O. Conocar (CEA), J. Serp (ITU) L'aluminium : Coeur d'un procédé de traitement pyrochimique du combustible nucléaire ? O. Conocar (CEA), J. Serp (ITU) GEDEPEON-PARIS, 28-29 juin 2006

Introduction Contexte : -Evaluation des potentialités de la pyrochimie pour le traitement des combustibles des réacteurs du futur (Gen IV) -En tant qu'alternative à l'hydrométallurgie : Insensibilité à l'irradiation (hauts burnups), dissolution de combustibles réfractaires, absence de modérateurs de neutrons… Objectif : Extraction sélective des actinides vis-à-vis des PF, en particulier Ln Deux milieux : Chlorure et fluorure Deux techniques : -Extraction réductrice par un métal liquide -Electrodéposition sur (ou dans) un métal (liquide) GEDEPEON-PARIS, 28-29 juin 2006

Considérations thermodynamiques anode cathode DE Sel LnX3 AnX3 RXy An R AnX3 LnX3 Métal An Métal Sel <<1 Solvatation dans le métal ~1 Solvatation dans le sel Corps purs En terme de solvatation, c'est le solvant métallique qui gouverne la séparation An/Ln GEDEPEON-PARIS, 28-29 juin 2006

Considérations thermodynamiques D'un point de vue thermodynamique l'Al est le métal à bas point de fusion le plus favorable pour la séparation An/Ln GEDEPEON-PARIS, 28-29 juin 2006

(Atalante, Marcoule, France) Extraction réductrice par l'aluminium liquide en milieu fluorure fondu – Coefficients de distribution 830°C, sel : LiF-AlF3, métal : Al-Cu (78-22 mole%) (Atalante, Marcoule, France) GEDEPEON-PARIS, 28-29 juin 2006

Influence de la concentration des solutés Même à forte concentration, l'extraction des Ans est importante et sélective T=830°C, sel : LiF-AlF3 (85-15 mole%), métal : Al-Cu(78-22 mole%) GEDEPEON-PARIS, 28-29 juin 2006

Extraction en mélange complexe - Comparaison Al-Cu/Al Essai 1 : Extraction par AlCu (78-22 mol%) Sel avant extraction: LiF-AlF3 (85-15 mol%) + PuF3 (11.1 wt%) + AmF3 (0.12 wt%) + CeF3 (2.50 wt%) + SmF3 (0.52 wt%) + EuF3 (0.51 wt%) + LaF3 (0.52 wt%) Essai 2 : Extraction par Al pur Sel avant extraction: LiF-AlF3 (85-19.5 mole %) + PuF3 (11,1 wt%) + AmF3 (0,12 wt%) + CeF3 (2,50 wt%) + SmF3 (0,52 wt%) + EuF3 (0,51 wt%) + LaF3 (0,52 wt%) Rapport sel/métal ~1, métal ~15-17g AlCu (78-22 mol%) Al pur > 98% Pu-Am co-extraits en 1 étage, FS (An/Ln) > 1000 DCm=185+/-32 avec Al pur (mesure sur traces de Cm) GEDEPEON-PARIS, 28-29 juin 2006

Image procédé (à affiner) Traitement de tête Dissolution Élimination métaux nobles Extraction actinides Désextraction actinides (plusieurs variantes) (re)fabrication combustible PFs volatils Métaux nobles vers matrice métallique (NiCu ou bronze) Séparation Sel/PF (LiF-AlF3) distillé Combustible (e.g. oxyde ou carbure) HF (Zn) (Al ou AlCu) Fluorures de PF AnO2 Recyclage Al (+ sel LiF-AlF3) Verre Zn distillé étudié A l’étude À étudier GEDEPEON-PARIS, 28-29 juin 2006

Récupération des actinides depuis la matrice Al : Voies envisageables Voie électrolytique : Etudiée par ANL à la fin des années 90 pour le traitement des U-Al. Trois étapes : Fusion U-Al & ajout de Si Electroraffinage de l'Al en milieu fluorure fondu Electrorafinage de l'U (+TRU ?) en milieu chlorure fondu GEDEPEON-PARIS, 28-29 juin 2006

An/Al+AlCl3 /sel  AnCl3 /sel + Al/Al Récupération des actinides depuis la matrice Al : Voies envisageables (suite) Volatilisation de la matrice sous forme d'AlCl3 par traitement gaz HCl ou Cl2. En cours d'étude à l'ITU Désextraction liquide-liquide oxydante en milieu chlorure fondu + précipitation sous forme oxyde. En cours d'étude au CEA An/Al+AlCl3 /sel  AnCl3 /sel + Al/Al O2- AnO2 GEDEPEON-PARIS, 28-29 juin 2006