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La Société dite : ALKEM GmbH à Hanau (République Fédérale d'Allemagne)
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- : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - : - "Procédé de détermination quantitative de la teneur en azote d'un échantillon de matière solide et appareil destiné à l'application de ce procédé"
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La présente invention concerne un procédé de détermination quantitative de la teneur en azote d'un échantillon de matière solide, que l'on dissout dans de l'acide excempt d'azote dans un ballon de mise en solution chauffé dont la chambre de gaz, qui se trouve au-dessus du liquide en solution, est en communication, par un refroidisseur, avec une solution de barbotage acide contenue dans un récipient de barbotage, solution dans laquelle sont recueillis,
après addition d'une lessive alcaline au liquide en solution se trouvant dans le ballon de mise en solution, des composés d'ammonium qui se sont formés dans ce ballon. L'invention concerne en outre un appareil destiné en particulier à l'application de ce procédé.
Il existe déjà un procédé de ce genre, qui est actuellement usuel. Selon ce procédé connu, on utilise comme refroidisseur un refroidisseur en continu. Pendant la mise en solution de l'échantillon de matière solide dans l'acide excempt d'azote, dans le ballon de mise en solution, de l'eau se sépare par distillation et, après avoir quitté le ballon, se condense dans le refroidisseur en continu. Le produit de la condensation est recueilli dans le récipient de barbotage. Ceci signifie que, pendant la mise en solution de l'échantillon de matière solide dans l'acide exempt d'azote, de l'eau de remplacement doit constamment être amenée au ballon.
De plus, le récipient de barbotage doit être remplacé avant que les composés d'ammonium volatils qui se produisent lors de l'addition de la lessive alcaline dans le ballon de mise en solution soient recueillis, car, autrement, la solution de barbotage acide qui se trouve dans le récipient de barbotage serait trop fortement diluée par l'eau condensée recueillie dans ce récipient, pendant la mise en solution de l'échantillon de matière solide. Si, de plus, l'échantillon de matière solide est difficilement soluble dans l'acide excempt d'azote, un apport d'eau très considérable, par le ballon de mise
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en solution et par le refroidisseur en continu, dans le récipient de barbotage est nécessaire, ce qui nécessite une très importante dépense pour l'appareil.
La présente invention vise à ce qu'une quantité moins importante d'eau condensée soit recueillie dans le récipient de barbotage.
Afin que ce but puisse être atteint, il est proposé, par la présente invention, un procédé du genre indiqué dans le préambule de ce mémoire qui se caractérise en ce que l'on utilise, comme refroidisseur, un refroidisseur à reflux auquel est adjoint un diviseur de liquide par lequel du produit de condensation venant du refroidisseur à reflux est ramené dans le ballon de mise en solution pendant la mise en solution de l'échantillon de matière solide et par lequel le récipient de barbotage destiné à recueillir les composés d'ammonium de la solution de barbotage est relié au refroidisseur à reflux.
De cette façon, pendant la mise en solution de l'échantillon de matière solide dans l'acide exempt d'azote, l'eau qui s'est vaporisée dans le ballon de mise en solution est toujours remplacée par l'eau qui se condense dans le refroidisseur à reflux et qui provient du ballon de mise en solution. Un apport constant d'eau fraîche au ballon de mise en solution est par conséquent superflu. Ce n'est que lorsque les composés d'ammonium volatils se forment dans le ballon de mise en solution par l'apport de la lessive alcaline que ces composés sont recueillis dans la solution de barbotage contenue dans le récipient de barbotage, cette solution étant en communication avec le refroidisseur à reflux par le diviseur de liquide.
Dès que tout l'azote contenu dans l'échantillon de matière solide a été distillé dans la solution de barbotage et a été recueilli par celle-ci, l'azote qui s'est lié à cette solution peut être déterminé quantitativement par des analyses physiques ou chimiques usuelles.
Comme aucun apport d'eau de remplacement dans le ballon de mise en solution n'est nécessaire, la dépense pour
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l'appareil est particulièrement faible, de telle sorte que le procédé qui fait l'objet de la présente invention se prête à être utilisé dans des boites de protection à gants, s'il s'agit, en ce qui concerne l'échantillon de matière solide à examiner, d'une matière à rayonnement radio-actif, par exemple d'une matière contenant du plutonium. Le ballon de mise en solution peut également, lorsqu'il s'agit de dissoudre un échantillon de matière solide difficilement soluble, être chauffé pendant tout le temps nécessaire, puisque l'eau qui se vaporise dans ce ballon ne doit pas être remplacée, mais se condense dans le refroidisseur à reflux et est toujours ramenée au ballon.
Un appareil destiné en particulier à l'application du procédé qui fait l'objet de la présente invention se caractérise avantageusement en ce qu'il comporte, entre un refroidisseur à reflux et un ballon de mise en solution, un diviseur de liquide dans lequel est montée une valve à trois voies et en ce que le conduit d'entrée de la valve à trois voies part du refroidisseur à reflux, en ce que l'un des conduits de sortie de cette valve va au ballon de mise en solution et en ce que l'autre conduit de sortie de cette valve va à un récipient de barbotage.
On décrira ci-après la présente invention de façon plus amplement détaillée, en en reprenant les avantages, à l'aide d'un exemple de réalisation qui est illustré par le dessin annexé à ce mémoire.
Le dessin représente, par une vue de côté, un appareil servant à l'application du procédé qui fait l'objet de la présente invention. Cet appareil comporte un ballon de mise en solution 2, qui, à la partie supérieure, est muni d'un col 3 et qui, par ce col 3, est raccordé par un raccord 3a à la base d'une colonne 4a d'un diviseur de liquide 4. La colonne 4a est surmontée d'un refroidisseur tubulaire à reflux 5 monté verticalement, qui, à l'extrémité supérieure 6, est muni d'une valve de décharge 7. La paroi de ce refroidisseur à reflux 5 est double et, à l'extrémité supérieure, le refroidisseur à reflux présente une tubulure de sortie 8 pour l'eau de refroidissement qui s'écoule de l'espace
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que délimite sa double paroi.
A l'intérieur du refroidisseur à reflux 5, il est prévu un tube hélicoïdal 9, dont l'axe correspond à celui du refroidisseur, tube hélicoïdal qui, à l'extrémité inférieure du refroidisseur, débouche dans l'espace délimité par la double paroi de celui-ci et qui, à l'extrémité supérieure du refroidisseur, est muni d'une tubulure d'amenée externe 10 destinée à l'alimentation en eau de refroidissement.
Le ballon de mise en solution 2 présente encore, à la partie supérieure, un col 11 sur lequel est monté, par l'intermédiaire d'un raccord 11 a, un réservoir d'approvisionnement 13, muni d'une valve de dosage 12, qui est destiné à contenir de la lessive de soude.
Dans la colonne 4a du diviseur de liquide 4, il est prévu un diaphragme 14, qui occupe une position à peu près transversale dans cette colonne et qui présente une ouverture de passage centrale 14a. Entre le refroidisseur à reflux 5 et le diaphragme 14 est ramifié à la colonne 4a un conduit de sortie de produit de condensation 4b du diviseur de liquide 4, conduit de sortie dans lequel il est prévu un robinet ou valve à trois voies se présentant sous la forme d'une valve à pointeau de verre 4c.
Le conduit de sortie de produit de condensation 4b forme l'entrée de la valve à trois voies constituée par la valve à pointeau de verre 4c, tandis qu'un conduit 4d qui part de la valve à pointeau de verre 4c et qui débouche dans la colonne 4a, entre le diaphragme 14 et le ballon de mise en solution 2, forme une première sortie de la valve à trois voies constituée par la valve à pointeau de verre 4c. La seconde sortie de cette valve à trois voies est constituée par un autre conduit partant de la valve à pointeau 4c, le conduit 4e, qui débouche, par un conduit de sortie 4g qui le prolonge, dans un récipient de barbotage 15. Ce récipient de barbotage 15 contient, comme solution de barbotage, de l'acide sulfurique dilué, désigné par le nombre de référence 16, dans lequel plonge le conduit de sortie 4g.
En actionnant un bouton 4f, qui agit sur la valve à
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pointeau de verre 4c, on peut faire passer du produit de condensation ou du gaz qui s'écoule par le conduit de sortie de produit de condensation 4b, soit exclusivement par le conduit 4d, pour l'envoyer au ballon de mise en solution 2, soit par le conduit 4e et par le conduit de sortie 4g, pour l'envoyer au récipient de barbotage 15.
On pulvérise un échantillon de matière solide, par exemple une pastille agglomérée d'un mélange d'oxydes d'uranium et de plutonium, et l'on introduit la matière pulvérisée dans le ballon de mise en solution 2, en même temps qu'un mélange liquide d'acide sulfurique et d'acide phosphorique. On pose ensuite le récipient 13, rempli de lessive de soude, sur le col 11 du ballon de mise en solution 2 et, enfin, on raccorde le ballon de mise en solution 2, par son col 3, à la colonne 4a du diviseur de liquide 4.
Le ballon de mise en solution 2 est alors chauffé. La valve à pointeau de verre 4c a de plus été réglée de telle façon que du produit de condensation qui s'écoule du conduit de sortie de produit de condensation 4b soit ramené par le conduit 4d au ballon de mise en solution 2.
La vapeur qui s'élève dans le ballon de mise en solution 2 traverse l'ouverture centrale 14a du diaphragme 14 monté dans la colonne 4a du diviseur de liquide 4 et elle atteint ainsi le refroidisseur à reflux 5, dans lequel elle se condense à la face interne de la paroi et sur le tube hélicoïdal 9. Sous l'effet de la pesanteur, le produit de la condensation descend dans la colonne 4a et le diaphragme 14 le fait dévier de telle sorte qu'il passe dans le conduit de sortie de produit de condensation 4b, duquel il s'écoule ensuite dans le conduit 4d.
Dès que l'échantillon de matière solide a été dissous dans le ballon de mise en solution 2, la valve de dosage 12 est ouverte et, en additionnant le bouton 4f agissant sur la valve à pointeau de verre 4c, on ferme le conduit 4d et on fait communiquer le conduit 4e avec le conduit de sortie de produit de condensation 4b.
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Avec la vapeur d'eau qui s'est formée dans le ballon de mise en solution 2 sous l'effet du chauffage, des composés d'ammonium volatils passent alors dans le refroidisseur à reflux 5 et, de là, avec l'eau de condensation, ils traversent le conduit de sortie de produit de condensation 4b et le conduit 4e pour passer dans la solution de barbotage 16 que contient le récipient de barbotage 15.
Par addition dosée de la lessive de soude débitée du récipient d'approvisionnement 13 à la solution qui se trouve dans le ballon de mise en solution 2, les composés d'ammonium sont séparés des composés d'azote contenus dans l'échantillon de matière solide. Dans la solution de barbotage 16, ces composés d'ammonium forment du sulfate d'ammonium. Dès que l'azote contenu dans les composés d'azote de l'échantillon de matière solide dissoute dans le ballon de mise en solution 2 a été recueilli quantitativement dans la solution de barbotage 16, la quantité de sulfate d'ammonium contenue dans cette solution de barbotage 16 représente une mesure de la quantité d'azote contenue dans l'échantillon de matière solide.
La quantité de sulfate d'ammonium contenue dans la solution de barbotage 16 peut par exemple être déterminée par titrimétrie, par électrométrie ou par spectrophotométrie.