Concentration de l’uranium

Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009 L'extraction de l'uranium par lixiviation Quelques données sur la chimie de l'uranium en solution aqueuse - nombres d'oxydation : 0, 4 et 6 degré 4 : peu soluble degré 6 : très soluble - le cation U VI est fortement chargé (comme Mn dans MnO4-) - exerce un champ électrique intense sur les molécules d'eau - l'intensité du champ est suffisante pour dissocier H2O en O2- et 2H+ U6+ + 2 H2O → U6+ + 2 O2- + 4 H+ → UO22+ + 4 H+ ion uranyle Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009

Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009 L'extraction de l'uranium par lixiviation Généralisation - cations faiblement chargés (Li+) : complexes aquo (Li(H2O)4+) - cations moyennement chargés (Fe2+) : complexes hydroxo avec OH- - cations de charge élevée (Mn7+, U6+) : complexes oxo avec O2- exemples : MnO4-, UO22+, NO3-, SO42-, ClO4-… - passage d'une forme à l'autre par réaction acido-basique (M-H2O)z+ = (M-OH)(z-1)+ + H+aq = (M-O)(z-2)+ + 2 H+aq Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009

Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009 L'extraction de l'uranium par lixiviation Retour à la chimie de l'uranium VI - en solution aqueuse : ion uranyle (UO22+) - l'hydroxyde UO2(OH)2 est amphotère UO22+ + 2 OH- = UO2(OH)2 = UO42- + 2 H+ - en milieu acide : ion uranyle - en milieu basique : ion uranate (UO42-) Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009

Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009 La lixiviation des minerais d'uranium - En usine : exemple de Bessines (France) - En tas : exemple de Bessines (France) L’exploitation de l’usine de Bessine a été arrêtée en juillet 1993 - In situ : Beverley (Australie), mines du Wyoming (États-Unis) Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009

Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009 La lixiviation des minerais d'uranium Usine de Bessines - capacité : 1,1 million de t de minerai donnant 1 300 t d'U/an - minerai de teneur > 0,07 % traité en usine - minerai de teneur comprise entre 0,07 et 0,02 % : traité en tas - minerai de teneur < 0,02 % rejeté comme stérile Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009

La lixiviation des minerais d'uranium Usine de Bessines Traitement en usine - dans le minerai : U (IV) difficilement soluble E°ClO3-/Cl- = 1,45 V - oxydation en U (VI) soluble E°Fe3+/Fe2+ = 0,77 V E°UO22+/U4+ = 0,33 V - Principales réactions : UO2 + 2Fe3+ ———> UO22+ + 2Fe2+   6Fe2+ + ClO3- + 6H+ ———> 6Fe3+ + Cl- + 3H2O - Réactifs : H2SO4, 2-3 mol.L-1 (55 à 65 kg/t de minerai) NaClO3 (1 à 2 kg/t de minerai) - Conditions de réaction : 60°C, 3 h Résultat : solution contenant 0,5 à 5 g d'U/L sous forme d'ions (UO2(SO4)2)2- et (UO2(SO4)3)4- - Rendement d'extraction ≥ 95 % Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009

Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009 La lixiviation des minerais d'uranium Traitement en usine Document Areva Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009

Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009 La lixiviation des minerais d'uranium - Tas de 5 000 à 15 000 t sur 3 à 3,5 m de haut - Lixiviation par acide sulfurique pH 1 à 3 - Recyclage solution pendant 3 mois - Rendement : 50 à 85 % - Donne 2,5 % de la production Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009

Extraction de l'uranium et précipitation d'un uranate Extraction - déextraction par solvant spécifique (amine ternaire) Solution contenant 20 g d'U/L sous forme d'ion uranyle : UO22+ - Précipitation d'un uranate en milieu basique : UO22+ + 2MgO ———> MgUO4 + Mg2+ - Obtention de concentrés (70 % d'U) : yellow cake Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009

Extraction de l'uranium et précipitation d'un uranate Le commerce de l'uranium est réalisé sur le yellow cake Conditions que doit satisfaire le concentré Teneurs limites recommandées (en % de U) 2,5 0,50 0,30 0,05 0,70 1,0 0,10 avec pénalités 1,00 0,02 0,06 0,01 0,00 5 sans pénalités Th Mg V Mo Ti P Ca B As Jean-Louis Vignes 24-25 mars 2009