Etude expérimentale et modélisation, en fonction du pH et de la concentration en NaCl, du système ternaire U(VI)-NaCl-H2O à T = 155°C et pression de vapeur saturante

Experimental study and modeling, as a function of the pH and the NaCl concentration, of the ternary system U(VI)-NaCl-H2O at T = 155°C and saturation vapour pressure

• Auteur / Autrice : Christophe Rozsypal
• Direction : Chinh Nguyen-Trung, Michel Cuney
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 16/11/2009
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : UMR 7566 G2R
• Jury : Président / Présidente : Luis Martinez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chinh Nguyen-Trung, Michel Cuney, Luis Martinez, Pierre Turq, Bertrand Fritz, Jean-Paul Laval, Jean-Michel Schmitt
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Turq, Bertrand Fritz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spéciation

Solubilité

Uranium

Mots clés libres

Uranium (VI)

Saumure NaCl

Conditions hydrothermales

PH

Solubilité

Spéciation

Résumé

Etude expérimentale et modélisation, en fonction du pH et de la concentration en NaCl, du système ternaire U(VI)-NaCl-H2O à T = 155°C et pression de vapeur saturante. Une étude expérimentale sur la solubilité de l'U(VI) dans des saumures de NaCl (0.5 – 6 M) en fonction du pH (3-13) a été réalisée à T = 155°C et pression de vapeur saturante. Les résultats obtenus ont montré que la phase solide initiale UO3 se transforme en de multiples phases solides d'uranates de sodium de formule générale Na2xUyO(x+3y) hydratés dont le rapport molaire Na/U croit avec l'accroissement du pH et de la concentration de NaCl. La solubilité de l'U(VI) est directement gouvernée par trois paramètres physico-chimiques : le pH, le ligand Cl- et le cation Na+. Les deux premiers favorisent fortement la solubilité de l'U(VI) sous forme de complexes d'U(VI) avec les ligands OH- et Cl- à pH = 4. A la différence des deux premiers paramètres, le cation Na+ inhibe la solubilité de l'uranium (VI) en le précipitant sous forme de multiples composés d'uranates de sodium très peu solubles. Les résultats de mesures de solubilité de l'U(VI) obtenues servent de base de données de référence pour calculer les variations de la concentration de chaque complexe soluble d'U(VI) en fonction de deux paramètres, pH et [Na], à l'aide d'une équation de type exponentielle d’un paraboloïde elliptique négatif. Un modèle empirique a également été mis au point, à partir des équations de Pitzer, afin de déterminer, de manière continue, les variations des divers paramètres physico-chimiques des ions solubles présents dans une saumure de NaCl en fonction de quatre paramètres : pH, [Na], T et P du milieu réactionnel. Ce modèle est valable jusqu’à [NaCl] = 6M, T = 300°C et P = 100 MPa.

An experimental study on the solubility of U(VI) in concentrated (0.5-6.0 M) NaCl solutions as a function of pH (3-13) has been realized at 155°C and saturation vapor pressure. The obtained results indicate that the initial solid phase UO3 initial solid phase is transformed into multiple solid phases of hydrated sodium uranates with general formula Na2xUyO(x+3y), the Na/U molar ratio of which increases with increasing pH and NaCl concentration. The solubility of U(VI) is directly dependant of three physico-chemical parameters : the pH, the Cl- ligand, and the Na+ cation. The first two parameters strongly favour the U(VI) solubility in the form of aqueous U(VI) complexes with the OH-and Cl- ligands at a pH = 4, while the Na+ cation inhibits the solubility of U(VI) as it precipitates into various low solubility sodium uranates. The results of solubility measurements obtained for U(VI) serve as a reference data base for the calculation of concentration variations of each soluble U(VI) complex as a function of two parameters, pH and [Na], with the use of a negative elliptic paraboloïd exponential. An empirical model has also been developed from the Pitzer equations in order to determine, in a continuous way, the variations of various physico-chemical parameters of the soluble ions present in the concentrated NaCl solutions as a function of four parameters: pH, [Na], T and P of the reaction medium. This model is valid up to [NaCl] = 6M, T = 300°C and P = 100 MPa.