EP0053054B1 - Procédé de récupération de l'uranium (VI) présent dans des solutions d'acide phosphorique - Google Patents

Procédé de récupération de l'uranium (VI) présent dans des solutions d'acide phosphorique Download PDF

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EP0053054B1
EP0053054B1 EP81401686A EP81401686A EP0053054B1 EP 0053054 B1 EP0053054 B1 EP 0053054B1 EP 81401686 A EP81401686 A EP 81401686A EP 81401686 A EP81401686 A EP 81401686A EP 0053054 B1 EP0053054 B1 EP 0053054B1
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EP
European Patent Office
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uranium
process according
organic solvent
extraction
radicals
Prior art date
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Application number
EP81401686A
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German (de)
English (en)
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EP0053054A1 (fr
Inventor
Claude Ginisty
Michel Marteau
Bernard Mauborgne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP0053054A1 publication Critical patent/EP0053054A1/fr
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
    • C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
    • C22B60/0204—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium
    • C22B60/0217—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes
    • C22B60/0252—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes treatment or purification of solutions or of liquors or of slurries
    • C22B60/026—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes treatment or purification of solutions or of liquors or of slurries liquid-liquid extraction with or without dissolution in organic solvents

Definitions

  • the present invention relates to a process for recovering uranium (VI) present in solutions of phosphoric acid, in particular in solutions of phosphoric acid obtained from phosphate ores.
  • the phosphate ores include significant contents of uranium which, during the attack of these ores by a sulfuric solution, pass into the phosphoric acid solution obtained. Also, it is interesting to recover the uranium present in these solutions which constitute an important additional source of uranium.
  • the present invention specifically relates to a process for recovering uranium (VI) using an organic solvent which makes it possible to obtain better uranium extraction rates than the solvents currently known.
  • the alkoxyalkyl radical advantageously has from 9 to 23 carbon atoms.
  • the acid organophosphorus compound can be constituted by a phosphoric ester of secondary alcohol or by a phosphoric ester of primary alcohol.
  • phosphoric esters of primary alcohol these advantageously correspond to the formula: in which R 6 and R 7 which are identical or different, are alkyl or aryl radicals, and n and n ′ which are identical or different, are numbers equal to 2 or 3.
  • n and n ' are preferably equal to 2.
  • the alkyl radicals R 6 and R 7 have at least 8 carbon atoms to avoid the formation of a third phase during this re-extraction.
  • the acid organophosphorus compound can also consist of a phosphoric ester of secondary alcohol corresponding to formula IV: in which R 8 and R 9 , which are identical or different, represent an alkyl or aryl radical, and p and q which can be identical or different, are equal to 1 or 2.
  • p and q are equal to 1, because the extracting power of the system increases when the ether-oxide function of the acid organophosphorus compound is close to the phosphate group.
  • the radicals R 8 and R 9 preferably have at least 4 carbon atoms to avoid the formation of a third phase during this re-extraction.
  • the acid organophosphorus compounds of formula (III) or of formula (IV) used in the process of the invention can be obtained by transesterification or by esterification of a phosphorus derivative with the corresponding alkoxy alcohol, this reaction being optionally followed by oxidation and / or hydrolysis.
  • phosphorus derivatives use may be made of a dialkyl phosphorous acid, phosphorus oxychloride or also phosphoric anhydride P 2 0 5 .
  • the transesterification reaction with the corresponding alkoxy alcohol is followed by an oxidation reaction then by a hydrolysis to give the corresponding acid organophosphorus compound.
  • the oxidation can be carried out by the action of sulfuryl chloride SO 2 Cl 2 and the hydrolysis by the action of sodium hydroxide and by the action of hydrochloric acid.
  • the esterification reaction is carried out with the corresponding alkoxy alcohol in the presence of a base, in particular a tertiary organic base, then the product obtained is subjected to a hydrolysis, which leads to the production of a mixture of mono and diacids which are then separated.
  • the esterification is carried out with the corresponding alkoxyalcohol, away from humidity, a mixture of mono and diacids which may also contain neutral phosphate and impurities such as pyrophosphates and polymers.
  • the alkoxy alcohols used as starting materials for the synthesis of acid organophosphorus compounds can be prepared by reaction of a sodium alcoholate with the dichloro derivative of a secondary alcohol, for example, sodium alcoholate with 1,3-dichloro -propanol-2, according to the following reaction scheme:
  • a sodium alcoholate is reacted with the chlorinated derivative of a primary alcohol.
  • the neutral phosphine oxide corresponding to the abovementioned formula I preferably comprises at least one alkoxyalkyl radical, for example, an alkoxymethyl radical having from 4 to 12 carbon atoms.
  • alkoxyalkyl radicals for example, an alkoxymethyl radical having from 4 to 12 carbon atoms.
  • the other radicals are alkyl radicals, these generally have from 4 to 12 carbon atoms, and they are preferably linear.
  • neutral phosphine oxides which may be used, mention may be made of di-isobutyl-octoxymethylphosphine oxide, di-n-butyl-octoxymethylphosphine oxide, di-n- oxide pentyl-octoxymethylphosphine, and di-n-hexyl-octoxymethylphosphine oxide (POX 11).
  • phosphine oxides can be prepared by reacting a halogenated magnesium salt of secondary phosphine oxide with an organic halide of formula RX in which R represents an alkoxyalkyl radical, for example, a chloromethyl n-octyl ether, as described in French patent 2,346,361 filed on 12/13/73.
  • trialkylphosphine oxides in which the alkyl radicals have from 4 to 14 carbon atoms, for example tri-n-octylphosphine oxide (TOPO).
  • TOPO tri-n-octylphosphine oxide
  • the system of extractants in an inert organic solvent generally constituted for example by a saturated hydrocarbon having at least 8 carbon atoms such as dodecane, or by a mixture of hydrocarbons.
  • the concentrations of acid organophosphorus compound and of neutral phosphine oxide are such that the molar ratio of the acid organophosphorus compound to the neutral phosphine oxide is between 1 and 9, and preferably from 2 to 4. .
  • the method of the invention can be implemented in any conventional extraction device such as batteries of settling mixers, pulsed columns, centrifugal extractors, etc.
  • the uranium extracted in the organic solvent can then be reextracted in an aqueous solution of phosphoric acid optionally containing a reducing agent so as to reduce the uranium VI to uranium IV to facilitate its re-extraction.
  • the re-extraction of the uranium is carried out in a re-extraction device comprising at least two stages.
  • a re-extraction device comprising at least two stages.
  • the ammoniated organic solvent leaving the last re-extraction stage is re-acidified by reacting it with an acid to remove the ammonium in the form of the ammonium salt, and the organic solvent thus re-acidified is reused to carry out the extraction of the 'uranium.
  • the acid is chosen from the group comprising sulfuric acid, hydrochloric acid and phosphoric acid.
  • the ammoniated organic solvent leaving the last re-extraction stage is re-acidified by reacting it with the phosphoric acid recovered at the end of the uranium extraction.
  • This preferred method of re-extracting uranium makes it possible to obtain, at the end of re-extraction, an aqueous uranium solution from which it is easy to recover the uranium directly to standards. defined by the refiners, therefore without additional purification cycle, either in the form of oxide, or in the form of an alkaline or alkaline-earth uranate, with an overall uranium recovery yield greater than 90%.
  • the organic solvent which has been re-acidified by treatment with phosphoric acid can be reused for the extraction of uranium, and the ammonium phosphate obtained during the re-acidification treatment of the organic solvent is a marketable product or recyclable in a fertilizer unit for example.
  • the re-extraction of uranium is preferably carried out in three stages.
  • the organic solvent containing the uranium is circulated from the first to the third stage and an aqueous solution of ammonium carbonate or a mixture of carbon dioxide and ammonia previously dissolved in the is introduced into the third stage.
  • water in the form of carbonate representing 50 to 80% of the stoichiometric quantity necessary to neutralize the acid organophosphorus compound of the organic solvent and to transform the uranium into uranyl ammonium tricarbonate.
  • This solution circulates from the third stage to the first stage and ammonia in the form of gas or aqueous solution is added to it before entering the first stage, the amount added being such that the pH of the first stage is maintained at a value between 8 and 8.5.
  • the ammonia is added in the form of an aqueous solution having a molar ammonia concentration of 5 M to 7.5 M.
  • the organic solvent charged with uranium and also containing iron is transformed little by little in contact with ammonia and an ammonium salt and the aqueous phase which moves against the current, is enriched in uranium and in iron, the ammonium carbonate forming with uranium the ammonium uranyl tricarbonate which remains in solution and the iron transforming into ferric hydroxide which precipitates and which can be separated by decantation from the aqueous phase.
  • the ammoniated organic solvent is preferably re-acidified by treatment with an acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid or phosphoric acid, which makes it possible to recover an organic phase which does not contain more ammonium ions and an aqueous phase containing an ammonium salt.
  • an acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid or phosphoric acid
  • a fraction of the phosphoric acid recovered at the end of the uranium extraction step is used.
  • This example relates to the recovery of uranium present in a 6 M phosphoric acid solution containing 1 g / l of uranium (VI) and it illustrates the effect of the temperature and the nature of the extractant system. on the uranium extraction rate.
  • the various acid organophosphorus compounds in Table 1 are used with trioctylphosphine oxide (TOPO) or with di-n-hexyl-octoxymethyl phosphine oxide (POX 11).
  • TOPO trioctylphosphine oxide
  • POX 11 di-n-hexyl-octoxymethyl phosphine oxide
  • the two extractants are diluted in hyfrane 120® which is a branched saturated hydrocarbon with an average carbon number equal to 12 and the content of acidic organophosphorus compound in the solvent is 0.5 M and its content of phosphine oxide is 0.125 Mr.
  • the extraction is carried out under the following conditions: a volume of the aqueous phosphoric acid solution with a volume of the organic solvent is brought into contact at 23 ° C or 40 ° C for approximately 15 minutes, the two are mechanically stirred phases present, they are separated by centrifugation, then each phase is sampled and analyzed in order to determine its uranium concentration, this being measured by dibenzoyl methane spectrophotometry, the uranium being previously extracted in a trioctylphosphine oxide solution; the partition coefficient D of the uranium is then determined, which is equal to the ratio of the uranium concentration of the organic phase to the uranium concentration of the aqueous phase.
  • the partition coefficient of uranium increases with the number of carbon atoms in the alkoxy chains.
  • the organic solvent consists of hyfrane 120 containing a mixture of bis hydrogenphosphate (dibutoxy-1,3-propyl-2), that is to say of compound n ° 8 of table 1 and of oxide of di-n-hexyloctoxymethyphosphine (POX 11) to recover uranium from a 6 N phosphoric acid solution containing 1.1 g per liter of uranium VI.
  • a total concentration of 0.5 M in extractants in extractants is used and the extraction is carried out under the same conditions as those of Example 1.
  • curve (1) of FIG. 1 represents the variations of the partition coefficient D of uranium as a function of the content of acidic organophosphorus compound in the organic solvent.
  • curve 2 represents the variations in the partition coefficient D of iron as a function of the compound content, extracts under the same conditions from a 6 M phosphoric acid solution containing 1.1 g / I of iron III.
  • This example illustrates the influence of the concentration of phosphoric acid in the aqueous solution on the extraction of uranium VI, at 23 ° C., by means of the diluted extractors systems I, II and II I of table 2 in hyfrane 120.
  • the extraction is carried out under the same conditions as those of Example 1.
  • FIG. 2 represents the variations in the partition coefficient D of uranium VI as a function of the concentration of phosphoric acid in the aqueous phase.
  • curves 1, II and III respectively illustrate the results obtained with the extractant systems 1, II and III in Table 2.
  • the partition coefficient D of uranium decreases as a function of the phosphoric acid concentration, but it decreases less significantly with the extractant systems II and III of the invention.
  • This example illustrates the influence of temperature on the extraction of uranium VI.
  • the extraction is carried out under the same conditions as those of Examples 2 and 3 by varying the temperature from 10 to 60 ° C. and using the extractant systems I to IV of Table 2 diluted in hyfrane 120.
  • the results obtained are represented in FIG. 3 where the curves I, II, III and IV relate respectively to the systems I, II, III and IV.
  • the uranium is extracted from a phosphoric acid solution 6 M containing 1.06 g / I of uranium VI and 4.70 g / I of iron III, using the extractant system No. III in Table 2 diluted in hyfrane 120 and operating under the same conditions than those of Example 1, but by determining the partition coefficients of uranium VI and iron III after different extraction times.
  • Figure 4 represents the evolution of the extraction rate (in%) in the organic phase of uranium (curve 1) and iron (curve 2) as a function of the extraction time (in seconds).
  • the uranium is recovered from an industrial phosphoric acid solution containing 27% P 2 0 5 and 130 mg / I in uranium, using as extractant systems I, III and IV of Table 2 diluted in the product sold under the brand Escaid 110, which is a flavored kereosene, with a concentration of 0.5 M in acidic organophosphorus compound and a concentration of 0.125 M in phosphine oxide.
  • FIG. 6 also illustrates the results obtained with regard to the extraction of iron as a function of the number of contacts.
  • curve 2 represents the evolution of the iron concentration of the organic solvent as a function of the number of contacts
  • curve 1 represents the evolution of the uranium concentration of the organic solvent as a function of the number of contacts, when 'The extractant system III of the invention is used.
  • the organic solvent thus obtained which contains 798 mg / I of uranium and 775 mg / I of iron is brought into contact with a solution of ammonium carbonate at 140 g / I and 0.5 M in NH 4 0H to re-extract l uranium in solution and separate the iron as hydroxide.
  • the organic phase contains only 0.4 mg / I of uranium and 1 mg / I of iron.
  • the extractant system No. III extracts more than three times better uranium than the conventional system of the prior art (system No. I) and more than twice better than the system No. IV of the art. prior. Therefore, one can reduce the volume of organic phase and therefore limit the consumption of ammonium carbonate and ammonia during the re-extraction operation.
  • the organic solvents used contain the extractant systems I, III, IV or V of Table 2 attached, and a diluent consisting of kerosene known under the trade name ISOPAR L.
  • a diluent consisting of kerosene known under the trade name ISOPAR L.
  • the phosphine oxide content is 0.125 M and the content of acidic organophosphorus compound is 0.500 M.
  • the extraction is carried out by bringing a volume of the aqueous phosphoric acid solution into contact with a volume of the organic solvent at 39 ° C. with stirring for approximately 5 min; the two phases are then separated and then taken and analyzed each to obtain their uranium concentration and their iron concentration and then determine the partition coefficient D of uranium and the partition coefficient D of iron.
  • the results obtained are given in table 3, attached.
  • the organic solvents containing the extractant system of the invention that is to say the organophosphorus acid compound HBIDIBOPP associated with a phosphinetel oxide which POX 11 or TOPO allow '' obtaining very improved results compared to the extractant systems I and IV of the prior art.
  • This example relates to the extraction of uranium contained in industrial phosphoric acid having the same characteristics as that of Example 7, using for the extraction the installation shown in FIG. 7.
  • the reference A designates the uranium extraction unit which comprises five extraction stages
  • the reference B represents a washing unit for the organic solvent which comprises three stages
  • the references C 1 , C 2 and C 3 denote the three stages of uranium re-extraction
  • the reference D illustrates the unit for separating uranium
  • the reference E denotes the reacidification unit of the organic solvent, which comprises two stages.
  • extraction unit A industrial phosphoric acid is introduced via line 1 a after having flocculated and decanted it. It is specified that this acid was subjected beforehand to an oxidation treatment to bring all of the uranium in the hexavalent form, which also brings the iron to the trivalent state.
  • extraction unit A the phosphoric acid is brought into contact against the current with an organic solvent introduced via line 3 a.
  • This organic solvent comprises a system of extractants consisting of an acidic organophosphorus compound and a neutral phosphine oxide diluted in kerosene known under the trade name ISOPAR L, the concentration of acidic organophosphorus compound in the solvent being 0.5 words ⁇ I -1 and the concentration of phosphine oxide in the organic solvent being 0.125 mol - 1- 1 .
  • the phosphoric acid solution circulates in the extraction unit at a flow rate which is maintained at the value of 4 l / h, and the organic solvent circulates against the current in the extraction unit by being introduced at a flow rate of 1.6 I / h for extractant system No. I, 1.0 I / h for extractant system No. IV and 0.54 I / h for extractant system No. III.
  • each extraction stage part of the organic solvent leaving this stage is recycled, which makes it possible to increase the volume of organic phase in contact with phosphoric acid in the extraction unit A, all of the stages of which are maintained at 35 ° C.
  • the phosphoric acid containing practically no more uranium is discharged via line 1 b and the organic solvent loaded with uranium and iron is discharged via line 3 b.
  • This solvent then passes into the washing unit comprising three stages where it is washed with water to remove the phosphoric ions entrained by the solvent.
  • the water loaded with phosphoric acid which leaves the top floor of the washing unit is recycled in the phosphoric acid manufacturing plant where it is used for washing or rinsing the installations.
  • the organic solvent is introduced via line 3 c into the first re-extraction stage C 1 , then it circulates in the following stages C 2 and C 3 , stages C 1 , C 2 and C 3 being maintained at 40 ° C.
  • stages C 2 and C 3 it is brought into contact against the current with a solution of ammonium carbonate at 155 g ⁇ l -1 introduced into the last stage C 3 by line 4 a and in the stage C 1 , it is brought into contact against the current with the carbonate solution coming from stage C 2 and with ammonia at 200 g ⁇ I -1 injected by line 5 into the carbonate solution which enters the first stage C 1 .
  • the ammonia flow rate is adjusted using a valve controlled by a pH meter so as to maintain the pH of the first stage C 1 at a value of 8.2.
  • the flow rate of the ammonium carbonate solution introduced into the last stage C 3 by line 4 a is adjusted so that it corresponds to 50 to 80% of the stoichiometric quantity necessary to neutralize, by a on the one hand, the organo phosphorus acid compound and transform, on the other hand, the uranium into uranyl tri ammonium carbonate.
  • the organic solvent loaded with uranium and iron which first comes into contact with ammonia gradually transforms into a hydrated ammonium salt and the aqueous phase which moves against the current is enriched in uranium and iron, the ammonium carbonate reacting with uranium to form uranyl ammonium tricarbonate which remains in solution and the iron being precipitated in the form of hydroxide which is separated by filtration.
  • the aqueous phase containing the uranyl ammonium tricarbonate leaves the first re-extraction stage Ci by line 4b and it is then directed to the separation unit D of the uranium.
  • the uranium can be separated from the solution, either in the form of oxide, or in the form of sodium uranate.
  • the ammonium uranyl tricarbonate solution is subjected to an air bubbling reactor, at a temperature between 90 and 100 ° C., for approximately 6 hours, then filter the precipitate and wash it with water; after drying at 120 ° C and roasting at around 400 ° C, uranium trioxide is thus obtained.
  • the ammonium uranyl tricarbonate solution which has been degassed beforehand by bubbling air around 90 ° C. is neutralized with sodium hydroxide at approximately 80 ° C.
  • the uranium is precipitated by adding sodium hydroxide to the solution, operating at a temperature of 80 ° C for 1 hour. After filtration and washing with water at 50 ° C., the sodium uranate is collected which can be subsequently transformed into ammonium diuranate or uranium trioxide.
  • the deuranied organic solvent is evacuated by line 3 d and sent to the reacidification purification unit E comprising two stages in which it is treated by means of phosphoric acid introduced by line 1 c, this phosphoric acid constituting a fraction of the phosphoric acid which leaves the extraction unit A via line 1 b.
  • the reacidification purification unit E comprising two stages in which it is treated by means of phosphoric acid introduced by line 1 c, this phosphoric acid constituting a fraction of the phosphoric acid which leaves the extraction unit A via line 1 b.
  • ammonium phosphate thus recovered can be marketed directly or be used in fertilizer manufacturing units.

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Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de récupération de l'uranium (VI) présent dans des solutions d'acide phosphorique, en particulier dans des solutions d'acide phosphorique obtenues à partir de minerais phosphatés.
  • On sait que les minerais phosphatés comprennent des teneurs non négligeables en uranium qui, lors de l'attaque de ces minerais par une solution sulfurique, passent dans la solution d'acide phosphorique obtenue. Aussi, il est intéressant de récupérer l'uranium présent dans ces solutions qui constituent une source complémentaire importante d'uranium.
  • Les procédés connus actuellement pour récupérer l'uranium présent dans de telles solutions, font généralement appel à l'extraction au moyen de solvants organiques appropriés. Parmi les solvants utilisés jusqu'à présent, de bons résultats ont été obtenus avec des solvants comprenant un mélange synergique d'extractants, par exemple des mélanges d'acide dialkylphosphorique et d'oxyde neutre de phosphine, tels que ceux décrits dans la demande de brevet français n° 2 442 796 déposé le 28. 11. 78 au nom du Commissariat à l'Energie Atomique.
  • Bien que ces systèmes d'extractants permettent d'obtenir des résultats satisfaisants, on a développé des recherches pour trouver d'autres systèmes d'extractants capables de conduire à des taux d'extraction en uranium plus importants.
  • La présente invention a précisément pour objet un procédé de récupération de l'uranium (VI) au moyen d'un solvant organique qui permet d'obtenir de meilleurs taux d'extraction en uranium que les solvants connus actuellement.
  • Le procédé, selon l'invention, de récupération de l'uranium (VI) présent dans une solution d'acide phosphorique par mise en contact de ladite solution avec un solvant organique apte à extraire l'uranium, se caractérise en ce que ledit solvant organique comprend un système d'extractants constitués respectivement par:
    • - un oxyde neutre de phosphine de formule:
      Figure imgb0001
      dans laquelle R1, R2 et R3 qui sont identiques ou différents, représentent des radicaux alkyle, aryle, ou alcoxyalkyle; et
    • - un composé organophosphoré acide répondant à la formule:
      Figure imgb0002
      dans laquelle R4 et R6 qui sont identiques ou différents, représentent un radical alkoxyalkyle linéaire ou ramifié comportant au moins une fonction éther-oxyde ou un radical aryloxyalkyle.
  • Selon l'invention, le radical alkoxyalkyle a avantageusement de 9 à 23 atomes de carbone.
  • Selon l'invention, le composé organophosphoré acide peut être constitué par un ester phosphorique d'alcool secondaire ou par un ester phosphorique d'alcool primaire. Dans le cas des esters phosphoriques d'alcool primaire, ceux-ci répondant avantageusement à la formule:
    Figure imgb0003
    dans laquelle R6 et R7 qui sont identiques ou différents, sonte des radicaux alkyle ou aryle, et n et n' qui sont identiques ou différents, sont des nombres égaux à 2 ou 3.
  • En effet, on a trouvé que dans le cas des esters d'alcools primaires, la présence de plusieurs fonctions éther-oxyde n'améliorait pas les résultats obtenus, et que par ailleurs, le pouvoir extractant augmentait lorsque la fonction éther-oxyde était plus proche du groupement phosphate.
  • Aussi, n et n' sont de préférence égaux à 2.
  • De plus, si l'on veut réaliser la réextraction de l'uranium au moyen d'une solution aqueuse telle qu'une solution de carbonate d'ammonium et d'ammoniaque, il est préférable que les radicaux alkyle R6 et R7 aient au moins 8 atomes de carbone pour éviter la formation d'une troisième phase lors de cette réextraction.
  • A titre de composés de ce type susceptibles d'être utilisés, on peut citer le composé dans lequel R6 et R7 représentent le radical éthyl-2-hexyle, et n et n' sont égaux à 2.
  • Le composé organophosphoré acide peut aussi être constitué par un ester phosphorique d'alcool secondaire répondant à la formule IV:
    Figure imgb0004
    dans laquelle R8 et R9, qui sont identiques ou différents, représentent un radical alkyle ou aryle, et p et q qui peuvent être identiques ou différents, sont égaux à 1 ou 2.
  • De préférence, p et q sont égaux à 1, car le pouvoir extractant du système augmente lorsque la fonction éther-oxyde du composé organophosphoré acide est proche du groupement phosphate.
  • Par ailleurs, pour permettre également la réextraction de l'uranium dans une solution aqueuse de carbonate d'ammonium et d'ammoniaque, les radicaux R8 et R9 ont de préférence au moins 4 atomes de carbone pour éviter la formation d'une troisième phase lors de cette réextraction.
  • A titre d'exemple d'ester phosphorique d'alcool secondaire susceptible d'être utilisé, on peut citer le composé de formule (IV) dans laquelle p et q sont égaux à 1 et R3 et R9, représentent le radical butyle.
  • En effet, des essais de réextraction effectués en utilisant comme système d'extractants le composé de formule (IV) dans laquelle R8 et R9 représentent le radical propyle et p et q sont égaux à 1, et de l'oxyde de di-n-hexyloctoxyméthylphosphine (POX 11) ont montré que la solubilité des sels alcalins de ce composé acide est telle qu'elle conduit à la formation d'une troisième phase. En revanche, si l'on augmente le nombre d'atomes de carbone des chaînes alkyle de ce composé acide, on peut éviter ce phénomène.
  • Les composés organophosphorés acides de formule (III) ou de formule (IV) utilisés dans le procédé de l'invention peuvent être obtenus par transestérification ou par estérification d'un dérivé du phosphore avec l'alcoxyalcool correspondant, cette réaction étant suivie éventuellement d'une oxydation et/ou d'une hydrolyse.
  • Comme dérivés du phosphore, on peut utiliser un acide dialkyl phosphoreux, l'oxychlorure de phosphore ou encore l'anhydride phosphorique P205.
  • Lorsque le dérivé du phosphore est un acide dialkyl phosphoreux, la réaction de transestérification avec l'alcoxyalcool correspondant est suivie d'une réaction d'oxydation puis d'une hydrolyse pour donner le composé organophosphoré acide correspondant. L'oxydation peut être réalisée par action du chlorure de sulfuryle S02CI2 et l'hydrolyse par action de soude et par action d'acide chlorhydrique.
  • Ainsi, dans le cas où l'on utilise l'acide diéthyl phosphoreux pour la préparation des composés de formule IV avec R8 = R9 et n = p, le schéma réactionnel est le suivant:
    Figure imgb0005
    Figure imgb0006
    Figure imgb0007
    Figure imgb0008
  • Pour obtenir des composés de formule IV dans lequels R8 et R9, p et q sont différents, il suffit de remplacer dans le schéma réactionnel précédent, l'alcool secondaire utilisé par l'alcool secondaire de formule suivante:
    Figure imgb0009
  • De même, lorsqu'on veut préparer les composés de formule III, il suffit de remplacer dans le schéma réactionnel précédent l'alcool secondaire utilisé par deux molécules d'alcool primaire identiques de formule:
    Figure imgb0010
    ou par deux molécules d'alcools primaires différents dans le cas où l'on veut obtenir un composé de formule III dans laquelle R6 et R , et éventuellement n et n' sont différents.
  • Dans ce dernier cas, il est nécessaire de réaliser une purification des produits obtenus pour séparer le composé désiré.
  • Lorsque le dérivé de phosphore est l'oxychlorure de phosphore POCI3, on réalise la réaction d'estérification avec l'alcoxyalcool correspondant en présence d'une base, en particulier d'une base organique tertiaire, puis on soumet le produit obtenu à une hydrolyse, ce qui conduit à l'obtention d'un mélange de mono et de diacides que l'on sépare ensuite.
  • Pour l'obtention de composés de formule IV dans laquelle R8 et R9, p et q sont identiques, le schéma réactionnel est le suivant:
    Figure imgb0011
  • Dans le cas où l'on veut obtenir les composés de formule IV dans laquelle R8, R9, p et q sont différents, on utilise comme produit de départ, l'alcool secondaire correspondant de formule:
    Figure imgb0012
  • Lorsqu'on veut obtenir le composé de formule III dans laquelle R6 et R7 sont différents, on utilise deux molécules des alcools correspondants et on soumet les produits obtenus à une séparation pour isoler le monoacide correspondant du mélange de mono et de diacide obtenus.
  • Lorsqu'on part d'un dérivé du phosphore constitué par l'anhydride phosphorique P205, on réalise l'estérification avec l'alcoxyalcool correspondant, à l'abri de l'humidité, on obtient ainsi un mélange de mono et de diacides qui peuvent aussi contenir un phosphate neutre et des impuretés telles que des pyrophosphates et des polymères.
  • Les alcoxyalcools utilisés comme produits de départ pour la synthèse des composés organophosphorés acides peuvent être préparés par réaction d'un alcoolate de sodium sur le dérivé dichloré d'un alcool secondaire, par exemple, d'alcoolate de sodium sur le dichloro-1,3-propanol-2, selon le schéma réactionnel suivant:
    Figure imgb0013
  • Lorsqu'on veut obtenir des alcoxyalcools primaires, on fait réagir un alcoolate de sodium sur le dérivé chloré d'un alcool primaire.
  • Selon l'invention, l'oxyde neutre de phosphine répondant à la formule I précitée comprend, de préférence, au moins un radical alcoxyalkyle, par exemple, un radical alcoxyméthyle ayant de 4 à 12 atomes de carbone. Lorsque les autres radicaux sont des radicaux alkyle, ceux-ci ont généralement de4 à 12 atomes de carbone, et ils sont de préférence linéaires.
  • A titre d'exemples de tels oxydes neutres de phosphine susceptibles d'être utilisés, on peut citer l'oxyde de di-isobutyl-octoxyméthylphosphine, l'oxyde de di-n-butyl-octoxyméthylphosphine, l'oxyde de di-n-pentyl-octoxyméthylphosphine, et l'oxyde de di-n-hexyl-octoxyméthylphosphine (POX 11).
  • Ces oxydes de phosphine peuvent être préparés en faisant réagir un sel halogèno magnésien d'oxyde de phosphine secondaire avec un halogénure organique de formule RX dans laquelle R représente un radical alcoxyalkyle, par exemple, un éther chlorométhyl n-octylique, comme cela est décrit dans le brevet français 2 346 361 déposé le 13/12/73.
  • On peut également utiliser dans le procédé de l'invention des oxydes de trialkylphosphine dans lesquels les radicaux alkyle ont de 4 à 14 atomes de carbone, par exemple l'oxyde de tri-n-octylphosphine (TOPO).
  • Pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, on diÎue généralement ie système d'extractants dans un solvant organique inerte constitué par exemple par un hydrocarbure saturé ayant au moins 8 atomes de carbone tel que le dodécane, ou par un mélange d'hydrocarbures.
  • Avantageusement, dans le solvant organique les concentrations en composé organophosphoré acide et en oxyde neutre de phosphine sont telles que le rapport molaire du composé organophosphoré acide sur l'oxyde neutre de phosphine, soit compris entre 1 et 9, et de préférence de 2 à 4.
  • On précise que le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre dans tout appareil classique d'extraction tel que des batteries de mélangeurs décanteurs, des colonnes pulsées, des extracteurs centrifuges, etc...
  • Selon l'invention, l'uranium extrait dans le solvant organique peut être réextrait ensuite dans une solution aqueuse d'acide phosphorique contenant éventuellement un agent réducteur de façon à réduire l'uranium VI en uranium IV pour faciliter sa réextraction.
  • De préférence selon l'invention, on réalise la réextraction de l'uranium dans un appareil de réextraction comportant au moins deux étages. Dans ce cas, on met en circulation dans lesdits étages, ledit solvant organique contenant l'uranium en l'introduisant dans le premier étage, on met en circulation dans lesdits étages, à contre-courant dudit solvant organique, une solution aqueuse de carbonate d'ammonium en l'introduisant dans le dernier étage en quantité telle qu'elle représente 50 à 80%de la quantité stoechiométrique nécessaire pour neutraliser le composé organophosphoré acide et pour transformer l'uranium présent dans le solvant organique en uranyl tricarbonate d'ammonium, et on ajoute de l'ammoniac sous forme de gaz ou de solution aqueuse à la solution de carbonate d'ammonium circulant dans le premier étage pour maintenir le pH dudit premier étage à une valeur comprise entre 8 et 9,5, et de préférence enter 8 et 8,5.
  • De préférence, on réacidifie le solvant organique ammonié sortant du dernier étage de réextraction en le faisant réagir avec un acide pour éliminer l'ammonium sous forme de sel d'ammonium, et on réutilise le solvant organique ainsi réacidifié pour réaliser l'extraction de l'uranium.
  • Avantageusement, l'acide est choisi dans le groupe comprenant l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique et l'acide phosphorique.
  • De préférence, encore, on réacidifie le solvant organique ammonié sortant du dernier étage de réextraction en le faisant réagir avec l'acide phosphorique récupéré à la fin de l'extraction de l'uranium.
  • Ce mode préférentiel de réextraction de l'uranium permet d'obtenir en fin de réextraction une solution aqueuse d'uranium à partir de laquelle on peut récupérer facilement l'uranium directement aux normes définies par les raffineurs, donc sans cycle de purification complémentaire, soit sous forme d'oxyde, soit sous la forme d'un uranate alcalin ou alcalino-terreux, avec un rendement globel de récupération en uranium supérieur à 90%.
  • Par ailleurs, il conduit à la formation de produits réutilisables. En effet, le solvant organique qui a été réacidifié par traitement avec de l'acide phosphorique peut être réutilisé pour l'extraction de l'uranium, et le phosphate d'ammonium obtenu lors du traitement de réacidification du solvant organique est un produit commercialisable ou recyclable dans une unité d'engrais par exemple.
  • Selon l'invention, on effectue de préférence la réextraction de l'uranium dans trois étages. Dans ce cas, on met en circulation le solvant organique contenant l'uranium du premier au troisième étage et on introduit dans le troisième étage une solution aqueuse de carbonate d'ammonium ou un mélange de gaz carbonique et d'ammoniac préalablement dissous dans l'eau sous forme de carbonate représentant 50 à 80% de la quantité stoechiométrique nécessaire pour neutraliser le composé organophosphoré acide du solvant organique et pour transformer l'uranium en uranyl tricarbonate d'ammonium. Cette solution circule du troisième étage au premier étage et on lui ajoute avant son entrée dans le premier étage de l'ammoniac sous forme de gaz ou de solution aqueuse, la quantité ajoutée étant telle qu'on maintient le pH du premier étage à une valeur comprise entre 8 et 8,5.
  • En effet, pour des pH inférieurs à 8, le taux de réextraction d'uranium décroît et pour des pH supérieurs à 8,5, la quantité d'ammoniac introduite, sans permettre d'obtenir une amélioration du taux de réextraction en uranium, conduit à la formation d'émulsions.
  • De préférence, on ajoute l'ammoniac sous la forme d'une solution aqueuse ayant une concentration molaire en ammoniac de 5 M à 7,5 M.
  • Dans ces étages, le solvant organique chargé en uranium et contenant également du fer se transforme peu à peu au contact de l'ammoniac et un sel d'ammonium et la phase aqueuse qui se déplace à contre-courant, s'enrichit en uranium et en fer, le carbonate d'ammonium formant avec l'uranium l'uranyl tricarbonate d'ammonium qui reste en solution et le fer se transformant en hydroxyde ferrique qui précipite et qui peut être séparé par décantation de la phase aqueuse.
  • A la sortie du troisième étage, le solvant organique ammonité est de préférence réacidifié par traitement au moyen d'un acide tel que l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique ou l'acide phosphorique, ce qui permet de récupérer une phase organique ne contenant plus d'ions ammonium et une phase aqueuse contenant un sel d'ammonium.
  • De préférence, pour ce traitement, on utilise une fraction de l'acide phosphorique récupéré à la fin de l'étape d'extraction de l'uranium.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture des exemples suivants donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels:
    • - la figure 1 représente les variations du coefficient de partage D de l'uranium (courbe 1 ) et du fer (courbe 2) en fonction des teneurs respectives en extractants du solvant organique;
    • - la figure 2 représente les variations du coefficient de partage D de l'uranium en fonction de la concentration en H3P04 de la phase aqueuse, pour trois systèmes d'extractants;
    • - la figure 3 représente les variations du coefficient de partage D de l'uranium en fonction de la température pour différents systèmes d'extractants;
    • - la figure 4 représente les variations des coefficients de partage de l'uranium (courbe 1 ) et du fer (courbe 2) en fonction du temps d'extraction;
    • - la figure 5 illustre les variations de la teneur en uranium (mg. 1-1) du solvant organique en fonction de la teneur en uranium de la phase aqueuse, pour trois systèmes d'extractants, et
    • - la figure 6 illustre les variations de la teneur en uranium (courbe 1 ) et en fer (courbe 2) du solvant organique en fonction du nombre de contacts; et
    • - la figure 7 représente schématiquement une installation de traitement d'acide phosphorique pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
    Exemple 1
  • Cet exemple se rapporte à la récupération de l'uranium présent dans une solution d'acide phosphorique 6 M contenant 1 g/I d'uranium (VI) et il illustre l'effet de la température et de la nature du système d'extractants sur le taux d'extraction en uranium.
  • Dans cet exemple, on utilise les différents composés organophosphorés acides du tableau 1 avec de l'oxyde de trioctylphosphine (TOPO) ou avec de l'oxyde de di-n-hexyl-octoxyméthyl phosphine (POX 11). Les deux extractants sont dilués dans l'hyfrane 120® qui est un hydrocarbure saturé ramifié de nombre de carbones moyen égal à 12 et la teneur en composé organophosphoré acide du solvant est de 0,5 M et sa teneur en oxyde de phosphine est de 0,125 M.
  • On réalise l'extraction dans les conditions suivantes: on met en contact à 23°C ou à 40°C pendant environ 15 mn, un volume de la solution aqueuse d'acide phosphorique avec un volume du solvant organique, on agite mécaniquement les deux phases en présence, on les sépare par centrifugation, puis on prélève et on analyse chacune des phases afin de déterminer sa concentration en uranium, celli-ci étant mesurée par spectrophotométrie au dibenzoyl méthane, l'uranium étant préalablement extrait dans une solution d'oxyde de trioctylphosphine; on détermine ensuite le coefficient de partage D de l'uranium qui est égal au rapport de la concentration en uranium de la phase organique sur la concentration en uranium de la phase aqueuse.
  • Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 1, ci-joint.
  • Au vu de ces résultats, on constate que l'effet de synergie est le plus important avec les composés 7 et 8 qui sont des esters phosphoriques d'alcools secondaires. Cependant, l'effet de synergie est également très important avec les composés 3 et 5 dans lesquels la fonction étheroxyde est proche du groupement phosphate.
  • On constate par ailleurs que l'introduction de deux fonctions éther-oxyde permet d'améliorer les résultats lorsque ces deux fonctions sont introduites suffisamment près du groupement phosphate comme dans le cas des composés n° 7 et 8, alors que l'effet obtenu avec deux fonctions en ligne (composé n° 6) est plutôt néfaste.
  • Dans tous les cas, le coefficient de partage de l'uranium augmente avec le nombre d'atomes de carbone des chaînes alcoxy.
  • On précise que les composés 7 et 8 du tableau 1 ont été obtenus de la façon suivante. A-Préparation de l'acide bis-(dibutoxy-1,3-propyl-2) phosphorique (composé n° 8 dénommé ci-après HBIDIBOPP).
    Figure imgb0014
    • a) Préparation du dibutoxy-1,3-Propanol-2
  • Figure imgb0015
  • On dissout à chaud tout en agitant 99 g de soude en pastilles à 90% (soit 2,23 moles) dans 1665 g de butanol anhydre (soit 22,5 moles). Lorsque la soude est entièrement solubilisée, on laisse refroidir et, à la température ambiante, on coule 139 g de dichloro-1,3-propanol-2 (soit 1,08 mole). La réaction n'est pas exothermique. La coulée terminée, on chauffe au reflux pendant une heure. On observe la formation d'un précipité de chlorure de sodium. On laisse refroidir, on filtre et on chasse l'excès de butanol. On lave le résidu deux fois à l'eau. On extrait à l'éther, on sèche sur du sulfate de magnésium et on chasse l'éther. On distille le résidu; point d'ébullition: 110―112°C/15 mm Hg. On récupère 143 g de produit. Rendement: 65%.
    • b) Préparation de l'acide bis-(dibutoxy-1 ,3-propyl-2) phosphoreux par transestérification
  • Figure imgb0016
  • On met 143 g de dibutoxy-1,3-propanol-2 (soit 0,7 mole) et 48,36 g d'acide diéthylphosphoreux (soit 0,35 mole) sous courant d'argon dans un ballon à distiller avec colonne de Vigreux. On chauffe progressivement jusqu'à environ 150°C dans un bain d'huile et on observe la distillation de l'éthanol. On maintient cette température tant que l'alcool distille puìs on I-élève progressivement jusqu'à 180°C. On laisse refroidir et on distille sous vide les produits légers et ceux qui n'ont pas réagi. On récupère 25 g d'éthanol (rendement: 78%) et 150 g d'acide brut (rendement: 94%).
    • c) Oxydation et préparation du chlorure d'acide
  • Figure imgb0017
  • On met dans un réacteur 150 g de l'acide ci-dessus (soit 0,33 mole) et 150 ml de benzène. On refroidit à 0°C et on coule goutte à goutte, tout en agitant, une solution de chlorure de sulfuryle préparée à partir de 44,27 g de S02CI2 (soit 0,33 mole) et 50 mt de benzène de façon à maintenir la température entre 0 et 5°C. La coulée terminée, on laisse remonter la température progressivement puis on dégaze le mélange au moyen d'azote pendant une heure. On chasse le solvant sous vide et on récupère 160 g d'un résidu visqueux. Rendement: environ 100%.
    • d) Préparation de l'acide bis-(dibutoxy-1,3-propyl-2) phosphorique
  • Figure imgb0018
    Figure imgb0019
  • On met 160 g du chlorure ci-dessus (soit 0,33 mole) et 150 ml d'eau dans le réacteur (mélange non homogène). On refroidit entre 0 et5°C et on coule goutte à goutte 165 ml de soude 4 N (soit 0,66 mole). La réaction n'est pas exothermique et on observe la formation du sel de sodium qui est insoluble. La coulée terminée, on laisse sous agitation à température ambiante pendant 1 heure, puis on chauffe à 40-50°C pendant 1 heure, puis on chauffe à 40-50°C pendant une heure. Après refroidissement, on déplace l'acide de son sel de sodium par un acide fort (par exemple HCI). On récupère 140 g de produit. Rendement: 88%.
  • Caractérisation du produit:
    • - Dosage de la pureté par potentiométrie
    • - mono-acide: 97,72%
    • - di-acide: 2,52%
    • - i. R.: v (P = 0) = 1235 cm-1
    • - RMN'H: Confirmation de la structure.
      Figure imgb0020
    • - Analyse élémentaire
      Figure imgb0021
    B-Préparation de l'acide bis-(dipropoxy-1,3-propyl-2) phosphorique (composé n° 7).
  • On utilise le même mode opératoire que dans le cas de la fabrication du composé n° 8 sauf que l'alcool de départ est le propanol au lieu du butanol.
  • On récupère ainsi l'acide bis-(dipropoxy-1,3-propyl-2) phosphorique.
    • Caractérisation.
    • - Dosage potentiométrique: 1 seule acidité - pureté 98%
    • - Dosage volumétrique à la soude (phénolphtaléine) - pureté 96,5%
    • - RMN du proton: Conforme à la formule.
      Figure imgb0022
    Exemple 2
  • Dans cet exemple, on étudie l'influence des teneurs respectives en composé organophosphoré acide et en oxyde neutre de phosphine sur l'extraction de l'uranium. Le solvant organique est constitué par de l'hyfrane 120 contenant un mélange d'hydrogénophosphate de bis(dibutoxy-1,3-propyl-2), c'est-à-dire du composé n° 8 du tableau 1 et d'oxyde de di-n-hexyloctoxymethyphosphine (POX 11) pour récupérer l'uranium à partir d'une solution d'acide phosphorique 6 N contenant 1,1 g par litre d'uranium VI. On utilise dans chaque cas une concentration totale de 0,5 M en extractants en extractants et on réalise l'extraction dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1.
  • Les résultats obtenus sont donnés sur la courbe (1 ) de la figure 1, qui représente les variations du coefficient de partage D de l'uranium en fonction de la teneur en composé organophosphoré acide du solvant organique.
  • Sur cette figure, la courbe 2 représente les variations du coefficient de partage D du fer en fonction de la teneur en composé réalise l'extraction dans les mêmes conditions à partir d'une solution d'acide phosphorique 6 M contenant 1,1 g/I de fer III.
  • On précise que la teneur en fer des deux phases a été déterminée par absorption atomique.
  • Au vu de cette figure, on constate que les meilleurs résultats présentant le moins de risque de variation du coefficient d'extraction sont obtenus lorsque le solvant organique contient 0,36 M de composé organophosphoré acide et 0,14 m d'oxyde de phosphine, et que de bons résultats sont obtenus lorsque le rapport molaire du composé organophosphoré acide sur l'oxyde neutre de phosphine est de 1 à 9.
    • Exemple 3
  • Cet exemple illustre l'influence de la concentration en acide phosphorique de la solution aqueuse sur l'extraction de l'uranium VI, à 23°C, au moyen des systèmes d'extractants n° I, II et II I du tableau 2 dilués dans de l'hyfrane 120. Dans cet exemple, on réalise l'extraction dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1.
  • Les résultats obtenus sont donnés sur la figure 2 qui représente les variations du coefficient de partage D de l'uranium VI en fonction de la concentration en acide phosphorique de la phase aqueuse. Sur cette figure, les courbes 1, Il et III illustrent respectivement les résultats obtenus avec les systèmes d'extractants 1, Il et III du tableau 2.
  • Dans tous les cas, le coefficient de partage D de l'uranium décroît en fonction de la concentration en acide phosphorique, mais il décroît de façon moins importante avec les systèmes d'extractants Il et III de l'invention.
    • Exemple 4
  • Cet exemple illustre l'influence de la température sur l'extraction de l'uranium VI. On réalise l'extraction dans les mêmes conditions que celles des exemples 2 et 3 en faisant varier la température de 10 à 60°C et en utilisant les systèmes d'extractants I à IV du tableau 2 dilués dans de l'hyfrane 120. Les résultats obtenus sont représentés sur la figure 3 où les courbes I, II, III et IV se rapportent respectivement aux systèmes I, II, III et IV.
  • Au vu de cette figure, on constate que le coefficient de partage de l'uranium VI décroît lorsque la température augmente. Cependant à 60°C, le coefficient de partage obtenu avec le système n° III selon l'invention, est encore deux fois supérieur à celui obtenu à 40°C avec le système N° I de l'art antérieur.
    • Exemple 5
  • Dans cet exemple, on réalise l'extraction de l'uranium à partir d'une solution d'acide phosphorique 6 M contenant 1,06 g/I d'uranium VI et 4,70 g/I de fer III, en utilisant le système d'extractants n° III du tableau 2 dilué dans l'hyfrane 120 et en opérant dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 1, mais en déterminant les coefficients de partage de l'uranium VI et du fer III après différentes durées d'extraction. Les résultats obtenus sont donnés sur la figure 4 qui représente l'évolution du taux d'extraction (en %) dans la phase organique de l'uranium (courbe 1 ) et du fer (courbe 2) en fonction de la durée d'extraction (en secondes).
  • Au vu de cette figure, on constate que l'uranium VI est extrait plus rapidement. La sélectivité à l'équilibre défini par la formule:
    Figure imgb0023
    est égale à 20, et elle peut être doublée lorsqu'on utilise des temps de contact inférieurs à 5 secondes.
    • Exemple 6
  • Dans cet exemple, on récupère l'uranium à partir d'une solution d'acide phosphorique industriell titrant 27% en P205 et 130 mg/I en uranium, en utilisant comme solvant organique les systèmes d'extractants I, III et IV du tableau 2 dilués dans le produit vendu sous la marque Escaid 110, qui est un kéreosène désaromatisé, avec une concentration de 0,5 M en composé organophosphoré acide et une concentration de 0,125 M en oxyde de phosphine.
  • Pour réaliser l'extraction, on met en contact successivement 8 fractions de l'acide phosphorique avec une fraction de solvant organique, chaque fraction ayant un volume de 50 ml, en opérant dans une ampoule à décanter à double enveloppe, thermostatée à 40°C et agitée manuellement pendant 5 mn. Après décantation des deux phases, on détermine la teneur en uranium du solvant organique et la teneur en uranium de la solution d'acide phosphorique. Les résultats obtenus sont donnés sur la figure 5 dont les courbes I, III et IV illustrent respectivement la teneur en uranium VI (en mg/I) du solvant organique en fonction de la teneur en uranium (mg/I) de l'acide phosphorique, pour les systèmes d'extractants I, III et IV.
  • Au vu de cette figure, on constate que le système d'extractants n° III de l'invention est nettement supérieur aux systèmes d'extractants N° I et IV de l'art antérieur.
  • Sur la figure 6, on a illustré également les résultats obtenus en ce qui concerne l'extraction du fer en fonction du nombre de contacts. Sur cette figure, la courbe 2 représente l'évolution de la concentration en fer du solvant organique en fonction du nombre de contacts, et la courbe 1 représente l'évolution de la concentration en uranium du solvant organique en fonction du nombre de contacts, lorsqu'on utilise le système d'extractants III de l'invention.
  • Le solvant organique ainsi obtenu qui contient 798 mg/I d'uranium et 775 mg/I de fer est mis en contact avec une solution de carbonate d'ammonium à 140 g/I et 0,5 M en NH40H pour réextraire l'uranium en solution et séparer le fer sous forme d'hydroxyde. A la fin de cette réextraction, la phase organique contient seulement 0,4 mg/I d'uranium et 1 mg/I de fer.
  • L'exploitation des courbes de la figure 5 selon la méthode de Mac Cabe et Thiele conduit aux conclusions suivantes: avec un taux de récupération en uranium de 99%, on obtient un facteur de concentration de 6,1 pour 5 étages avec le système d'extractants N° III alors que dans le cas des systèmes de l'art antérieur (n° I et IV) on obtient respectivement des facteurs de concentration de 2,3 et de 3,0.
  • Ainsi, le système d'extractants n° III extrait plus de trois fois mieux l'uranium que le système classique de l'art antérieur (système n° I) et plus de deux fois mieux que le système n° IV de l'art antérieur. De ce fait, on peut réduire le volume de phase organique et donc limiter les consommations en carbonate d'ammonium et en ammoniaque lors de l'opération de réextraction.
    • Exemple 7
  • On utilise différents mélanges d'extractants pour récupérer l'uranium à partir d'acide phosphorique industriel présentant les caractéristiques suivantes:
    • - densité: 1,292
    • - potentiel redox: 370 mV/E. C. S.
    • - viscosité: 4,65 cp
    • - teneur en uranium: 135 mg · I-1
    • - teneur en P04: 484,9 g . I-1 (P2O5 = 28,04%)
    • - teneur en F: 15,8 g · I-1
    • - teneur en V: 174 mg · I-1
    • - teneur en S04: 18,26 g · I-1
    • - teneur en Fe: 2,12 g - I-1
    • - teneur en AI: 1,62 g · I-1
  • Les solvants organiques utilisés contiennent les systèmes d'extractants I, III, IV ou V du tableau 2 joint, et un diluant constitué par du kérosène connu sous la dénomination commerciale ISOPAR L. Dans chaque solvant testé, la teneur en oxyde de phosphine est de 0,125 M et la teneur en composé organo phosphoré acide est de 0,500 M.
  • On réalise l'extraction en mettant en contact à 39°C un volume de la solution aqueuse d'acide phosphorique avec un volume du solvant organique sous agitation pendant environ 5 min; on sépare ensuite les deux phases puis on les prélève et on les analyse chacune pour obtenir leur concentration en uranium et leur concentration en fer et déterminer ensuite le coefficient de partage D de l'uranium et le coefficient de partage D du fer. Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 3, joint. Au vu de ce tableau, on constate que les solvants organiques contenant le système d'extractants de l'invention, c'est-à-dire le composé organophosphoré acide HBIDIBOPP associé à un oxyde de phosphinetel que le POX 11 ou le TOPO permettent d'obtenir des résultats très améliorés par rapport aux systèmes d'extractants I et IV de l'art antérieur.
  • Dans une autre série d'essais, on effectue l'extraction en mettant en contact successivement comme dans l'exemple 6, huit fractions d'acide phosphorique industriel avec une fraction de chacun desants organiques du tableau 3 pour obtenir les courbes d'équilibre analogues à celles représentées sur la figure 5. Une exploitation de ces courbes pour les différents solvants selon la méthode de Mac Cabe et Thiele indique que pour obtenir à la sortie d'une installation d'extraction à 5 étages de l'acide phosphorique ayant une teneur en uranium inférieure ou égale à 3-4 mg . I-1, on charge le solvant d'extraction à:
    • - 350 mg - I-1 d'uranium et 78 mg - I-1 de fer pour le système d'extractants n° 1
    • - 450 mg · I-1 d'uranium et 125 mg · I-1 de fer pour le système d'extractants n° IV,
    • - 1000 mg · I-1 d'uranium et environ 1250 mg · I-1 de fer pour le système d'extractants n° III, et
    • - 800 mg · I-1 d'uranium et environ 800 mg · I-1 de fer pour le système d'extractants n° V.
  • Ainsi, on remarque que pour la même efficacité de traitement, on obtient avec les systèmes d'extractants de l'invention des solvants beaucoup plus chargés en uranium.
    • Exemple 8
  • Cet exemple concerne l'extraction de l'uranium contenu dans de l'acide phosphorique industriel présentant les mêmes caractéristiques que celui de l'exemple 7, en utilisant pour l'extraction l'installation représentée sur la figure 7.
  • Sur cette figure 7, la référence A désigne l'unité d'extraction de l'uranium qui comprend cinq étages d'extraction, la référence B représente une unité de lavage du solvant organique qui comprend trois étages, les références C1, C2 et C3 désignent les trois étages de réextraction de l'uranium, la référence D illustre l'unité de séparation de l'uranium et la référence E désigne l'unité de réacidification du solvant organique, qui comprend deux étages.
  • Dans l'unité d'extraction A, on introduit par la ligne 1 a, l'acide phosphorique industriel après avoir floculé et décanté celui-ci. On précise que cet acide a été soumis au préalable à un traitement d'oxydation pour amener la totalité de l'uranium sous la forme hexavalente, ce qui amène également le fer à l'état trivalent. Dans l'unité d'extraction A, l'acide phosphorique est mis en contact à contre-courant avec un solvant organique introduit par la ligne 3 a. Ce solvant organique comprend un système d'extractants constitué par un composé organophosphoré acide et par un oxyde neutre de phosphine dilué dans du kérosène connu sous la dénomination commerciale ISOPAR L, la concentration en composé organophosphoré acide du solvant étant de 0,5 mot · I-1 et la concentration en oxyde de phosphine du solvant organique étant de 0,125 mol - 1-1.
  • La solution d'acide phosphorique circule dans l'unité d'extraction à un débit qui est maintenu à la valeur de 4 I/h, et le solvant organique circule à contre-courant dans l'unité d'extraction en étant introduit à un débit de 1,6 I/h pour le système d'extractants n° I, de 1,0 I/h pour le système d'extractants n° IV et de 0,54 I/h pour le système d'extractants n° III.
  • Dans chaque étage d'extraction, on recycle une partie du solvant organique sortant de cet étage, ce qui permet d'augmenter le volume de phase organique en contact avec l'acide phosphorique dans l'unité d'extraction A dont tous les étages sont maintenus à 35°C.
  • A la sortie de l'unité d'extraction A, l'acide phosphorique ne contenant pratiquement plus d'uranium est évacué par la ligne 1 b et le solvant organique chargé en uranium et en fer est évacué par la ligne 3 b. Ce solvant passe ensuite dans l'unité de lavage comportant trois étages où il est lavé par de l'eau pour éliminer les ions phosphoriques entraînés par le solvant. L'eau chargée d'acide phosphorique qui quitte le dernier étage de l'unité de lavage est recyclée dans l'usine de fabrication d'acide phosphorique où elle sert au lavage ou au rinçage des installations.
  • A la sortie de l'unité de lavage B, le solvant organique est introduit par la ligne 3 c dans le premier étage de réextraction C1, puis il circule dans les étages suivants C2 et C3, les étages C1, C2 et C3 étant maintenus à 40°C.
  • Dans les étages C2 et C3, il est mis en contact à contre-courant avec une solution de carbonate d'ammonium à 155 g · l-1 introduite dans le dernier étage C3 par la ligne 4 a et dans l'étage C1, il est mis en contact à contre-courant avec la solution de carbonate provenant de l'étage C2 et avec de l'ammoniaque à 200 g · I-1 injectée par la ligne 5 dans la solution de carbonate qui pénètre dans le premier étage C1. On règle le débit d'ammoniaque à l'aide d'une vanne commandée par un pH-mètre de façon à maintenir le pH du premier étage C1 à une valeur de 8,2. De même, on règle le débit de la solution de carbonate d'ammonium introduite dans le dernier étage C3 par la ligne 4 a de façon telle qu'il corresponde à 50 à 80% de la quantité stoechiométrique nécessaire pour neutraliser, d'une part, le composé organo phosphoré acide et transformer, d'autre part, l'uranium en uranyle tri-carbonate d'ammonium.
  • Lors de la réextraction, le solvant organique chargé en uranium et en fer, qui est tout d'abord en contact avec l'ammoniaque se transforme peu à peu en un sel d'ammonium hydraté et la phase aqueuse qui se déplace à contre-courant s'enrichit en uranium et en fer, le carbonate d'ammonium réagissant avec l'uranium pour former de l'uranyle tricarbonate d'ammonium qui reste en solution et le fer étant précipité sous la forme d'hydroxyde que l'on sépare par filtration. La phase aqueuse contenant l'uranyle tricarbonate d'ammonium sort du premier étage de réextraction Ci par la ligne 4b et elle est ensuite dirigée vers l'unité de séparation D de l'uranium.
  • Dans cette installation, l'uranium peut être séparé de la solution, soit sous forme d'oxyde, soit sous forme d'uranate de sodium. Pour obtenir l'uranium sous forme de trioxyde d'uranium, on soumet la solution d'uranyle tricarbonate d'ammonium dans un réacteur à barbotage d'air, à température comprise entre 90 et 100°C, pendant environ 6 heures, puis on filtre le précipité et on le lave à l'eau; après séchage à 120°C et grillage à 400°C environ, on obtient ainsi le trioxyde d'uranium. Pour obtenir l'uranium sous forme d'uranate de sodium, on neutralise au moyen de soude, à environ 80°C la solution d'uranyle tricarbonate d'ammonium qui a été préalablement dégazée par barbotage d'air vers 90°C pour éliminer le gaz carbonique et l'ammoniaque, puis on précipite l'uranium par addition d'hydroxyde de sodium à la solution, en opérant à une température de 80°C pendant 1 heure. Après filtration et lavage à l'eau à 50°C, on recueille l'uranate de sodium qui peut être transformé ultérieurement en diuranate d'ammonium ou en trioxyde d'uranium.
  • A la sortie du troisième étage C3 de réextraction, le solvant organique désuranié est évacué par la ligne 3 d et envoyé à l'unité purification réacidification E comportant deux étages dans lesquels il est traité au moyen d'acide phosphorique introduit par la ligne 1 c, cet acide phosphorique constituant une fraction de l'acide phosphorique qui sort de l'unité d'extraction A par la conduite 1 b. Par mise en contact du solvant organique avec l'acide phosphorique, on décompose le sel d'ammonium de l'agent d'extraction, ce qui conduit à la formation de phosphate d'ammonium évacué par la ligne 6 et à l'obtention de solvant organique acidifié, qui peut être recyclé par la ligné 3 a pour être réutilisé dans l'unité d'extraction A.
  • On précise que le phosphate d'ammonium ainsi récupéré peut être commercialisé directement ou être utilisé dans les unités de fabrication d'engrais.
  • On réalise dans cette installation différents essais d'extraction de l'uranium à partir d'acide phosphorique industriel en utilisant des solvants organiques comprenant les systèmes d'extractants I, III ou IV du tableau 3 pour traiter 472 I d'acide phosphorique, ce qui représente une durée de 118 h. Pendant ces 118 h, on utilise 73 h pour tester le système d'extractants n° III de l'invention, ce qui correspond à 292 I d'acide phosphorique traité. Dans chaque cas, on prélève des échantillons de phase organique et de phase aqueuse dans chacun des étages d'extraction après avoir atteint l'équilibre et on détermine leur teneur en uranium et éventuellement en fer. Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau 4.
  • Au vu de ces résultats, on constate qu'il est possible d'atteindre une charge de 1003 mg - 1-1 avec le solvant de l'invention en utilisant simplement 5 étages d'extraction. On peut d'ailleurs charger ce solvant à 1220 mg I-1 en utilisant un sixième étage tout en obtenant à la sortie de l'acide phosphorique contenant moins de 2 mg/I d'uranium. Dans ce cas, le débit de solvant organique est de 0,43 I/h.
  • Dans le cas des solvants de l'art antérieur, une installation d'extraction à 5 étages permet seulement de charger le solvant organique à 300 ou 540 mg · I-1, si l'on veut obtenir à la sortie de l'acide phosphorique contenant moins de 2 mg · I-1 d'uranium.
  • Par ailleurs, ces résultats montrent que l'on obtient pratiquement la charge théorique en uranium du solvant.
    Figure imgb0024
    Figure imgb0025
    Figure imgb0026
    Figure imgb0027

Claims (12)

1. Procédé de récupération de l'uranium (VI) présent dans une solution d'acide phosphorique par mise en contact de ladite solution avec un solvant organique apte à extraire l'uranium, caractérisé en ce que ledit solvant organique comprend un système d'extractants constitués respectivement:
- par un oxyde neutre de phosphine de formule:
Figure imgb0028
dans laquelle R1, R2 et R3 qui sont identiques ou différents représentent des radicaux alkyle, aryle, ou alcoxyalkyle, et
- par un composé organophosphoré acide de formule:
Figure imgb0029
dans laquelle R4 et R5 qui sont identiques ou différents, représentent un radical alkoxyalkyle linéaire ou ramifié comportant au moins une fonction éther-oxyde ou un radical aryloxyalkyle.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé organophosphoré acide répond à la formule:
Figure imgb0030
dans laquelle R6 et R7 qui sont identiques ou différents, sont des radicaux alkyle ou aryle, et n et n' qui peuvent être identiques ou différents, sont des nombres égaux à 2 ou 3.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que n et n' sont égaux à 2 et en ce que RB et R7 sont des radicaux alkyle ayant au moins 8 atomes de carbone.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que n et n' sont égaux à 2, et R6 et R7 représentent le radical éthyl-2-hexyle.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé organophosphoré acide répond à la formule:
Figure imgb0031
dans laquelle R8 et R9 qui sont identiques ou différents, représentent des radicaux alkyle ou aryle, et p et q qui peuvent être identiques ou différents, sont égaux à 1 ou 2.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que p et q sont égaux à 1, et R8 et R9 sont des radicaux alkyle ayant au moins 4 atomes de carbone.
7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que p et q sont égaux à 1, et les radicaux R8 et R9 représentent le radical butyle.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que dans la formule de l'oxyde neutre de phosphine, l'un au moins des radicaux R1, R2 et R3 est un radical alcoxy-alkyle.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'oxyde neutre de phosphine est l'oxyde de di-n-hexyl-octoxyméthylphosphine.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'oxyde neutre de phosphine est l'oxyde de tri-n-octylphosphine.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le rapport molaire du composé organophosphoré acide sur l'oxyde neutre de phosphine est de 1 à 9, et de préférence de 2 à 4.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3, 4, 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de réextraction de l'uranium extrait dans ledit solvant organique, cette étape de réextraction étant réalisée dans un appareil de réextraction comportant au moins deux étages, et consistant à mettre en circulation dans lesdits étages ledit solvant organique contenant l'uranium en l'introduisant dans le premier étage, à mettre en circulation dans lesdits étages à contre-courant dudit solvant organique une solution aqueuse de carbonate d'ammonium en l'introduisant dans le dernier étage en quantité telle qu'elle représente 50 à 80% de la quantité stoechiométrique nécessaire pour neutraliser le composé organophosphoré acide et pour transformer l'uranium présent dans le solvant organique en uranyle tricarbonate d'ammonium, et à ajouter de l'ammoniac sous forme de gaz ou de solution aqueuse à la solution de carbonate d'ammonium circulant dans le premier étage pour maintenir le pH dudit premier étage à une valeur comprise entre 8 et 9,5 et de préférence entre 8 et 8,5.
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