On sait que l'isolation des métaux lourds dissous dans une solution aqueuse peut être obtenue au moyen de l'électrolyse, procédé consistant dans l'immersion dans ladite solution aqueuse, de deux électrodes dont l'une est désignée par « anode » et l'autre par « cathode », elles mêmes reliées à l'une ou l'autre des bornes d'un générateur de courant électrique, pour provoquer dans ladite solution aqueuse la circulation des éléments chargés positivement ou négativement et la concentration sur lesdites électrodes des métaux lourds ainsi isolés.

Les meilleurs résultats de œ procédé connu sont obtenus le plus souvent lorsque la solution aqueuse présente une faible concentration en sels et une forte concentration en métaux à isoler. Lorsque ce rapport est inversé et que la solution à traiter est de forte concentration en sels et de faible concentration en métaux à isoler, le procédé devient beaucoup moins performant et quasiment inapplicable.

L'auteur de la présente invention, sensibilisé par ces constatations a apporté une première solution à ce problème par le dépôt le 02/05/1995 du brevet français FR 95 05227 publié le 08/11/1996 sous le N° 2 733 748, ci-après désigné par « brevet Initial ».

Ce brevet initial, français et déposé en 1995, concerne un procédé et le dispositif destiné à le mettre en œuvre, consistant à capter les éléments ionisés ou en suspension d'un effluent radioactif ou non sur des électrodes, par une méthode électrolytique dite « électrodéposition différentielle ».

Il revendique principalement un procédé d'électrolyse et le dispositif pour le mettre en œuvre, caractérisé par l'adjonction dans la solution aqueuse à forte concentration de sels contenue dans une cuve, d'une électrode supplémentaire désignée « électrode de masse » de même matériau et même texture que les autres électrodes (anode et cathode) et indépendamment reliée à une masse du générateur de courant électrique. Cette électrode de masse rapportée au dispositif habituel d'électrolyse, a pour effet de limiter ou annihiler les conséquences de la forte concentration de sels présente dans la solution aqueuse, qui s'oppose à la circulation du courant dans ladite solution et altère ainsi l'efficacité du procédé.

L'immersion de ladite électrode de masse qui n'a qu'une fonction de connexion électrique et ne reçoit pas de métaux lourds contrairement à l'anode et la cathode du dispositif, permet d'obtenir les mêmes résultats que ceux obtenus dans le cas d'une électrolyse classique, c'est-à-dire avec une solution à faible concentration de sels et cela dans une durée de cycle similaire.

Ledit brevet revendique également un procédé d'électrolyse et le dispositif pour le mettre en œuvre, caractérisé en ce qu'un brassage intermittent en circuit fermé de la solution est opéré au moyen d'un élément d'activation par exemple un pompe, assurant la vidange et le remplissage simultané de la cuve du dispositif. Ce brassage de la solution à traiter est réalisé pour éviter que sous l'effet du passage du courant les différentes espèces présentes dans la solution s'organisent pour faire obstacle à la fixation des métaux lourds. Il permet de préserver l'homogénéité de la solution pendant l'opération d'électrolyse.

Il revendique également la mise en circulation intermittente pendant l'opération d'électrolyse de la solution à traiter, entre d'une par la cuve d'électrolyse et d'autre part un filtre contenant par exemple des granulés d'argile. Animée préférablement par une pompe cette circulation de la solution entre la cuve d'électrolyse et le filtre permet de filtrer la solution pour retenir par filtration certains produits de fission difficilement isolables par l'électrolyse. En fin d'électrolyse, la solution ainsi traitée et filtrée rejoint une cuve et un dernier filtre de finition qui affine la filtration pour obtenir une extraction d'un maximum de métaux lourds avant rejet

Enfin ce brevet revendique également les composants du dispositif, par exemple la forme, la disposition et le matériau de constitution des diverses électrodes, leur connexion etc.

La mise en œuvre de ce procédé, l'évolution des technologies et les exigences en matière d'écologie ont conduit l'inventeur à faire évoluer le procédé issu du brevet initial précité de manière à l'adapter à ces changements et obtenir ainsi une qualité optimum du liquide rejeté après épuration et une conformité avec les normes actuelles en vigueur par exemple dans les secteurs du nucléaire, du médical, de la métallurgie etc. Dans cet objectif, l'inventeur prévoit dans le présent brevet d'invention l'adjonction au dispositif du brevet initial d'un moyen de commande électronique à même de gérer trois actions nouvelles. Il prévoit également des modifications dans la qualité, la fonction, la destination et le fonctionnement de certains éléments du dispositif de l'invention ainsi que l'adjonction d'un filtre en fin d'opération d'électrodéposition, dont la mission est d'optimiser la qualité de l'effluent rejeté en fixant les composants à faible force électromotrice entraînés par les mouvements ioniques résiduels. Le moyen de commande électronique apporté au dispositif du brevet initial a pour première fonction l'application de coupures successives de l'alimentation électrique du dispositif, suivant une périodicité déterminée selon la composition chimique de la solution à traiter.

Cette action a une grande importance car l'arrêt temporaire d'alimentation entraîne une interaction entre les éléments dans la solution et les électrodes, faite d'un échange entre les ions contenus dans la solution et les électrodes. La conséquence est donc un retour à un équilibre électronique redonnant aux électrodes toute leur capacité sans perte de matière déposée avant la coupure d'alimentation. La deuxième fonction du moyen de commande électronique apporté au dispositif du brevet initial consiste à découpler l'électrode de masse interne prévue dans le procédé du brevet initial N° 2 733 748 pour augmenter la rapidité du décrassage ionique des électrodes.

Cette action de découplage de l'électrode de masse a pour but de désorganiser le système ionique de manière à ce que les électrons libres retrouvent le chemin de leur électrode respective et que les ions se déposent à nouveau où ils doivent.

La troisième fonction du moyen de commande électronique apporté au dispositif du brevet initial consiste à maintenir et réguler pendant toute l'opération d'électrodéposition différentielle, une tension optimum constante dans la solution à traiter, à partir de senseur disposés dans la solution à traiter et entre les électrodes du dispositif. On sait que la résistivité de l'ensemble varie continuellement en fonction de la masse qui se dépose sur les électrodes. Le contrôle et le maintien d'une tension constante entre les électrodes est donc un facteur essentiel dans le procédé.

Ces actions particulières appliquées au fonctionnement du dispositif du brevet initial par un moyen de commande électronique rapporté, renforcent l'efficacité du procédé d'extraction de métaux lourds, pour mieux l'adapter aux évolutions technologiques et nouvelles exigences techniques et écologiques.

Ce moyen de commande électronique permet ainsi tous les contrôles, réglages et régulation ainsi que la transmission des informations nécessaires au bon déroulement des opérations et la mémorisation de celles-ci.

Toujours dans le souci d'améliorer les performances du dispositif du brevet initial, le dispositif du présent brevet prévoit que le matériau et la texture de l'électrode de masse du dispositif soient différents du matériau et de la texture des électrodes soit de l'anode et de la cathode.

Le dispositif du présent brevet prévoit également que les matériaux et textures des électrodes soient différents. Ainsi l'anode et la Cathode peuvent être fabriqués dans des matériaux totalement différents et déterminés selon la composition chimique et radiochimique (Effluents radioactifs) de la solution à traiter.

Dans les caractéristiques apportées au dispositif du brevet initial pour en améliorer les performances et le rendement, le dispositif de présent brevet prévoit que les senseurs placés entre les électrodes, pour permettre de contrôler et réguler tout au long de l'opération d'électrolyse différentielle la tension dans la solution en traitement, soient de texture chimiquement neutre telle que par exemple celle d'une électrode de verre référentielle utilisée en mesure chimique.

Le dispositif du présent brevet qui complète et modifie les caractéristiques, la composition et le fonctionnement du dispositif du brevet initial, prévoit que les électrodes chargées d'éléments polluants capturés au cours de l'opération d'électrolyse soient au terme de l'opération brûlées ou confinées (éléments radioactifs) selon le type ou grade des effets polluants, les effluents traités étant rejetés dans l'environnement ou réutilisés industriellement compte tenu de leur qualité.

Le brevet de la présente invention, prévoit également que les électrodes plongées dans la cuve d'électrodéposition différentielle, prévues de forme cylindrique et coaxiales dans le brevet initial, soient de forme différente et notamment sous la forme de plaque. Dans un tel cas, le principe initial reste inchangé, les électrodes étant appliquées sur les faces opposées de supports neutres en plaques, la masse différentielle étant placée dans un tube isolant pour éviter toute distorsion électronique.

Le brevet de la présente invention prévoit que le dispositif permette l'utilisation en cycles successifs alternatifs ou en fonctionnement continu. Dans ce dernier cas, l'alimentation de la solution à traiter est opérée par le bas de la cuve et à vitesse lente et déterminée en fonction de la composition chimique et de la texture de la solution à traiter, l'évacuation de la solution traitée étant réalisée en partie haute de la cuve par une canalisation prévue à cet effet Dans le souci d'obtenir en fin d'opération un effluent rejeté le plus épuré possible, le présent brevet prévoit , l'adjonction ou le remplacement en fin de dispositif d'un filtre d'électro filtration destiné principalement à fixer les éléments résiduels à faible force électromotrice, présents encore dans la solution au terme du procédé d'électrodéposition différentielle.

En effet, il a été constaté que les éléments ionisés contenus dans l'effluent dont la force électromotrice est très faible ou nulle, traversent le filtre primaire et le bain de traitement électrolytique sans être captés ou seulement en infime proportion. Ces éléments se fixent alors aisément sur les filtres secondaires.

Cet état de fait est semble-t-il du au fait que l'effluent quittant l'électrolyse n'a pas encore atteint sa stabilité ionique provoquant la formation de colloïdes se fixant sur la matière filtrante.

Le filtre d'électro filtration de la présente invention a pour but d'exploiter cette caractéristique pour fixer plus facilement lesdits composants à faible force électromotrice, qui sont entraînés par le jeu des mouvements ioniques faibles encore existants, amplifié par la configuration dudit filtre d'électro filtration.

Ledit filtre d'électrodéposition est principalement constitué d'un bac cylindrique par exemple fabriqué dans une matière plastique compatible avec son fonctionnement et ses performances. Il est préférablement de dimensions (Hauteur / Diamètre) compatibles avec son fonctionnement et ses performances optimum et dispose de deux électrodes plongées dans une matière filtrante neutre, dont l'une par exemple l'anode, est préférablement plaquée sur le plan périphérique intérieur du bac et l'autre par exemple la cathode est plaquée sur un tube support axial situé au centre de la surface interne du plan inférieur du bac.

Le courant électrique passant au travers de la matière filtrante est régulé selon la composition chimique de la solution sortant du bac de traitement électrolytique et adapté à la résistivité de l'ensemble sachant que la conductibilité de la matière filtrante varie selon le liquide plus ou moins aqueux qu'elle contient

La solution filtrée par son passage au sein du filtre d'électro filtration de l'invention dispose alors d'une qualité optimum permettant son rejet dans l'environnement ou par exemple sa réutilisation dans un autre procédé de fabrication.

Dans une application nucléaire, les éléments radioactifs sont quasiment extraits de l'effluent qui peut alors être éliminé dans l'environnement sans risque, les éléments radioactifs étant quant à eux confinés suivant les méthodes connues.

La description suivante en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de comprendre comment l'invention peut être mise en pratique.

La figure 1 est une vue en coupe schématique médiane de l'élément principal du dispositif du brevet initial, constitué par une cuve d'électrolyse par exemple cylindrique, équipée des électrodes et moyens d'alimentation en énergie électrique et en solution à traiter.

La figure 2 est une vue en coupe schématique de l'élément principal du dispositif du brevet initial modifié selon les éléments techniques revendiqués par le présent brevet La figure 3 est une vue en coupe schématique médiane du filtre d'électro filtration de la présente invention. La présente invention fait suite à un brevet déposé par le même auteur en mai 1995 et publiée le 8 novembre 1996 sous le numéro 2 733 748, concernant un procédé d'extraction de métaux lourds d'une solution aqueuse présentant une forte concentration de sels, au moyen de l'électrolyse. Ce brevet est désigné ci-après par la mention « brevet initial ».

Pour une meilleure compréhension de la présente demande de brevet, il est repris ci- dessous les éléments déterminants des principales revendications dudit brevet initial en référence avec la figure 1 du présent brevet

Le procédé et le dispositif d'extraction de métaux lourds d'une solution aqueuse présentant une forte concentration en sels objet du brevet initial revendiquent une cuve d'électrolyse (2) de forme cylindrique et d'axe (14) contenant une solution aqueuse (3) à forte concentration de sels, dans laquelle est plongée au moins un couple d'électrodes. Sur le schéma FIG 1 du présent brevet, trois couples d'électrodes sont représentés par exemple l'anode (6) et la cathode (7), l'anode (9) et la cathode (8) et l'anode (10) et la cathode (11), alimentées aux bornes correspondantes d'un générateur électrique (4) et une électrode de masse (22) reliée de préférence à la masse (M) dudit générateur (4). L'électrode de masse (22) est séparée de l'électrode (11) par un écran en polyamide (23) afin d'éviter toute interaction électrolytique entre ces deux électrodes. Le procédé et le dispositif d'extraction de métaux lourds d'une solution aqueuse présentant une forte concentration en sels objet du brevet initial revendiquent un brassage intermittent en circuit fermé au cours du cycle d'électrolyse, animé par une pompe (non représentée) opérant le déplacement de la solution (3), en vidangeant la cuve (2) de la solution (3) par le canal d'aspiration (24) prélevant la solution en partie basse de la cuve et près du fond (5) de celle-ci, pour la réintroduire simultanément dans la même cuve (2) et entre les électrodes par le canal (28) sous l'action d'une pompe extérieure à la cuve (2) . (Voir FIG1). Le procédé et le dispositif d'extraction de métaux lourds d'une solution aqueuse présentant une forte concentration en sels objet du brevet initial revendiquent la filtration par intermittence de la solution traitée (3), durant l'opération d'électrolyse et au moyen d'un filtre (32) (non représenté) indépendant et annexé à la cuve (2) comprenant une matière filtrante, par exemple des granulés d'argile.

Le dispositif d'extraction de métaux lourds d'une solution aqueuse présentant une forte concentration en sels objet du brevet initial revendique un matériau commun et une texture commune pour les électrodes par exemples les anodes (6) (9) 10), les cathodes (7) (8) (11) et l'électrode de masse (22).

Le dispositif d'extraction de métaux lourds d'une solution aqueuse présentant une forte concentration en sels objet du brevet initial revendique les caractéristiques de forme et de position des électrodes (6) (9) (10) (7) (8) (11), à savoir : que chaque électrode a une paroi de forme générale cylindrique et coaxiale et que le dispositif comprend au moins un support neutre, sur la FIG 1 deux supports neutres (16) (17) de forme cylindrique et en matériau inerte, présentant une face interne et une face externe recouvertes chacune par une électrode, les électrodes recouvrant les faces d'un même support appartenant à des couples d'électrodes différents.

Le dispositif d'extraction de métaux lourds d'une solution aqueuse présentant une forte concentration en sels objet du brevet initial, revendique par exemple la présence d'au moins trois couples d'électrodes l'anode (6) et la cathode (7), l'anode (9) et la cathode (8) et l'anode (10) et la cathode (11), et au moins deux supports inertes (16) et (17), les électrodes recouvrant les faces d'un même support étant reliées à la même borne du générateur électrique (4).

Le dispositif d'extraction de métaux lourds d'une solution aqueuse présentant une forte concentration en sels objet du brevet initial, revendique la caractéristique consistant en ce qu'au moins une électrode de chaque couple présente une ouverture axiale continue (non représentées) s'étendant d'un bord à l'autre de l'électrode par exemple les électrodes (8) et (10) et/ou les électrodes (7) et (9). Ledit dispositif d'extraction de métaux lourds d'une solution aqueuse présentant une forte concentration en sels objet du brevet initial revendique la présence de moyens de vidange (24) de la cuve (2) de traitement et de moyens de remplissage (28) de ladite cuve (2) communiquant en circuit fermé.

Le dispositif d'extraction de métaux lourds d'une solution aqueuse présentant une forte concentration en sels objet du brevet initial revendique la présence d'au moins deux filtres (non représentés), un filtre de production (32a) et un filtre de finition (32b) annexés à la cuve (2) et comprenant des granulés d'argile.

La présente invention concerne des conditions techniques de composition et d'utilisation, apportées au procédé d'extraction de métaux lourds d'une solution aqueuse présentant une forte concentration de sels objet du brevet initial déposé par l'inventeur en 1995 et publié le 8 novembre 1996 sous le numéro 2 733 748, dans le but unique d'adapter ledit procédé aux évolutions techniques, technologiques et écologiques intervenues depuis le dépôt dudit brevet et d'optimiser sensiblement les résultats dudit procédé. Dans cet objectif, l'inventeur prévoit dans le présent brevet d'invention l'adjonction au dispositif du brevet initial d'un moyen de commande électronique (MC) à même de gérer trois actions nouvelles. Il prévoit également des modifications dans la qualité, la fonction, la destination et le fonctionnement de certains éléments du dispositif de l'invention ainsi que l'adjonction d'un filtre électronique particulier en fin d'opération d 'électrodéposition, dont la mission est d'optimiser la qualité de l'effluent rejeté en fixant les composants à faible force électromotrice entraînés par les mouvements ioniques résiduels. (Voir FIG 2).

Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif d'optimisation de rendement de l'extraction par électrolyse de métaux lourds en solution aqueuse à forte concentration de sels, dispose de moyens électroniques de commande (MC) permettant des coupures successives de l'alimentation électrique du dispositif (CA), suivant des durées et une périodicité déterminées selon la composition chimique de la solution à traiter(3) et la texture des électrodes immergées(6) à (11). Cette action a une grande importance car l'arrêt temporaire d'alimentation entraîne une interaction entre les éléments dans la solution (3) et les électrodes (6) à (11), faite d'un échange entre les ions contenus dans la solution (3) et lesdites électrodes. La conséquence est donc un retour à un équilibre électronique redonnant aux électrodes (6) à (11) toute leur capacité sans perte de matière déposée avant la coupure d'alimentation.

Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif d'optimisation de rendement de l'extraction par électrolyse de métaux lourds en solution aqueuse à forte concentration de sels, dispose de moyens électroniques de commande (MC)) permettant des découplages (CM) de l'électrode de masse (22) prévue dans le procédé du brevet initial N° 2 733 748 pour augmenter la rapidité du décrassage ionique des électrodes (6) à (11).

Cette action de découplage de l'électrode de masse (22) a pour but de désorganiser le système ionique de manière à ce que les électrons libres retrouvent le chemin de leur électrode respective et que les ions se déposent à nouveau où ils se doivent.

Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif d'optimisation de rendement de l'extraction par électrolyse de métaux lourds en solution aqueuse à forte concentration de sels, dispose de moyens électroniques de commande (MC) permettant le contrôle permanent et la régulation optimum de la tension dans la solution traitée (3) et pendant toute la durée du traitement, au moyen de sondes sensibles (ST) introduites entre les couples d'électrodes (6)(7), (8)(9), (10)(11) du dispositif. Ces moyens permettent également toutes les fonctions de contrôle, régulation et communication des informations permettant la bonne gestion du dispositif. (Voir FIG2)

Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif d'optimisation de rendement de l'extraction par électrolyse de métaux lourds en solution aqueuse à forte concentration de sels implique une électrode de masse (22) de matériau et/ou texture 2014/000016

différents de ceux des autres électrodes anode (6) (9) (10) et cathode (7) (8) (11). La masse constituée par l'électrode de masse (22) devant rester unique dans le système, tous les autres constituants du dispositif en contact avec le liquide (3) et par exemple cuve, filtres, tubes, tuyaux, pompes, etc. ne sont en aucun cas conducteur de l'électricité et par conséquent fabriqués dans les matériaux isolants adéquats.(Voir FI6 2)

Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif d'optimisation de rendement de l'extraction par électrolyse de métaux lourds en solution aqueuse à forte concentration de sels, implique des électrodes, anodes (6)(9)(10) et Cathode(7)(8)(ll) de matériaux et texture différents selon la composition chimique et radiochimique (effluents radioactifs) du liquide (3) à traiter. (Voir FIG 2).

Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif d'optimisation de rendement de l'extraction par électrolyse de métaux lourds en solution aqueuse à forte concentration de sels, implique des sondes sensibles (ST) de texture chimiquement neutre et par exemple en verre, pour permettre le contrôle et la régulation de la tension dans la solution à traiter (3), pendant toute la durée de l'opération. (Voir FIG2). Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif d'optimisation de rendement de l'extraction par électrolyse de métaux lourds en solution aqueuse à forte concentration de sels implique la récupération en fin de cycle, des électrodes (6) à (11) confinées (éléments radioactifs) et/ou leur élimination selon les éléments polluants fixés, par des moyens adaptés à ses éléments et à leur niveau d'effet polluant (Voir FIG2).

Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif d'optimisation de rendement de l'extraction par électrolyse de métaux lourds en solution aqueuse à forte concentration de sels, prévoit que les électrodes(6) à (11) plongées dans la cuve d'électrodéposition différentielle (2), prévues de forme cylindrique et coaxiales dans le brevet initial, soient de forme différente et notamment sous la forme de plaque. Dans un tel cas, le principe initial reste inchangé, les électrodes étant appliquées sur les faces opposées de supports neutres en plaques, la masse différentielle (22) étant placée dans un tube isolant pour éviter toute distorsion électronique. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif d'optimisation de rendement de l'extraction par électrolyse de métaux lourds en solution aqueuse à forte concentration de sels, prévoit que le dispositif permette l'utilisation en cycles successifs alternatifs ou en fonctionnement continu. Dans ce dernier cas, l'alimentation de la solution à traiter est opérée par le bas (5) de la cuve (2) par exemple par la canalisation (24) et à vitesse lente et déterminée en fonction de la composition chimique et de la texture de (a solution à traiter (3), l'évacuation de la solution traitée (3) étant réalisée en partie haute de la cuve par une canalisation (28) prévue à cet effet. (Voir FIG 2). Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif d'optimisation de rendement de l'extraction par électrolyse de métaux lourds en solution aqueuse à forte concentration de sels, comprend de préférence dans le circuit de circulation de la solution en traitement (3) et de préférence en fin de circuit, au moins un filtre d'électro filtration (FEF) destiné principalement à fixer les éléments résiduels à faible force élèctromotrice encore présents dans la solution (3) après l'opération d'électrodéposition différentielle. (Voir FIG 3)

Le filtre d'électro filtration (FEF) est principalement constitué d'un bac cylindrique (B) par exemple fabriqué dans une matière plastique compatible avec son fonctionnement et ses performances. Il est préférablemeht de dimensions (Hauteur / Diamètre) compatibles avec son fonctionnement et ses performances optimum et dispose de deux électrodes (EC1) et (EC2) plongées dans une matière filtrante neutre (MF), dont l'une par exemple l'anode, (EC1) est préférablement plaquée sur le plan périphérique intérieur du bac (B) et l'autre par exemple la cathode (EC2) est plaquée sur un tube support (TS) axial situé au centre de la surface interne du plan inférieur du bac, elle-même munie à faible distance d'une grille (GF). Le courant électrique passant au travers de la matière filtrante (MF) est régulé selon la composition chimique de la solution (3) sortant du bac de traitement électrolytique (2) et adapté à la résistivité de l'ensemble sachant que la conductibilité de la matière filtrante (MF) varie selon le liquide plus ou moins aqueux qu'elle contient (Voir FIG 3).

La solution (3) filtrée par son passage au sein du filtre d'électro filtration (FEF) de l'invention dispose alors d'une qualité optimum permettant son rejet dans l'environnement ou par exemple sa réutilisation dans un autre procédé de fabrication. Dans une application nucléaire, les éléments radioactifs sont quasiment extraits de Peffluent (3) qui peut alors être éliminé dans l'environnement sans risque, les éléments radioactifs étant quant à eux confinés suivant les méthodes connues.