimètres- entre ledit conteneur et ladite jupe. Le piston dont le diamètre est également adapté au diamètre de ladite jupe selon les principes habituels de conception d'une presse comprime alors ledit conteneur, les déchets et le gaz inerte présents au sein dudit conteneur.
Dès lors que la pression exercée atteint un certain seuil, le gaz inerte s'échappe au travers de fissures générées sur les parois dudit conteneur et remplit alors le jeu -espace résiduel- entre ledit conteneur et ladite jupe de compactage. Les déchets sont ainsi en permanence inertes.
Il convient que ledit conteneur se fissure, craque par pliage sous l'action de la compression exercée par le piston plutôt que sous l'action d'une surpression générée à l'intérieur dudit conteneur. A cette fin, en fonction de la pression de compactage retenue (liée, elle, à la nature des déchets à compacter et à la réduction de volume souhaitée), on choisira le conteneur adéquat. On dispose, pour cette optimisation, de deux paramètres : la nature du matériau constituant ledit conteneur et son épaisseur. On peut prévoir, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, un inertage supplémentaire, par injection de gaz inerte -avantageusement le même que celui qui a été injecté dans le conteneur mais en tout état de cause un gaz plus lourd que l'air- avant le début de l'opération de compactage, autour du conteneur, dans le jeu entre ledit conteneur et la jupe de compactage. Ce complément d'inertage n'est nécessaire que dans le cas où le volume de gaz inerte présent dans le conteneur est bien trop faible pour combler le jeu entre ledit conteneur et ladite jupe de compactage.
Le ou les gaz inertes intervenant dans le procédé de l'invention sont avantageusement choisis parmi l'argon et l'azote. On n'exclut pas l'intervention d'autres gaz inertes. En tout état de cause, le choix du gaz est lié au type de pyrophoricité des déchets à compacter.
L'homme de l'art concevra aisément que si l'argon est utilisé pour le chargement du conteneur, l'étanchéité au niveau du couvercle est superflue. Si l'azote est utilisé à cette même fin, on pourra se dispenser de l'étanchéité d'un tel couvercle si et seulement si le compactage est mis en oeuvre rapidement après ledit chargement.
Le procédé de l'invention -inertage interne et éventuellement externe- élimine tout risque d'inflammation et/ou d'explosion lors du compactage de produits à tendance pyrophorique. II est bien entendu que ledit procédé est mis en oeuvre après les précautions d'usage élémentaires. On cherchera toujours à limiter l'apport en comburant (eau, par exemple, que l'on réduira par séchage préalable des déchets), l'apport en combustible (les fines, dont on s'efforcera de limiter la création et la dispersion, en réduisant la vitesse de compactage) et l'apport en énergie (lié, lui— aussi à la vitesse de compactage).
Comme précisé ci-dessus, le procédé de l'invention peut notamment être mis en oeuvre pour le compactage de déchets métalliques radioactifs, tels que ceux contenant du zirconium et/ou du magnésium et/ou des alliages de ces métaux. Il est avantageusement mis en oeuvre pour le compactage de coques en zircalloy. On comprendra que, dans ce contexte, il est mis en oeuvre en ambiance nucléaire : à l'intérieur d'une cellule, par téléopération à distance.
L'invention est illustrée sur les figures jointes à la présente description.
- Fig. 1 schématise, en coupe longitudinale, un dispositif de compactage pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention (inertage interne) ;
- Fig. 2 schématise un détail de la partie supérieure d'un dispositif de compactage pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention (inertage interne et externe).
Sur ces deux figures, les mêmes références désignent les mêmes objets. On a représenté en 1 le conteneur à compacter. Il a été préalablement chargé en déchets 2 et saturé en gaz inerte 3 puis positionné dans la jupe de compactage 4 sur le tas 5. Ledit tas 5 est une pièce massive posée sur le sommier inférieur de la presse qui reçoit les effort de compactage.
On a représenté en 6 le jeu entre ledit conteneur 1 et ladite jupe de compactage 4. Ce jeu 6 limité sera saturé en gaz inerte 3 dès l'apparition des premières fissures dans la structure du conteneur 1, sous l'action de la pression exercée par le piston 7.
Sur la figure 2, le jeu 6 entre le conteneur 1 et la jupe de compactage 4 est plus important. Pour assurer à tout coup sa saturation en gaz inerte lors du compactage, on a prévu, préalablement audit compactage, de le remplir en gaz inerte (G). Avantageusement, ledit gaz inerte G est le même que celui 3, à l'intérieur du conteneur 1. On a représenté en 8 un joint et en 9 une couronne de collecte. En faisant intervenir ces éléments, on limite la dispersion de fines dans la cellule de compactage. L'invention est également illustrée par l'exemple ci-après.
On a compacté selon l'invention des coques en zircalloy. La présence d'eau dans ce type de déchets est à proscrire, afin d'éviter le dégagement d'hydrogène. Or, lesdites coques, dès lors qu'elles sont sèches et à fortiori décomposées en petits débris, avec présence de fines, sont susceptibles de s'enflammer, même sans apport d'énergie particulier.
L'inertage pendant le compactage desdites coques séchées est donc indispensable.
Les coques sont séchées dans un appareil adéquat, sous gaz inerte. Elles sont ensuite chargées, avec bullage d'azote dans un conteneur en acier inoxydable de 901 environ. Le diamètre extérieur dudit conteneur est de 390 mm, sa hauteur de 800 mm. L'épaisseur de l'acier est d'environ 1 mm. Le volume de coques chargées dans ledit conteneur est d'environ 82 1. La densité du mélange coques/ azote est d'environ 1 (la densité théorique du métal est de 6,2 - 6,6).
Le conteneur ainsi chargé est transféré dans la cellule de compactage. On aménage avantageusement dans celle-ci une couronne de collecte au-dessus de la jupe de compactage pour collecter le gaz inerte qui s'échappe au travers des fissures du conteneur pendant le compactage.
La pression exercée est d'environ 200 MPa.
On obtient une galette d'environ 150 mm de hauteur présentant une densité de 4,1.
On prévoit le transfert et le conditionnement d'une telle galette dans un conteneur définitif de stockage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de compactage, sans risque d'inflammation et/ou d'explosion, de déchets métalliques susceptibles de s'enflammer et/ou d'exploser lorsqu'ils sont compactés, ledit procédé comprenant la compression d'un conteneur renfermant lesdits déchets et saturé en gaz inerte.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
- lesdits déchets sont chargés en vrac dans ledit conteneur tandis que du gaz inerte est injecté dans celui-ci afin de remplir les vides au sein dudit conteneur entre lesdits déchets et entre ceux-ci et les parois dudit conteneur ; et en ce que,
- après chargement, ledit conteneur est muni d'un couvercle, éventuellement échanche ; l'étanchéité n'étant obligatoirement requise que si le gaz inerte intervenant est plus léger que l'air ; et en ce que
- ledit conteneur chargé et éventuellement obturé est alors introduit dans une jupe de compactage pour y être compacté sous l'action d'un piston.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'avant le compactage, on injecte du gaz inerte autour du conteneur, pour substituer à l'air entre ledit conteneur et ladite jupe de compactage, dudit gaz inerte.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pression exercée lors du compactage génère des fissures dans la structure dudit conteneur.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour le compactage de déchets métalliques radioactifs, contenant notamment du zirconium et/ou du magnésium et/ou des alliages de ces métaux.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'argon ou/et l'azote est (sont) utilisé(s) à titre de gaz inerte.
PCT/FR1994/000045 1993-01-14 1994-01-14 Compactage de dechets metalliques susceptibles de s'enflammer et/ou d'exploser Ceased WO1994015775A1 (fr)

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