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L'invention due à Messieurs Maurice DELANGE, Henri HUET et Paul VERTES, est relative aux procédés et appareils comportant plusieurs traitements successifs (au moins deux) de solides par des gaz, les matières solides résultant d'un trai- tement déterminé étant ensuite soumises au traitement suivant de la série, et le tout s'opérant de préférence en continu; et elle vise particulièrement les procé- dés et appareils de ce genre pour l'obtention de fluorure d'uranium à partir d'o- xydes d'uranium.
Elle consiste principalement, pour séparer les phases gazeuses de deux traitements successifs tout en permettant le cheminement des matières solides, à recourir à des moyens obturateurs gazeux consistant dans l'introduction, en par- ticulier dans un étranglement séparant les appareils propres aux deux traitements, d'un gaz (en particulier un gaz inerte) à pression convenable s'opposant à la venue en contact des deux gaz desdites phases.
Elle comprend, mise à part cette disposition principale, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après, notamment : - une deuxième disposition -- plus spécialement relative aux procé- dés pour l'obtention de fluorure d'uranium -- consistant à partir, comme matière première, d'oxydes d'uranium supérieurs des types UO3 et U308, que l'on met sous forme de petits agglomérés ou pastilles et que l'on soumet d'abord à une réduc- tion pour les transformer en bioxyde UO2 - une-troisième disposition -- relative aux installations comportant d'abord la réduction des oxydes d'uranium supérieurs en bioxyde UO2puis le traitement du bioxyde par l'acide fluorhydrique consistant à prévoir ces deux traitements dans deux appareils voisins, notamment superposés,
le passage des matières s'opérant de l'un à l'autre de préférence de manière continue, et en par- ticulier avec utilisation des moyens obturateurs gazeux susvisés, et une quatrième disposition -- relative encore aux procédés de trans- formation de l'oxyde d'uranium en fluorure d'uranium par l'action de l'acide flu- orhydrique -- consistant à soumettre, les matières provenant de ce traitement, à l'action supplémentaire d'un courant de cet acide, pour parfaire les réactions, et cela notamment dans un appareil servant en même temps d'extracteur, par exemple à vis.
L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexé, lesquels complément et dessins sont, bien entendu ,donnés surtout à tittre d'indication.
La fig. 1,de ces dessins, montre en coupe verticale schématique une installation pour le traitement des oxydes d'uranium en vue de l'obtention de fluorure d'uranium, cette installation étant établie conformément à l'invention.
La fig. 2 montre séparément, à plus grande échelle, une partie de cet- te installation, cette partie étant également conforme à l'invention.
On va supposer, dans ce qui suit et à titre d'exemple, que l'inven- tion est appliquée à un procédé et à une installation pour l'obtention de fluoru- re d'uranium, notamment selon les dispositions du brevet France n 1,107.592 dé- posé de 18 juin 1954 et au même nom, dispositions selon lesquelles, notamment, l'oxyde d'uranium, aggloméré préalablement sous forme de pastilles, est introduit dans le corps 1 d'un four de fluoruration 4,5 (fig. 1) travaillant en continu, donc laissant sortir le fluorure d'uranium à la base, et soumis à l'action d'un courant gazeux d'acide fluorhydrique arrivant en 3 et sortant en 7, la réaction qui est exothermique étant maintenue à la température de l'ordre de 400 à 5000 par des moyens refroidisseurs tels que les ailettes 6.
¯ Un tel four est généralement alimenté par du bioxyde d'uranium UO qu'il est nécessaire de préparer préalablement à partir d'oxydes du type urani- que UO3 et UO38 par réduction de ceux-ci sous l'action de gaz tels que l'hydrogè-
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ne, le gaz ammoniac craqué ou le gaz ammoniac pur ou un mélange de ces gaz.
Il y a intérêt à prévoir cette opération de réduction immédiatement avant passage dans le four de fluoruration et même à travailler en continu, les matières passant directement du four réducteur dans le four de fluoruration; mais on note alors le besoin de prévoir des moyens obturateurs pour éviter que les gaz résiduels sortant du four de fluoruration ne viennent réagir avec les gaz réduc- teurs, notamment avec l'ammoniac pour former du fluorure d'ammoniac FNH4 qui, en se refroidissant dans les tuyauteries d'évacuation de gaz, cristalliserait et obturerait les canalisations. Ces moyens obturateurs seront donc agencés de la manière plus spécialement spécifiée au début de la présente description.
On va décrire, d'une part, les dispositions propres à la réduction des oxydes d'uranium, dispositions appartenant également à la présente invention, et, d'autre part, les susdits moyens qui peuvent, comme on le verra d'ailleurs plus loin, être utilisés en tous autres endroits et, éventuellement, pour toutes autres applications obligeant à séparer les phases gazeuses de deux traitements successifs quelconques
Pour ce qui est de l'opération de réduction, on l'opère dans un four sur des oxydes d'uranium du type uranique UO ou U308 amenés préalablement à une forme de pastilles ou de granulés, par exemple de dimensions de l'ordre de 12 mm. de diamètre et 4 à 5 mm.
dtépaisseur, la pression utilisée pour la préparation de ces pastilles étant suffisante pour assurer à la fois une bonne agglomération et une résistance mécanique convenable, s'opposant à la désagrégation lors des trai- tements successifs. Cette pression sera par exemple supérieure à 100 kg par cm3 notamment de l'ordre de 500 kg par cm2 ou plus.
C'est cette matière en pastilles que l'on soumet au traitement dans le four réducteur, lequel on vient disposer de préférence immédiatement au dessus du four de fluoruration.
On voit sur le dessin en 25 ce four réducteur, qui reçoit en 2 les susdites pastilles. Les moyens de chauffage sont illustrés en 26, avec arrivée des gaz réducteurs en 27 et la sortie des gaz résiduels en 28. La température de réduction est de l'ordre de 600 à 700 , bien qu'il n'y ait là qu'une indication.
Cette disposition du four de réduction au dessus du four de fluoru- ration est intéressante car elle permet, notamment : - d'assurer du fait du départ de l'oxygène une certaine contraction du produit, donnant un bioxyde se présentant aussi sous forme de pastilles com- pactes poreuses et peu friables, forme favorisant le traitement de fluoruration subséquent, - et d'éviter, de toute façon,une réoxydation du bioxyde, comme cela se passe lorsque le four réducteur est agencé de façon séparée et que l'on est alors obligé de soumettre le bioxyde à diverses manipulations oxydantes avant son passage à la fluoruration.
Pour ce qui est maintenant des moyens obturateurs gazeux, à prévoir notamment entre les deux fours 25 et 5 on les réalise par exemple de la façon suivante.
Dans le raccord 19 séparant ces deux fours et destiné à être traversé de façon continue par les pastilles de UO3 réduit, c'est-à-dire de UO2. on prévoit un étranglement ou venturi 20, de section éventuellement réglable de l'extérieur, de façon à permettre d'ajuster le débit des matières, ledit venturi constituant une sorte de sas continu, - et on fait arriver un gaz fierté, par exemple de l'azote, dans une direction transversale au courant de matières traversant le venturi, notamment à l'aide d'une couronne distributrice 29 percée de trous, alimentée par un conduit 21 d'arrivée d'azpte sous pression.
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Puis on combine avec cet ensemble des moyens manométriques propres à permettre d'amener la pression d'azote, dans le raccord 19 à une valeur suffi- sante pour que, ni les gaz réducteurs arrivant en 27, ni les gaz résiduels sor- tant du corps 1, ne puissent pénétrer dans le susdit raccord, et que l'azote s'op- pose donc à l'établissement d'une liaison parasite entre les deux phases gazeuses des deux fours.
C'est ainsi que les susdits moyens pourront comporter un double mano- mètre différentiel, par exemple à liquide, dont les deux éléments sont visibles en 30, 31, (fig. 2) avec une branche commune liée en 32 à la partie centrale du raccord 19 (donc mesurant la pression d'azote p), et les branches extrêmes reliées en 33, 34 respectivement au four réducteur et au four de fluoruration (donc mesu- rant les pressions respectives p1 et P2 dans lesdits fours, à proximité du raccord 19).
Pour un bon fonctionnement de l'ensemble il faut que la pression p soit toujours supérieure à l'une comme à l'autre des pressions p1 et P2, ce qui peut être réalisé par réglage manuel ou par réglage automatique.
Pour le réglage automatique les manomètres différentiels seraient par exemple agencés, comme montré également sur la fig. 2, sous forme de manomètres à membranes 301 311 propres à agir par des contacteurs appropriés 35, 36 et par relais 37, sur une electro-vanne 38 commandant la pression d'azote. Tant que la relation susvisée serait respectée (p supérieur à p et P2), les contacteurs 35,
36 demeureraient ouverts. Mais, dès que ladite pression p deviendrait inférieure à P1 ou P2 (ou à toute autre limite), le contacteur correspondant se fermerait pour actionner l'électro-vanne dans le sens de l'augmentation de la pression d'a- zote.
On voit, de toute façon, qu'un tel système permet d'assurer la circu- lation continue des matières ou pastilles entre les fours tels que 25 et 5, tout en maintenant la séparation. des phases gazeuses. Les pastilles 39 de UO (fig. 2) traversent le venturi 20, à la sortie duquel elles s'écoulent en talus 402 dans la base du raccord 19 puis dans le four 1. L'azote arrivant à la sortie du venturi se partage en deux flux, l'un se dirigeant vers le haut, c'est-à-dire vers le ré- ducteur à travers la masse des pastilles, l'autre se dirigeant vers le bas, c'est- à-dire vers le four de fluoruration, où il rejoint en 7 les gaz résiduels.
A la sortie du conduit 19, les matières peuvent être introduites direc- tement dans l'appareil suivant, ici le four de fluoruration, ou encore, selon une variante, elles peuvent être amenées à passer dans un conduit d'amenée 41 (avan- tageusement en forme de convergent-divergent), qui oblige le flux d'azote à péné- trer jusqu'à l'entrée dudit four, pour s'échapper avec les gaz résiduels par un espace annulaire 42 (fig. 2) vers le conduit de sortie ou pot d'échappement 7. La branche 34 du manomètre 31 peut être branchée sur le conduit 7 où règne la pres- sion des gaz résiduels à la sortie du four de fluoruration, mais pourrait être branchée en tout autre endroit pour la mesure de cette pression.
On va maintenant décrire certaines dispositions supplémentaires appar- tenant également à l'invention et visant la fabrication du fluorure d'uranium pur.
La pratique a montré que la pureté obtenue par un four de fluorura- tion tel que susvisé n'était pas encore suffisante, notamment lorsque l'on utili- se la magnésothermie pour l'extraction finale de l'uranium à partir du fluorure, cette opération exigeant une grande pureté du fluorure. Il se révèle nécessaire, dans ce cas, de procéder à un traitement supplémentaire par l'acide fluorhydrique.
On procède alors avantageusement en faisant passer, le fluorure sor- tant du traitement principal, dans un système d'évacuation continu, notamment horizontal, voire légèrement incliné, que l'on fait parcourir, à contre-courant des matières solides, par du gaz acide fluorhydrique frais propre à parfaire les réactions, et avec en outre, si nécessaire, des moyens de chauffage appropriés.
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Ce système extracteur peut par exemple être constitué par une vis (faite suffisamment longue pour assurer les réactions finales), ou par des moyens vibrateurs ou pulsateurs, etc.
On a représenté, sur la fig. 1, un système d'évacuation et de traite- ment de finition comprenant un tube 8 horizontale une vis sans fin 9 propre à faire avancer le fluorure d'uranium, un système de chauffage électrique 10 avec son calorifugeage 11. La vis 9 est commandée, soit à la main en 12, soit par varia- teur motoréduoteur 13, 14. L'acide fluorhydrique frais arrive en 15 et les gaz résiduels sortent en 16.
La vis 9 assure à la fois l'évacuation des matières et leur brassage avec les gaz.-
La liaison avec le fo.ur principal se fait par un manchon ondulé 17 ca- pable d'absorber les dilatations thermiques.
En outre, on prévoit avantageusement des moyens obturateurs gazeux du type décrit plus haut;, entre le four principal 5 et l'évacuateur 10, 11. On a re- présenté schématiquement en 211 l'arrivée d'azote desdits moyens à la base d'un venturi 18
A la sortie de la vis, les matières s'écoulent en 22 dans un récepta- cle 24, avec manchon d'accouplement 23.
Ici encore, on peut prévoir des moyens ob- turateurs gazeux, représentés schématiquement par une arrivée d'azote 212
Il y a lieu dtajouter que les divers éléments des fours et de l'extrac- teur seront établis en des matières résistant aux réactifs, par exemple en nickel ou métal monel, avec joints en des matières telles que dénommées dans le commerce "téflon" ou "hostaflon"
La présence de l'extracteur permet, par rapport à une installation telle que décrite dans le brevet antérieur susvisé, non seulement d'obtenir un fluorure plus pur, mais encore d'améliorer la capacité de production sans accrot- tre de façon notable la consommationen acide fluorhydrique. La vitesse de passage dans le four 5 peut ainsi être augmentée, ce qui diminue les risques d'accrochage et de formation de voûte.
A titre indicatif, un tube horizontal 8 de 3 mètres de longueur tota- le, chauffé sur une longueur de 1,5 mètre, et de 15 cm. de diamètre, adjoint à un four tel que 5 permet de porter le débit de l'ensemble à plus de 50 kg par heure, d'un produit très pur et pratiquement exempt d'oxygène (grâce à la disposition du four réducteur). La présence des moyens obturateurs d'azote contribue aussi à cette grande pureté, en évitant les réactions parasites entre les phases gazeuses.
En suite de quoi, quel que soit le mode de réalisation, et plus spé- cialement dans l'application envisagée à titre d'exemple, on peut réaliser une ins- tallation pour le traitement des oxydes d'uranium dont le fonctionnement résulte déjà de ce qui précède et peut se résumer de la façon suivante.
Les pastilles de Uo3 introduites en 2 sont soumises à réduction dans le four 25 et arrivent dans le raccord 19 à l'état de Uo2, en gardant leur compacité, sous des dimensions un peu réduites du fait du départ d'une partie de l'oxy- gène et avec une bonne porosité facilitant les réactions. Elles passent immédiate- ment et de façon continue dans le four de fluoruration, les moyens séparateurs dé- crits permettant, d'une part, d'éviter une réoxydation des pastilles (puisqu'el- les sont à l'abri de l'air entre la réduction et la fluoruration, contrairement à ce qui se passe dans les installations comportant un réducteur séparé entraînant des manipulations non à l'abri de l'air) et, d'autre part, d'éviter toute réac- tion entre les gaz des deux fours.
On évite aussi, grâce à la compression initiale des pastilles, tous phénomènes de foisonnement.
Les pastilles subissent ensuite la fluoruration et sont presque entiè- rement transformées en UF4 à leur arrivée dans le four d'extraction 10, 11 qui ter-
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mine l'opération, de sorte qu'on recueille dans le réceptacle 24 en fluorure d'u- ranium pratiquement pur.
Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.
REVENDICATIONS.
1 Procédé comportant plusieurs traitements successifs de matières so- lides par des gaz, les matières résultant d'un traitement étant soumises au trai- tement suivant de la série, de préférence en continu, caractérisé par le fait que, pour séparer les phases gazeuses de deux traitements successifs tout en permettant le cheminement des matières, on a recours à des moyens propres à admettre un gaz sous pression, notamment neutre, dans le passage par lequel les matières sont ame- nées à passer d'un traitement au traitement suivant.