Tratamiento de residuos radioactivos carbonados.

Procedimiento de tratamiento de residuos radioactivos carbonados,

que incluye:

- un primer tipo de tratamiento de los residuos para obtener un óxido de carbono, y

- un segundo tipo de tratamiento para obtener un precipitado sólido de óxido de carbono por reacción con un elemento elegido,

caracterizado porque incluye:

- una primera fase durante la cual se aplica a la vez el primero y el segundo tipo de tratamiento,

- y una segunda fase durante la cual se aplica solamente el primer tipo de tratamiento.

Tratamiento de residuos radioactivos carbonados La invención se refiere al tratamiento de residuos radioactivos carbonados, tales como por ejemplo las estructuras de grafito (“camisas” que rodean los montajes combustibles nucleares, o “ladrillos” que sirven de reflector o de moderador) o también las resinas orgánicas (a menudo en forma de bolas o de pastillas) utilizadas para atrapar otros residuos radioactivos, en particular, en reactores de centrales nucleares.

En estos residuos carbonados, se busca el aislamiento y el almacenamiento confinado de los radionúclidos volátiles, tales como el tritio (3H) , el cloro 36 (36Cl) y, en particular, los isótopos del carbono, en particular el isótopo radioactivo 14C (denominado de aquí en adelante “carbono 14”) .

Entonces están previstos dos tipos de tratamiento de estos residuos carbonados:

- un primer tipo de tratamiento para obtener un óxido de carbono, por ejemplo monóxido y/o dióxido de carbono cuyo elemento carbono es el isótopo carbono 14, y

- un segundo tipo de tratamiento de este óxido de carbono para obtener un precipitado sólido por reacción con un elemento elegido tal como, por ejemplo, calcio.

Este segundo tipo de tratamiento, denominado entonces “carbonatación”, consiste por ejemplo en hacer burbujear el óxido de carbono en una solución que contiene cal viva (cuando el elemento elegido es calcio) y el precipitado sólido obtenido (típicamente calcita CaCO3 cuyo elemento carbono es el isótopo 14C) puede estar confinado y almacenado de forma duradera en masa en contenedores almacenados en superficie o enterrados bajo un determinado espesor de tierra, por ejemplo bajo una colina. Se indica aquí que una variante consiste en hacer reaccionar el óxido de carbono con otro elemento más que el calcio, tal como el magnesio (u otros metales) , para obtener magnesita MgCO3. Se retendrá por lo tanto que este segundo tipo de tratamiento tiene por objeto obtener de manera general un precipitado sólido insoluble, de carbonatos y/o sales que incluyen el elemento carbono.

Habitualmente, el segundo tipo de tratamiento se aplica a todo tipo de óxido de carbono que resulta del primer tratamiento. Se obtiene así un precipitado sólido procedente de todo óxido de carbono resultante del tratamiento de los residuos.

Esta solución es poco satisfactoria al menos por dos razones. Por una parte, el acondicionamiento, el almacenamiento y el entierro del precipitado sólido (calcita u otro) son muy costosos. Por otra parte, se busca, por el respeto del medio ambiente, de tener que almacenar la menor cantidad posible de residuos (sobre todo si éstos son destructibles o tratables) .

La presente invención viene entonces a mejorar la situación.

A tal efecto, propone en primer lugar un procedimiento que incluye:

- una primera fase durante la cual se aplica a la vez el primer y el segundo tipo de tratamiento, y

- una segunda fase durante la cual se aplica solamente el primer tipo de tratamiento.

En efecto, se observó que el isótopo radioactivo 14C, probablemente a causa de la naturaleza de sus enlaces atómicos de propiedades diferentes de las del carbono no radioactivo 12C y eventualmente de las del otro isótopo 13C (poco o nada nocivo) , tiene una tendencia a reaccionar más rápidamente que los otros isótopos del carbono durante la aplicación del primer tipo de tratamiento.

Se da una explicación de este efecto a continuación. En reactor, en un flujo de neutrones térmicos, dos reacciones son la causa del isótopo 14C:

- una primera reacción 13C (n, γ) : 14C y

- una segunda reacción 14N (n, p) : 14C.

La primera reacción es preponderante con respecto a la segunda, en la medida en que el carbono constituye mayoritariamente la matriz grafito mientras que el nitrógeno está contenido principalmente en los poros del grafito.

Cálculos pusieron de manifiesto que las energías de retroceso del isótopo 14C, resultante de los dos tipos de reacciones, fueron suficientes para romper los enlaces químicos en planos grafenos de la estructura del grafito. En efecto, las energías de enlace son en general superiores a 1 KeV (para el isótopo 14C resultante del isótopo 13C) y del orden 40 KeV (para el isótopo 14C resultante del isótopo 14N) . Existe por lo tanto una alta probabilidad para que el enlace C-C en los planos grafenos, cuya energía es aproximadamente de 280 eV, esté rota para los átomos del isótopo 14C y que estos átomos estén desplazados de su lugar estructural. En reactor, estos átomos son Así, por lo tanto, el isótopo 14C tiene la tendencia de ser liberado de manera preferente al isótopo 12C, durante los primero y/o segundo tratamientos antes citados.

En otros términos, en el primer tiempo del tratamiento por oxidación de los residuos, se libera en primer lugar esencialmente óxido de carbono del que el elemento carbono está más cargado en isótopo radioactivo 14C; viene a continuación óxido de carbono cuyo elemento carbono no es poco o nada radioactivo debido al compuesto principalmente 12C. Se comprenderá por lo tanto que este óxido de carbono no radioactivo se puede desechar directamente en la atmósfera, sin tener que ser tratado para obtener un precipitado sólido.

En términos más genéricos, en el procedimiento de la invención donde los residuos carbonados incluyen inicialmente carbono 14, el precipitado sólido obtenido después de la primera fase incluye esencialmente carbono 14, mientras que el óxido de carbono procedente de la segunda fase no incluye carbono 14 o no incluye más que una cantidad residual, y es, por lo tanto, aceptable para un rechazo directo. El óxido de carbono procedente de la segunda fase se puede entonces evacuar libremente en la atmósfera (o se puede conformar por ejemplo en estado oxidado hasta obtener dióxido de carbono para evitar desechar monóxido de carbono en la atmósfera) .

El instante propicio para bascular de la primera fase a la segunda fase y desechar entonces el óxido de carbono en la atmósfera se puede determinar del siguiente modo:

- se mide una cantidad de radiactividad en el óxido de carbono obtenido a raíz de la aplicación del primer tipo de tratamiento en la primera fase, y

- se decide aplicar la segunda fase si la cantidad de radiactividad es inferior a un umbral elegido.

No obstante, para llevar a cabo tal realización, conviene asegurar que solamente el óxido de carbono es susceptible de ser radioactivo en la primera fase de tratamiento. Ahora bien, los residuos que se deben tratar pueden incluir otros elementos más que el carbono, siendo estos elementos no carbonados y volátiles radioactivos, tal como, por ejemplo, el tritio (3H) o el isótopo 36 del cloro (36Cl) , u otros. En una configuración habitual, pero ventajosa en el contexto de la invención, se trituran los residuos y son transportados por vía húmeda y los elementos radioactivos no carbonados se confinan y se tratan en la vía húmeda, mientras que el óxido de carbono se extrae de la vía húmeda bajo forma volátil. Es ventajoso entonces recurrir a un analizador de radiactividad dispuesto juiciosamente. En este caso concreto, la cantidad de radiactividad en el óxido de carbono es medida ventajosamente por tal analizador, dispuesto fuera de la vía húmeda. Este analizador puede medir

típicamente la actividad β sobre el carbono 14 que incluyen eventualmente las emanaciones de óxido de carbono procedente del primer tipo de tratamiento.

Se indica aquí que el “primer tipo de tratamiento” antes citado tiene por objeto degradar los residuos para obtener un óxido de carbono, típicamente de monóxido CO o de dióxido CO2. Se conocen actualmente, en el ámbito del tratamiento de los residuos radioactivos, varias maneras de obtener un óxido de carbono:

- por reformado al vapor (o “steam reforming” en palabra anglosajona) , tal como se describe, en particular, en el documento de la patente de EE.UU. nº 2002/064251,

- o también por calentamiento en gas inerte (o “roasting”) .

El reformado al vapor es un tratamiento a base de vapor de agua recalentado, según una reacción del tipo C + H2O

→ CO + H2, que tiene lugar preferentemente a una temperatura superior o del orden de 900ºC, y preferentemente en el contexto de la invención a 1200ºC o más, como se verá más adelante.

El calentamiento en gas inerte (por ejemplo en nitrógeno N2) , se efectúa también preferentemente a una temperatura superior o del orden de 900ºC, y preferentemente en el contexto de la invención a 1200ºC o más, según una reacción del tipo C + ½ O2 → CO y/o... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de tratamiento de residuos radioactivos carbonados, que incluye:

- un primer tipo de tratamiento de los residuos para obtener un óxido de carbono, y

- un segundo tipo de tratamiento para obtener un precipitado sólido de óxido de carbono por reacción con un elemento elegido,

caracterizado porque incluye:

- una primera fase durante la cual se aplica a la vez el primero y el segundo tipo de tratamiento,

- y una segunda fase durante la cual se aplica solamente el primer tipo de tratamiento.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el óxido de carbono procedente de la segunda fase se conforma para ser evacuado libremente en la atmósfera.

3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el elemento elegido es el calcio, porque el segundo tipo de tratamiento es una carbonatación, y porque el precipitado sólido de la primera fase es calcita, destinada a ser acondicionada para ser almacenada de forma duradera.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque:

- se mide una cantidad de radiactividad en el óxido de carbono obtenido a raíz de la aplicación del primer tipo de tratamiento en la primera fase, y

- se decide aplicar la segunda fase si la cantidad de radiactividad es inferior a un umbral elegido.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que los residuos incluyen elementos no carbonados radioactivos, caracterizado porque los residuos se trituran y se transportan por vía húmeda y los elementos radioactivos no carbonados se confinan y se tratan en la vía húmeda, mientras que el óxido de carbono se extrae de la vía húmeda bajo forma volátil, y porque la cantidad de radiactividad en el óxido de carbono es medida por un analizador dispuesto fuera de la vía húmeda.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el primer tipo de tratamiento incluye al menos un reformado al vapor.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el primer tipo de tratamiento incluye, en la primera fase, un calentamiento en gas inerte.

8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se elige bascular de la primera fase a la segunda fase en un instante elegido en función de al menos:

- una cantidad inicial de residuos que se deben tratar, y

- una temperatura de reacción de oxidación, durante la aplicación del primer tipo de tratamiento.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque dicha temperatura es superior a 900ºC, y preferentemente del orden de 1200ºC.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los residuos carbonados incluyen inicialmente carbono 14, caracterizado porque el precipitado sólido obtenido después de la primera fase incluye esencialmente el carbono 14, mientras que el óxido de carbono de la segunda fase no incluye carbono 14 más que en cantidad residual.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos residuos carbonados incluyen al menos el grafito y/o resinas.

12. Instalación para el tratamiento de residuos radioactivos carbonados, caracterizada porque incluye medios para el empleo del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.