ISO 16797-2004 Nuclear energy - Soxhlet-mode chemical durability test - Application to vitrified matrixes for high-level radioactive waste《核能 索格利特式耐化学试验 高放射性废弃物.pdf

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1、NORME INTERNATIONALE ISO 16797 Premire dition 2004-04-15 Numro de rfrence ISO 16797:2004(F) ISO 2004 nergie nuclaire Test de durabilit chimique en mode Soxhlet Application aux matrices vitrifies des dchets radioactifs de haute activit Nuclear energy Soxhlet-mode chemical durability test Application

2、to vitrified matrixes for high-level radioactive wasteISO 16797:2004(F) ii ISO 2004 Tous droits rservs PDF Exonration de responsabilit Le prsent fichier PDF peut contenir des polices de caractres intgres. Conformment aux conditions de licence dAdobe, ce fichier peut tre imprim ou visualis, mais ne d

3、oit pas tre modifi moins que lordinateur employ cet effet ne bnficie dune licence autorisant lutilisation de ces polices et que celles-ci y soient installes. Lors du tlchargement de ce fichier, les parties concernes acceptent de fait la responsabilit de ne pas enfreindre les conditions de licence dA

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5、ation PDF ont t optimiss pour limpression. Toutes les mesures ont t prises pour garantir lexploitation de ce fichier par les comits membres de lISO. Dans le cas peu probable o surviendrait un problme dutilisation, veuillez en informer le Secrtariat central ladresse donne ci-dessous. ISO 2004 Droits

6、de reproduction rservs. Sauf prescription diffrente, aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccord crit de lISO ladresse ci-aprs ou du comit memb

7、re de lISO dans le pays du demandeur. ISO copyright office Case postale 56 CH-1211 Geneva 20 Tel. + 41 22 749 01 11 Fax + 41 22 749 09 47 E-mail copyrightiso.org Web www.iso.org Publi en SuisseISO 16797:2004(F) ISO 2004 Tous droits rservs iii Avant-propos LISO (Organisation internationale de normali

8、sation) est une fdration mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de lISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organi

9、sations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec lISO participent galement aux travaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les Normes internationales sont rdiges conf

10、ormment aux rgles donnes dans les Directives ISO/CEI, Partie 2. La tche principale des comits techniques est dlaborer les Normes internationales. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techniques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internation

11、ales requiert lapprobation de 75 % au moins des comits membres votants. Lattention est appele sur le fait que certains des lments du prsent document peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle ou de droits analogues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de

12、 tels droits de proprit et averti de leur existence. LISO16797 a t labore par le comit technique ISO/TC85, nergie nuclaire, sous-comit SC5, Technologie du combustible nuclaire.ISO 16797:2004(F) iv ISO 2004 Tous droits rservs Introduction Un matriau soumis laction de leau, est susceptible de saltrer.

13、 De nombreux tests ont t dvelopps pour mesurer cette altration. Le test Soxhlet est un des tests couramment utiliss pour valuer la durabilit chimique des verres nuclaires. Il est maintenant couramment appliqu dautres verres ou matriaux issus de procds de vitrification ou encore dautres matriaux mass

14、ifs non poreux destins au confinement de dchets toxiques non nuclaires. Cest un test court terme permettant de se faire rapidement une ide de la durabilit chimique intrinsque dun matriau, en eau dionise . En milieu statique, sans renouvellement de leau, la solution senrichit en lments provenant de l

15、a dissolution dune partie de ce matriau et lon peut observer conscutivement, une diminution de la vitesse daltration. Cest donc dans une eau dionise, constamment renouvele, ou dans un milieu complexant (qui consomme, de la solution, les lments arrivant saturation) que la vitesse de corrosion est la

16、plus importante. Cela prsente les avantages suivants:diminution des dures exprimentales, augmentation des concentrations lmentaires en solution dans le bouilleur (on saffranchit des problmes de limites de dtection par exemple), mesure de laltrabilit potentielle du matriau en conditions extrmes. 100

17、CNORME INTERNATIONALE ISO 16797:2004(F) ISO 2004 Tous droits rservs 1 nergie nuclaire Test de durabilit chimique en mode Soxhlet Application aux matrices vitrifies des dchets radioactifs de haute activit 1 Domaine dapplication La prsente Norme internationale dcrit un test paramtrique en mode Soxhlet

18、 permettant dvaluer la durabilit chimique dun matriau en mesurant sa vitesse initiale daltration en eau pure. La mesure est faite la temprature dbullition de leau, ce qui a pour effet daugmenter considrablement les vitesses de corrosion par rapport celles observes temprature ambiante. Dans la plupar

19、t des cas les phnomnes daltration sont fortement acclrs. Le test est applicable aux matrices vitrifies des dchets radioactifs de haute activit. Le test dcrit dans la prsente Norme internationale est un test qui permet de mesurer la vitesse initiale daltration en eau pure. Il nest applicable quaux se

20、uls matriaux non poreux (de trs faible porosit ou de porosit ferme) pour lesquels le mcanisme daltration principal est un mcanisme de raction de surface (dans le cas de matriaux poreux ce sont les mcanismes de diffusion qui prdominent). Afin dviter de srieuses erreurs dinterprtation, il est ncessair

21、e de ne comparer les rsultats de ces tests qu partir de matriaux non poreux. Cette mesure que lon appelle donc vitesse initiale daltration en eau pure temprature dbullition ( la pression atmosphrique), peut permettre de comparer des matriaux entre eux dans la mesure o ils appartiennent une mme famil

22、le (par exemple, matriaux oxydes) dont laltration initiale est rgie par un mme mcanisme (par exemple ractions de surface). Ce test paramtrique ne permet pas lui seul de dfinir le comportement long terme dun matriau, ce qui ncessite un ensemble dessais, de modlisations et de validations comme dcrit,

23、par exemple dans la norme ENV 12920. Ce test est destin tre appliqu tout verre, vitrifiat (matriau issu de procds de vitrification) ou matriaux oxydes non poreux, dont la morphologie permet lobtention de monolithes de surface connue ncessaires lessai. Il permet dobtenir la vitesse initiale daltratio

24、n du matriau en eau dionise la temprature dbullition de leau (environ ), par lanalyse des solutions et la mesure de la perte de masse de lchantillon. 2 Termes et dfinitions Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions suivants sappliquent. 2.1 altration modification chimique superfi

25、cielle dun matriau due aux agents environnants 2.2 altrabilit aptitude saltrer NOTE Laltrabilit dpend la fois du matriau et de son environnement. 2.3 durabilit aptitude du matriau durer tout en conservant ses qualits et proprits originelles 100 CISO 16797:2004(F) 2 ISO 2004 Tous droits rservs 2.4 du

26、rabilit chimique aptitude rsister aux agressions chimiques NOTE Cette caractristique peut tre une proprit intrinsque du matriau, si lenvironnement est dment prcis et fix (par exemple: durabilit chimique en eau pure ). 2.5 lixiviation extraction dun ou plusieurs lments dun matriau solide sous laction

27、 dun solvant NOTE Par extension on appelle lixiviation toute opration consistant soumettre un chantillon laction dun solvant. 2.6 dissolution mise en solution dune substance 2.7 corrosion destruction progressive, lente dgradation, dune substance ou dune surface par effet chimique 2.8 terme source fl

28、ux despces chimiques qui passent au travers dune surface dtermine dans les conditions du scnario considr 2.9 comportement long terme volution du terme source ainsi que celle des caractristiques du matriau au cours du temps, et ce jusqu lhorizon spcifi dans le scnario considr NOTE Ltude du comporteme

29、nt long terme vise donc priori lvolution de laltration et du relchement (terme source) jusqu un horizon de temps dtermin. 2.10 scenario horizon de temps et liste de facteurs dinfluence, y compris les facteurs de risque, caractrisant la situation de stockage ou dutilisation envisage pour le matriau,

30、et ce, en vue de la dtermination du comportement long terme 3P r i n c i p e La temprature de lessai est la temprature dbullition de leau. Elle dpend donc de la pression atmosphrique, donc de laltitude du laboratoire dans lequel lessai est effectu. La diffrence de temprature dbullition entre un labo

31、ratoire situ au niveau de la mer et un laboratoire situ daltitude tant approximativement de , cela peut occasionner des diffrences tout fait significatives de rsultats (pratiquement dun facteur 2 pour une nergie dactivation du mcanisme de raction de ). Laltitude et la pression atmosphrique du labora

32、toire doivent donc tre consignes, et il faut en tenir compte ventuellement pour des comparaisons inter laboratoires: ces donnes permettront de recalculer la temprature effective dbullition. Le dbit de circulation de leau sur lchantillon est dtermin par la puissance de chauffe dlivre leau par le boui

33、lleur et par lefficacit du condenseur. 4R actifs 4.1 Eau, de haute puret, quilibre avec lair au moins pour assurer une concentration en dioxyde de carbone (CO 2 ) stabilise. 100 C 1 000 m 5 C 60 kJ/mole 2hISO 16797:2004(F) ISO 2004 Tous droits rservs 3 4.2 Acide nitrique concentr (HNO 3 ), pour laci

34、dification des solutions avant analyse. 5 Appareillage 5.1 Appareil Soxhlet Lappareil daltration de type Soxhlet (voir Figure 1) comporte les lments suivants: a) un ballon ou bouilleur en acier inoxydable dun volume minimum de ; b) un chauffe-ballon adapt, puissance thermique dissipe contrle et rgul

35、e; c) une nacelle porte-chantillon d bordement (voir Figure 1); dans certains cas il peut tre intressant denvisager une circulation de la solution altrante de bas en haut pour sassurer du bon renouvellement de la solution altrante; la surface du support de lchantillon tudier ne doit pas dpasser de l

36、a surface totale de lchantillon (laisser au minimum entre lchantillon et les parois de la nacelle ou la surface de la solution); d) un condenseur en acier inoxydable; e) un serpentin qui amne la solution dans la nacelle supportant lchantillon. Les consignes suivantes doivent tre respectes: a) Le flu

37、x de la solution altrante dans la nacelle contrl par la puissance de chauffe impose au chauffe- ballon doit tre rgulier ( du dbit impos) et doit impliquer au minimum deux renouvellements par heure du volume de la nacelle. b) La longueur du serpentin et la nacelle porte-chantillon doivent tre tudies

38、de faon ce que leur exposition la vapeur de la solution mise bullition maintienne la temprature de la solution contenue dans la nacelle moins de en dessous du point dbullition de leau. c) Il faut vrifier que la temprature de leau dans la nacelle est bien la temprature dbullition . La procdure de lav

39、age de lappareillage, quil soit neuf ou pas doit tre particulirement soigne. Elle doit atteindre deux objectifs: a) viter les phnomnes de pollution entre deux essais ou la mise en route dun appareillage neuf; b) rcuprer la totalit des lments qui sont passs en solution lors de lessai et qui peuvent a

40、voir t incorpors dans un prcipit et/ou la surface du bouilleur notamment; cette mise en solution doit tre quantifie de faon exhaustive. 5.2 Balance de prcision, pour la mesure des masses de solution ( de la masse), et pour la pese avant et aprs essai des chantillons tudis (au maximum ). 5.3 Fioles j

41、augs, pipettes ou burettes pour le mesurage du volume des solutions (avec une exactitude de ). 5.4 Analyse des solutions Quels que soient les moyens danalyse utiliss, lexactitude requise pourrait tre la suivante: a) sur les lments majeurs du matriau; b) sur les autres lments. Cette exactitude ne peu

42、t tre atteinte pour les lments dont la concentration en solution avoisine la limite de dtection du moyen analytique utilis. Les rsultats analytiques devront donc tre fournis avec les limites de dtection correspondantes. 5.5 Mesure du pH Le pH doit tre mesur avec une exactitude de unit. 500 ml 5% 5mm

43、 10 % 1 C 1 C 0,25 % 0,1 mg 1% 5% 10 % 15 % 0,1ISO 16797:2004(F) 4 ISO 2004 Tous droits rservs Lgende 1 condenseur 2 serpentin 3 nacelle porte-chantillon 4 chantillon 5 niveau de lixiviation Figure 1 Schma de lappareil de lixiviation de type SoxhletISO 16797:2004(F) ISO 2004 Tous droits rservs 5 6P

44、r paration des chantillons Les chantillons peuvent tre fabriqus lunit, ou taills dans un chantillon plus grand. Si un chantillon doit tre taill, viter lutilisation de colles ou mastics pour maintenir lchantillon lors de la coupe. Si cet usage ne peut tre vit, sassurer que les surfaces de lchantillon

45、 sont parfaitement nettoyes. Si lchantillon doit tre trononn, lutilisation de leau pour le refroidissement de la lame doit tre strictement limite. Quel que soit le moyen dobtention de lchantillon, celui-ci doit tre constitu de faces dont on peut mesurer la surface, et ce, avec le meilleur degr de pr

46、cision possible. Ainsi, on prfrera un chantillon dont les surfaces ont t polies (pourvu que cela nentrane pas de pollution ou de modification des ractions) un chantillon brut de trononnage. La prcision de la connaissance de la surface de lchantillon est en effet essentielle si lon veut comparer deux

47、 chantillons diffrents entre eux, puisque la quantit dlments passe en solution doit tre ramene la surface ractive de lchantillon. La taille de lchantillon doit tre choisie de faon ce quil soit totalement et continuellement recouvert par la solution contenue dans la nacelle. Avant le test daltration lchantillon doit tre soigneusement lav pour le dba