Etude d’un procédé d’extraction en milieu CO2 supercritique de l’uranium à partir de minerais

Study of the extraction of uranium from ores by supercritical carbon dioxide

• Auteur / Autrice : Laurence Hung
• Direction : Olivier Boutin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 08/01/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Lacroix-Desmazes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Boutin, Patrick Lacroix-Desmazes, Daniel Meyer, Cyril Aymonier, Didier Hartmann, Audrey Hertz, Séverine Camy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Meyer, Cyril Aymonier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Complexes métalliques

Ligands

Uranium -- Minerais

Extraction (chimie)

Dioxyde de carbone supercritique

Mots clés libres

Extraction

CO2 supercritique

Minerais d’uranium

Ligands

Complexes métalliques

Extraction

Supercritical CO2

Uranium ores

Ligands

Metal complexes

Résumé

La recherche de nouveaux procédés propres et durables pour extraire l’uranium des minerais en alternative à l’extraction liquide-liquide conduit à s’intéresser aux procédés d’extraction en milieu CO2 supercritique. L’objectif de ce travail est donc d’étudier la faisabilité de l’extraction de l’uranium des minerais en milieu CO2 supercritique, à l’aide de molécules extractantes adaptées. Dans un premier temps, des mesures de solubilité des ligands sélectionnés pour cette étude préliminaire, trioctylamine et PC88A (acide 2-éthylhexyl 2-éthylhexyl phosphonique), et des complexes métalliques que ces molécules forment avec le molybdène utilisé comme simulant inactif de l’uranium et l’uranium, ont été effectuées en milieu CO2 supercritique. L’étude du procédé d’extraction dynamique en milieu CO2 supercritique a ensuite été réalisée en inactif, d’abord sur une solution aqueuse sulfurique de molybdène puis sur des poudres d’oxydes de molybdène. Les étapes de solubilisation du complexe ligand-Mo en CO2 supercritique et d’attaque du solide par le système extractant (ligand/acide/oxydant) sont les étapes limitantes à contrôler. Le choix d’un système extractant adapté devient alors primordial. En tenant compte des résultats obtenus en inactif (Mo), des essais d’extraction sur minerai d’uranium à partir de PC88A en milieu CO2 supercritique ont finalement été réalisés en présence d’acide sulfurique et d’oxyde de manganèse. Le procédé a ainsi pu être validé, plus de 60 % de l’uranium du minerai a été collecté en sortie de montage. Toutefois, l’effet de certains paramètres opératoires reste à étudier ainsi que la synthèse/sélection de nouvelles molécules extractantes ciblées.

The research of clean and sustainable new processes to extract uranium from ores as an alternative to solvent extraction leads one to consider extraction processes using supercritical carbon dioxide. The aim of this work is to study the extraction feasibility of uranium ores by supercritical CO2, using suitable ligands. First, solubility measurements of selected ligands, trioctylamine and PC88A (2-ethylhexyl 2-ethylhexylphosphonic acid), and metal complexes formed between these ligands and molybdenum (uranium surrogate) or uranium, are performed in supercritical CO2. Supercritical CO2 extractions are then carried out on sulfuric aqueous solutions containing molybdenum and on molybdenum oxides powder. Solubilization of the extractant system (ligand/acid/oxidant) and solid leaching are the key steps which need to be controlled. Well-suited extractant system selection is therefore fundamental. The hypothetical mechanisms, describing supercritical carbon dioxide extraction, seem to be quite different from those usually observed in solvent extraction, especially in terms of selectivity and formed complex structure. Based on the results obtained with molybdenum, extraction trials on uranium ores were then conducted using PC88A in supercritical carbon dioxide with sulfuric acid and manganese oxide. More than 60% of uranium was recovered, which confirmed this new process feasibility. However, the influence of some operating parameters and the synthesis/selection of new suitable ligands remain to be further studied.