Approche multi-échelle pour la compréhension de mécanismes d'extraction de l'uranium en utilisant des liquides ioniques

multi-scale approach for the comprehension of uranium extraction mechanisms in ionic liquid media

• Auteur / Autrice : Tamir Sukhbaatar
• Direction : Stéphane Pellet-Rostaing
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Séparative, Matériaux et Procédés
• Date : Soutenance le 12/07/2018
• Etablissement(s) : Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie Séparative de Marcoule
• Jury : Président / Présidente : Peter Hesemann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Pellet-Rostaing, Peter Hesemann, Fabienne Testard, Catherine Santini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabienne Testard, Catherine Santini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Extraction (chimie)

Clusters (chimie)

Uranium

Liquides ioniques

Mots clés libres

Extraction liquide-Liquide

Liquides ioniques

Approche supramoléculaire

Comparaison entre les systèmes conventionnels et nouvelles molécules bifonctionnelles

Amphiphilicité de molécules extractantes

Purification de jus de lixiviation

Solvent extraction

Ionic liquids

Supramolecular approach

Comparison between conventional extracting systems and new bifunctional molecules

Amphiphilicity of extractants

Purification of leach liquor

Résumé

En raison de leurs propriétés intéressantes telles que faible tension de vapeur, non-inflammabilité et grande fenêtre électrochimique, les Liquides Ioniques sont considérés comme alternatifs aux solvants organiques volatils et font l’objet d’études dans diverses applications comme par exemple en extraction liquide-liquide qui est l’une des techniques de séparation la plus utilisée en hydrométallurgie. L’influence de ces nouveaux diluants sur les propriétés d’agrégation des molécules extractantes et sur leurs propriétés extractantes n’a jusqu’à aujourd’hui pas été appréhendée de façon générale, et encore moins, quant à l’extraction de l’uranium d’un lixiviat acide. Les travaux de cette thèse se focalisent donc sur l’étude de l’effet de l’agrégation des extractants usuels (mélange synergique HDEHP/TOPO et trioctylamine respectivement) et des nouveaux composés bifonctionnels issus des familles amidophosphonates et oxyde d’aminophosphines sur l’extraction de l’uranium i) des milieux phosphates et ii) des milieux sulfates. Les propriétés extractantes ont pour la première fois été comparées à leurs propriétés d’agrégation dans un liquide ionique sélectionné, par des mesures de diffusion des rayons X et des neutrons aux petits angles. Ces données en complément des mesures de tension de surface ont permis de déterminer pour chaque système, la Concentration d’Agrégation Critique, analogue de la Concentration de Micellisation Critique pour les tensioactifs, qui est reliée à l’énergie libre de micellisation. Les mécanismes d’extraction ainsi que la nature des espèces extraites ont également été recherchés afin de comparer les résultats du milieu liquide ionique à ceux du milieu classique.

Due to their attractive properties such as negligible vapor pressure, non-flammability and large electrochemical window, Ionic Liquids are considered to be good substitutes to volatile organic compounds and have been main topic of many research studies for different applications including solvent extraction, which is one of the widely used techniques in hydrometallurgy. Despite a large number of reported mechanistic studies, effect of such diluents on both of extracting agents’ capacity and self-assembling feature has not been elucidated so far and even less concerning uranium extraction from a leachate produced by ore leaching. In this context, main focus of the present thesis has been uranium extraction from i) phosphate media and ii) sulfate media by using ionic liquid as a diluent of an extracting phase. First of all, a screening test of different ionic liquids has been performed with the reference extracting agents (HDEHP/TOPO mixture for extraction from phosphate media and trioctylamine from sulfate media) as well as with amidophosphonate and aminophosphine oxide bifunctional compounds. Then, uranium extraction mechanisms in a selected ionic liquid with these extractants have been investigated at molecular and supramolecular scales. As an analogy to the Critical Micellar Concentration which is related to the Gibbs free energy of Micellization in a case of surfactants, a Critical Aggregation Concentration has been determined by using results obtained by Small-Angle X ray, Neutron Scattering techniques and interfacial tension measurements. Finally, the results obtained in the ionic liquid have been compared to those obtained in a conventional molecular diluent.