WO2024025404A1 - Procede d'obtention de sels d'uranium par nanofiltration - Google Patents

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WO2024025404A1
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retentate
permeate
nanofiltration
sulfuric acid
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PCT/MA2023/050012
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Khaoula KHALESS
El Mehdi MOUNIR
Rachid BOULIF
Abla Ouaattou
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Universite Mohammed VI Polytechnique
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Definitions

  • the present invention relates to a process for obtaining uranium salts and more particularly the concentration of uranium salts present in the solution recovered by elution or desorption of resin using sulfuric acid having previously been in contact with natural phosphates .
  • the phosphoric acid resulting from the various transformation processes of natural phosphates is a basic raw material for the manufacture of fertilizers, animal feed supplements and additives in foods. It also represents an interesting source of uranium because, depending on the type or origin of the ores from which it comes, it contains enough uranium to be used as a fuel source for nuclear power plants.
  • Nanofiltration like all baro-membrane processes, allows concentration and/or fractionation of various solutes under the effect of a pressure gradient obtained using membranes with defined cut-off thresholds, generally varying from 100 to 1000 Daltons. Thus, charged solutes will be retained while neutral and/or negative solutes will be able to pass through the membrane.
  • a pilot-scale study [1] investigated the performance of four reverse osmosis membranes (HS2 thin film composite based on cellulose acetate, HT1 based on cellulose acetate, US2 based on polysulfone and US2 based on poly -(vinylidene fluoride) for the removal of uranium in groundwater with average concentrations of 277 to 682 pg/L.
  • the membranes were used under different operational conditions (pressure and water recovery) according to specifications manufacturers. All four membranes were able to retain uranium up to 99% over a period of 74 days of continuous operation. Uranium concentrations were reduced to a range of 2.8 to 6.8 pg/ L on average.
  • Nanofiltration (NF) membranes were tested to evaluate their effectiveness in removing uranium from drinking water. These studies indicated that the nanofiltration membranes effectively (95–98%) rejected the uranyl-carbonate complexes UO2(CO) 2-4- and UO2(CO3)3 which are most commonly found in natural waters [2].
  • a pilot-scale study evaluated two commercial nanofiltration membranes for removing uranium in groundwater. The membranes reduced the concentration of uranium in feed water from 44 pg/L to a range of 1 to 2 pg/L (95% to greater than 98% rejection) when they were used at 30% and 80% recovery.
  • the invention consists of recycling and purifying, by a cascade of closed-loop nanofiltrations, the sulfuric acid from ion exchange resin regeneration and thus concentrating the initial uranium contained therein.
  • the invention relates to a process for concentrating uranium in the eluate (see steps a and b above) comprising a cascade of NF + NF with two “closed loop” filtration stages, on an organic nanofiltration membrane.
  • the eluate uranium concentration process according to Figure 1 consists of a first step of filtration of the eluate on a nanofiltration membrane (NF1). In the second stage, it is the permeate from the first stage (see stage e above) which is filtered by an NF2 membrane.
  • the NF2 membrane used in the second step may be identical to that of the first step or different, but having a similar chemical structure.
  • the modification or functionalization of membranes by polymer adsorption has the advantage of being an easy technique to implement.
  • a judicious choice of the polymer deposited makes it possible to generate membranes whose properties correspond to a given mechanism.
  • Functionalization makes it possible to implement ionic and hydrophobic interactions between the membrane and the solute to improve its retention, promote its selective extraction and reduce its adsorption as far as possible.
  • Suitable membranes mention will be made, without limitation, of organic membranes made of polyether-sulfone, polyamide/polysulfone or others, positively charged in an acidic medium, in particular marketed under the brands MP, NF, Desal or PES respectively by the Koch companies, Filmtec, Osmonics and Nadir.
  • a recirculation loop for the concentrates (retentates) from stages 1 and 2 is planned in order to adjust its uranium content.
  • the uranium content In the 1st stage, the uranium content must remain higher than that of the eluate, so as to be recovered with a complementary fraction of the concentrate from the 2nd stage.
  • the concentrate from the 2nd stage must have a uranium concentration close to or greater than that of the eluate before sending it upstream of stage 1.
  • the fraction recovered from the 1st and 2nd stages is the total fraction. recovered and not the fraction of the 2nd stage or the 1st stage alone.
  • the initial membrane is a membrane stable in an acidic medium.
  • the initial membrane has a cut-off threshold adapted according to the degree of concentration that is preferably desired, the cut-off threshold is 150 g. mol -1 , 300 g. mol -1 , or 1000 g. mol -1 or any value between 150 and 1000 g. mol- i
  • the concentration of uranium contained in a 10% sulfuric acid solution, resulting from the regeneration of ion exchange resins, with a membrane modified with cationic polymer was carried out at 10 bar.
  • the modified membrane according to WO 2013/133684 was found to be more effective in increasing the retention than the uranium concentration using an unmodified membrane.
  • the nanofiltration of sulfuric acid is carried out for an initial uranium concentration of between 1 and 5000 ppm, preferably between 300 and 2000 ppm.
  • the process according to the invention can be used for any aqueous sulfuric acid solution whose concentration is between 1 and 35%, preferably between 5 and 15%.
  • the sulfuric acid solution obtained by the elution or desorption of the resin, also called "eluate" generally includes several impurities.
  • the filtration of said solution by nanofiltration is carried out at a temperature between 25 and 60°C, preferably between 25 and 40°C, and under an absolute pressure of between 2 and 30 bar, preferably between 5 and 15 bar.
  • the U concentration increased from a value varying from 300 ppm to 5000 ppm in the feed, to approximately 40,000 ppm of U in the concentrate.
  • the invention also made it possible to increase the concentration of Fe in the concentrate, but the concentration ratio was lower than that of the initial (raw) solution, the Fe/U ratio in the concentrate being approximately 0.008 .
  • the batch process with batch fed by the final concentrate, corresponds to the cumulative volume fraction between 0.80 and 0.90.
  • Table 1 indicates that the reduction of U, Fe, P2O5 decreases slightly with the sulfuric acid fraction of the recovered permeate.
  • the reduction of 96 to 86% for yl ⁇ 0.71 is lower than that of U regardless of yl recovered. It was shown in this study that all the recovered fractions have a reduction of less than 17% of sulfuric acid.
  • the nanofiltration membrane retains little SO4 ⁇ '. This result corresponds to maximum separation between sulfuric acid and uranium.
  • Figure 2 shows the evolution of the instantaneous concentration of uranium in the retentates and of uranium in the permeate as a function of the volume reduction factor (FRV) recovered by the modified membrane.
  • FRV volume reduction factor
  • the uranium concentration increased from 2957 ppm in the feed to approximately 39000 ppm uranium in the retentate (concentrate).
  • the Fe concentration was also increased in the retentate, but the Fe/U ratio was reduced from 0.05 to 0.008 in the retentate. 75% of iron is lost during nanofiltration, mainly by adsorption on the membrane (low iron content in the permeate)
  • the goal of using closed-loop nanofiltration is not only to increase the concentration of uranium in the sulfuric acid solution that would feed a precipitation system, but it is equally important in industry conventional uranium that the membrane allows excess H2SO4 to be recovered via its transfer into the permeate fraction.
  • the nanofiltration membrane according to the invention does not retain sulfuric acid.
  • Example 1 This example relates to the concentration of uranium present in a sulfuric acid solution resulting from the desorption of ion exchange resins containing a low uranium content, and it illustrates the effect of the initial concentration on the rate of concentration.
  • the uranium is thus concentrated and the 5-10% sulfuric acid is purified on a membrane modified by a single water-soluble polymer.
  • This polymer has a long polymerization chain and has an amine function.
  • the original membrane used for this modification has a cutoff threshold of 300 g.mol-1 and an active polyamide/polysulfone skin.
  • the Composition of the permeate and concentrate, obtained by the single-stage discontinued process at y 0.90 of recovered acid, is given below.
  • Table 3 shows the concentrations of the permeate and retentate by the single-stage process by the nanofiltration membrane modified according to WO 2013/133684.
  • concentration of uranium in the concentrate (retentate) reaches the objective close to 40,000.
  • a single nanofiltration stage does not make it possible to obtain a sulfuric acid (permeate side) of superior quality, close to that desired, it that is to say with an elimination of close to 99% of uranium compared to the initial state.
  • Example 1 The test is carried out under the same conditions of Example 1, a cascade of nanofiltrations is carried out, in two stages according to Figure 1.
  • the first stage separates a permeate of volume ylVO from the raw solution.
  • the second stage it is permeate from the first stage which is filtered by a second membrane, identical or not to the first.
  • the permeate collected in the second stage has a lower uranium and iron composition than the permeate of the first stage, in order to be reused for the regeneration of resins. Concentrates 1 and 2, concentrated in uranium, are sent for precipitation.

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Abstract

L'invention consiste à recycler puis épurer, par une cascade de nanofiltrations en boucle fermée, de l'acide sulfurique de régénération de résine échangeuse d'ions et de concentrer ainsi l'uranium initialement contenu dans celui-ci, en vue de sa récupération sous forme de peroxyde d'uranyle. L'acide sulfurique soumis à nanofiltration est issu du traitement de phosphates naturels avec ce dernier.

Description

PROCEDE D'OBTENTION DE SELS D'URANIUM PAR NANOFILTRATION D'UN ELUAT
ACIDE
Domaine de l'invention
La présente invention concerne un procédé d'obtention de sels d'uranium et plus particulièrement la concentration de sels d'uranium présents dans la solution récupérée par élution ou désorption de résine utilisant de l'acide sulfurique ayant été préalablement en contact avec des phosphates naturels.
Arrière-plan de l'invention
L'acide phosphorique résultant des différents processus de transformation des phosphates naturels est une matière première de base pour la fabrication des engrais, des suppléments d'aliments pour animaux et des additifs dans les aliments. Il représente aussi une source intéressante d'uranium, car, selon le type ou l'origine des minerais dont il est issu, il contient suffisamment d'uranium pour être utilisé comme source de combustible pour les centrales nucléaires.
A cet égard, plusieurs procédés ont été utilisés pour extraire l'uranium, en particulier les résines échangeuses d'ions. Ce procédé comprend 4 étapes nécessaires :
Prétraitement pour éliminer les matières en suspension et organique ;
Fixation de l'uranium présent dans l'acide phosphorique sur des résines échangeuses d'ions ;
Récupération de l'uranium par élution, consécutive au passage d'une solution d'acide sulfuriquelO% sur colonne de résine ;
Précipitation des sels d'uranium.
Comme il est difficile de diminuer la quantité d'acide sulfurique 10% pour récupérer la totalité de l'uranium adsorbé sur les résines échangeuses d'ions, il a été envisagé d'intégrer la nanofiltration (NF) dans un tel processus. L'acide sulfurique 10% usagé (éluât) sera filtré par nanofiltration pour concentrer l'uranium présent dans l'acide. La fraction filtrée peut servir ensuite à une nouvelle régénération des résines. En particulier, ce système de nanofiltration permet de diminuer sensiblement les volumes à traiter.
La nanofiltration, comme l'ensemble des procédés baro-membranaires, permet une concentration et/ou un fractionnement de divers solutés sous l'effet d'un gradient de pression obtenu à l'aide de membranes de seuils de coupures définis, variant généralement de 100 à 1000 Dalton. Ainsi, les solutés chargés seront retenus alors que les solutés neutres et/ou négatifs pourront passer à travers la membrane.
Une étude à l'échelle pilote [1] a étudié le rendement de quatre membranes d'osmose inverse (HS2 composite en filme mince à base de cellulose acétate, HT1 à base de cellulose acétate, US2 à base de polysulfone et US2 à base poly-( fluorure de vinylidène) pour l'élimination de l'uranium dans les eaux souterraines avec des concentrations moyennes de 277 à 682 pg/L. Les membranes étaient utilisées dans différentes conditions opérationnelles (pression et récupération de l'eau) conformément aux spécifications des fabricants. Les quatre membranes ont permis de retenir l'uranium jusqu'à 99 % pendant une période de 74 jours de fonctionnement en continu. Les concentrations d'uranium ont été réduites à une gamme de 2,8 à 6,8 pg/L en moyenne.
Des membranes de nanofiltration (NF) ont été testées pour évaluer leur efficacité pour éliminer l'uranium de l'eau potable. Ces études ont indiqué que les membranes de nanofiltration ont rejeté efficacement (95 à 98 %) les complexes uranyle-carbonate UO2(CO)2- 4- et UO2(CO3)3 qui se trouvent le plus souvent dans les eaux naturelles [2], Une étude à l'échelle pilote a évalué deux membranes de nanofiltration commerciales pour éliminer l'uranium dans les eaux souterraines. Les membranes ont réduit la concentration d'uranium dans l'eau d'alimentation, qui est passée de 44 pg/L à une gamme de 1 à 2 pg/L (95 % à plus de 98 % de rejet) quand ils étaient utilisés à 30 % et 80 % de récupération.
Des essais à l'échelle laboratoire menés avec une membrane de nanofiltration composite plane en couches minces (seuil de rétention des molécules de 150 à 300 Da) ont atteint 95 % de la rétention de l'uranium à partir d'une concentration dopée dans l'eau d'alimentation de 20 pg/L, avec une concentration d'uranium dans le perméat, inférieure à 1 pg/L.
L'information sur l'efficacité de la technologie de la nanofiltration pour éliminer les ions cationiques de l'acide sulfurique est effectivement limitée. Toutefois, il existe des études réalisées par Nystrôm et coll [3], pour examiner les performances de membranes commerciales de nanofiltration (efficacité de séparation etrésistance chimique) dans l'acide sulfurique et l'acide nitrique, mais les concentrations sont inférieuresà 0,5 mol./L.
La nanofiltration d'acide sulfurique a été réalisée avec des membranes de nanofiltration NF- 270, DesaIKH, BPT-NF-1 et BPT-NF-2. Cette étude a montré que les membranes commerciales de nanofiltration ont une bonne sélectivité par rapport aux ions métalliques tel que le cuivre, mais la sélectivité vis-à-vis d'uranium n'a pas été étudiée.
Il a été souvent observé en nanofiltration, que le comportement des membranes chargées vis-à-vis d'un ion particulier est sensiblement affecté par la présence d'autres ions et/ou par la concentration de la solution filtrée. Pour cela, on a filtré de l'acide sulfurique 10%, issu de la régénération des résines échangeuses d'ions, sur une membrane de nanofiltration commerciale. Dans le milieu sulfurique, la NF n'a que retenu faiblement l'uranium, la rétention ne dépassant pas 10%. Ce résultat ne répond pas à l'objectif assigné, à savoir une rétention d'uranium supérieure à 90%.
L'invention consiste à recycler et épurer, par une cascade de nanofiltrations en boucle fermée, l'acide sulfurique de régénération de résine échangeused'ions et ainsi concentrer l'uranium i n iti a l e m e nt contenu dans celui-ci.
RESUME DE L'INVENTION
A partir de phosphates naturels soumis à un traitement acide, on procède comme suit : a) Passage du mélange de produits résultant du traitement acide desdits phosphates naturels sur colonne échangeuse d'ions ; b) Élution des sels métalliques retenus sur la colonne échangeuse d'ions au moyen d'acide sulfurique aqueux ; c) Passage de l'éluât acide selon étape b) sur membrane de nanofiltration conduisant à l'obtention d'un premier rétentat, respectivement d'un premier perméat ; d) Recueil du premier rétentat pour traitement ultérieur des sels d'uranium en solution ; e) Passage du premier perméat sur une seconde membrane de nanofiltration conduisant à l'obtention d'un second rétentat, respectivement d'un second perméat ; f) Transfert et addition du second rétentat au premier rétentat selon étape d) pour traitement des sels d'uranium ou, transfert et addition du second rétentat à l'éluât selon étape b) ; et g) Traitement des premier et second rétentats réunis et précipitation des sels d'uranium.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
L'invention concerne un procédé de concentration de l'uranium de l'éluât (voir étapes a et b ci-dessus) comprenant une cascade de NF + NF à deux étapes de filtration « en boucle fermée », sur membrane de nanofiltration organique. Le processus de concentration d'uranium d'éluât selon la Figure 1 consiste en une première étape de filtration de l'éluât sur une membrane de nanofiltration (NF1). Dans la deuxième étape, c'est le perméat de la première étape (voir étape e ci-dessus) qui est filtré par une membrane NF2. La membrane NF2 employée dans la deuxième étape peut être identique à celle de la première étape ou différente, mais présentant une structure chimique similaire.
La modification ou la fonctionnalisation des membranes par adsorption de polymère présente l'avantage d'être une technique facile à mettre en œuvre. Un choix judicieux du polymère déposé permet de générer des membranes dont les propriétés correspondent à un mécanisme donné. La fonctionnalisation permet de mettre en œuvre des interactions ioniques et hydrophobes entre la membrane et le soluté pour améliorer la rétention de celui- ci, favoriser son extraction sélective et réduire son adsorption dans la mesure du possible.
Une étude antérieure a été effectuée [4] concernant le prétraitement de membrane organiques de NF par dépôt de polymère : polyéthylène-imine (PEI 1200), qui possède des fonctions amines ; polyminP (PIP) possède les mêmes fonctions amines, mais il ne diffère a priori de PEI que par la longueur de la chaîne ; l'acide polyacrylique (PAA) a une fonction acide, alcool polyvinylique (PVA) une fonction alcool, et polyviny-14-pyridine (PV4P) une fonction amine aromatique. Les membranes ainsi modifiées voyaient leur perméabilité hydraulique diminuer de plus de 30%. Ce blocage partiel des pores avait pour principal effet d'augmenter la rétention ainsi la concentration des ions métalliques, en particulier l'uranium. L'augmentation de la rétention d'uranium provenait donc de deux phénomènes :
• Diminution de rayon de pore (effet stérique) ;
• Augmentation de l'action de la charge électrostatique de répulsion.
Parmi les membranes appropriées, on citera à titre non limitatif les membranes organiques en polyéther-sulfone, polyamide/polysulfone ou autres, chargées positivement en milieu acide, en particulier commercialisées sous les marques MP, NF, Desal ou PES respectivement par les sociétés Koch, Filmtec, Osmonics et Nadir.
Une boucle de recirculation des concentrats (rétentats) des étapes 1 et 2 est prévue afin d'ajuster sa teneur en uranium. En lère étape, la teneur en uranium doit demeurer supérieure à celle de l'éluât, de façon à être récupéré avec une fraction complémentaire du concentrât de la 2ème étape.
Le concentrât de la 2ème étape doit avoir une concentration d'uranium proche ou supérieure de celui de l'éluât avant de l'envoyer en amont de l'étape 1. La fraction récupérée des lère et 2ème étapes est la fraction totale récupérée et non la fraction de la 2ème étape ou la lère étape seule.
La recirculation du concentrât en boucle fermée permet d'augmenter la vitesse d'écoulement aux membranes et de réduire ainsi leur colmatage. Les trois quarts du débit d'éluât à traiter seront filtrés à travers les membranes (perméat) et le quart restant sera acheminé vers l'étape de précipitation du peroxyde d'uranyle. Selon un monde avantageux de réalisation de l'invention, la membrane initiale est une membrane stable en milieu acide. La membrane initiale présente un seuil de coupure adapté en fonction du degréde concentration que l'on souhaite de préférence, le seuil de coupure est de 150 g. mol -1, 300 g. mol -1, ou 1000 g. mol -1ou toute valeur comprise entre 150 et 1000 g. mol- i
La concentration d'uranium contenu dans une solution d'acide sulfurique 10%, issu de la régénération des résines échangeuses d'ions, avec une membrane modifiée avec du polymère cationique a été effectuée à 10 bar. La membrane modifiée selon WO 2013/133684 s'est révélée plus efficace pour augmenter la rétention que la concentration d'uranium au moyen d'une membrane non modifiée.
La nanofiltration de l'acide sulfurique s'effectue pour une concentration initiale en uranium comprise entre 1 et 5000 ppm, de préférence entre 300 et 2000 ppm. Le procédé selon l'invention peut être employé pour toute de solution d'acide sulfurique aqueux dont la concentration est comprise entre 1 et 35%, de préférence entre 5 et 15%. La solution d'acide sulfurique obtenue par l'élution ou désorption de la résine, également appelée « éluât », comprend généralement plusieurs impuretés.
La filtration de ladite solution par la nanofiltration est réalisée à une température comprise entre 25 et 60°C de préférence entre 25 et 40°C, et sous une pression absolue comprise entre 2 et 30 bar, de préférence comprise entre 5 et 15 bar.
Dans le cadre de l'invention, la concentration en U est passée d'une valeur variant de 300 ppm à 5000 ppm dans l'alimentation, à environ 40'000 ppm d'U dans le concentrât. En particulier, l'invention a également permis d'augmenter la concentration du Fe dans le concentrât, mais le rapport de concentration était inférieur à celui de la solution initiale (brute), le rapport Fe/U dans le concentrât étant d'environ 0,008.
L'acide sulfurique traité où le critère rétention d'U (= 84%) que l'on s'est fixé comme objectif, est atteint jusqu'à y = 0,90. La rétention d'U fixé à 84 conduit à une concentration supérieure ou égale à 40'000 ppm, si la concentration initiale est de 2957 ppm, comme c'est habituellement le cas de notre solution. La concentration obtenue est donc proche de 40'000 ppm.
Le procédé discontinu, avec batch alimenté par le concentrât final, correspond à la fraction volumique cumulée entre 0,80 et 0,90.
Le Tableau 1 indique que l'abattement d'U, Fe, P2O5 diminue faiblement avec la fraction d'acide sulfurique du perméat récupéré. L'abattement d'U est de 96 à 91% jusqu'à yl= 0,52 puis diminue progressivement avec le volume récupéré jusqu'à 84% pour yl = 0,71. Par conséquent, l'abattement de 84% pour l'U se réalise quel que soit yl<0,90. Pour le Fe, l'abattement de 96 à 86% pour yl <0,71 est inférieure de celui d'U quel que soit yl récupéré. On a montré dans cette étude que toutes les fractionsrécupérées ont un abattement inférieur à 17% de l'acide sulfurique.
L'abattement de P2O5 est négatif pour la fraction d'acide récupéré yl = 0,04 alors que pour la fraction yl> 0,33 l'abattement de P2O5 est supérieur à 13%. La membrane de nanofiltration retient peu le SO4^’. Ce résultat correspond à une séparation maximale entre l'acide sulfurique et l'uranium.
Tableau 1 : abattements des contaminants U, Fe et P2O5 obtenus pour les différentes fractions récupérées
Figure imgf000009_0001
Figure imgf000010_0001
La Figure 2 montre l'évolution de la concentration instantanée d'uranium dans les rétentats et d'uranium dans le perméat en fonction du facteur de réduction volumique (FRV) récupéré par la membrane modifiée.
Il a été observé que la concentration d'uranium dans le perméat est quasi constante en fonction de l'augmentation de la concentration d'uranium dans le rétentat. Ce n'est qu'à partir du moment où le rétentat devient 1 352% supérieur à la solution brute.
Dans cet exemple, la concentration en uranium est passée de 2957 ppm dans l'alimentation à environ 39000 ppm d'uranium dans le rétentat (concentrât). La concentration en Fe a été également augmentée dans le rétentat, mais le rapport Fe/U est réduit de 0,05 à 0,008 dans le rétentat. 75% du fer est perdu au cours de la nanofiltration, principalement par adsorption sur la membrane (faible teneur en fer dans le perméat)
• Solution brute U : 2957ppm Fe : 150 ppm Fe/U : 0,05
U : 2957ppm P2O5: 570ppm P2O5/U: 0,19
• Concentrât:
U: 39000 ppm Fe: 333ppm Fe/U: 0,008
U: 11543ppm P2O5: 139ppm P2O5/U: 00,012
L'objectif de l'utilisation de la nanofiltration en boucle fermée n'est pas seulement d'augmenter la concentration d'uranium dans la solution d'acide sulfurique qui alimenterait un système de précipitation, mais il est tout aussi important dans l'industrie de l'uranium classique que la membrane permette de récupérer l'excès de H2SO4 via son transfert dans la fraction de perméat. La membrane de nanofiltration selon l'invention ne retient pas l'acide sulfurique.
La qualité du perméat (Tableau 2) est meilleure par ce procédé. La concentration d'U, Fe, et P2O5 dans l'acide sulfurique est très faible. Ce perméat sera envoyé à nouveau vers l'étape de l'élution ou désorption de la résine.
Tableau 2 : composition de perméat obtenu par le procédé discontinu à deux étages à y =
0,80V0 d'acide sulfurique récupéré
Figure imgf000011_0001
Exemple 1 Cet exemple se rapporte à la concentration de l'uranium présent dans une solution d'acide sulfurique issue de la désorption des résines échangeuses d'ions contenant une faible teneur en uranium, et il illustre l'effet de la concentration initiale sur le taux de concentration.
Dans cet exemple, on utilise un éluât contenant 3400 ppm d'uranium, <0,002% de fer et 380 ppm de P2O5.
A l'aide du procédé discontinu, batch alimenté en seule étape, on concentre ainsi l'uranium et l'on purifie l'acide sulfurique 5-10 % sur une membrane modifiée par un seul polymère hydrosoluble. Ce polymère possède une chaîne de polymérisation longue et a une fonction amine. La membrane d'origine utiliséepour cette modification est de seuil de coupure 300 g.mol-1 et une peau active en polyamide/polysulfone. La Composition du perméat et concentrât, obtenus par le procédé discontinué un seul étage à y = 0,90 d'acide récupéré, est donnée à dessous.
Le Tableau 3 indique les concentrations du perméat et du rétentat par le procédé à un seul étage par la membrane de nanofiltration modifiée selon WO 2013/133684. La concentration d'uraniumdans le concentrât (rétentat) atteint l'objectif proche de 40 000. Par contre, un seul étage de nanofiltration ne permet pas d'obtenir un acide sulfurique (côté perméat) dequalité supérieure, proche de celle souhaitée, c'est à dire avec une élimination proche de 99% d'uranium par rapport à l'état initial.
Tableau 3 : concentration d'U par la membrane de NF modifiée, à un seul étage
Figure imgf000012_0001
Exemple 2
L'essai est réalisé dans les mêmes conditions de l'exemple 1, on effectue une cascade de nanofiltrations, en deux étape selon Figure 1. La première étape sépare un perméat de volume ylVO de la solution brute. Dans la deuxième étape, c'est perméat de la première étape qui est filtré par une seconde membrane, identique ou non à la première. Le perméat recueilli dans la deuxième étape a une composition en uranium et en fer inférieure à celle duperméat de la première étape, afin d'être réutilisé pour la régénération des résines. Les concentrats 1 et 2, concentrés en uranium, sont envoyés à la précipitation.
Tableau 4 : concentration d'U par le procédé à deux étages
Figure imgf000013_0001
Exemple 3
Dans cet exemple, on étudie l'influence de l'ajout de polymère poly-cation dans l'éluât sur la sélectivité. Avec une membrane de nanofiltration modifiée, on a ensuite filtré l'éluât avec une concentration de polymère poly-cation ajouté de 10 mM et 50mM. L'objectif est de vérifier si le polymère interfère avec l'une ou l'autre des impuretés métalliques, hors U.
Pour l'U et le Fe, l'abattement est quasi identique pour les 3 solutions. Ce résultat peut s'expliquer par le fait qu'il ne se forme pas de complexe entre les ions métalliques et le polymère dans le milieu sulfurique dilué (éluât). Dans ce cas, c'est la surface active modifiée de la membrane de nanofiltration qui contrôle l'abattement et non l'ajout de ce polymère dans la solution. Pour le soufre (+ 5%), il n'y a que des variations mineures de l'abattement quel que soit le volume d'acide récupéré.
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[4] : K. KHALESS, A. KOSSIR, « Process for purifying phosphoric acid by nanofiltration » Demande de Brevet OCP SA, WO 2013/133684 Al (2013).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'obtention de sels d'uranium à partir de phosphates naturels soumis à un traitement acide, caractérisé en ce qu'il comprend : a) passage du mélange de produits résultant du traitement acide desdits phosphates naturels sur colonne échangeuse d'ions ; b) élution des sels métalliques retenus sur la colonne échangeuse d'ions au moyen d'acide sulfurique aqueux ; c) passage de l'éluât acide selon étape b) sur membrane de nanofiltration conduisant à l'obtention d'un premier rétentat, respectivement d'un premier perméat ; d) recueil du premier rétentat pourtraitement ultérieur des sels d'uranium en solution ; e) passage du premier perméat sur une seconde membrane de nanofiltration conduisant à l'obtention d'un second rétentat, respectivement d'un second perméat ; f) transfert et addition du second rétentat au premier rétentat selon étape d) pour traitement séparé des sels d'uranium ou, transfert et addition du second rétentat à l'éluât selon étape b) ; et g) recueil du second perméat pour traitement ultérieur séparé.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine échange d'ions selon étape a) comporte au moins un groupement phosphonique.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élution des sels métalliques selon étape b) s'effectue au moyen d'acide sulfurique aqueux entre 1 à 35%, de préférence entre 5 et 15%.
4. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les membranes de nanofiltration selon étapes c) et d) sont des membranes organiques stables en milieu acide, modifiées ou non par un dépôt de polymère polycationique.
5. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les membranes de nanofiltration selon étapes c) et d) sont des membranes organiques en polyéthylène sulfone, polyamide/polysulfone chargées en milieu acide.
6. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le traitement des sels d'uranium dissous selon étape d) consiste en une précipitation des sels d'uranium en peroxyde d'uranyle
7. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que partant d'une concentration initiale en uranium comprise entre 1 et 5'000ppm, de préférence entre 300 et 2'000 ppm selon étape b), on aboutit à une concentration minimale de l'ordre de 40'000 ppm dans le premier rétentat selon étape d), respectivement dans l'ensemble des premiers et seconds rétentats selon étape f).
8. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le second perméat selon étape g) est utilisé comme source d'acide sulfurique.
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