Etude de la réduction électrochimique d'oxydes d'actinides en milieu sels fondus

Electrochemical reduction of actinides oxides in molten salts

• Auteur / Autrice : Benoît Claux
• Direction : Jacques Fouletier, Jérôme Serp
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 25/02/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et Interfaces - Laboratoire d'Electrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces
• Jury : Président / Présidente : Michel Cassir
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jacques Fouletier, Jérôme Serp, Concepcion Caravaca Moreno
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Chamelot, Jean-Paul Glatz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrochimie

Mots clés libres

Électrochimie

Sels fondus

Plutonium

Réduction directe

Molten salts

Direct deoxidation

Electrochemistry

Plutonium

Résumé

La production de métal à partir de son oxyde est basée sur une réduction en plusieurs étapes. Un procédé à une seule étape a été récemment proposé pour la formation de Ti métal par électrolyse en chlorures fondus. Dans le procédé FFC (Fray, Farthing and Chen), le titane métallique est produit à la cathode pendant que les ions oxyde sont oxydés à une anode en graphite en dioxyde de carbone. Dans le domaine du nucléaire, ce procédé est intéressant car le sel peut être ré-utilisé sans retraitement particulier. Ce travail présente les études électrochimiques réalisées dans CaCl2-KCl et CaCl2 permettant de clarifier le mécanisme de réduction de CeO2, utilisé comme simulant des actinides. Des électrolyses sur de faibles quantités de CeO2 sont réalisées afin d'obtenir les conditions opératoires optimales. La réduction de plusieurs centaines de grammes de CeO2 est aussi discutée.

Reactive metals are currently produced from their oxide by multiple steps reduction techniques. A one step route from the oxide to the metal has been suggested for metallic titanium production by electrolysis in high temperature molten chloride salts. In the so-called FFC process, titanium oxide is electrochemically reduced at the cathode, generating O2- ions, which are converted on a graphite anode into carbon oxide or dioxide. After this process, the spent salt can in principle be reused for several batches which is particularly attractive for a nuclear application in terms of waste minimization. In this work, the electrochemical reduction process of cerium oxide (IV) is studied in CaCl2 and CaCl2-KCl melts to understand the oxide reduction mechanism. Cerium is used as a chemical analogue of actinides. Electrolysis on 10 grams of cerium oxide are made to find optimal conditions for the conversion of actinides oxides into metals. The scale-up to hundred grams of oxide is also discussed.