FR2738663A1 - Procede de separation d'actinides trivalents et d'elements de terres rares d'un dechet liquide fortement acide - Google Patents
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Abstract
Le procédé met en oeuvre le procédé TRUEX utilisant un solvant de mélange CMPO-TBP. Le procédé comprend une étape d'extraction d'actinides trivalents/éléments de terres rares dans laquelle les actinides trivalents et les éléments de terres rares sont extraits, au moyen d'un solvant, d'un déchet fortement acide généré par retraitement d'un combustible nucléaire usé, une étape d'extraction d'acide nitrique dans laquelle la concentration d'acide nitrique du solvant utilisé pour extraire les actinides trivalents et les éléments de terres rares, est réduite, et une étape de séparation dans laquelle les actinides trivalents et les éléments de terres rares contenus dans le solvant à faible concentration d'acide nitrique, sont séparés les uns des autres.
Description
l Domaine de l'invention
La présente invention concerne un procédé de sépa-
ration d'actinides trivalents et d'éléments de terres rares.
Plus particulièrement, l'invention concerne la sé-
paration d'actinides trivalents et d'éléments de terres rares, d'un déchet liquide fortement acide produit par retraitement
d'un combustible nucléaire usé, ainsi qu'un procédé de sépara-
tion permettant une commande de procédé facile.
Arrière-plan de l'invention Un déchet fortement radioactif généré par retraite- ment d'un combustible nucléaire usé contient divers éléments
qui conservent leur toxicité sur de longues périodes de temps, comme par exemple les éléments transuranium (TRU), de sorte que le traitement et la mise au rebut de ces éléments pose un pro-15 blême. Parmi les éléments transuranium, les actinides triva-
lents comme l'américium (Am) et le curium (Cm) ont une toxicité particulièrement élevée, de sorte qu'il est souhaitable de les
retirer du déchet radioactif et de les traiter de manière ap-
propriée. Lorsqu'on utilise Am et Cm comme combustible, Am, Cm et des éléments de terres rares qui se ressemblent chimiquement
entre eux, doivent être séparés.
Un procédé de séparation des éléments transuranium comprenant des actinides trivalents tels que Amn ou Cm et des
produits de fission nucléaire (FP) provenant d'un déchet forte-
ment radioactif, est le procédé TRUEX. Dans le procédé TRUEX,
l'oxyde octyle (phényle)-N, N-di-isobutylcarbamoylméthylphos-
phine (appelé ci-après CMPO) et l'acide tributylphosphorique (appelé ciaprès TBP) sont mélangés à un diluant d'hydrocarbure (par exemple du ndodécane) pour former un solvant avec lequel les éléments transuranium sont extraits. Ce solvant sera appelé ci-après solvant de mélange CMPOTBP. Le solvant CMPO-TBP est amené en contact avec le déchet acide radioactif pour séparer
les éléments transuranium et les produits de fission nucléaire.
Selon le procédé TRUEX, les éléments transuranium comprenant des actinides trivalents tels que Amn et Cm sont extraits par le
solvant de mélange CMPO-TBP, en laissant les produits de fis-
sion nucléaire dans la phase aqueuse.
Cependant, les éléments de terres rares dans les produits de fission nucléaire sont également extraits avec les éléments transuranium par le solvant CMPO-TBP. Par suite, le procédé ne pouvait être utilisé pour séparer des éléments de terres rares, les actinides trivalents tels que Am et Cm dans
les éléments transuranium.
Divers procédés d'extraction de solvant ont été dé-
veloppés et proposés jusqu'ici pour séparer les uns des autres des actinides trivalents et des éléments de terres rares. Des exemples typiques consistent en un procédé utilisant du TBP, c'est à dire un agent d'extraction organophosphoreux neutre, et
le procédé TALSPEAK qui était développé dans les années 1960.
Un problème posé par le procédé utilisant du TBP non dilué, était que les actinides trivalents étaient séparés des éléments de terres rares en utilisant une solution d'acide
nitrique de concentration supérieure à 10M, et que les procédu-
res de séparation devaient donc être effectuées à des concen-
trations d'acide très élevées. Il se posait également le problème que, malgré ces conditions rigoureuses, le rapport de répartition des actinides trivalents et des éléments de terres
rares était petit, et le facteur de séparation de chaque élé-
ment était faible.
Dans le procédé TALSPEAK, les actinides trivalents et les éléments de terres rares étaient séparés en utilisant un
réactif organophosphoreux acide (HDEHP, acide di-2-éthylhexyle-
phosphorique) et un agent de composition complexe de type ami-
nopolyacétique (par exemple de l'acide diéthylènetriamine pen-
tacétique). Selon ce procédé TALSPEAK, les actinides trivalents et les éléments de terres rares pouvaient être séparés les uns
des autres avec une efficacité très élevée.
Cependant, selon le procédé TALSPEAK indiqué ci-
dessus, un pH environ de 3 devait être maintenu dans l'étape de
séparation pour obtenir des conditions de séparation convena-
bles.
Le déchet fortement radioactif généré par le re-
traitement d'un combustible nucléaire usé contient normalement de l'acide en concentration approximativement de 3M. Il était donc nécessaire de soumettre le déchet fortement acide à une étape de dénitrification servant de prétraitement, pour réduire
son acidité avant d'utiliser le procédé TALSPEAK. Il était éga-
lement nécessaire de maintenir le pH à 3 pendant tout le pro-
cessus de séparation et, normalement, le pH devait être contrôlé en ajoutant des amortisseurs de pH tels que des acides
carboxyliques fortement concentrés (par exemple de l'acide lac-
tique) à la solution de dépouillement. Il était difficile de
régler le pH avec précision.
De plus, lorsqu'on effectue un traitement pour re-
tirer des amortisseurs ou stabilisateurs contenus dans les pro-
duits d'actinides trivalents séparés par le procédé TALSPEAK,
on obtient une solution d'acide nitrique concentrée de concen-
tration approximativement lM, mais cela est indésirable du
point de vue de l'application du produit.
La présente invention, qui a été conçue compte tenu des problèmes cidessus, a donc pour but de créer un procédé pour séparer les uns des autres des actinides trivalents et des éléments de terres rares dans le procédé TRUEX utilisant un
solvant de mélange CMPO-TBP.
Pour résoudre les problèmes ci-dessus, le procédé de séparation d'actinides trivalents et d'éléments de terres rares, selon la présente invention, comprend: - une étape d'extraction d'actinides trivalents et
d'éléments de terres rares pour extraire les actinides triva-
lents et les éléments de terres rares d'un déchet fortement acide généré par retraitement d'un combustible nucléaire usé, cette extraction étant effectuée en utilisant un solvant,
- une étape d'extraction d'acide nitrique pour ré-
duire la concentration en acide nitrique du solvant qui extrait les actinides trivalents et les éléments de terres rares, et - une étape de séparation pour séparer les uns des autres les actinides trivalents et les éléments de terres rares contenus dans le solvant présentant une faible concentration
d'acide nitrique.
Dans l'étape d'extraction des actinides triva-
lents/éléments de terres rares, les actinides trivalents et les éléments de terres rares sont extraits par un solvant fortement acide. Au contraire, dans l'étape de séparation des éléments de terres rares/actinides trivalents, les éléments de terres rares et les actinides trivalents ne peuvent être séparés et extraits que si le pH est inférieur à une valeur prédéterminée de par
exemple 1,5-3.
Par suite, selon la présente invention, la sépara- tion des éléments de terres rares et des actinides trivalents est rendue possible en utilisant une étape d'extraction d'acide
nitrique entre l'étape d'extraction des actinides triva-
lents/éléments de terres rares, et l'étape de séparation des
éléments de terres rares/actinides trivalents, de manière à re-
tirer ainsi une quantité prédéterminée d'acide nitrique de la
solution obtenue dans l'étape d'extraction d'actinides triva-
lents/éléments de terres rares, afin de régler à un niveau con-
venable la concentration de l'acide. De cette manière, on obtient une bonne séparation des actinides trivalents et des
éléments de terres rares.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention:
- dans l'étape d'extraction d'actinides triva-
lents/éléments de terres rares, les actinides trivalents et les éléments de terres rares sont extraits en utilisant un solvant
comprenant un mélange d'oxyde d'octyle (phényle)-N, N-di-
isobutylcarbamoylméthylphosphine en concentration de 0,2M, d'acide tributylphosphorique en concentration de 1,0-1,4M, et d'un diluant d'hydrocarbure; - dans l'étape d'extraction d'acide nitrique, on retire une quantité prédéterminée d'acide nitrique du solvant tout en maintenant les actinides trivalents et les éléments de terres rares dans le solvant, en amenant le solvant utilisé
pour extraire les actinides trivalents et les éléments de ter-
res rares, en contact avec une solution aqueuse d'acide nitri-
que ayant une concentration de O,lM ou moins, et contenant 0,2-
1,OM d'un nitrate, de manière à réduire à 0,01M ou moins la concentration en acide nitrique du solvant; - dans l'étape de séparation d'éléments de terres rares/actinides trivalents, une solution aqueuse comprenant des
nitrates ayant une concentration de 1-5M et un agent de forma-
tion de mélange complexe ayant une concentration de 0,01-0,lM, est amenée en contact avec le solvant contenant les actinides trivalents et les éléments de terres rares, la concentration en acide nitrique du solvant ayant été réduite à 0,01M ou moins;
- le pH d'une solution traitée dans l'étape de sé-
paration d'éléments de terres rares/actinides trivalents, se situe dans la plage de 1,5-3; - les nitrates utilisés dans l'étape d'extraction d'acide nitrique et dans l'étape de séparation d'éléments de
terres rares/actinides trivalents, comprend un ou plusieurs ni-
trates de métaux choisis dans un groupe comprenant les nitrates de métaux alcalins et les nitrates de métaux de terres rares alcalins, ou le nitrate d'hydroxylammonium;
- le pH d'une solution traitée dans l'étape de sé-
paration d'éléments de terres rares/actinides trivalents, se situe dans la plage de 1,8-2;2; - l'agent de formation de mélange complexe utilisé dans l'étape de séparation d'éléments de terres rares/actinides trivalents, est un acide aminopolyacétique; - l'agent de formation de mélange complexe utilisé dans l'étape de séparation d'éléments de terres rares/actinides trivalents, est au moins une substance choisie dans un groupe comprenant de l'acide diéthylènetriamine pentacétique, de
l'acide éthylènediamine tétracétique, et de l'acide nitrilo-
triacétique;
- la température du processus dans l'étape de sépa-
ration d'éléments de terres rares/actinides trivalents, se si-
tue dans une plage comprise entre 25 C et 40 C; Le procédé de l'invention comprend en outre une étape d'enlèvement pour enlever les éléments de terres rares seuls en utilisant de l'acide nitrique dilué dans un solvant contenant les éléments de terres rares ayant été séparés des
actinides trivalents.
Description des dessins
La présente invention sera décrite ci-après de ma-
nière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représen-
tés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un ordinogramme de principe du procédé de séparation d'actinides trivalents et d'éléments de terres rares selon la présente invention; - la figure 2 est un diagramme de processus d'une expérience typique dans laquelle les actinides trivalents sont
séparés des éléments de terres rares par un procédé à contre-
courant à étages multiples selon la présente invention; - la figure 3 est un diagramme représentant, en fonction de la concentration en nitrate de sodium, le rapport
de répartition des actinides trivalents et des éléments de ter-
res rares dans l'enlèvement des actinides trivalents; - la figure 4 est un diagramme représentant, en
fonction du pH, le rapport de répartition des actinides triva-
lents et des éléments de terres rares dans l'enlèvement des ac-
tinides trivalents; - la figure 5 est un diagramme représentant, en
fonction de la concentration en agent DTPA de formation de mé-
lange, le rapport de répartition des actinides trivalents et des éléments de terres rares dans l'enlèvement des actinides trivalents; et - la figure 6 est un diagramme représentant le rap- port de distribution du Am dans l'enlèvement sélectif de
l'acide nitrique au cours d'une seconde étape.
Description de l'invention
Une forme préférée de réalisation de la présente
invention sera maintenant décrite en se référant à l'ordino-
gramme de principe, représenté à la figure 1, du procédé de sé-
paration d'actinides trivalents et d'éléments de terres rares.
Ln est un élément de terre rare et An (III) est un actinide trivalent. Pour résoudre les problèmes ci-dessus, le procédé de séparation d'actinides trivalents et d'éléments de terres
rares selon la présente invention, comprend une étape d'extrac-
tion d'actinides trivalents/éléments de terres rares pour ex-
traire les actinides trivalents et les éléments de terres rares
d'un déchet fortement acide généré par retraitement d'un com-
bustible nucléaire usé, cet extraction étant effectuée en uti-
lisant un solvant, une étape d'extraction d'acide nitrique pour
réduire la concentration en acide nitrique du solvant qui ex-
trait les actinides trivalents et les éléments de terres rares, et une étape de séparation pour séparer les uns des autres les actinides trivalents et les éléments de terres rares contenus dans le solvant présentant une faible concentration en acide nitrique.
Dans l'étape d'extraction des actinides triva-
lents/éléments de terres rares, les actinides trivalents et les éléments de terres rares sont extraits par un solvant fortement acide. Au contraire, dans l'étape de séparation des éléments de terres rares/actinides trivalents, les éléments de terres rares et les actinides trivalents ne peuvent être séparés et extraits que si le pH est inférieur à une valeur prédéterminée de par
exemple 1,5 - 3.
Le procédé de séparation des éléments de terres ra-
res et des actinides trivalents selon la présente invention,
comprend une étape d'extraction des actinides triva-
lents/éléments de terres rares pour extraire les actinides et les éléments de terres rares d'un déchet fortement acide généré
par retraitement d'un combustible nucléaire usé, cette extrac-
tion étant effectuée en utilisant un solvant, une étape d'ex-
traction d'acide nitrique pour réduire la concentration en acide nitrique du solvant utilisé pour extraire les actinides
trivalents et les éléments de terres rares, et une étape de sé-
paration pour séparer les uns des autres les actinides triva-
lents et les éléments de terres rares contenus dans le solvant
présentant une faible concentration en acide nitrique.
Des exemples d'actinides trivalents obtenus par le procédé de séparation selon l'invention, sont l'américium (Am), le curium (Cm) le berkélium (Bk) et le californium (Cf). Des exemples d'éléments de terres rares obtenus par le procédé de séparation selon la présente invention, sont l'yttrium (Y) et les lanthanides provenant du lanthanum (La), le cérium (Ce) et le néodyme (Nd), en allant jusqu'au lutétium (Lu), mais plus particulièrement (Y) et les lanthanides allant
de (La) au gadolinium (Gd).
Le procédé de séparation d'actinides trivalents et d'éléments de terres rares selon la présente invention peut s'appliquer à n'importe quel déchet généré par retraitement d'un combustible nucléaire usé. Cependant, lorsque de l'uranium (U) et du plutonium (Pu) sont présents dans un déchet à niveau de radioactivité élevé au-dessus d'une certaine concentration, ces éléments peuvent perturber l'étape d'extraction au solvant utilisant le solvant de mélange CMPO-TBP. Il est donc prudent de supprimer (U) et (Pu) par le procédé PUREX avant d'extraire les actinides trivalents et les éléments de terres rares par le procédé selon la présente invention. Etape d'extraction des actinides trivalents et des éléments de terres rares Dans cette étape, les actinides trivalents et les éléments de terres rares sont extraits du déchet à niveau de
radioactivité élevé indiqué ci-dessus, par un solvant de mé-
lange CMPO-TBP en utilisant le procédé TRUEX.
Les actinides trivalents et les éléments de terres rares sont extraits en amenant le solvant de mélange comprenant
de préférence du CMPO, de l'oxyde octyle (phényle)-N, N-di-
isobutylcarbamoylméthylphosphine en concentration de 0,2M, de l'acide tributylphosphorique en concentration de 1,0-1,4M, et
un diluant d'hydrocarbure, en contact avec le déchet radioac-
tif. Le diluant d'hydrocarbure peut être du n-dodécane qui consiste en un hydrocarbure aliphatique à chaîne droite, ou du NPH qui consiste en un mélange d'hydrocarbures aliphatiques
avec différents nombres d'atomes de carbone.
Lorsque la concentration de CMPO est inférieure à
0,2M, la capacité d'extraction des actinides trivalents dimi-
nue. Lorsque le CMPO est supérieur à 0,2M, la phase organique a
tendance à se séparer en deux phases lorsqu'on extrait des mé-
taux d'une certaine concentration. Lorsque la concentration de TBP est inférieure à 1,OM, la phase organique a tendance à se
séparer en deux phases lorsqu'on extrait des métaux d'une cer-
taine concentration. D'autre part, lorsque la concentration de
TBP est supérieure à 1,4M, le poids spécifique de la phase or-
ganique augmente de manière indésirable.
Etape d'extraction d'acide nitrique
Dans cette étape, une solution aqueuse d'acide ni-
trique contenant 0,2-1,OM d'un nitrate constituant un agent de
salage, et réglée au pH 2-3, est amenée en contact avec le sol-
vant de mélange CMPO-TBP lorsque le solvant contient encore les actinides trivalents et les éléments de terres rares extraits dans l'étape d'extraction ci-dessus. Cela n'enlève que l'acide nitrique du solvant de mélange CMPO-TBP, et règle à O,01M ou
moins la concentration d'acide dans le solvant.
Le nitrate peut par exemple être un nitrate de mé-
tal tel qu'un nitrate de métal alcalin, ou un nitrate de métal
de terre rare alcalin, ou encore un nitrate d'hydroxylammonium.
Les métaux alcalins préférés des nitrates de métaux alcalins sont le lithium (Li), le sodium (Na) et le potassium (K). Les métaux de terres rares alcalins préférés des nitrates de métaux de terres rares alcalins sont le magnésium (Mg) et le calcium (Ca).
Etape de séparation des éléments de métaux de ter-
res rares et des actinides trivalents
Dans cet étape, le solvant de mélange CMPO-TBP con-
tenant des actinides trivalents et des éléments de terres ra-
res, dans lequel la concentration d'acide a été réduite à 0, 01M ou moins, est amené en contact avec une solution aqueuse comprenant un sel de nitrate en concentration de 1-5M, et un agent de formation de mélange complexe en concentration de O,01-O,lM. Cela enlève les actinides trivalents du solvant de mélange CMPO-TBP dans la phase aqueuse, ce qui permet ainsi de les séparer des éléments de terres rares. Il est préférable que le pH soit réglé à l'intérieur de la plage de 1,8- 2,2 dans
l'étape de séparation.
Lorsque la concentration du sel de nitrate dans la solution aqueuse cidessus est inférieure à lM, le rapport de répartition des éléments de terres rares ne peut être maintenu suffisamment élevé. Inversement, lorsque la concentration du
sel de nitrate dépasse 5M, le rapport de répartition des acti-
nides trivalents est trop élevé. Lorsque la concentration de l'agent de formation de mélange complexe est inférieure à O,01M, le rapport de répartition des actinides trivalents est trop élevé et, lorsque la concentration de l'agent de formation de mélange complexe dépasse 0,lM, le rapport de répartition des éléments de terres rares ne peut être maintenu suffisamment
élevé. De plus, lorsque la concentration d'acide dans le sol-
vant de mélange CMPO-TBP dépasse 0,01M, il existe un risque que
le pH diminue dans le processus.
Un rapport de répartition élevé se rapporte au fait
que la concentration d'une espèce chimique dans la phase orga-
nique est supérieure à sa concentration dans la phase aqueuse; inversement, un rapport de répartition bas se rapporte au fait que sa concentration dans la phase aqueuse est supérieure à
celle dans la phases organique.
Le nitrate indiqué ci-dessus peut être un sel de métal alcalin ou un sel d'hydroxylammonium. Des exemples préfé-
rés de nitrates sont les nitrates de métaux alcalins ou le ni-
trate d'hydroxylammonium, et les métaux alcalins particuliè-
rement préférés sont le lithium (Li), le sodium (Na) et le po-
tassium (K).
Des exemples d'agents de formation de mélange com-
plexe sont les acides aminopolyacétiques tels que l'acide di-
éthylènetriamine pentacétique (DTPA), l'acide éthylènediamine
tétracétique (EDTA) et l'acide nitrilotriacétique (NTA).
La température dans cette étape va de préférence de
la température ambiante jusqu'à environ 40 C. Il n'est pas sou-
haitable d'effectuer l'opération à température élevée car cela
abaisse le rapport de répartition.
Le temps pendant lequel la solution aqueuse conte-
nant l'agent de formation de mélange complexe et l'agent de sa-
lage, est amenée en contact avec le solvant utilisé pour extraire les métaux, est de préférence d'au moins 5 minutes, et
le temps de retenue dans le processus de contre-courant à éta-
ges multiples est de préférence réglé à ce niveau.
Enlèvement des éléments de terres rares Dans cette étape, les éléments de terres rares sont enlevés, en utilisant de l'acide nitrique dilué, du solvant de mélange CMPO-TBP contenant des éléments de terres rares qui ont été séparés des actinides trivalents dans l'étape précédente. Le solvant dont les éléments de terres rares ont été enlevés, Il
après extraction des éléments résiduels, est recyclé comme sol-
vant utilisé, dans le système de traitement de solvant.
Description des exemples réels
La présente invention sera décrite ci-après plus spécifiquement en se référant à des expériences typiques. (1) Déchet liquide comme solution d'alimentation
On utilisait la solution obtenue en prenant un raf-
finat généré par application du procédé PUREX à un combustible irradié dans un réacteur expérimental rapide "Joyo", puis en le
traitant par le procédé TRUEX. Cette solution contenait les ac-
tinides trivalents Am et Cm, ainsi que les éléments de terres
rares Y, La, Ce, Pr, Nd, Prm, Sm et Eu.
(2) Procédé La figure 2 est un ordinogramme d'une expérience typique effectuée en appliquant le procédé de contre-courant à étages multiples, à la séparation d'actinides trivalents et
d'éléments de terres rares selon la présente invention.
Première étape: Séparation d'actinides triva-
lents/éléments de terres rares.
Le solvant CMPO-TBP comprenant 0,2M de CMPO, 1,OM de TBP et du n- dodécane étaient mis en circulation à un débit relatif de 100, puis du 3MH03 et le déchet à traiter ci-dessus
étaient mis en contre-circulation à des débits relatifs de res-
pectivement 50 et 200. Les actinides trivalents et les éléments de terres rares étaient extraits par le solvant de mélange, et l'ont confirmait par une analyse de radioactivité qu'il n'y avait pas d'actinides trivalents et d'éléments de terres rares
dans la phase aqueuse.
Seconde étape: Enlèvement de l'acide nitrique.
Le solvant CMPO-TBP indiqué ci-dessus, contenant les actinides trivalents et les éléments de terres rares, était mis en circulation à un débit relatif de 100, et une solution à 0,01M d'acide nitrique contenant 0,5M de nitrate de sodium, était mise en contre-circulation à un débit relatif de 100. La concentration d'acide du solvant déchargé de cette étape était
inférieure à 0,0O1M. Ce solvant était transporté à l'étape sui-
vante par une pompe, et la phase aqueuse était jetée.
Troisième étape: Séparation des éléments de terres
rares et des actinides trivalents.
Le solvant CMPO-TBP traité dans l'étape précédente était mis en circulation à un débit relatif de 100, un solvant de composition identique (solvant CMPO-TBP comprenant 0,2M de
CMPO, l,OM de TBP et du n-dodécane) lavé par de l'acide nitri-
que dilué, était mis en circulation à un débit relatif de 50, et une solution aqueuse comprenant 4M de nitrate de sodium et 0,05M d'acide diéthylènetriamine pentacétique (DTPA) était mise en contre-circulation à un débit relatif de 50. L'importance de la séparation était évaluée par analyse de radioactivité et analyse élémentaire. La phase de solvant de mélange CMPO-TBP
était transportée à l'étape suivante.
Quatrième étape: Enlèvement des éléments de terres
rares.
Le solvant de mélange CMPO-TBP traité dans l'étape précédente était mis en contre-circulation de manière à venir en contact avec une solution aqueuse à 0,01M d'acide nitrique qu'on faisait circuler à un débit relatif de 50, de manière à
extraire les éléments de terres rares dans la phase aqueuse.
(3) Résultats
Les résultats étaient évalués par un facteur de dé-
contamination et un rapport d'extraction indiqué ci-après.
a) Facteur de décontamination pour les actinides
trivalents.
Le facteur de décontamination pour les actinides
trivalents était obtenu par l'équation suivante.
(Equation 1) Facteur de décontamination = (Conc. de Ln avant séparation)/Conc. de An (III) avant séparation) (Conc. de Ln après séparation)/Conc. de An (III) après séparation) dans laquelle Ln désigne les éléments de terres rares et An
* (III) désigne les actinides trivalents.
Les éléments de terres rares et les actinides tri-
valents sont déterminés par une analyse de radioactivité ou une analyse élémentaire. Dans le cas de l'analyse de radioactivité,
le facteur de décontamination est calculé à partir de la con-
centration d'isotope radioactif, tandis que dans le cas de
l'analyse élémentaire, le facteur de décontamination est calcu-
lé à partir de la concentration de l'élément.
b) Taux d'extraction des éléments de terres rares
par rapport aux actinides trivalents.
Le rapport d'extraction était exprimé par un pour-
centage représentant le rapport de la concentration, après sé-
paration des éléments de terres rares dans le solvant de mélange CMPO- TBP qui contenait à fois des actinides trivalents
et des éléments de terres rares, à la concentration des élé-
ments de terres rares dans la phase aqueuse. Comme le cas idéal est que seuls des actinides trivalents soient présents dans la phase aqueuse après séparation, un taux d'extraction plus élevé indique une meilleure séparation. Le taux d'extraction peut
également être obtenu à partir de la concentration de radioac-
tivité.
Tableau 1
Facteur de décontamination pour Amn La > 1000 Ce 200 Pr 50 Nd 20 Sm 5 Eu 1,5 Le facteur de décontamination de par exemple 200 pour Ce, signifie que la concentration de Ce par rapport à Am tombait à 1/200 de leur rapport de concentration dans la solu-
tion traitée, du fait de la séparation des actinides trivalents
et des éléments de terres rares. Les facteurs de décontamina-
tion des éléments de terres rares par rapport à Cm, étaient ef-
fectivement les mêmes que dans le cas de Am. Les éléments de terres rares légers allant de La à Nd représentent normalement 80 % du déchet radioactif de terres rares, et l'on démontrait que la séparation entre les actinides
trivalents et les éléments de terres rares étaient satisfai-
sante.
Le tableau 2 ci-après indique le rapport d'extrac-
tion d'éléments de terres rares dans des produits d'actinides trivalents, qu'on obtient dans la troisième étape de sépara- tion.
Tableau 2
Elément de terre rare Rapport d'extraction ({) La -- 100 Ce -- 100 Nd 80 Pr 80 Sm 50
Les résultats ci-dessus montrent qu'une bonne sépa-
ration entre les actinides trivalents et les éléments de terres
rares est obtenue par le procédé de séparation d'actinides tri-
valents/éléments de terres rares, selon la présente invention.
Les résultats ci-dessus étaient obtenus par la technique du contrecourant à étages multiples. Les résultats indiqués ci-après étaient obtenus lorsque chaque étape était
effectuée par une technique de fournées.
La figure 6 indique le rapport de répartition de Am
dans l'enlèvement sélectif d'acide nitrique au cours de la se-
conde étape. Lorsqu'une solution de nitrate contenant une con-
centration de nitrate de sodium se situant dans la plage
indiquée par les flèches de la figure 6, dans laquelle le rap-
port de répartition de Am est de 1 ou plus tandis que le rap-
port de répartition de l'acide nitrique est de 1 ou moins, est amenée en contact avec le solvant CMPO-TBP, l'acide nitrique contenu dans le solvant CMPO-TBP est enlevé sélectivement dans
la phase aqueuse, tandis que Am représentant un actinide triva-
lent reste dans le solvant CMPO-TBP.
Les figures 3 à 5 représentent les rapports de ré-
partition respectifs des éléments de terres rares et des acti-
nides trivalents dans le processus de séparation d'éléments de
terres rares et d'actinides trivalents, qui constitue la troi-
sième étape. La figure 3 représente en particulier les rapports
de répartition des actinides trivalents et des éléments de ter-
res rares, en fonction de la concentration en nitrate de so-
dium. La figure 4 représente les rapports de répartition des actinides trivalents et des éléments de terres rares en fonc- tion du pH. La figure 5 représente les rapports de répartition des actinides trivalents et des éléments de terres rares, en fonction de la concentration de l'agent de formation de mélange
complexe DTPA.
Dans cette étape, les éléments de terres rares res-
tent dans la phase organique tandis que les actinides triva-
lents sont extraits dans la phase aqueuse. Par suite, aux figures 3 à 5, plus le rapport de répartition D des éléments de terres rares est élevé, plus les éléments de terres rares sont extraits sélectivement par la couche organique. Inversement, plus le rapport de répartition D des actinides trivalents est bas, plus les actinides trivalents sont déplacés sélectivement vers la phase aqueuse. On peut ainsi constater, d'après les fi- gures 3 à 5, qu'une bonne séparation des actinides trivalents20 est obtenue lorsque le rapport de répartition D des actinides
trivalents est de 1 ou moins, tandis que le rapport de réparti-
tion des éléments de terres rares est de 1 ou plus.
Avantages de l'invention
Selon la présente invention, le procédé de sépara-
tion d'actinides trivalents/éléments de terres rares, comme in-
diqué ci-dessus, donne une bonne séparation des éléments de terres rares et des actinides trivalents. De plus, selon le procédé de la présente invention, le processus de séparation est effectué à un pH plus faible que dans le procédé TALSPEAK de l'art antérieur, de sorte que la commande du processus est facile. Enfin, comme le pH du produit d'actinide trivalent est approximativement de 2, la manipulation du produit est beaucoup
plus facile que dans le cas conventionnel.
R E V E N D ICATIONS
1 ) Procédé de séparation d'actinides trivalents et d'éléments de terres rares, caractérisé par les étapes suivantes: - étape d'extraction d'actinides trivalents et d'éléments de terres rares pour extraire des actinides trivalents et des éléments de terres rares d'un déchet fortement acide généré
par retraitement d'un combustible nucléaire usé, cette ex-
traction se faisant au moyen d'un solvant;
- étape d'extraction d'acide nitrique pour réduire la concen-
tration en acide nitrique du solvant utilisé pour extraire les actinides trivalents et les éléments de terres rares; et - étape de séparation pour séparer les actinides trivalents et
les éléments de terres rares contenus dans le solvant présen-
tant une faible concentration en acide nitrique.
2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'étape d'extraction d'actinides trivalents/éléments de
terres rares, les actinides trivalents et les éléments de ter-
res rares sont extraits en utilisant un solvant comprenant un
mélange d'oxyde d'octyle (phényle)-N, N-di-isobutylcarbamoylmé-
thylphosphine en concentration de 0,2M, d'acide tributylphos-
phorique (TBP) en concentration de 1,0-1,4M, et d'un diluant
d'hydrocarbure.
3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que
dans l'étape d'extraction d'acide nitrique, on retire une quan-
tité prédéterminée d'acide nitrique du solvant tout en mainte-
nant les actinides trivalents et les éléments de terres rares dans le solvant, en amenant le solvant utilisé pour extraire les actinides trivalents et les éléments de terres rares, en contact avec une solution aqueuse d'acide nitrique ayant une
concentration de O,lM ou moins, et contenant 0,2-1,OM d'un ni-
trate, de manière à réduire à 0,01M ou moins la concentration
en acide nitrique du solvant.
4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans l'étape de séparation d'éléments de terres rares/actinides trivalents, une solution aqueuse comprenant des nitrates ayant une concentration de 1- 5M et un agent de formation de mélange
complexe ayant une concentration de O,01-O,lM, est mise en con-
tact avec le solvant contenant les actinides trivalents et les éléments de terres rares, la concentration en acide nitrique du
solvant ayant été réduite à 0,01M ou moins.
) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que
le pH d'une solution traitée dans l'étape de séparation d'élé-
ments de terres rares/actinides trivalents, se situe dans la
plage de 1,5-3.
6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que
les nitrates utilisés dans l'étape d'extraction d'acide nitri-
que et dans l'étape de séparation d'éléments de terres ra-
res/actinides trivalents, comprend un ou plusieurs nitrates de métaux choisis dans un groupe comprenant les nitrates de métaux alcalins et les nitrates de métaux de terres rares alcalins, ou
le nitrate d'hydroxylammonium.
7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que
le pH d'une solution traitée dans l'étape de séparation d'élé-
ments de terres rares/actinides trivalents, se situe dans la
plage de 1,8-2,2.
8 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'agent de formation de mélange complexe utilisé dans l'étape de séparation d'éléments de terres rares/actinides trivalents,
est un acide aminopolyacétique.
9 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que
l'agent de formation de mélange complexe utilisé dans l'étape de séparation d'éléments de terres rares/actinides trivalents, est au moins une substance choisie dans un groupe comprenant5 l'acide diéthylènetriamine pentacétique, l'acide éthylènedia- mine tétracétique, et l'acide nitrilotriacétique.
) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température du processus dans l'étape de séparation d'élé- ments de terres rares/actinides trivalents, se situe dans une
plage comprise entre 250C et 400C.
11 ) Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que en outre on enlève les éléments de terres rares seuls en utili-
sant de l'acide nitrique dilué dans un solvant contenant les éléments de terres rares ayant été séparés des actinides triva- lents.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23388995A JP2977744B2 (ja) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | 三価アクチニドと希土類元素の分離方法 |
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|---|---|
| FR2738663A1 true FR2738663A1 (fr) | 1997-03-14 |
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