ISO 9891-1994 Determination of carbon content in uranium dioxide powder and sintered pellets - High-frequency induction furnace combustion - Titrimetric coulome.pdf

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1、NORME INTERNATIONALE Iso 9891 Premire dition 1994-I 2-15 Dtermination de la teneur en carbone dans la poudre et les pastilles frittes de dioxyde duranium - Combustion dans un four lectrique induction - Mthodes par titrimtrie/coulomtrie/ absorptiomtrie infrarouge Determinatjon of carbon content in ur

2、anium dioxide powder and sjntered pellets - High frequency induction furnace combustion - Titrimetric/cou/ometric/infrared absorption methods Numro de rfrence ISO 9891: 1994(F) ISO 9891:1994(F) Avant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nat

3、ionaux de normalisation (comits membres de IISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de IISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

4、gouvernemen- tales, en liaison avec IISO participent galement aux travaux. LISO colla- bore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techniques sont soumis aux c

5、omits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 % au moins des co- mits membres votants. La Norme internationale ISO 9891 a t labore par le comit technique ISO/TC 85, nergie nuckaire, sous-comit SC 5, Technologie du com- bustible nuclaire. 0 ISO 199

6、4 Droits de reproduction rservs. Sauf prescription diffrente, aucune partie de cette publi- cation ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que ce soit et par aucun pro- cd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccord crit de lditeur. Organisation nte

7、rnationale de normalisation Case Postale 56 l CH-121 1 Genve 20 l Su isse Imprim en Suisse ii NORME INTERNATIONALE 0 Ko ISO 9891:1994(F) Dtermination de la teneur en carbone dans la poudre et les pastilles frittes de dioxyde duranium - Combustion dans un four lectrique induction - Mthodes par titrim

8、trie/coulomtrie/absorptiomtrie infrarouge 1 Domaine dapplication La prsente Norme internationale prescrit des m- thodes par titrimtrie, par coulomtrie ou par absorptiomtrie infrarouge, pour la dtermination de la teneur en carbone dans la poudre et les pastilles frittes de dioxyde duranium, lchantill

9、on pour essai tant chauff dans un four induction. Elle est applicable la dtermination de 5 r-19 500 pg de carbone dans la poudre et les pastilles de dioxyde duranium. Toute interfrence du soufre et des halognes est vite par lutilisation de piges appropris. 2 Principe Une prise de lchantillon pour es

10、sai est chauffe une temprature dau moins 1 100 “C 1 200 “C dans un creuset de tungstne recouvert de quartz ou dans un creuset de platine, dans une atmosphre doxygne. Les produits doxydation dgags passent au-dessus dun pige de purification rempli de dioxyde de manganse et de catalyseur de perman- gan

11、ate dargent. Le dioxyde de manganse absorbe les oxydes azots tandis que le catalyseur de per- manganate dargent oxydera le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone et absorbera les oxydes de soufre et les halognes. Le dioxyde de carbone est pig dans une solution dabsorption de perchlorate de baryum

12、, talonne un pH de 10,O. Labsorption de dioxyde de carbone provoque une diminution du pH. Le pH initial est r- ajust en permanence par addition dions hydroxyle, soit par titrimtrie potentiostatique, soit par coulomtrie. Le dioxyde de carbone peut galement tre dtermin par absorption du rayonnement in

13、fra- rouge et intgration du signal obtenu. 3 Raction CO, + H,O + Ba(CIO,), -+ BaCO, + 2H+ + 2ClO4 4 Ractifs et matriaux Sauf indication contraire, lors des analyses, nutiliser que des ractifs de qualit analytique reconnue et de leau distille ou de leau de puret quivalente. 4.1 Oxygne, de qualit comm

14、erciale et de puret suprieure 99,9 % (VYV). 4.2 Dioxyde de carbone, de qualit commerciale et de puret suprieure 99,9 % 4.3 Oxyde de cuivre, granules 1 mm2mm. v/v) . de dimensions de 4.4 Chaux sode, avec indicateur Incorpore, granu- les de dimensions de 1 mm 2 mm. 4.5 Tamisat molculaire 4A, pastilles

15、 de dimen- sions 1,6 mm (1 /16 in), prchauffes 300 “C. 4.6 Catalyseur de permanganate dargent, (dispo- nible en Europe comme catalyseur de combustion dit de Korbl), pour analyse des lments. SO 9891:1994(F) 0 ISO 4.7 Dioxyde de manganse, activ, de qualit ana- lytique pour la combustion, granules de d

16、imensions de 0,5 mm 1,5 mm. 4.8 Acclrateurs, tain, sous forme de poudre, faible teneur en carbone ou granules de tungstne. 4.9 Fer rduit lhydrogne humide, copeaux contenant moins de 5 ppm de carbone. 4.10 Aciers SRM), de qualit de matriau de rf- rence certifi, copeaux, certifis pour le carbone, cont

17、enant de 15 ppm 500 ppm de carbone. 4.11 Perchlorate de baryum Ba(CIO,),. 4.12 Propanol-2 (CH,CHOHCH,). 4.13 Solution dabsorption Dissoudre 200 g de perchlorate de baryum (4.11) dans de leau. Ajouter 1,O ml de propanol-2 (4.12), di- luer 1,O I et mlanger. 4.14 Hydroxyde de sodium, solution c(NaOH) =

18、 0,lO mol/l, exempte de dioxyde de car- bone, talonne par rapport au phtalate dhydrogne potassique. 4.15 Hydroxyde de sodium, solution c(NaOH) = 0,02 mol/l, exempte de dioxyde de car- bone. Prparer une solution frache le jour mme avec une dilution prcise de la solution dhydroxyde de so- dium (4.14).

19、 NOTE 1 Utiliser la solution dhydroxyde de sodium (4.15) pour le titrage de moins de 50 pg de carbone, sinon utiliser la solution dhydroxyde de sodium (4.14). 5 Appareillage La description donne des dimensions types pour ces appareils, mais un dispositif de performances quiva- lentes peut tre utilis

20、. 5.1 Four induction haute frquence, 1,5 kVA 2,5 kVA, 1 MHz 20 MHz, avec tube de combustion en silice de diamtre interne 30 mm (voir figure 1). II convient que la bobine dinduction entourant le tube de combustion ait 40 mm 60 mm de hauteur et 4 5 spires. Le creuset contenant la prise dessai et, si n

21、cessaire, un acclrateur, est plac sur un support en alumine et positionn lintrieur de la bobine dinduction de faon assurer un couplage efficace. Ce four donne une temprature de 1 100 “C, mais un autre dispositif donnant une temprature suprieure peut tre utilis. 5.2 Systme de purification de loxygne

22、et sys- tme de contrle du flux (voir figure 2) 5.2.1 Systme de purification de loxygne (voir figure3), constitu dun tube en acier inoxydable, de 30 mm de diamtre interne et de 200 mm de lon- gueur, rempli doxyde de cuivre (4.3) et chauff 650 “C. Le tube en acier inoxydable est connect un tube de ver

23、re de 30 mm de diamtre interne et de 300 mm de longueur, rempli denviron 100 mm de chaux sode (4.4) et denviron 200 mm de tamisat molculaire (4.5). Les couches sont spares par des couches de laine de quartz. 5.2.2 Rgulateurs de pression 0 kPa 200 kPa, manomtres 0 kPa 200 kPa, rgulateurs de dbit et d

24、bitmtres 0 ml/min 100 ml/min II convient de raliser toutes les connexions du sys- tme de distribution du gaz partir de tubes en acier inoxydable de 3 mm de diamtre interne. II serait prfrable de raliser les connexions entre le four et le systme de mesurage en acier inoxydable denvi- ron 1 mm de diam

25、tre interne, sauf pour une courte portion de tubulure en PTFE denviron 0,4 mm de diamtre qui est utilise comme arrive de gaz pour le rcipient dabsorption. 5.2.3 Rcipient-tampon de 2 1, pour fournir Ioxy- gne additionnel pendant la combustion des aciers. 1) Les aciers de rfrence normaliss sont dispon

26、ibles auprs des organismes suivants: NBS National Bureau of Standards, Washington D.C., tats-Unis; BCR Bureau communautaire de rfrence, Bruxelles, Belgique; BAS Bureau of Analysed Samples, Middlesbrough, Royaume-Uni; BAM Bundesanstalt fr Materialprfung. Berlin, Allemagne; IRSID Institut de recherche

27、s de la sidrurgie franaise, Saint-Germain-en-Laye, France. ISO 9891:1994(F) 0 0 0 0 A NS 1212 Quartz L - - I - t / - Tungstne 0 Of Bobine h induction HF v 0 Quartz /- Al203 Figure 1 - Tube combustion 3 ISO 9891:1994(F) 0 ISO SO 50 FR = Rgulateur de dbit PR = Rgulateur de pression FM = Dbitmtre f 02

28、PR Tampon 02 21 Tamisat Chaux molculaire sode CU0 550 “c I Pneumat. I -l Soupape -t -Y- - Air ” FM : I _ PR Tube en acier Tube en acier inoxydable 3 mm Iupape dinjection ylh500pldeC02i I Microcommutateur Vers le systme de mesurage w Catalyseur de permanganate dargent 550 “C Figure 2 - Systme de puri

29、fication doxygne et de contrle du flux 0 ISO ISO 9891:1994(F) 5.2.4 Soupape six voies, permettant dassurer un rinage loxygne du tube combustion lorsque celui-ci est ouvert. Ce rinage empche toute ab- sorption de dioxyde de carbone de lair dans le tube combustion. 6 chantillon pour essai 6.1 Poudre d

30、e dioxyde duranium: aucune prpa- ration nest ncessaire. 5.3 Tour de purification des gaz de combustion (voir figure4), constitue dun tube de quartz de 200 mm de longueur, de 8 mm de diamtre interne, rempli de 40 mm de dioxyde de manganse (4.7) et de 100 mm de catalyseur de permanganate dargent (4.6)

31、 les couches tant spares par des couches de laine de quartz. II convient de chauffer la section contenant le catalyseur de permanganate dargent 550 “C. 5.4 Soupapes de dosage du gaz, volumes talonns de 50 PI et 500 1 pour ladmission du dioxyde de carbone. 5.5 Systme de dtection 5.5.1 Pour la titrimt

32、rie: rcipient de titrage (voir figure 5) ou quivalent, avec temprature contrle 25,0 “C + 0,2 “C, rempli de solution dabsorption (4.13) lectrode en verre (NaCI, AgCI) Ag et circuit de commande potentiostatique pour commander une burette piston de 1 ml. II convient dassurer un contact troit entre le g

33、az et la phase liquide en agi- tant de faon efficace avec un disque agitateur. 5.5.2 Pour la coulomtrie: cellule disponible dans le commerce (voir figure6). Il convient dagiter de fa- on efficace avec un bol agitateur et de contrler la temprature 35,0 “C * 0,2 “C. 5.5.3 Pour labsorption infrarouge:

34、instrument pouvant mesurer la valeur de labsorption infrarouge spcifique par le dioxyde de carbone. II est constitu dun metteur infrarouge, dun chantillon, dune cel- lule de rfrence et dun dtecteur. Labsorption me- sure est gnralement amplifie, intgre et convertie pour permettre un affichage numriqu

35、e de la quantit de carbone. AVERTISSEMENT - Le fluorure en quantits su- prieures des traces peut endommager le d- tecteur infrarouge. 6.2 Pastilles de dioxyde duranium: broyer ou concasser lchantillon de laboratoire en vitant de produire une quantit excessive de particules fines, et le faire passer

36、au travers dun tamis de 1 mm jus- qu lobtention dune prise denviron 5 g. Conserver cette prise qui servira dchantillon pour essai. NOTE 2 La poudre de dioxyde duranium absorbe le dioxyde de carbone, ce qui interfre avec la mesure. Ce dernier est extrait avant analyse (voir note 6 en 7.4.3). 7 Mode o

37、pratoire 7.1 Mise en uvre de lappareillage 7.1.1 Rgler la pression lintrieur du systme dalimentation en oxygne environ 125 kPa et le dbit de sortie doxygne 100 ml/min. Aprs vrification de lquilibrage des deux dbitm- tres, le dbit darrive et le dbit de sortie rgls doi- vent tre gaux. Sinon rechercher

38、 et rparer les fuites. 7.1.2 Placer un creuset en platine ou en tungstne capsul au quartz (5.6) sur le support prs du tube combustion. 7.1.3 Remplir le rcipient dabsorption de solution dabsorption (4.13) agiter vigoureusement et ajuster le pH 10,O. Titrer sur des priodes de 4 min jusqu ce que la con

39、sommation du produit de titrage, en millilitres ou en coulombs, devienne stable ou, en cas de dtection dinfrarouge, jusqu ce que la sortie de Iintgrateur devienne constante. NOTE 3 En cas de teneurs en carbone trs faibles, il se- rait avantageux dutiliser pH = 9,5 comme potentiel prta- bli; pour ce

40、pH, la capacit dabsorption est moindre, mais la sensibilit est accrue. 5.6 Creusets, en cramique, en platine ou en tung- stne, capsuls au quartz. ISO 9891:1994(F) 0 ISO Dimensions en millimtres Dimensions en millimtres r Tamis est le volume du produit de titrage utilis dans lessai blanc, en millilit

41、res (voir 7.2.1); N est la concentration du produit de titrage, en millimoles par millilitre; PX est la pression du dioxyde de carbone in- ject, en kilopascals; A, est le volume de la soupape dinjection pour NTP, en microlitres; est la temprature du dioxyde de carbone inject, en kelvins; C X est le

42、nombre de coulombs relev lors de la dtermination (voir 7.2.2); C 0 est le nombre de coulombs relev lors de lessai blanc (voir 7.2.1); 96 500 est la constante de Faraday, en coulombs par mole. Ne traiter que si lefficacit, Aeff, est suprieure 7.4.1 Placer un creuset en platine ou en tungstne 95 %, si

43、non rechercher et traiter la cause de la diff- capsul au quartz sur le support. Fermer ltuve et rence. attendre 2 min pour que lquilibre stablisse. 7.3 talonnage 7.3.1 Prchauffer une srie de creusets en crami- que (5.6) 1 000 “C 1 100 “C pendant au moins 4 h. Stocker 250 “C pour empcher toute absorp

44、tion de dioxyde de carbone de lair. 7.3.2 Peser, 0,l g prs, environ 0,5 g de fer rduit lhydrogne humide (4.9) et 1,O g dtain fondu (4.8) sur un morceau de feuille daluminium. Verser dans un creuset de cramique encore chaud, le placer sur le support et fermer rapidement le four. 7.3.3 Attendre 2 min

45、pour que lquilibre stablisse et faire brler doucement lchantillon pendant 4 min. 7.3.4 Relever le volume (V) ou les coulombs (C, consomms ou, en cas de dtection dinfrarouge, compenser pour arriver zro. 7.3.5 Peser, 0,001 g prs, 0,5 g 1,5 g (M,) dacier SRM (4.10) sur un morceau de feuille dalumi- niu

46、m. Ajouter 0,5 g de fer rduit lhydrogne humide (4.9) et 1,0 g dtain (4.8), verser dans un creuset de cramique encore chaud, le placer sur le support et fermer rapidement le four. Rpter lopration de 7.3.3. 7.3.6 Relever le volume (Vx) ou les coulombs (C,) utiliss ou, dans le cas de dtection dinfrarou

47、ge, la quantit de carbone. 7.3.7 Rpter les oprations de 7.3.5 et 7.3.6 avec au moins quatre prises de 0,5 g 1,5 g dacier SRM, ce qui couvre la plage de carbone qui doit tre mesu- re dans loxyde duranium. 7.3.8 Calculer la teneur en carbone de lacier SRM selon les formules donnes en 7.5 avec (vx - Vo) = (Vx - Vb) et (Cx - CO) = (C, - C,). Ne trai- ter que sil y a accord avec les valeurs certifies dans les limites indiques. 7.4 Dtermination 7.4.2 Chauffer au moins 1 100 “C 1 200 “C pen- dant 4 min. Relever le volume (Vo)