Mise en forme de matériaux hybrides pour l'extraction sélective de l'uranium en milieu mine fortement concentré en sulfate et modélisation du procédé en colonne pour son optimisation

Shaping of hybrid materials for the selective extraction of uranium in a mine environment with a high concentration of sulphate and modeling of the column process for its optimization

• Auteur / Autrice : Randal Tzeou hah fauline
• Direction : Agnès Grandjean
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie Séparative, Matériaux et Procédés
• Date : Inscription en doctorat le 06/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICSM - Institut de Chimie Séparative de Marcoule

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation

Extraction sélective

Procédé colonne

Uranium

Modelisation

Selective extraction

Column sorption

Résumé

L'extraction de l'uranium de milieux complexes fortement concentrés en sulfate issus de la lixiviation minière nécessite le développement de matériaux performants et concurrentiels pour la mise en œuvre en colonne à l'échelle industrielle. Cette thèse participe à cet objectif, le CEA développant la formulation de ce type de matériaux à l'échelle laboratoire. La nature physico-chimique de ces matériaux est maintenant bien caractérisée et les derniers résultats mettent en évidence des familles aux propriétés intéressantes, à la fois en termes de capacité en uranium et de sélectivité par rapport aux impuretés. L'étape suivante est d'optimiser la mise en forme de ces matériaux pour une utilisation e colonne à partir d'essais expérimentaux d'extraction et de réextraction en conditions procédé sur lit fixe couplée à la modélisation des équilibres et du procédé continu. L'objectif de cette thèse sera de poursuivre l'étude de la mise en forme de matériaux fonctionnalisés multi-échelle, de caractériser ces matériaux hybrides, d'évaluer leur propriétés extractantes en « batch » puis en procédé colonne sur jus simulés puis sur solutions réelles. Les données recueillies ainsi que les paramètres d'entrée (concentration, températures, débits…) seront alors utilisées pour modéliser le comportement en dynamique de ces matériaux (modélisation des paramètres thermodynamiques, cinétiques et hydrodynamiques à l'extraction et l'élution). Cette modélisation permettra in fine d'orienter les études de mise en forme et permettra d'acquérir des données pour les études de dimensionnement réalisées par ailleurs dans l'objectif d'une future utilisation à la mine.

The extraction of uranium from complex media with high sulfate concentrations resulting from mining leaching requires the development of efficient and competitive materials for industrial-scale column processing. This thesis work is part of this objective. The CEA is developing the formulation of this type of material on a laboratory scale. The physico-chemical nature of these materials is now well characterized, and the latest results highlight families with interesting properties, both in terms of uranium capacity and selectivity with respect to impurities. The next step is to optimize the shaping of these materials to use them in columns. This will be achieved with extraction and re-extraction studies in fixed-bed process conditions, coupled with equilibrium and continuous process modeling. The objective of this thesis work is to shape multi-scale functionalized materials, to characterize these hybrid materials and to evaluate their extracting properties in ''batch'' then in column process , first on simulated juices then on real solutions. The data collected as well as the input parameters (concentration, temperatures, flow rates...) will be used to model the dynamic behavior of these materials (modeling of thermodynamic, kinetic and hydrodynamic parameters during extraction and elution). This modeling will both guide the shaping studies and allow the acquisition of data for the dimensioning studies; with a future use in mining site as perspective.