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Communication Dans Un Congrès Année : 2019

Procédé de coulage sous pression pour la fabrication par voie directe de pastilles de combustible nucléaire : Influence des propriétés physiques des suspensions sur la filtrabilité

Résumé

Nous étudions un procédé de précipitation/drainage pour la fabrication des pastilles de combustible nucléaire. Cette voie « directe » (i.e. sans étape préalable de filtration et séchage des poudres) permettrait d'une part, d'accroitre la robustesse et la flexibilité du procédé de recyclage du combustible nucléaire et d'autre part de réduire la dissémination de poudre radioactive dans les boites à gants du procédé industriel. Les étapes clés de cette nouvelle voie d'élaboration reposent sur la précipitation en émulsion [1] et sur le développement d'un équipement de coulage sous pression adapté aux spécificités des suspensions mises en oeuvre. La mise au point de cette technique pour la fabrication de pastilles de combustible est actuellement à l'étude. Le coulage sous pression a été largement étudié pour les composés céramiques. Sa simulation est validée au moyen d'expériences de filtration sur support [2]. Le carbonate de calcium est considéré comme produit « modèle ». Sa synthèse en réacteur agité permet d'accéder facilement à différents faciès cristallins [3]. A l'instar des travaux précédents [4], plusieurs lots de particules de distribution de taille et faciès parfaitement caractérisés (granulométrie, MEB, DRX) ont été synthétisés et analysés dans une cellule de filtration frontale à pression constante en régime dynamique. Une modélisation de l'influence de la polydispersité et la distribution du facteur de forme, pour de suspensions diluées a été mise en place. Pour des suspensions concentrées, nous avons réalisé une campagne de mesure en cellule de compression-perméabilité (régime stationnaire) sur de suspensions de CaCO 3. Une comparaison entre les résultats en régime permanent et non-permanent de l'estimation de la surface spécifique par perméation et de la modélisation de la perméabilité et de la compressibilité, a été effectuée (cf. Fig. 1). A partir de cette connaissance, des modèles plus complexes en deux dimensions pourraient être mis en place pour valider le pilote à échelle 1 du procédé de coulage sous pression, dimensionné dans une cellule de filtration radiale (cf. Fig. 2). Une étude comparative portant sur le solvant (éthanol, eaux mères, etc.) a en outre été menée. En effet, différents additifs (liants, dispersants, etc.) sont susceptibles d'être utilisés dans le procédé pour faciliter l'écoulement des suspensions, les propriétés mécaniques de la pastille crue et/ou la densité finale de la pastille frittée [5]. Il est donc primordial d'appréhender en amont l'influence des interactions physicochimiques entre les particules solides et le dispersant sur le procédé. Ces interactions sont liées à la taille et la surface spécifique des particules, ainsi qu'à la physico-chimie des interfaces. Elles seront prises en compte dans le modèle de perméabilité de type Kozeny-Carman en développement. Valider la tenue mécanique du gâteau après démoulage et lier les propriétés du cru à la compaction, est un objectif important pour la faisabilité du procédé de coulage sous pression. L'influence de la distribution de taille et de forme des particules, non seulement sur la filtrabilité, mais aussi sur la structure du cru obtenu est à modéliser [6].
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-02535688 , version 1 (20-04-2020)

Identifiants

  • HAL Id : hal-02535688 , version 1

Citer

David Diaz, François Puel, Denis Ode, Emmanuelle Brackx, Franck Doreau, et al.. Procédé de coulage sous pression pour la fabrication par voie directe de pastilles de combustible nucléaire : Influence des propriétés physiques des suspensions sur la filtrabilité. 17ème Congrès de la Société Française de Génie des Procédés SFGP 2019, Oct 2019, Nantes, France. ⟨hal-02535688⟩
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