BE688120A

BE688120A -

Info

Publication number: BE688120A
Authority: BE
Priority date: 1964-09-15
Filing date: 1966-10-12
Publication date: 1967-03-16

Description


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  "Evacuation d'impuretés radio-actives" 
La présente invention se rapporte a un procédé pour éliminer commodément la totalité ou une partie importante de la radio-activité contenue dans des systèmes à résine échangeuse d'ions en lit mixte, contaminés radio-activement, afin de faci- liter le maniement de la résine et' l'évacuation des contaminants radio-actifs. 



   L'eau est souvent employée en association avec les 

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 réacteurs nucléaires pour de nombreux buts. Par exemple, l'eau peut être utilisée comme modérateur, comme réflecteur, comme solvant ou comme refroidisseur dans divers types de réacteurs. 



  Par suite de son voisinage avec le noyau du réacteur et avec les sources de radiation, l'eau employée est presque toujours con- taminée par des quantités variées de contaminants radio-actifs. 



  Ces contaminants comprennent les isotopes radio-actifs du strontium, du thorium, de l'iode, du plutonium et de l'uranium. 



   Un problème se pose en général lorsqu'on désire éliminer la totalité ou une partie de la radio-activité d'une telle eau, soit pour pouvoir la réutiliser, soit pour pouvoir l'évacuer commodément. L'emploi   des   résines échangeuses   d'ion*   pour éliminer les contaminants radio-actifs de l'eau a déjà été proposé. En   général,   cet emploi implique un traitement de l'eau avec une 
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 résine 6changeuse d'ions mixte, c'est-h-dire une résine échangeune d'ions contenant un mélange d'une rétine échabngeuse de cations et d'une résine échangeuse   d'anions,   afin que les anion* radio- actifs et les cation* radio-actifs soient tout deux éliminés.

   Dans ces procédés, les résines échangeuses   d'ions   sont normalement   abandonnées   après une seule utilisation. L'évacuation de ces résines contaminées doit se faire avec précaution, on utilisant un blindage approprié pour prévenir de graves préjudices. En raison du volume relativement important occupé par la résine échangeuse d'ions, le prix de revient des matières nécessaires à un blindage approprié est extrêmement élevé. 



   Dans les rares occasions où des résines échangeuses d'ions en lit mixte sont régénérées, on sépare tout d'abord les résines anionique et cationique, par exemple par flottation, puis on les régénère séparément, ce qui est une méthode très coûteuse. 



   Il a maintenant été découvert que les résines échangeuses d'ions en lit mixte, contaminées par des impuretés radio-actives, peuvent être débarrassées de la totalité ou d'une partie importante de la radio-activité, suffisante pour permettre la réutilisation 

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 de la résine ou une évacuation plus commode de la résine et des contaminants radio-actifs qui en ont été séparés.      



   Il a été découvert que les impuretés radio-actives peuvent être enlevées de la résine échangeuse d'ions en lit mixte par traitement avec une solution d'un halogénure de métal alcalin, On peut ensuite soumettre la solution d'halogénure de métal alcalin à un traitement de récupération des déchets radio-actifs      à l'état solide et en très faible quantité pouvant être évacuée commodément, par exemple par ensevelissement. On peut ensuite réutiliser la résine traitée ou l'évacuer en employant peu ou pas de blindage. 



   En général, avec les techniques classiques, la résine échangeuse d'ions mixte employée pour éliminer la radio-activité contient environ 30 % à 70 % en volume d'une résine échangeuse de cations et environ 70   % à   30 % d'une résine échangeuso d'anions. 



   Le débit de l'eau contaminée radio-activement à travers la résine   échangeuses   d'ions est choisi en fonction de la quantité et de la capacité d'échange de la résine échangeuse d'ions employée, afin qu'une durée d'échange suffisante soit respectée. 



   Lorsque l'eau a traversé la colonne, en direction ascendante ou descendante, comme désiré afin d'assurer une durée de contact suffisante. l'eau est débarrassée de ses impuretés radio-actives et peut ensuite être réutilisée ou évacuée de la manière usuelle, 
La mise en oeuvre de l'invention comprend deux opérations fondamentales. Dans la-première opération, on fait monter une . solution aqueuse diluée d'un halogénure de métal alcalin à travers le lit ou la colonne de résine échangeuse d'ions mixte à une vitesse de courant suffisante pour provoquer une dilatation du volume occupé par la résine de l'ordre de 25 % à 100 %, de préfé- rence d'environ 50 % à 75'%-du volume initial occupé par la résine. 



    .:: Il   faut cependant veiller à ce que le débit de la solution ne 

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 soit pas tel que la résine soit chassée hors de la colonne. On maintient ce débit pendant une période d'environ 1 à 15 minutes, dépendant généralement des dimensions de la colonne, du volume de la résine et du degré de radio-activité. Une période de 5 à 10 minutes est généralement préférée. Un volume d'environ 3,35 à 20 litres de solution par décimètre cube de résine est le plus sou- vent suffisant.

   Cette solution aqueuse diluée contient en général environ 5 à 20 parties en poids d'halogénure de métal alcalin pour 100 parties en poids d'eau et sert à déloger les impuretés qui peuvent s'être accumulées dans la résine échangeuse d'ions, et commence échanger des cations de métal alcalin et des anions halogénure contre les ions enlevés par la résine à l'eau traitée, y compris les anions et cations radio-actifs. 



   Ensuite, pour compléter la régénération de la résine échangeuse d'ions, on fait passer une solution aqueuse concentrée d'un halogénure de métal alcalin, de préférence-en direction op- posée à celle de la solution diluée, à travers le lit ou la colonne. La quantité de solution concentrée que l'on fait passer dépend étroitement du degré de radio-activité de la résine. On arrête l'écoulement de la solution dès que l'on a déterminé, à l'aide de moyens appropriés, que le taux de radio-activité de la solution entrant dans la colonne ou le lit est le même que le taux de radio-activité de la solution sortant de la colonne, ce qui indique qu'il ne-se produit plus d'échange. Evidemment, plus le débit est rapide, dans des limites raisonnables, plus vite ce point d'équilibre est atteint.

   La solution concentrée d'halogénure de métal alcalin est de préférence saturée de   1'halogénure   de métal alcalin, bien qu'elle puisse être un peu moins concentrée, la concentration minimum étant de préférence de 15. parties en poids d'halogénure de métal alcalin pour 100 parties en poids d'eau. La quantité de solution concentrée nécessaire est généra- lement comprise entre environ 0,13 et 10 litres par décimètre cube 

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 de résine. 



   Après le traitement, la résine échangeuses d'ions est pratiquement exempte de contaminants radio-actifs et peut être réutilisée ou peut être évacuée avec des précautions réduites au minimum, La température du traitement est sans importance et peut être choisie en fonction des caractéristiques de la résine ou du milieu environnant. 



   La plupart des contaminants radio-actifs sont enlevés de la résine par la solution diluée d'halogénure de.métal alcalin. 



  Cette solution diluée peut ensuite être évaporée à sec dans une   installa,tion   d'évaporation usuelle, ce qui laisse un petit résidu d'un halogénure de métal alcalin ordinaire contenant des traces d'impuretés radio-actives. Ce produit final est à l'état solide, occupe très peu de place et peut donc être évacué économiquement et commodément, par les techniques classiques d'évacuation des . matières radio-actives. La quantité d'halogénure de métal alcalin évacuée est faible, et par conséquent son prix de revient n'est pas très   important.   



   La solution aqueuse concentrée, qui contient très peu de contaminants radio-actifs après son passage à travers la résine échangeuse d'ions, est diluée avec de l'eau en quantité suffisante pour constituer une solution aqueuse diluée d'halogénure de métal alcalin utilisable pour l'opération de régénération suivante. 



  Cependant , si une autre opération de régénération n'est pas envi- sagée dans le proche avenir, cette solution peut également être évaporée et évacuée comme dans le cas de la solution diluée. 



   L'halogénure de métal alcalin pr6féré est le chlorure de sodium, qui est une matière très bon marché et facilement accessible. Cependant, d'autres halogénures de métal alcalin, comme par exemple les chlorures, bromures et iodures de lithium, de sodium et de potassium peuvent également être utilisés si désiré. 

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  Les résines échangeusea d'ions employées a'.H6-44t-fR-. de ' 44 -r-A les rÓsines eR>pleyéO± pour la décontamination de l'eau peuvent être les résines employées ordi-   nairement.   Par exemple, la résine anionique peut être sous la forme hydroxyle ou sous la forme halogénure correspondant à l'halogénure de l'halogénure de métal alcalin employé dans cette invention, et la résine cationique peut, par exemple, être sous la forme hydrogène ou sous la forme métal alcalin, 
En ce qui concerne l'invention,   @   est sans importance que les résines échangeuses d'ions employées soient des matières d'origine naturelle ou des matières synthétiques. 



   Les résines échangeuses d'ions synthétiques consistent      essentiellement en un polymère à réseau réticulé, auquel des groupes ionisés ou ionisables sont fixés. Dans le cas des résines échangeuses de cations, ces groupes sont des groupes acides (par exemple -SO2H.   -P03H2 ,     -C02M,   hydroxylphénolique), tandis que les groupes des résines échangeuses d'anions mont de caractère basique (par exemple des groupes d'ammonium quaternaire ou d'amine aliphatique ou aromatique). 



   Pour la synthèse des résines échangeuses d'ions, les groupes ionisables peuvent être fixés aux monomères ou aux inter-   médiaires   utilisés dans la préparation du polymère réticulé, ou ils peuvent être introduits subséquemment dans un polymère préformé. 



   De nombreuses résines échangeuses de cations, importantes et largement employées, sont préparées par sulfonation de copo- lymères styrène-divinylbenzène, comme décrit dans le brevet des USA N    2.366.007.   on prépare de nombreuses résines échangeuses d'anions fortement basiques en traitant du polystyrène réticulé avec de l'éther chlorométhylique en présence d'un catalyseur Friedel- Crafts. Ensuite, on traite le produit chlorométhylé avec une amine tertiaire, par exemple de la triméthylamine, obtenant ainsi une 

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 résine contenant des groupes ammonium quaternaire fortement basiques, Le polystyrène   réticulé   est généralement un copolymère contenant jusqu'à environ 10   % de   divinylbenzène. 



   Des détails supplémentaires sur les structures et les synthèses de ruines écahnqueses d'ions peuvent être trouvés dans 
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 le livre "Ion :::xd1anJ !(C:S'1t1:9" par Kunin et Mycrs (Wiley, 1950). 



     D'autres     détails    sur   le procédé   selon     l'invention   peu- vent   être   trouves dans l'exemple suivant qui   représente,     de     l'avis   de   l'inventeur,   le   meilleur   mode   d'exécution   de l'invention. 
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  Une colonne échangeuse d'ions de 1.",':'.- -.'. c 3..,>.:t<, r. contenant 2830 litres de résine échangeuse d'ions mixte, dont 60 % en volume était une résine échangeuse de cations 'et 40   %   en volume était une résine   échangeuse   d'anions, a été contaminée par des matières radio-actives, par suite de son utilisation pour purifier l'eau d'un système primaire à réacteur. La   rébine     échan-   geuse de cations était la résine "Nalcite   IICR-W",   un copolymère sulfoné monofonctionnel de styrène et de divinyl-benzène, et la résine échangeuse d'anions était la résine   "Nalcite     SBR",   un copolymère de styrène et de   divinylbenzène à   groupes ammonium quaternaire. 



   La colonne a été soumise à un cycle de régénération en deux sxtades, destiné à la décontaminer. Dans le premier stade, on a fait passer de bas en haut à travers la colonne 2540 litres d'une solution aqueuse à 10 % de chlorure de sodium à une tempé- rature de 38 C et à un débit de 2,03 litres par minute et par décimètre carré de surface de la-résine, ce qui a provoqué une dilatation d'approximativement 60 % de la résine et a enlevé de la résine les particules retenues et une majeure partie des contaminants radio-actifs qui avaient été captés par la résine pendant son cycle d'échange. Le débit choisi était juste inférieur à celui qui aurait chassé des particules de résine par le haut de la colonne.

   La solution de chlorure de sodium, avec son conte- 

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 nu de composants indésirables, sortant par le haut de la colonne, a été envoyée dans un évaporateur. Ensuite, comme deuxième stade, on a fait passer de haut en bas travers la colonne 1475 litres d'une solution saturé de chlorure de sodium à un débit de 57 mlpar minuteet par litrede résine, cequia   élimine  pius complètement les composants indésirables. on a conservé la solu- tion sortant à la   base   de.

   la colonne et on l'a diluée pour former une solution à 10 % de chlorure de sodium utilisable pour une   régénération     ultérieure.   La totalité de l'eau de la solution con- tenue dans l'évaporateur a   été   évaporée, ce qui a laissé   un   faible volume de chlorure de sodium contenant des contaminants radio- actifs, Cette très petite quantité de matière solide a été ensuite évacuée par les terhniques classiques employées pour les déchets radio-actifs solides.

   La résine échangeuse d'ions pourrait être réutilisée, si désiré, ou pourrait être évacuée plus économique- ment qu'antérieurement, car elle n'est plus dangereusement radio- active, la majeure partie de la radio-activité ayant été trans- férée dans un volume relativement faible de-chlorure de sodium   solide.   



   REVENDICATIONS 
1. Procédé pour décontaminer une résine échangeuse d'ions mixte contenant des contaminants radio-actifs, caractérisé en ce que l'on fait couler une solution aqueuse diluée d'un halo- génuro de métal alcalin à travers un lit de la résine contaminée, après quoi on fait couler une solution aqueuse concentrée d'un halogénure de métal alcalin en direction inverse à travers le lit, le débit de la solution diluée étant suffisant pour provoquer une dilatation de la résine d'au moins environ 25 % en volume, et on sépare l'eau de la solution aqueuse diluée d'halogénure de métal alcalin qui a traversé le lit pour laisser, sous forme facilement évacuable, une petite quantité de déchets radio-actifs solides.

Claims

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce <Desc/Clms Page number 9> que l'on fait couler la solution concentrée à travers la résine échangeuse d'ions jusqu'à ce que le taux de radio-activité de la solution entrant dans la zone de traitement soit approximativement égal au taux de radio-activité de la solution sortant de la zone de traitement.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'halogénure de métal alcalin est le chlorure de sodium.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la solution concentrée d'halogénure de métal alcalin est une solution saturée de chlorure de sodium.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce' que la résine échangeuse d'ions mixte comprend environ 30 % à 70 en poids d'une résine échangeuse de cations et environ 70 % à 30 % d'une résine échangeuse d'anions.

6. Dans un procédé pour éliminer et évacuer les conta- minants radio-actifs contenus dans de l'eau, dans lequel on fait couler l'eau contaminée à travers un lit de résine échangeuse d' ions mixte contenant environ 30 % à 70 % en poids d'une résine échangeuse de cations et environ 70 % à 30 % d'une résine échan- geuse d'anions, ce qui provoque un échange des contaminants radio-actifs de l'eau à la résine, le perfecti.onnement qui permet soit la réutilisation de la résine, soit une évacuation plus com- mode de celle-ci, caractérisé en ce que l'on fait couler une alcalin solution aqueuse diluée d'un halogénure de métal/à travers le lit à un débit suffisant pour provoquer une dilatation de la résine d'au moins environ 25 % en volume,

après quoi on fait couler une solution aqueuse concentrée d'un halogénure de métal alcalin en direction inverse à travers le lit et on sépare l'eau de la solu- tion aqueuse diluée d'halogénure de métal alcalin qui a traversé le lit pour laisser, sous forme facilement évacuable, une petite quantité de déchets radio-actifs solides.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce <Desc/Clms Page number 10> que l'on fait couler la solution concentrée à travers la résine échangeuse d'ions jusqu'àce que le taux de radio-activité de la solution entrant dans la zone de traitement soit approximativement égal au taux de radio-activité de la solution sortant de la zone de traitement.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'halogénure de métal alcalin est le chlorure de sodium.

9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la solution aquese concentrée d'un halogénure de métal qui a traversé le lit est diluée avec de '.'eau pour former une solu- tion aqueuse diluée d'un halogénure de métal utilisable pour une régénération ultérieure.