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

- 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+

- nombres d'oxydation : 0, 4 et 6

degré 4 : peu soluble degré 6 : très soluble

ion uranyle


Généralisation

- cations faiblement chargés (Li+) : complexes aquo (Li(H2O)4+)

- cations de charge élevée (Mn7+, U6+) : complexes oxo avec O2-

exemples : MnO4-, UO2

2+, NO3-, SO4

2-, ClO4-…

- cations moyennement chargés (Fe2+) : complexes hydroxo avec OH-

- 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



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 = UO4

2- + 2 H+

- en milieu acide : ion uranyle

- en milieu basique : ion uranate (UO42-)



La lixiviation des minerais d'uranium

- En usine : exemple de Bessines (France)

L’exploitation de l’usine de Bessine a été arrêtée en juillet 1993

- En tas : exemple de Bessines (France)

- In situ : Beverley (Australie), mines du Wyoming (États-Unis)



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



Usine de Bessines

Traitement en usine

- Rendement d'extraction ≥ 95 %

- dans le minerai : U (IV) difficilement soluble

- oxydation en U (VI) soluble

- 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-

E°UO22+/U4+ = 0,33 V

E°ClO3-/Cl- = 1,45 V

E°Fe3+/Fe2+ = 0,77 V



Traitement en usine

Document Areva



- 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


Extraction de l'uranium et précipitation d'un uranate

- Extraction - déextraction par solvant spécifique (amine ternaire)

- Précipitation d'un uranate en milieu basique :

- Solution contenant 20 g d'U/L sous forme d'ion uranyle : UO22+

UO22+ + 2MgO ———> MgUO4 + Mg2+

- Obtention de concentrés (70 % d'U) : yellow cake


Extraction de l'uranium et précipitation d'un uranate

Conditions que doit satisfaire le concentré

Teneurs limites recommandées (en % de U)

2,50,500,300,300,050,701,00,100,10avec pénalités

1,000,020,060,100,010,100,050,005

0,05sans pénalités

ThMgVMoTiPCaBAs

Le commerce de l'uranium est réalisé sur le yellow cake

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