PROCEDE DE SEPARATION DU FER D'UNE PHASE ORGANIQUE CONTENANT DE L'URANIUM ET PROCEDE D'EXTRACTION DE L'URANIUM D'UNE SOLUTION AQUEUSE

D'ACIDE MINERAL CONTENANT DE L'URANIUM ET DU FER.

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne un procédé de séparation du fer, à partir d'une phase organique liquide contenant de l'uranium et du fer.

Plus précisément, l'invention concerne un procédé de séparation du fer, à partir d'une phase organique liquide contenant de l'uranium et du fer.

L'invention s'applique à la séparation du fer à partir d'une phase organique liquide uranifère, contenant un système d'extraction organique comprenant un extractant organique dilué dans un diluant organique.

Cette phase organique peut être notamment une phase organique résultant de l'extraction de l'uranium par un solvant à partir d'une solution aqueuse uranifère d'acide inorganique, minéral, tel que l'acide phosphorique, l'acide nitrique ou l'acide sulfurique.

L'invention concerne donc, en outre, un procédé d'extraction de l'uranium à partir d'une solution aqueuse d'acide minéral, contenant de l'uranium et du fer.

Cette solution aqueuse d'acide minéral peut être, aussi bien une solution aqueuse uranifère d'acide phosphorique, tel que de l'acide phosphorique industriel, issue de la lixiviation, attaque, d'un minerai phosphaté naturel, généralement à base d'apatite, par de l'acide sulfurique, qu'une solution aqueuse uranifère d'acide sulfurique ou d'acide nitrique issue de la lixiviation, attaque, d'un minerai uranifère non phosphaté, par exemple non apatitique, par de l'acide sulfurique ou de l'acide nitrique. L'invention trouve donc son application dans le traitement des phosphates naturels pour valoriser l'uranium que contiennent ces phosphates, mais aussi dans le traitement des minerais uranifères soumis à une attaque, lixiviation, par l'acide sulfurique ou l'acide nitrique afin de valoriser l'uranium présent dans ces minerais.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Si l'on s'intéresse tout d'abord à la valorisation de l'uranium contenu dans les phosphates, il faut tout d'abord rappeler que pour répondre à la demande croissante en uranium, notamment pour les réacteurs nucléaires, il est devenu aujourd'hui intéressant de valoriser l'uranium contenu dans les sources dites « non-conventionnelles » telles que les phosphates.

L'uranium est en effet présent à de très faibles teneurs, généralement de 50 à

200 ppm dans les phosphates. Certains gisements de phosphates peuvent renfermer des quantités non négligeables d'uranium et devenir ainsi des gisements d'uranium potentiellement exploitables.

La valorisation de l'uranium des phosphates, concerne en premier lieu la valorisation de l'uranium contenu dans l'acide phosphorique industriel dit acide phosphorique « par voie humide » qui constitue, avec les engrais phosphatés, la production principale issue des phosphates. Cet acide phosphorique « par voie humide » est l'acide obtenu par attaque des minerais phosphatés naturels par de l'acide sulfurique concentré, suivie d'un traitement de séparation solide-liquide pour séparer l'acide phosphorique du gypse qui a précipité lors de l'attaque.

Plus exactement, à l'issue de l'attaque par l'acide sulfurique, on obtient une solution d'acide phosphorique qui titre par exemple entre 26% et 32% massique en P ₂ O ₅ dans le cas d'un procédé dit procédé « Dihydrate » qui est le procédé généralement mis en œuvre dans les installations de production actuelles.

Cette solution d'acide phosphorique contient outre l'uranium, déjà cité, des impuretés notables au premier rang desquelles le fer, mais aussi la silice, le vanadium, le molybdène, et le zirconium.

Afin de récupérer l'uranium à partir de ces solutions aqueuses d'acide phosphorique, on réalise l'extraction de l'uranium par un solvant organique comprenant un extractant organique dans un diluant organique et on obtient ainsi une phase organique uranifère. Or, cette phase organique uranifère contient aussi les impuretés énumérées plus haut, et principalement du fer ce qui est extrêmement gênant et ne permet pas d'obtenir, lors de l'étape de désextraction suivante, de l'uranium possédant la pureté requise en vue de son utilisation ultérieure.

En effet, des quantités non négligeables de fer sont extraites malgré un facteur de séparation entre l'uranium et le fer élevé (à savoir : FSu/Fe voisin de 200), pouvant entraîner la formation de précipités lors de la désextraction de l'uranium en milieu carbonate.

A titre d'exemple, le fer précipite sous la forme d'hydroxyde ferrique lors de l'étape de réextraction de l'uranium ce qui nécessite des opérations de filtration supplémentaires et pose des problèmes quant à la conduite du procédé.

Une co-extraction des impuretés telles que le fer et les phosphates est pénalisante car elle rend difficile le respect des spécifications ASTM sur les concentrés uranifères.

La valorisation de l'uranium contenu dans les phosphates, et plus particulièrement dans les solutions aqueuses d'acide phosphorique issues de l'attaque par l'acide sulfurique des minerais phosphatés, a fait l'objet de nombreuses études.

Le document FR-A-2 596 383 [1] et le document EP-A1-0 239 501 [2] décrivent de façon générale un procédé d'extraction de l'uranium présent dans les solutions d'acide phosphorique, notamment dans les solutions d'acide phosphorique obtenues à partir de minerais phosphatés contenant du fer.

Le procédé de ces documents utilise de nouvelles molécules extractantes ou plus exactement un nouveau mélange synergique, mises en œuvre en un seul cycle d'extraction- réextraction de l'uranium, qui augmentent le coefficient de partage de l'uranium, et comporte une étape de déferrisation sélective du solvant par un acide en amont de l'étape de désextraction de l'uranium.

Cet acide peut être choisi parmi l'acide oxalique, un mélange d'acide phosphorique et sulfurique, et l'acide phosphorique déferrisé.

Cet acide prévient les phénomènes de précipitation des hydroxydes ferriques lors de la désextraction de l'uranium.

Ainsi, plus précisément, les documents FR-A-2 596 383 [1] et EP-A1-0 239 501 [2] décrivent un procédé de séparation du fer à partir d'une solution organique uranifère dans lequel on utilise un système d' extractants constitué par un oxyde neutre de phosphine et un composé organophosphoré acide.

Les nouvelles molécules extractantes utilisées dans les procédés des documents FR-A-2 596 383 [1] et EP-A1-0 239 501 [2] sont notamment celles décrites dans les documents FR-A-2442 796, FR-A-2 459 205, FR-A-2 494 258, et EP-A1- 053 054.

Bien que prometteur, ce procédé présente quelques inconvénients majeurs:

le nouveau mélange synergique extractant utilisé accroît les coefficients de partage de l'uranium et du fer par rapport aux solvants classiques, mais la sélectivité uranium/fer est moins bonne ;

- les dépenses d'exploitation s'avèrent plus élevées quel que soit l'acide retenu pour la déferrisation sélective du solvant, du fait notamment des pertes en acide phosphorique industriel, de l'impact sur le recyclage éventuel à l'étape de lixiviation du minerai, et des pertes de réactif. Plus exactement, si l'on utilise de l'acide phosphorique industriel déferrisé, alors il est nécessaire d'ajouter des étages de mélangeur-décanteur pour déferrisé l'acide ; si l'on utilise un mélange d'acide phosphorique et d'acide sulfurique, cela a un impact sur l'étape de lixiviation du minerai, et il se produit une contamination de l'acide phosphorique industriel ; et si l'on utilise de l'acide oxalique, le coût de ce réactif est important, et le rendement de la régénération du réactif est insuffisant.

Une voie d'amélioration de l'extraction de l'uranium d'une solution aqueuse d'acide phosphorique consiste à remplacer le mélange synergique DÏ2EHPA /TOPO en réunissant les deux fonctions « échangeur cationique » et « extractant solvatant » au sein d'un seul et même composé.

Un extractant bifonctionnel présente notamment l'avantage de n'avoir à gérer qu'un seul composé au lieu de deux.

Le document FR-A1-2,604,919 [3], concerne un composé bifonctionnel comprenant une fonction oxyde de phosphine et une fonction phosphorique ou thiophosphorique, ces deux fonctions étant reliées l'une à l'autre par un groupe espaceur approprié, tel qu'un groupe éther, thioéther, polyéther ou polythioéther. Ce type de composé présente deux inconvénients. En effet, les tests ayant été réalisés avec l'un de ces composés ont montré que, si ce composé est solubilisé dans du n- dodécane, il se forme une troisième phase lors de l'extraction de l'uranium, tandis que, s'il est solubilisé dans du chloroforme, il se forme également une troisième phase mais lors de la désextraction de l'uranium. Or, l'apparition d'une troisième phase est totalement rédhibitoire pour un procédé destiné à être mis en œuvre à une échelle industrielle. Par ailleurs, la présence au sein du groupe espaceur d'une liaison P-0 ou P-S, qui est aisément hydrolysable, rend ces composés extrêmement sensibles à une hydrolyse.

On peut considérer que, dans ce document, la phase organique produite à l'issue de l'extraction contient du fer, et aucun procédé de déferrisation de cette phase n'est proposé.

Le document WO-A1-2013/167516 [4] a trait à des composés bifonctionnels qui sont exempts des divers inconvénients présentés par les composés bifonctionnels proposés dans les documents [2] à [3] précités et, en particulier, de la nécessité de réduire préalablement l'uranium(VI) en uranium(IV), de la formation d'une troisième phase et du risque d'hydrolyse.

Les composés bifonctionnels de ce document répondent à la formule générale (I) ci- après :

dans laquelle :

m représente un nombre entier égal à 0, 1 ou 2 ;

R ¹ et R ² , identiques ou différents, représentent un groupe hydrocarboné, saturé insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 6 à 12 atomes de carbone ;

R ³ représente :

- un atome d'hydrogène ;

- un groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; - un groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, monocyclique, comprenant de 3 à 8 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; ou

- un groupe aryle ou hétéroaryle monocyclique ;

ou bien R ² et R ³ forment ensemble un groupe -(CH ₂ ) _n - dans lequel n est un nombre entier allant de 1 à 4 ;

R ⁴ représente un atome d'hydrogène, un groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 2 à 8 atomes de carbone, ou un groupe aromatique monocyclique ; tandis que

R ⁵ représente un atome d'hydrogène ou un groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone.

On peut considérer que, dans ce document, la phase organique produite à l'issue de l'extraction contient du fer, et aucun procédé de déferrisation de cette phase n'est proposé.

Bien que ces nouvelles molécules extractantes permettent de s'affranchir d'un mélange synergique d'extractants et qu'elles soient plus performantes en termes d'extraction d'uranium, elles ne sont toutefois pas suffisamment sélectives pour permettre l'élimination de l'étape de déferrisation du solvant dans un procédé de valorisation de l'uranium contenu dans les minerais uranifères phosphatés.

Si l'on s'intéresse maintenant à la valorisation de l'uranium contenu dans les minerais uranifères non phosphatés, on commence par réaliser une attaque, lixiviation, avec de l'acide sulfurique ou de l'acide nitrique de ces minerais moyennant quoi on obtient une solution aqueuse uranifère d'acide sulfurique ou d'acide nitrique.

Cette solution aqueuse uranifère d'acide sulfurique ou d'acide nitrique contient outre l'uranium, des impuretés notables qui étaient présentes dans le minerai, au premier rang desquelles le fer, mais aussi la silice, le vanadium, le molybdène, et le zirconium.

Afin de récupérer l'uranium à partir de ces solutions aqueuses d'acide sulfurique ou d'acide nitrique, on effectue l'extraction de l'uranium par un solvant organique comprenant un extractant organique dans un diluant organique et on obtient ainsi une phase organique uranifère. Or, cette phase organique uranifère, tout comme la phase organique issue d'une solution aqueuse uranifère d'acide phosphorique, contient aussi les impuretés énumérées plus haut, et principalement du fer ce qui est extrêmement gênant et ne permet pas d'obtenir, lors de l'étape de désextraction suivante de l'uranium possédant la pureté requise en vue de son utilisation ultérieure.

De nombreux procédés ont été développés dans les années 1950-1960 afin de récupérer quantitativement et sélectivement l'uranium des liqueurs sulfuriques.

On peut citer ainsi le procédé dénommé procédé DAPEX qui est basé sur le mélange d'extractants Di ₂ EHPA/TBP. La principale contrainte de ce procédé est sa sensibilité aux ions Fe(lll).

Cela a conduit au remplacement de ce procédé dans les installations industrielles par le procédé dénommé procédé AMEX décrit dans le document de Merritt, R.C. : "The Extractive Metallurgy of Uranium», Colorado School of Mines Research Institute (1971) [5], qui est basé sur un mélange d'une aminé tertiaire, par exemple une tri-octyl/dodécyl aminé insoluble dans l'eau, et de tridécanol jouant le rôle de modificateur de phase. Ce mélange est très sélectif vis-à-vis du fer.

On peut considérer que, dans ce document, la phase organique produite à l'issue de l'extraction contient du fer, et aucun procédé de déferrisation de cette phase n'est proposé.

II existe donc, au regard de ce qui précède, un besoin pour un procédé de séparation du fer (c'est-à-dire un procédé de déferrisation) à partir d'une phase organique liquide contenant de l'uranium et du fer (par exemple une phase organique liquide comprenant un extractant organique et un diluant organique) qui ne présente pas les inconvénients et désavantages du procédé de déferrisation de l'art antérieur mentionné plus haut, notamment dans les documents [1] et [2] et qui résolve les problèmes de ce procédé.

Il existe en particulier un besoin pour un tel procédé, qui assure une séparation sélective du fer, tout en évitant les pertes d'uranium ou les phénomènes de précipitation d'impuretés gênantes pour la conduite du procédé observés lors de la mise en œuvre des procédés de l'art antérieur. Il existe en outre un besoin pour un procédé d'extraction de l'uranium à partir d'une solution aqueuse d'un acide inorganique contenant de l'uranium et du fer, comprenant une étape de déferrisation d'une phase organique issue du traitement de ladite solution aqueuse, qui ne présente pas les inconvénients des procédés d'extraction de l'uranium de l'art antérieur, et qui apporte une solution aux problèmes posés par les procédés d'extraction de l'uranium de l'art antérieur.

Il existe encore un besoin pour un tel procédé qui soit simple et qui présente donc un nombre limité d'opérations unitaires, qui soit fiable, robuste, et économique, qui utilise des réactifs facilement et largement disponibles notamment, et qui permette de réduire les coûts.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

Ce but, et d'autres encore, sont atteints, conformément à l'invention, par un procédé de séparation du fer à partir d'une phase organique liquide initiale contenant de l'uranium et du fer, dans lequel on met en contact la phase organique liquide initiale avec une solution aqueuse dite solution aqueuse de déferrisation, moyennant quoi le fer passe dans la solution aqueuse pour former une phase aqueuse liquide finale, et l'uranium reste dans la phase organique liquide initiale pour former une phase organique liquide finale dite phase organique déferrisée; ledit procédé étant caractérisé en ce que la solution aqueuse de déferrisation contient un acide inorganique et de l'uranium, et ne contient pas de fer.

Par les termes « ne contient pas de fer », on entend généralement que la solution aqueuse de déferrisation contient de 0 à 10 ppm de fer, de préférence contient 0 ppm de fer (est exempte de fer).

Le procédé de séparation du fer selon l'invention, aussi appelé procédé de déferrisation, se distingue fondamentalement des procédés de séparation du fer de l'art antérieur et notamment du procédé décrit dans les documents FR-A-2 596383 [1], et EP-A-239 501 [2], en ce qu'il utilise une solution aqueuse de déferrisation spécifique qui contient un acide inorganique et de l'uranium et non pas uniquement un acide inorganique.

Cette solution aqueuse de déferrisation spécifique permet, de manière étonnante, d'éliminer sélectivement le fer de la phase organique chargée en uranium et en fer. En effet, il se produit lors de la mise en contact de la phase organique avec la solution aqueuse de déferrisation selon l'invention un déplacement chimique du fer par l'uranium vers la phase aqueuse, ce qui assure ainsi une déferrisation sélective de la phase organique chargée en uranium et en fer.

Dans les documents FR-A-2 596 383 [1] et EP-A-239 501 [2], on utilise lors de l'étape de déferrisation un acide choisi parmi l'acide oxalique, un mélange d'acide phosphorique et sulfurique ou l'acide sulfurique déferrisé, sans aucune addition d'uranium, de ce fait outre les inconvénients mentionnés plus haut liés à l'utilisation de ces acides, une élimination sélective du fer due au déplacement chimique du fer par l'uranium ne peut quasiment pas être obtenue.

Il a été montré (voir exemples), de manière surprenante, que le rendement de déferrisation d'une phase organique obtenu avec une solution aqueuse d'acide inorganique selon l'invention chargée en uranium, était bien plus élevé respectivement que le rendement de déferrisation obtenu avec une solution aqueuse d'acide inorganique ne contenant pas d'uranium.

Le concept selon l'invention de purification, déferrisation par déplacement chimique s'applique à toutes sortes de phases organiques, par exemple à l'ensemble des phases organiques contenant des extractants organophosphorés.

Le procédé de déferrisation selon l'invention surmonte les inconvénients énumérés plus haut, dus à la mise en œuvre lors de l'étape de déferrisation d'un acide choisi parmi l'acide oxalique, les mélanges d'acide phosphorique et sulfurique, ou l'acide phosphorique déferrisé. Par exemple, il n'y a pas, dans le procédé selon l'invention, de perte d'acide phosphorique industriel.

Le procédé selon l'invention n'utilise que des réactifs inorganiques courants qui sont par exemple déjà présents, entre autres, sur les sites de production d'acide phosphorique, ce qui peut réduire notablement les dépenses de fonctionnement du procédé.

Le procédé selon l'invention limite le nombre d'opérations unitaires et élimine les impuretés pénalisantes de manière originale par saturation du solvant avec les matières valorisâmes, à savoir l'uranium. Il n'existe aucune limitation sur la phase organique initiale, et le procédé selon l'invention peut être appliqué avec succès au traitement de toute phase organique quelles qu'en soient la nature et la provenance.

Le procédé selon l'invention peut notamment s'appliquer au traitement d'une phase organique liquide initiale qui comprend un système d'extraction organique comprenant un extractant organique ou un mélange d'extractant(s) organique(s), dilué dans un diluant organique non réactif et non miscible avec l'eau.

Il a été montré (voir Exemples) que le procédé de déferrisation selon l'invention peut être mis en œuvre avec succès pour le traitement de toute phase organique de ce type quelle que soit la nature du système d'extraction organique.

En particulier (voir Exemples), il a été montré que le procédé de déferrisation selon l'invention peut être mis en œuvre avec succès aussi bien avec un système d'extraction organique comprenant un seul extractant organique qu'avec un système d'extraction organique comprenant un mélange d'extractant(s) organique(s) synergique, et quelle que soit la nature du ou extractants.

Le système d'extraction organique peut être choisi notamment parmi tous les systèmes d'extraction décrits dans les documents [1] à [4] et les documents FR-A-2442 796, FR-A-2 459 205, FR-A-2 494 258, et EP-A1- 053 054, cités plus haut, à la description desquels il est fait à cet égard expressément référence et dont les passages relatifs aux systèmes d'extraction sont en conséquence expressément inclus dans la présente.

Le système d'extraction organique peut notamment comprendre un extractant choisi parmi les composés organophosphorés et leurs mélanges.

Là-encore, le procédé de déferrisation selon l'invention peut être mis en œuvre avec succès avec tous ces extractants organophosphorés, utilisés seuls ou en mélange.

Avantageusement, le système d'extraction organique peut comprendre un extractant choisi parmi les composés organophosphorés acides tels que les acides dialkylphosphoriques, les composés organophosphorés bifonctionnels, les oxydes neutres de phosphine tels que les oxydes de trialkylphosphine, et leurs mélanges. Dans un mode de réalisation, le système d'extraction peut comprendre le mélange d'un composé organophosphoré acide et d'un oxyde neutre de phosphine.

Avantageusement, le composé organophosphoré acide peut être choisi parmi l'acide di(2-éthylhexyl) phosphorique (D12EHPA), l'acide bis (1,3-dibutoxy, 2-propyl) phosphorique (BIDIBOPP) et l'acide bis(l,3-dihexyloxy, 2-propyl) phosphorique (BIDIHOPP) ; et l'oxyde neutre de phosphine est choisi parmi l'oxyde de trioctylphosphine (TOPO), et l'oxyde de di n- hexyl octyl methoxy phosphine (DinHMOPO).

En particulier, le système extractant peut être choisi parmi les mélanges d'extractants suivants :

un mélange de TOPO et de D12EHPA;

un mélange de TOPO et de BIDIBOPP;

un mélange de TOPO et de BIDIHOPP;

un mélange de DinHMOPO et de Di ₂ EHPA;

un mélange de DinHMOPO et de BIDIBOPP;

un mélange de DinHMOPO et de BIDIHOPP.

Dans un autre mode de réalisation, le système d'extraction peut comprendre un mélange d'un acide trialkylphosphorique et d'un phosphate de trialkyle, tel que le TBP.

Dans encore un autre mode de réalisation, le système d'extraction peut comprendre en tant qu'extractant un composé qui répond à la formule générale (I) ci-après :

dans laquelle :

m représente un nombre entier égal à 0, 1 ou 2 ;

R ¹ et R ² , identiques ou différents, représentent un groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 6 à 12 atomes de carbone ;

R ³ représente :

- un atome d'hydrogène ; - un groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ;

- un groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, monocyclique, comprenant de 3 à 8 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; ou

- un groupe aryle ou hétéroaryle monocyclique ;

u bien R ² et R ³ forment ensemble un groupe -(CH2) _n - dans lequel n est un nombre entier allant de 1 à 4 ;

R ⁴ représente un groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 2 à 8 atomes de carbone, ou un groupe aromatique monocyclique ; tandis que R ⁵ représente un atome d'hydrogène ou un groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone.

Selon la signification de R ² et R ³ , le composé (extractant) de formule (I) peut répondre :

* soit à la formule particulière (l-a) ci-après :

dans laquelle :

m, R ¹ , R ⁴ et R ⁵ sont tels que précédemment définis ;

R ² représente un groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 6 à 12 atomes de carbone; tandis que

R ³ représente :

- un atome d'hydrogène ;

- un groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ;

- un groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, monocyclique comprenant de 3 à 8 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes ; ou

- un groupe aryle ou hétéroaryle monocyclique ; * soit à la formule particulière (l-b) ci-après

dans laquelle m, n, R ¹ , R ⁴ et R ⁵ sont tels que précédemment définis.

Conformément à l'invention, on entend par « groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 6 à 12 atomes de carbone », tout groupe alkyle, alcényle ou alcynyle, à chaîne linéaire ou ramifiée, qui comprend 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 atomes de carbone.

De manière analogue, on entend par « groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 2 à 8 atomes de carbone », tout groupe alkyle, alcényle ou alcynyle, à chaîne linéaire ou ramifiée, qui comprend 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8 atomes de carbone.

Par ailleurs, on entend par « groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes », tout groupe formé d'une chaîne hydrocarbonée, linéaire ou ramifiée, qui comprend 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12 atomes de carbone, dont la chaîne peut être saturée ou, au contraire, comporter une ou plusieurs doubles ou triples liaisons et dont la chaîne peut être interrompue par un ou plusieurs hétéroatomes ou substituée par un ou plusieurs hétéroatomes ou par un ou plusieurs substituants comprenant un hétéroatome.

A cet égard, on précise que, par « hétéroatome », on entend tout atome autre que de carbone et d'hydrogène, cet atome étant typiquement un atome d'azote, d'oxygène ou de soufre.

Par ailleurs, on entend par « groupe hydrocarboné, saturé ou insaturé, monocyclique, comprenant de 3 à 8 atomes de carbone et éventuellement un ou plusieurs hétéroatomes », tout groupe hydrocarboné cyclique qui ne comprend qu'un seul cycle et dont le cycle comprend 3, 4, 5, 6, 7 ou 8 atomes de carbone. Ce cycle peut être saturé ou, au contraire, comporter une ou plusieurs doubles ou triples liaisons, et peut comprendre un ou plusieurs hétéroatomes ou être substitué par un ou plusieurs hétéroatomes ou par un ou plusieurs substituants comprenant un hétéroatome, ce ou ces hétéroatomes étant typiquement N, 0 ou S. Ainsi, ce groupe peut notamment être un groupe cycloalkyle, cycloalcényle ou cycloalcynyle (par exemple, un groupe cyclopropane, cyclopentane, cyclohexane, cyclopropényle, cyclopentényle ou cyclohexényle), un groupe hétérocyclique saturé (par exemple, un groupe tétrahydrofuryle, tétrahydrothiophényle, pyrrolidinyle ou pipéridinyle), un groupe hétérocyclique insaturé mais non aromatique (par exemple, pyrrolinyle ou pyridinyle), un groupe aromatique ou encore un groupe hétéroaromatique.

A cet égard, on précise que, par « groupe aromatique », on entend tout groupe dont le cycle répond à la règle d'aromaticité de Huckel et présente donc un nombre d'électrons π délocalisés égal à An + 2 (par exemple, un groupe phényle ou benzyle), tandis qu'on entend par « groupe hétéroaromatique », tout groupe aromatique tel qu'il vient d'être défini mais dont le cycle comprend un ou plusieurs hétéroatomes, cet ou ces hétéroatomes étant typiquement choisis parmi les atomes d'azote, d'oxygène et de soufre (par exemple, un groupe furanyle, thiophényle ou pyrrolyle).

Enfin, le groupe -(CH2) _n - dans lequel n est un nombre entier allant de 1 à 4 peut être un groupe méthylène, éthylène, propylène ou butylène.

Dans la formule particulière (l-a) ci-dessus, R ¹ et R ² , qui peuvent être identiques ou différents, représentent avantageusement un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 6 à 12 atomes de carbone.

Plus encore, on préfère que R ¹ et R ² soient identiques entre eux et qu'ils représentent tous deux un groupe alkyle ramifié, comprenant de 8 à 10 atomes de carbone, le groupe 2- éthylhexyle étant tout particulièrement préféré.

Par ailleurs, dans la formule particulière (l-a) ci-dessus :

- m est, de préférence, égal à 0 ; - R ³ représente avantageusement un atome d'hydrogène, un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 12 atomes de carbone, ou un groupe aryle monocyclique, de préférence phényle ou ortho-, méta- ou para-tolyle ; tandis que

- R ⁵ représente préférentiellement un atome d'hydrogène.

Plus encore, on préfère que R ³ représente un atome d'hydrogène, un groupe méthyle, n-octyle ou phényle.

Enfin, dans la formule particulière (l-a) ci-dessus, R ⁴ représente, de préférence, un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 2 à 8 atomes de carbone et, mieux encore, de 2 à 4 atomes de carbone tel qu'un groupe éthyle, n-propyle, isopropyle, n- butyle, sec-butyle, isobutyle ou tert-butyle, les groupes éthyle et n-butyle étant tout particulièrement préférés.

Des composés de formule particulière (l-a) ci-dessus qui présentent ces caractéristiques sont notamment :

- le l-(N,N-diéthylhexylcarbamoyl)benzylphosphonate d'éthyle, qui répond à la formule particulière (l-a) ci-avant dans laquelle m est égal à 0, R ¹ et R ² représentent tous deux un groupe 2-éthyl-hexyle, R ³ représente un groupe phényle, R ⁴ représente un groupe éthyle tandis que R ⁵ représente un atome d'hydrogène ;

- le l-(N,N-diéthylhexylcarbamoyl)éthylphosphonate d'éthyle, qui répond à la formule particulière (l-a) ci-avant dans laquelle m est égal à 0, R ¹ et R ² représentent tous deux un groupe 2-éthyl-hexyle, R ³ représente un groupe méthyle, R ⁴ représente un groupe éthyle tandis que R ⁵ représente un atome d'hydrogène;

- le l-(N,N-diéthylhexylcarbamoyl)nonylphosphonate d'éthyle, qui répond à la formule particulière (l-a) ci-avant dans laquelle m est égal à 0, R ¹ et R ² représentent tous deux un groupe 2-éthyl-hexyle, R ³ représente un groupe n-octyle, R ⁴ représente un groupe éthyle tandis que R ⁵ représente un atome d'hydrogène ;

- le l-(N,N-diéthylhexylcarbamoyl)nonylphosphonate de butyle, qui répond à la formule particulière (l-a) ci-avant dans laquelle m est égal à 0, R ¹ et R ² représentent tous deux un groupe 2-éthyl-hexyle, R ³ représente un groupe n-octyle, R ⁴ représente un groupe n-butyle tandis que R ⁵ représente un atome d'hydrogène ; et - le l-(N,N-dioctylcarbamoyl)nonylphosphonate de butyle, qui répond à la formule particulière (l-a) ci-avant dans laquelle m est égal à 0, R ¹ , R ² et R ³ représentent tous trois un groupe n-octyle, R ⁴ représente un groupe n-butyle tandis que R ⁵ représente un atome d'hydrogène.

Parmi ces composés, on préfère tout particulièrement le l-(N,N-diéthyl- hexylcarbamoyl)nonylphosphonate d'éthyle et surtout le l-(N,N-diéthylhexylcarbamoyl)nonyl-phosphonate de butyle (DEHCNPB).

Dans la famille particulière (l-b) ci-dessus, R ¹ représente avantageusement un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 6 à 12 atomes de carbone.

Par ailleurs, dans cette formule particulière :

- m est, de préférence, égal à 0 ;

- R ⁴ représente préférentiellement un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 2 à 8 atomes de carbone et, mieux encore, de 2 à 4 atomes de carbone, tandis que

- R ⁵ représente, de préférence, un atome d'hydrogène.

Un composé de formule particulière (l-b) ci-dessus qui présente ces caractéristiques est notamment le (N-dodécylpyrrolidone)-l-phosphonate d'éthyle qui répond à la formule particulière (l-b) dans laquelle R ¹ représente un groupe n-dodécyle, R ² et R ³ forment ensemble un groupe éthylène (-CH2-CH2-), R ⁴ représente un groupe éthyle tandis que R ⁵ représente un atome d'hydrogène.

Les composés de formule (I), (l-a), et (l-b), et les composés particuliers mentionnés plus haut sont décrits dans le document WO-A1-2013/167516 [5], à la description duquel il est fait à cet égard expressément référence.

De manière particulièrement préférée, le système d'extractant est choisi parmi le D12EHPA, par exemple à une concentration de 0,5 M ; un mélange de D12EHPA, de préférence à une concentration de 0,5 M, et de TOPO, de préférence à une concentration de 0,125 M ; un mélange de D12EHPA, de préférence à une concentration de 0,2 M, et de TBP, de préférence à une concentration de 0,2 M; et le l-(Diethylhexyl carbamoyie) nonyl phosphonate de butyle (DEHCNPB) à une concentration de 0,1 M ou 0,5 M.

Il a ainsi été montré (voir exemples), que le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre avec succès avec une phase organique résultant de l'extraction de l'uranium par une première phase organique, ou phase solvant à partir d'une solution aqueuse uranifère d'acide inorganique, minéral, tel que l'acide phosphorique, l'acide nitrique ou l'acide sulfurique. Il a aussi été montré (voir exemples) que le procédé selon l'invention pouvait être mis en œuvre avec succès quelle que soit l'origine de cette solution aqueuse uranifère d'acide inorganique.

Ainsi cette solution aqueuse uranifère d'acide inorganique peut être aussi bien une solution aqueuse uranifère d'acide phosphorique, tel que de l'acide phosphorique industriel, issue de la lixiviation, attaque, d'un minerai phosphaté naturel, généralement à base d'apatite, par de l'acide sulfurique, qu'une solution aqueuse uranifère d'acide sulfurique ou d'acide nitrique issue de la lixiviation, attaque, d'un minerai uranifère non phosphaté, par exemple non apatitique, par respectivement de l'acide sulfurique ou de l'acide nitrique.

Généralement, la phase organique initiale contient de 0,5 à 10 g/L d'uranium; et de 0,1 à 10 g/L de fer.

Avantageusement, l'acide inorganique de la solution aqueuse de déferrisation est choisi parmi l'acide sulfurique, l'acide nitrique, l'acide chlorhydrique, l'acide phosphorique, et leurs mélanges.

L'acide inorganique préféré de la solution aqueuse de déferrisation est l'acide sulfurique.

En effet, il est particulièrement intéressant d'utiliser de l'acide sulfurique qui est largement disponible sur les sites de production d'acide phosphorique car de grandes quantités d'acide sulfurique sont consommées lors de la lixiviation des minerais phosphatés.

Avantageusement, la concentration en acide inorganique de la solution aqueuse de déferrisation est de 0,1 M à 18 M, de préférence de 1 à 1,5 M. Avantageusement, la quantité d'uranium apportée par la solution aqueuse de déferrisation est telle que la concentration en uranium dans la phase organique, soit au moins égale à 50%, de préférence au moins égale à 60%, de préférence encore au moins égale à 70% de la concentration en uranium correspondant à la saturation en uranium de la phase organique.

Avantageusement, la concentration en uranium, exprimée en [U], de la solution aqueuse de déferrisation est de 0,10 à 800 g/L, de préférence de 30 à 50 g/L, par exemple de 40 g/L.

La solution aqueuse de déferrisation ne contient pas de fer.

Généralement, lors de la mise en contact, on mélange la phase organique initiale avec la solution aqueuse de déferrisation, puis on décante ledit mélange.

Après que l'on ait décanté le mélange, on obtient d'une part une phase aqueuse liquide finale contenant le fer qui était contenu dans la phase organique initiale et d'autre part, une phase organique finale dite phase déferrisée contenant l'uranium qui était contenu dans la phase organique initiale et ne contenant pas de fer.

Une définition des termes « ne contenant pas de fer » lorsqu'ils se rapportent cette fois à la phase organique finale dite phase déferrisée est donnée plus bas.

Avantageusement, la mise en contact est mise en œuvre dans une batterie de 1 à 5 mélangeurs décanteurs, par exemple de 3 mélangeurs-décanteurs, alimentés à contre- courant en phase organique initiale et en solution aqueuse de déferrisation.

Avantageusement, la mise en contact peut être réalisée à une température de 0°C à 70°C dans la limite de la température éclair du diluant organique, de préférence à une température de 40°C à 45°C.

Avantageusement, le rapport du débit de la phase organique initiale au débit de la solution aqueuse de déferrisation O/A est de 1/5 à 5/1, par exemple de 1/1.

Avantageusement, la phase aqueuse finale contient plus de 90% de la masse du fer contenu dans la phase organique initiale, et moins de 1% de la masse d'uranium contenu dans la phase organique initiale , et la phase organique déferrisée contient au moins 90% de la masse d'uranium contenu dans la phase organique initiale, et moins de 10% de la masse de fer contenu dans la phase organique initiale. Avantageusement, la phase organique finale dite phase organique déferrisée contient moins de 10 ppm de fer, de préférence 0 ppm de fer (est exempte de fer).

Grâce au procédé selon l'invention, on obtient une élimination sélective du fer qui peut être supérieure à 90% en un contact. Le rapport massique Fe/U dans la phase organique déferrisée est généralement inférieur à 0,15 %, ce qui est conforme aux spécifications ASTM.

L'invention a trait en outre à un procédé d'extraction de l'uranium, à partir d'une première solution aqueuse d'un acide inorganique contenant de l'uranium et du fer, dans lequel on réalise au moins les étapes successives suivantes :

a) on met en contact la première solution aqueuse d'acide inorganique avec une première phase organique liquide; moyennant quoi on obtient d'une part une deuxième phase organique liquide contenant une majorité en masse de la quantité d'uranium contenu dans la première solution aqueuse d'acide inorganique et une minorité en masse de la quantité de fer contenu dans la première solution aqueuse d'acide inorganique, et d'autre part, une deuxième phase aqueuse désuraniée contenant l'acide inorganique, une minorité en masse de la quantité d'uranium contenue dans la solution aqueuse d'acide inorganique et une majorité en masse de la quantité de fer contenue dans la solution aqueuse d'acide inorganique ;

b) on sépare le fer à partir de la deuxième phase organique liquide contenant de l'uranium et du fer, en mettant en contact la deuxième phase organique liquide avec une troisième solution aqueuse dite solution aqueuse de déferrisation, moyennant quoi le fer passe dans la solution aqueuse de déferrisation pour former une phase aqueuse liquide finale, et l'uranium reste dans la deuxième phase organique liquide pour former une phase organique liquide finale dite phase organique déferrisée;

ledit procédé étant caractérisé en ce que la solution aqueuse de déferrisation contient un acide inorganique et de l'uranium, et ne contient pas de fer.

Rappelons que par les termes « ne contient pas de fer », on entend généralement que la solution aqueuse de déferrisation contient de 0 à 10 ppm de fer, de préférence contient 0 ppm de fer (est exempte de fer). Dans ce procédé d'extraction de l'uranium, et du fer, à partir d'une solution aqueuse d'un acide inorganique, l'étape b) est réalisée par le procédé de déferrisation selon l'invention tel qu'il a été exposé plus haut, et l'ensemble de la description du procédé de déferrisation fournie plus haut s'applique intégralement à l'étape b). La deuxième phase organique liquide traitée lors de l'étape b) correspond à la deuxième phase organique liquide de l'étape a) traitée par le procédé de déferrisation selon l'invention. La troisième solution aqueuse dite solution aqueuse de déferrisation correspond à la solution aqueuse de déferrisation utilisé dans le procédé de déferrisation selon l'invention et a été décrite en détail plus haut.

On comprendra en outre que la première phase organique liquide se différencie de la deuxième phase organique en ce qu'elle ne contient ni uranium, ni fer et qu'elle est donc exclusivement constituée de composés organiques. Par exemple, cette première phase organique peut être constituée par un système d'extraction organique comprenant un extractant organique ou un mélange d'extractant(s) organique(s) dilué dans un diluant organique non réactif et non miscible avec l'eau. Un tel système d'extraction organique a déjà été décrit en détail plus haut.

Dans l'étape a), la deuxième phase organique obtenue contient au moins 90% en masse, par exemple de 95 à 100% en masse, de la quantité d'uranium contenu dans la première solution aqueuse d'acide inorganique (solution de départ), et de 0,1 à 50% en masse de la quantité de fer contenu dans la première solution aqueuse d'acide inorganique; et la deuxième phase aqueuse désuraniée obtenue contient l'acide inorganique, de 0 à 10% en masse de la quantité d'uranium, et de 50 à 99,9%, par exemple de 80 à 90% en masse de la quantité de fer contenu dans la première solution aqueuse d'acide inorganique (solution de départ).

Généralement, la deuxième phase organique obtenue à l'issue de l'étape a) contient de 0,5 à 10 g/L d'uranium, et de 0,1 à 10 g/L de fer, et la deuxième phase aqueuse obtenue à l'issue de l'étape a) contient de 0 à 100 mg/L d'uranium, et de 0,1 à 6 g/L de fer.

Le procédé selon l'invention se distingue fondamentalement des procédés de l'art antérieur, en ce que l'étape de déferrisation b) est réalisée avec une solution aqueuse de déferrisation spécifique qui contient un acide inorganique et de l'uranium, et qui ne contient pas de fer.

En d'autres termes, l'étape de déferrisation b) est réalisée en mettant en œuvre le procédé de déferrisation selon l'invention tel qu'il a été décrit plus haut, et présente donc tous les avantages inhérents à ce procédé de déferrisation.

Cette solution aqueuse de déferrisation permet de manière étonnante d'éliminer sélectivement le fer de la deuxième phase organique, ou phase solvant chargée en uranium, et en fer.

En effet, il se produit lors de la mise en contact de la phase organique ou phase solvant obtenue dans l'étape a) avec la solution aqueuse de déferrisation selon l'invention un déplacement chimique du fer par l'uranium vers la phase aqueuse ce qui assure ainsi une déferrisation sélective de la phase organique, chargée en uranium, et en fer.

La mise en œuvre de la solution aqueuse selon l'invention dans l'étape de déferrisation b) qui permet ainsi d'obtenir une élimination sélective du fer, n'a jamais été décrite dans l'art antérieur.

Ainsi, dans les documents FR-A-2 596 383 [1] et EP-A-239 501 [2], on utilise lors de l'étape de déferrisation un acide choisi parmi l'acide oxalique, un mélange d'acide phosphorique et sulfurique ou l'acide sulfurique déferrisé, sans aucune addition d'uranium, de ce fait outre les inconvénients mentionnés plus haut liés à l'utilisation de ces acides, une élimination sélective du fer, due au déplacement chimique du fer par l'uranium ne peut être obtenue.

Le procédé selon l'invention, notamment du fait de la mise en œuvre de la solution spécifique mentionnée plus haut lors de l'étape de déferrisation, ne présente pas les inconvénients, défauts, limitations et désavantages des procédés de l'art antérieur et résout les problèmes des procédés de l'art antérieur.

En particulier, il n'y a pas, par exemple, dans le procédé selon l'invention, de perte d'acide phosphorique industriel.

Le procédé selon l'invention notamment lors de l'étape de déferrisation n'utilise que des réactifs inorganiques qui sont déjà présents sur les sites de production d'acide phosphorique. Par exemple, il est particulièrement intéressant d'utiliser de l'acide sulfurique qui est largement disponible sur les sites de production d'acide phosphorique car de grandes quantités d'acide sulfurique sont consommées lors de la lixiviation des minerais phosphatés.

En résumé, le procédé selon l'invention, tout en étant plus économique, permet entre autres une élimination sélective du fer par déplacement chimique tout en évitant les pertes d'uranium et les phénomènes de précipitation de fer qui gênent la conduite du procédé. Le procédé selon l'invention limite le nombre d'opérations unitaires et élimine les impuretés pénalisantes par saturation du solvant avec les matières valorisables, à savoir l'uranium.

Avantageusement, l'acide inorganique de la première solution aqueuse d'acide inorganique de l'étape a) est une solution d'acide phosphorique, d'acide sulfurique ou d'acide nitrique.

Avantageusement, la première solution aqueuse d'acide inorganique de l'étape a) contient de 0,1 à 10 g/L de fer, et de 0,05 à 10 g/L d'uranium.

Il a été montré (voir Exemples), que le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre avec succès avec une grande variété de premières solutions aqueuses d'acide inorganique quelle que soit leur provenance, à savoir par exemple une solution aqueuse uranifère d'acide phosphorique, tel que de l'acide phosphorique industriel, issue de la lixiviation, attaque, d'un minerai phosphaté naturel, généralement à base d'apatite, par de l'acide sulfurique, ou une solution aqueuse uranifère d'acide sulfurique ou d'acide nitrique, issue de la lixiviation, attaque, d'un minerai uranifère non phosphaté, par exemple non apatitique, par respectivement de l'acide sulfurique ou de l'acide nitrique comme précédemment décrit.

Avantageusement, l'étape a) est réalisée à une température de 30°C à 35°C, dans une batterie de 5 mélangeurs-décanteurs alimentés à contre-courant en phase organique et en phase aqueuse, et avec un rapport du débit de la phase organique au débit de la phase aqueuse O/A de 1/6 à 1/8, par exemple de 1/7.

Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape c) dans laquelle la phase organique déferrisée obtenue dans l'étape b) est mise en contact avec une solution aqueuse d'une base complexante ; moyennant quoi on obtient d'une part une phase aqueuse chargée en uranium et d'autre part une phase organique exempte d'uranium, et contenant en outre de la base complexante.

Avantageusement, la base complexante est un carbonate de métal alcalin ou alcalino- terreux tel que le carbonate de sodium.

Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape d) dans laquelle la phase organique exempte d'uranium, contenant en outre de la base complexante obtenue dans l'étape c), est mise en contact avec la phase aqueuse issue de l'étape b) et neutralisée, moyennant quoi on obtient d'une part une phase organique constituée par le solvant organique qui est renvoyée dans l'étape a) et d'autre part une phase aqueuse.

Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape e) dans laquelle la phase aqueuse chargée en uranium obtenue dans l'étape c), est mise en contact avec une base telle que de la soude, moyennant quoi on obtient un précipité d'uranate, tel que de l'uranate de sodium, qui est séparé, et une solution aqueuse qui est envoyée dans l'étape c) après addition d'une base complexante.

Avantageusement, tout ou partie du précipité d'uranate, tel que de l'uranate de sodium, obtenu dans l'étape e), est dissout dans un acide inorganique tel que de l'acide sulfurique, et la solution aqueuse obtenue contenant un acide inorganique et de l'uranium est envoyée dans l'étape b) après avoir éventuellement ajusté la concentration en acide inorganique.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention d'extraction de l'uranium à partir d'une solution aqueuse d'acide minéral, contenant de l'uranium, du fer et éventuellement une ou plusieurs autres impuretés.

Cette description est donnée à titre illustratif et non limitatif et est faite en référence aux dessins joints.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La Figure 1 est un schéma de principe du procédé selon l'invention. Il est à noter que toutes les indications données sur la Figure 1 sans exception, par exemple concernant les réactifs utilisés, les concentrations, les températures etc. ne le sont qu'à titre d'exemple et ne constituent en aucune manière une limitation.

La Figure 2 est un graphique qui montre les profils cinétiques du rendement de déferrisation sélective du solvant pour différentes concentrations initiales en uranium : à savoir 0 g/L (courbe A), 10 g/L (courbe B), 20 g/L (courbe C), 30 g/L (courbe D), 35 g/L (courbe E), 40 g/L (courbe F), 50 g/L (courbe G), 60 g/L (courbe H), 70 g/L (courbe I), 100 g/L (courbe J), dans la phase aqueuse lors des essais complémentaires de l'exemple 2.

En ordonnée est porté le rendement de déferrisation du solvant (en %) et en abscisse est porté le temps (en min.).

La Figure 3 est un graphique qui donne le rendement de déferrisation (ou élimination du Fe en %) des solvants chargés A, B, C, D, E, F, G, H, L, I, J, K, et M préparés dans l'exemple 4, en un contact, soit avec de l'acide sulfurique pur 1,5 M (pour chaque essai A, B, C, D, E, F, G, H, L, I, J, K, et M : barre de gauche), soit avec de l'acide sulfurique 1,5 M contenant de l'uranium (pour chaque essai : barre de droite).

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

La description détaillée qui est faite concerne un mode de réalisation du procédé selon l'invention, d'extraction de l'uranium à partir d'une solution aqueuse d'acide minéral, contenant de l'uranium et du fer, dans lequel la solution aqueuse d'acide minéral est une solution aqueuse d'acide phosphorique contenant de l'uranium et du fer.

Il est bien évident que, moyennant quelques adaptations mineures à la portée de l'homme du métier, le procédé décrit dans ce qui suit peut facilement être mis en œuvre avec des solutions aqueuses d'autres acides minéraux comme l'acide sulfurique ou l'acide nitrique, contenant de l'uranium et du fer.

La solution aqueuse d'acide phosphorique contenant de l'uranium et du fer qui est traitée par le procédé selon l'invention, dite solution aqueuse d'acide phosphorique « de départ » (1), a généralement une concentration exprimée en P2O5 de 26% à 32% en masse, de préférence de 28% à 32% en masse, par exemple de 28% à 30% en masse exprimée en P2O5. La solution aqueuse d'acide phosphorique traitée par le procédé selon l'invention contient généralement de 0,05 à 1 g/L d'uranium, notamment de 0,08 à 0,4 g/L d'uranium (exprimée en [U]).

L'uranium dans cette solution aqueuse se présente généralement en solution sous la forme de U(VI) et de U(IV), ce dernier devant faire l'objet d'une étape d'oxydation préalable en U(VI).

La solution aqueuse d'acide phosphorique traitée par le procédé selon l'invention contient généralement de 0,1 à 10 g/L de fer, notamment de 1 à 6 g/L de fer.

Cette solution aqueuse est généralement une solution aqueuse, appelée solution d'attaque, obtenue lors de l'attaque des minerais phosphatés par de l'acide sulfurique.

Avant d'être traitée par le procédé selon l'invention, la solution d'acide phosphorique contenant de l'uranium et du fer peut subir une ou plusieurs étapes de prétraitement (2), notamment une étape de refroidissement éclair, puis une étape de séparation Solide/Liquide, puis une étape d'oxydation par exemple par le peroxyde d'hydrogène.

L'étape de refroidissement permet par exemple de refroidir la solution d'attaque, qui est chaude.

L'étape de séparation Solide/Liquide permet de séparer le gypse en sursaturation dans la solution.

L'étape d'oxydation, par exemple par le peroxyde d'hydrogène ou par un autre oxydant tel que NaCI03, permet d'oxyder l'uranium sous la forme d'U (IV) en uranium sous la forme d'U (VI).

Conformément à l'invention, dans la première étape ou étape a) encore appelée étape d'extraction (3), du procédé selon l'invention, on met en contact la solution aqueuse d'acide phosphorique (1) avec un solvant d'extraction organique (4) comprenant un seul extractant ou bien un mélange d'extractant synergique, dilué dans un diluant organique non miscible et non réactif avec l'eau.

Par mélange d'extractants synergique, on entend que ce mélange possède des propriétés extractives supérieures voire nettement supérieures aux propriétés extractives obtenues par la simple addition des propriétés extractives de chacun des extractants qui constituent le mélange d'extractants. Des exemples de tels extractants, et de tels mélanges d'extractants synergiques sont connus de l'homme du métier dans ce domaine de la technique et sont donnés par exemple dans les documents [1] à [4] et les documents FR-A-2 442 796, FR-A-2 459 205, FR-A-2 494 258, et EP-A1- 053 054 cités plus haut à la description desquels on pourra à cet égard se référer.

Des extractants utilisés seuls préférés sont le DÏ2EHPA, de préférence à une concentration de 0,5 M.

D'autres extractants utilisés seuls préférés sont les extractants bifonctionnels du document [4] décrits plus haut comme le DEHCNPB, de préférence à une concentration de 0,1 M à 0,5 M.

Les mélanges d'extractants synergiques peuvent être constitués par exemple par un oxyde neutre de phosphine et un composé organophosphoré acide en particulier un mélange d'un acide dialkylphosphorique et d'un oxyde de trialkylphosphine

De préférence, le composé organophosphoré acide du mélange, tel qu'un acide dialkylphosphorique, est choisi parmi l'acide bis 2-éthylhexyl phosphorique (DÏ2EHPA), l'acide bis dibutoxy 1,3 propyl 2 phosphorique (BIDIBOPP) et l'acide bis dihexyloxy 1,3 propyl 2 phosphorique (BIDIHOPP) ; et l'oxyde neutre de phosphine est choisi parmi l'oxyde de trioctylphosphine (TOPO) et l'oxyde de di-n-hexyl octyl méthoxy phosphine (DinHMOPO).

Des mélanges d'extractants préférés de ce type sont les suivants :

TOPO/ Di ₂ EHPA ;

TOPO/ BIDIBOPP ;

TOPO/ BIDIHOPP ;

DinHMOPO/ Di ₂ EHPA ;

- DinHMOPO/ BIDIBOPP ;

DinHMOPO/ BIDIHOPP.

Un mélange extractant synergique particulièrement préféré est un mélange de D ₂ EHPA et de TOPO, de préférence un mélange de 0,5 M D ₂ EHPA et 0,125 M TOPO . Un autre mélange d'extractants synergique est un mélange de D2EHPA et de TBP, de préférence un mélange de 0,2 M D2EHPA et de 0,2 M TBP : il s'agit-là du mélange utilisé dans le procédé « DAPEX ».

Le diluant organique non miscible et non réactif avec l'eau est généralement choisi parmi les hydrocarbures liquides.

Ces hydrocarbures liquides peuvent être choisis parmi les hydrocarbures aromatiques comme le benzène, les hydrocarbures aliphatiques comme le n-heptane et le n-octane, et leurs mélanges. Un mélange d'hydrocarbures qui convient en tant que diluant selon l'invention est le kérosène.

Des kérosènes aliphatiques, tels que les produits disponibles sous la dénomination

ShellSol ^® , peuvent ainsi convenir pour une utilisation dans le diluant organique.

D'autres mélanges d'hydrocarbures qui conviennent en tant que diluant selon l'invention sont les produits disponibles sous la dénomination ISANE ^® comme TISANE ^® IP 185.

Cette étape d'extraction peut être réalisée en mode statique ou en mode dynamique.

Cette étape d'extraction peut être réalisée dans tout appareil d'extraction adéquat, par exemple dans un ou plusieurs mélangeurs décanteurs, et/ou dans une ou plusieurs colonnes agitées ou puisées.

L'homme du métier peut facilement déterminer le nombre d'étages théoriques adéquats que doit comporter l'appareil d'extraction pour réaliser l'extraction.

Généralement, cette étape d'extraction est réalisée avec une batterie de mélangeurs-décanteurs opérant en dynamique à contre-courant, c'est-à-dire avec la phase organique et la phase aqueuse circulant à contre-courant Tune de l'autre depuis le premier, respectivement le dernier, des mélangeurs-décanteurs, jusqu'au dernier, respectivement premier des mélangeurs-décanteurs.

Le nombre de mélangeurs-décanteurs peut aller de 1 à 10, notamment de 1 à 5. De préférence, 5 mélangeurs-décanteurs, en d'autres termes 5 étages de mélange- décantation sont mis en œuvre.

L'alimentation en phase organique peut alors avoir lieu par exemple dans l'étage 1, tandis que l'alimentation en phase aqueuse a lieu par exemple dans l'étage 5. Le rapport O/A global pour l'ensemble de la batterie de mélangeurs-décanteurs, l'ensemble des étages, est généralement de 1/6 soit 0,1667, à 1/8 soit 0,1250, suivant la concentration initiale de l'uranium dans la solution d'acide phosphorique de départ.

Rappelons qu'O/A désigne le rapport du débit de la phase organique sur le débit de la phase aqueuse.

Cette étape du procédé est généralement réalisée à une température de 10°C à 60°C, notamment 10°C à 50°C. Elle peut être réalisée à la température ambiante, par exemple 20°C à 25°C, mais elle est de préférence réalisée à une température de 30°C à 35°C, ce qui permet d'obtenir une cinétique d'extraction de l'uranium relativement rapide.

Le temps de mélange par mélangeur est généralement de 0,5 à 5 minutes, de préférence de 2 minutes, lorsque l'on opère dans la plage de température préférée indiquée plus haut.

Le temps de séjour dans les décanteurs, par étage, est généralement de 2 à 10 minutes, de préférence de 5 minutes, lorsque l'on opère dans la plage de températures préférée indiquée plus haut.

Le rendement d'extraction de l'uranium lors de cette étape est généralement supérieur ou égal à 95%, de préférence supérieur ou égal à 97%, de préférence encore supérieur ou égal à 98%.

La fuite en uranium est généralement inférieure ou égale à 10 mg/L, de préférence inférieure ou égale à 5 mg/L, de préférence encore inférieure ou égale à 3 mg/L.

A l'issue de cette étape d'extraction (3), on obtient donc d'une part une phase organique (5) qui contient de 90 à 100% en masse, par exemple de 95% en masse, de la quantité d'uranium contenu dans la solution aqueuse d'acide phosphorique (solution de départ), et de 0,1 à 10% en masse du fer contenu dans la solution aqueuse d'acide phosphorique ; et d'autre part une phase aqueuse désuraniée (6) qui contient l'acide phosphorique, de 0 à 10% en masse de l'uranium, et de 80% à 99,9% en masse du fer contenu dans la solution aqueuse d'acide phosphorique (solution de départ).

La phase organique (5) obtenue à l'issue de l'étape a) d'extraction (3) contient donc généralement de 0,5 à 10 g/L. d'uranium et de 0,1 à 10 g/L. de fer tandis que la phase aqueuse désuraniée (6) obtenue à l'issue de l'étape a) contient donc généralement de 0 à 100 mg/L. d'uranium et de 0,1 à 6 g/L. de fer.

La phase aqueuse désuraniée (6) peut être éventuellement soumise à un ou plusieurs post-traitements (7) choisis par exemple parmi un traitement de coalescence et un traitement au charbon actif afin notamment d'éliminer les matières organiques (provenant d'un entraînement de la phase organique dans la phase aqueuse), et l'acide phosphorique ainsi récupéré, qui présente une concentration exprimée en P2O5 de 26% à 32% en masse, de préférence de 28% à 32% en masse, par exemple de 28% à 30% en masse, analogue à l'acide phosphorique de départ, peut ensuite être utilisé par exemple dans des ateliers de production d'engrais.

La phase organique (5) obtenue à l'issue de l'étape a) (3), ou étape d'extraction, présente généralement un rapport Fe/U important de l'ordre de 0,1 à 1, notamment de 0,5.

Ensuite, lors d'une étape b), ou étape de déferrisation du solvant (8) selon l'invention, on met en contact la phase organique (5) obtenue dans l'étape a) avec une solution aqueuse de déferrisation (9).

Conformément à l'invention, la solution aqueuse de déferrisation (9) contient un acide inorganique et de l'uranium, et ne contient pas de fer.

L'acide inorganique de la solution aqueuse de déferrisation (9) peut être choisi parmi l'acide sulfurique, l'acide nitrique, l'acide chlorhydrique, l'acide phosphorique, et leurs mélanges.

L'acide inorganique préféré de la solution aqueuse de déferrisation est l'acide sulfurique.

Avantageusement, la concentration en acide inorganique de la solution aqueuse de déferrisation tel que de l'acide sulfurique est de 1 à 1,5 M.

La concentration en uranium de la solution aqueuse de déferrisation est de préférence de 35 à 40 g/L, par exemple de 40 g/L.

En effet, à acidité constante la concentration initiale d'uranium constitue un paramètre clé sur les rendements de déferrisation sélectives du solvant. L'optimum technico-économique semble être compris dans la plage susmentionnée de 35 à 40 g/L d'uranium contenu initialement dans l'Influent aqueux pour une élimination du fer de l'ordre de 90% en un contact.

Les tests d'épuisement de la phase aqueuse ont également montré l'absence de relargage du fer sur le solvant et un épuisement en uranium efficace généralement en trois contacts successifs avec des temps de contact inférieurs à 5 minutes.

Il a également été montré que le concept de déferrisation sélective du solvant par déplacement chimique était valable quel que soit l'acide sulfurique, nitrique, chlorhydrique, ou encore phosphorique.

Cette étape du procédé est généralement réalisée à une température de 10°C à 50°C.

Elle peut être réalisée à la température ambiante, par exemple 20°C à 25°C, mais elle est de préférence réalisée à une température de 40°C à 45°C.

En effet, les résultats expérimentaux montrent une influence notable de la température sur cette étape avec un gain substantiel sur le temps de mélange nécessaire pour atteindre les performances requises.

A titre d'exemple, le temps de contact adéquat à 40°C semble être compris entre 5 et 10 minutes au lieu des 30 minutes nécessaires à 20°C.

Cette étape de déferrisation (8) peut être mise en œuvre dans tout appareil de mise en contact adéquat, et être réalisée en mode statique ou en mode dynamique.

Généralement cette étape de déferrisation (8) est réalisée avec une batterie de mélangeurs-décanteurs opérant en dynamique à contre-courant.

Le nombre de mélangeurs-décanteurs peut aller de 1 à 5.

De préférence, 3 mélangeurs-décanteurs, en d'autres termes 3 étages de mélange- décantation sont mis en œuvre.

L'alimentation en phase organique (5) a lieu dans l'étage 1, tandis que l'alimentation en phase aqueuse (9) a lieu dans l'étage 3 qui est aussi appelé « super-étage ».

Le rapport O/A global pour l'ensemble de la batterie de mélangeurs-décanteurs, l'ensemble des étages, est généralement de 1/5 à 5/1.

Un rapport O/A global préféré est de 1/1. Le temps de contact est généralement de l'ordre de 10 minutes pour l'étage 3, c'est- à-dire pour l'étage de l'alimentation aqueuse, et de 3 minutes pour les deux autres étages.

Le temps de séjour dans le décanteur est généralement de 5 minutes au maximum.

Dans l'étape b) (8) on obtient d'une part une phase aqueuse (10) contenant de 50% à 90% du fer contenu dans la phase organique (5) obtenue dans l'étape a) et d'autre part une phase organique déferrisée (11) contenant au moins 85% en masse de l'uranium contenu dans la phase organique (5) obtenue dans l'étape a) et ne contenant pas de fer, exempte de fer. Par « déferrisée », « exempte de fer », « ne contenant pas de fer », on entend généralement que cette phase organique (11) contient moins de 10 mg/L de fer, par exemple 5 mg/L de fer, voire 0 mg/L de fer.

La phase organique (11) obtenue à l'issue de l'étape de déferrisation b) (8) contient donc généralement de 0,5 à 60 g/L. d'uranium et de 0 à 10 mg/L. de fer, tandis que la phase aqueuse désuraniée (10) obtenue à l'issue de l'étape b) contient donc généralement de 0 à 1 g/L. d'uranium et de 0 à 2 g/L. de fer. Cette phase aqueuse (10) est une phase acide contenant l'acide inorganique décrit plus haut.

Le procédé selon l'invention comprend en outre généralement une étape c), aussi appelée étape de désextraction de l'uranium (12), dans laquelle la phase organique déferrisée et chargée en uranium (11) obtenue à l'issue de l'étape b) de déferrisation du solvant est mise en contact avec une solution aqueuse d'une base complexante (13).

La base complexante peut être choisie parmi les carbonates de métaux alcalins, tels que le carbonate de sodium, les carbonates de métaux alcalinoterreux, et les carbonates d'ammonium.

La concentration en base complexante telle que le carbonate de sodium de la solution aqueuse est généralement de 1 à 2 M, par exemple de 1,5 M.

Cette étape de désextraction (12) peut être réalisée en mode statique ou en mode dynamique. Elle peut être réalisée dans tout appareil d'extraction adéquat.

Cette étape de désextraction (12) est généralement réalisée avec une batterie de mélangeurs-décanteurs opérant en dynamique à contre-courant.

Le nombre de mélangeurs-décanteurs peut aller de 1 à 5. De préférence, 3 mélangeurs-décanteurs, en d'autres termes 3 étages de mélange- décantation sont mis en œuvre.

L'alimentation en phase organique (11) peut avoir lieu, par exemple, dans l'étage 1, tandis que l'alimentation en phase aqueuse (13) peut avoir lieu, par exemple, dans l'étage 3.

Le rapport O/A global pour l'ensemble de la batterie de mélangeurs-décanteurs, l'ensemble des étages, est généralement de 1/2 à 2/1 soit, suivant la concentration initiale de l'uranium dans la phase organique de départ.

Un rapport O/A global préféré est de 1/1.

Cette étape de désextraction de l'uranium (12) du procédé est généralement réalisée à une température de 10°C à 50°C.

Elle peut être réalisée à la température ambiante, par exemple 20°C à 25°C, et une séparation des phases satisfaisante est obtenue même à 25°C, mais une augmentation de la température de fonctionnement permet d'améliorer les performances.

L'étape de désextraction de l'uranium (12) est ainsi réalisée de préférence à une température de 40°C à 45°C, ce qui permet d'obtenir une cinétique de désextraction de l'uranium relativement rapide.

Le temps de mélange est généralement de 1 à 10 minutes, de préférence de 5 minutes, lorsque l'on opère dans la plage de températures préférée indiquée plus haut.

A l'issue de cette étape de désextraction de l'uranium (12), on obtient d'une part une phase aqueuse chargée en uranium (14), et d'autre part une phase organique (15) constituée par le solvant organique, exempte d'uranium.

La phase aqueuse chargée en uranium (14) contient généralement de 5 à 80 g/L. d'uranium et de 0 à 100 mg/L. de fer et la phase organique exempte d'uranium (15) contient généralement de 0 à 100 mg/L. d'uranium et de 0 à 10 mg/L. de fer.

Le procédé selon l'invention comprend, en outre, généralement une étape d), dite étape d'acidification du solvant (16), dans laquelle la phase organique exempte d'uranium (15), contenant en outre de la base complexante issue de l'étape c) (12) -en d'autres termes le solvant désuranié issu de l'étape de désextraction de l'uranium (12)- est mise en contact avec la phase aqueuse (10) issue de l'étape b), c'est-à-dire l'étape de déferrisation du solvant (8). Le titre en acide pourrait être éventuellement ajusté si nécessaire.

Cette étape d'acidification du solvant (16) peut être réalisée en mode statique ou en mode dynamique.

Cette étape d'acidification (16) peut être réalisée dans tout appareil de mise en contact adéquat.

Cette étape de d'acidification (16) est généralement réalisée avec un mélangeur- décanteur ou une batterie de mélangeurs-décanteurs, par exemple de 1 à 8 mélangeurs- décanteurs opérant en dynamique à contre-courant.

De préférence, un seul mélangeur-décanteur, en d'autres termes un seul étage de mélange-décantation est mis en œuvre.

Le rapport O/A global pour le mélangeur-décanteur unique, ou pour l'ensemble de la batterie de mélangeurs-décanteurs, l'ensemble des étages, est généralement de 1/5 à 5/1.

Un rapport O/A global préféré est de 1/1.

Cette étape d'acidification (16) du procédé selon l'invention est généralement réalisée à une température de 10°C à 50°C.

Elle peut être réalisée à la température ambiante, par exemple 20°C à 25°C, mais une augmentation de la température de fonctionnement permet d'améliorer les performances.

L'étape d'acidification (16) est ainsi réalisée de préférence à une température de 40°C à 45°C.

Le temps de mélange est généralement de 1 à 10 minutes par étage, de préférence de 5 minutes, lorsque l'on opère dans la plage de températures préférée indiquée plus haut.

A l'issue de cette étape d'acidification du solvant (16), on obtient d'une part une phase organique (4) constituée par le solvant organique régénéré sous forme acide qui est envoyée dans l'étape a) d'extraction (3) et d'autre part une phase aqueuse (17).

Cette phase aqueuse (17) contient du fer, par exemple à raison de 0 à 2 g/L, et l'acide inorganique qui était contenu dans la solution aqueuse de déferrisation mise en œuvre lors de l'étape de déferrisation b) à une concentration de 1 à 1,5 M. Cette phase aqueuse (17) peut être valorisée. Ainsi, si l'acide inorganique est l'acide sulfurique, cette phase aqueuse (17) peut être recyclée vers une étape de lixiviation de minerai phosphaté (18).

La phase aqueuse chargée en uranium (14) obtenue à l'issue de l'étape de désextraction de l'uranium est généralement traitée dans une étape e), dite étape de précipitation d'uranate (19) au cours de laquelle cette phase aqueuse chargée en uranium (14) est mise en contact avec une base (20) telle que de la soude moyennant quoi on obtient un précipité d'uranate tel que de l'uranate de sodium qui est séparé, et une solution aqueuse exempte d'uranium (21) qui est renvoyée dans l'étape c) de désextraction de l'uranium (12) après qu'on lui ait ajouté une base complexante telle que du carbonate de sodium.

L'uranium contenu dans la phase aqueuse chargée en uranium obtenue à l'issue de l'étape de désextraction de l'uranium (12) peut se présenter sous des formes diverses.

Si la base complexante est un carbonate de métal alcalin ou alcalinoterreux, tel que le carbonate de sodium, alors l'uranium se présente sous la forme d'uranyl tricarbonate de métal alcalin ou alcalinoterreux, tel que l'uranyl tricarbonate de sodium.

On fait donc précipiter l'uranium par addition d'une base (20) tel que la soude, à la phase aqueuse (14), par exemple à une température de 80°C pendant une durée de 1 heure.

On obtient ainsi un précipité d'uranate, par exemple de diuranate de sodium

(« SDU ») ou uranate de soude, si de la soude a été utilisée pour la précipitation.

Ce précipité d'uranate est séparé par tout procédé de séparation solide-liquide adéquat, par exemple par filtration.

Tout ou partie (22) de ce précipité d'uranate, tel que de l'uranate de sodium obtenu dans l'étape e) de précipitation (19), peut être dissout, lors d'une étape dite de redissolution de l'uranate (23), dans un acide inorganique (24) tel que de l'acide sulfurique, à un pH par exemple de 3 à 3,5.

L'acide inorganique (24) utilisé pour la dissolution peut être choisi parmi les mêmes acides que ceux déjà mentionnés pour la solution aqueuse de déferrisation, à savoir, l'acide sulfurique, l'acide nitrique, l'acide chlorhydrique, l'acide phosphorique, et leurs mélanges. L'acide inorganique préféré est l'acide sulfurique.

Suite à la dissolution de l'uranate, on obtient ainsi une solution aqueuse de dissolution contenant un acide inorganique tel que de l'acide sulfurique, et de l'uranium sous forme de sulfate d'uranyle.

Tout ou partie de cette solution aqueuse de dissolution (25), peut être envoyé dans l'étape b) (8) pour servir de solution aqueuse de déferrisation (9) après un ajustement éventuel de la concentration en acide pour obtenir la concentration en acide souhaitée pour la solution aqueuse acide, uraniée, de déferrisation (9).

Ainsi on pourra effectuer un apport d'acide inorganique (26), tel que de l'acide sulfurique, sur la canalisation acheminant la solution aqueuse de dissolution (25).

Comme on l'a déjà précisé plus haut, la concentration en acide inorganique de la solution aqueuse de déferrisation (9) tel que de l'acide sulfurique est en effet avantageusement de 1 à 1,5 M, et la concentration en uranium de la solution aqueuse de déferrisation est avantageusement de 35 à 40 g/L, par exemple de 40 g/L.

Tout ou partie (27) du précipité d'uranate peut être placé dans des récipients tels que des fûts lors d'une étape dite « d'enfutage » de l'uranate (28).

Tout ou partie (29) de la solution aqueuse de dissolution de l'uranate, peut éventuellement être envoyé dans une étape optionelle de précipitation (30) par du peroxyde d'hydrogène (31), généralement réalisée à température ambiante, à l'issue de laquelle on obtient un précipité de peroxyde d'uranium UO ₄ (32) qui peut être éventuellement séparé par tout procédé de séparation solide-liquide adéquat, par exemple par filtration.

Le précipité de peroxyde d'uranium peut ensuite être placé dans des récipients tels que des fûts lors d'une étape dite « d'enfutage » de l'UO ₄ (33).

Au total, le procédé selon l'invention met en œuvre par exemple douze étages de mélange-décantation.

L'invention va maintenant être décrite en référence aux exemples suivants, donnés à titre illustratif et non limitatif. EXEMPLES.

Exemple 1.

Dans cet exemple, on montre l'influence de la concentration initiale d'uranium dans la solution de déferrisation mise en œuvre dans le procédé selon l'invention de séparation du fer et à partir d'une phase organique liquide.

Afin d'étudier l'influence de la concentration initiale d'uranium dans la solution aqueuse de déferrisation, des essais à l'échelle laboratoire ont été réalisés en ampoule à décanter dans les conditions suivantes :

Solution aqueuse de déferrisation (Phase aqueuse A) : H ₂ S0 ₄ 3 M contenant de l'uranium à une concentration variable ;

Phase organique initiale (Phase organique 0), Solvant chargé en uranium et en fer: Mélange synergique de 0,5 M D ₂ EHPA et de 0,125 M de TOPO dans le diluant Isane ^® IP185, chargé en uranium [U] = 1200 mg/L et en fer [Fe] = 526 mg/L ;

Rapport des phases O/A = 1/1.

Température ambiante (22°C).

Temps de contact variable.

Les cinétiques de désextraction de l'uranium et du fer du solvant sont déterminées par le suivi analytique des concentrations dans la phase aqueuse après contact avec le solvant.

Les résultats de ces essais sont présentés dans le Tableau I ci-dessous.

Ces résultats expérimentaux montrent une nette augmentation du rendement de déferrisation dès que la phase aqueuse contient initialement, conformément au procédé selon l'invention, de l'uranium en fortes concentrations.

Par ailleurs, la cinétique d'élimination du fer semble être de l'ordre de 30 minutes, temps pour lequel le rendement de déferrisation du solvant atteint un palier supérieur à 90 % en un contact, hormis pour une solution sulfurique pure pour laquelle la cinétique semble être plus lente. Exemple 2.

Afin de compléter les données précédentes obtenues dans l'exemple 1, des essais complémentaires à l'échelle du laboratoire ont été réalisés en ampoule à décanter dans les conditions suivantes :

Solution aqueuse de déferrisation (Phase aqueuse A) : H ₂ S0 ₄ 3 M contenant de l'uranium à une concentration variable ;

Phase organique initiale (Phase organique 0), Solvant chargé en uranium et en fer: Mélange synergique de 0,5 M Di ₂ EHPA et de 0,125 M de TOPO dans le diluant Isane ^® IP185, chargé en uranium [U] = 1093 mg/L et en fer [Fe] = 437 mg/L (La composition du solvant est donc légèrement différente de la composition du solvant dans les essais de l'exemple 1 où [U] = 1,2 g/L et [Fe] = 526 mg/L);

Rapport des phases O/A = 1/1 ;

Température ambiante (22°C).

Les cinétiques de désextraction de l'uranium et du fer du solvant sont déterminées par le suivi analytique des concentrations dans la phase aqueuse après contact avec le solvant.

Les résultats de ces essais complémentaires sont présentés dans le Tableau II ci- dessous.

Les essais complémentaires de cet exemple révèlent une influence notable de la concentration initiale en uranium dans la solution de déferrisation, notamment pour les faibles concentrations sélectionnées. Ainsi, le rendement de déferrisation augmente avec la concentration d'uranium tout en réduisant la cinétique de déferrisation.

Par ailleurs, la figure 2 montre les profils cinétiques du rendement de déferrisation sélective du solvant pour différentes concentration initiales en uranium (à savoir 0 g/L, 10 g/L, 20 g/L, 30 g/L, 35 g/L, 40 g/L, 50 g/L, 60 g/L, 70g/L, 100 g/L) dans la phase aqueuse lors des essais complémentaires de l'exemple 2.

Cette figure montre, en outre, deux populations distinctes :

lorsque la concentration d'uranium est comprise entre 0 et 30 g/L pour lesquelles le rendement de déferrisation croît et la durée de mise à l'équilibre cinétique diminue ; lorsque la concentration d'uranium est comprise entre 35 et 100 g/L pour lesquelles les courbes se superposent, tant d'un point de vue thermodynamique (rendement de déferrisation) que d'un point de vue cinétique (palier atteint au bout de 30 minutes à température ambiante ;

- enfin, la cinétique d'extraction de l'uranium semble quant à elle relativement rapide avec un optimum compris entre 5 et 10 minutes à température ambiante.

Exemple 3.

Dans cet exemple, on réalise des essais dans lesquels le procédé selon l'invention de séparation du fer et à partir d'une phase organique liquide est mis en œuvre dans une batterie de 3 mélangeurs-décanteurs (MD) fonctionnant en dynamique à contre-courant.

Les conditions de ces essais sont les suivantes :

Solution aqueuse de déferrisation (Phase aqueuse A) : H ₂ S0 ₄ 3 M ([H+] = 5,9 mol/L) contenant 39,76 g/L d'uranium, avec un débit d'alimentation de 120 mL/h ;

- Phase organique initiale (Phase organique O), solvant chargé en uranium et en fer: Mélange synergique de 0,5 M D ₂ EHPA et de 0,125 M de TOPO dans le diluant Isane ^® IP185, chargé en uranium [U] = 994 mg/L et en fer [Fe] = 307 mg/L, avec un débit d'alimentation de 120 mL/h;

Volume utile: mélangeur de 50 ml et décanteur de 200 ml pour l'étage 3 ; - Volume utile: mélangeur de 30 ml et décanteur de 200 ml pour les étages 1 et

2 ;

Alimentation en phase organique dans l'étage 1 ;

Alimentation en phase aqueuse dans l'étage 3 ;

Rapport des phases O/A = 1/1 ;

- Température: 40°C avec des mélangeurs et des décanteurs à double enveloppe et un échangeur de chaleur contenant du glycol comme fluide caloporteur.

A l'issue de 30 heures de fonctionnement, des prélèvements sur les phases organiques et les phases aqueuses sont effectués pour quantifier les profils de concentration sur chacun des 3 étages ainsi que le rendement de déferrisation issu du bilan sur les phases organiques.

Les résultats de ces essais sont présentés dans le Tableau III ci-dessous.

Exemple 4.

Dans cet exemple, on prépare des solvants ou systèmes d'extraction chargés en uranium en mettant en contact des liqueurs d'attaque chargées en uranium avec des solvants.

Dans une première étape, on prépare une liqueur d'attaque ou solution sulfurique, une liqueur d'attaque ou solution phosphorique, et une liqueur d'attaque ou solution nitrique.

Les liqueurs d'attaque phosphorique et sulfurique sont préparées à partir de jus industriels.

Ainsi, la liqueur d'attaque sulfurique provient d'un jus de lixiviation de minerai dopé en vanadium et en zirconium (voir Tableau IV).

La liqueur d'attaque phosphorique provient d'un acide phosphorique industriel américain SIMPLOT dilué par deux et dopé en uranium (voir Tableau V).

La liqueur d'attaque nitrique a été, quant à elle, préparée à partir d'acide nitrique, de nitrate d'uranyle et de sulfate de fer(lll) (voir Tableau VI).

L'analyse chimique des solutions montre que la solution sulfurique est très chargée en impuretés, notamment en fer, en vanadium et en zirconium.

Au contraire, les solutions phosphorique et nitrique ne sont chargées qu'en fer. Par ailleurs, le potentiel redox des solutions ainsi préparées montre que le fer se trouve majoritairement sous forme ferrique (le potentiel redox de la solution étant inhérent au couple fer(ll)/fer(lll).

Rappelons que le coefficient de partage du fer(lll) est plus élevé que celui du fer(ll) sur les solvants organophosphorés Dans une deuxième étape, on prépare les solvants.

Ces solvants comprennent un extractant organique organophosphoré ou un mélange d'extractant(s) organique(s) organophosphorés, dilué dans un diluant organique non réactif et non miscible avec l'eau à savoir un kérosène aliphatique (ISANE ^® IP 185). Les extractants suivants ont été choisis :

- D2EHPA (acide di-2-éthylhexylphosphorique) fourni par la société Lanxess.

- TOPO (oxyde de trioctyl phosphine) fourni par la société Cytec.

TBP (tri butyl phosphate).

- DEHCNPB (l-(Diéthylhexyl Carbamoyle) Nonyl Phosphonate de Butyle).

Avec ces extractants et le diluant ISANE ^® IP 185, les 5 solvants suivants ont été préparés :

D ₂ EHPA 0,5 M dans l'ISANE ^® .

D ₂ EHPA 0,5 M + TOPO 0,125 M (solvant du procédé Oak Ridge) dans l'ISANE.

D ₂ EHPA 0,2 M + TBP 0,2 M (solvant du procédé DAPEX) dans l'ISANE.

DEHCNPB 0,1 M ou 0,5 M dans l'ISANE.

Dans une troisième étape, on met en contact les solvants décrits plus haut avec les liqueurs d'attaque préalablement préparées lors de la première étape. La mise en contact est réalisée pendant 30 minutes à la température ambiante (25°C) avec un rapport de volume de phase O/A de 1/1, le volume de la phase aqueuse A et de la phase organique étant chacun de 100 ml.

Les divers essais de mise en contact réalisés lors de cette troisième étape sont décrits dans le tableau VII.

Une analyse des solvants chargés à l'issue de ces premières mises en contacts a été opérée avec un suivi des concentrations en uranium, en fer, en molybdène, en vanadium et en zirconium (Voir Tableaux VIII à X).

A noter que des problèmes de reproductibilité analytique (minéralisation du solvant et acquisition associée) n'ont pas permis de déterminer la concentration en zirconium sur les solvants chargés. Les tendances seront donc dressées sur la base du suivi en phase aqueuse pour cet élément le cas échéant.

Les solvants chargés issus des mises en contact avec la solution sulfurique sont globalement chargés à 3 g/L d'uranium, entre 0,5 et 1 g/L de fer, 200 mg/L de molybdène et de vanadium.

On remarque que les performances d'extraction observées entre les systèmes DEHNCPB 0,5 M et D ₂ EHPA 0,5 M sont similaires dans le milieu sulfurique étudié.

Par ailleurs, il semblerait qu'une diminution de la concentration en DEHCNPB entraîne une meilleure sélectivité uranium/impuretés.

Les solvants chargés issus des mises en contact avec la solution phosphorique sont globalement chargés à 1 g/L d'uranium avec des teneurs en impuretés variables, notamment pour le fer et le vanadium.

Le molybdène, quant à lui, est très peu chargé sur l'ensemble des solvants; ceci étant lié à la très faible concentration initiale de molybdène dans la liqueur phosphorique et/ou à la nature fortement complexante de cette matrice,

Ainsi, le mélange D ₂ EHPA/TBP semble être le système le plus sélectif à l'extraction dans nos conditions puisque les concentrations en fer, molybdène et vanadium sont très faibles.

Par ailleurs, un gain de sélectivité est également obtenu lorsque la concentration en DEHCNPB diminue.

Les solvants issus des contacts avec la solution nitrique sont globalement chargés à 3 g/L d'uranium et de fer, hormis pour le système D2EHPA/TBP pour lequel la concentration en fer est deux fois plus faible.

Par ailleurs, on observe des performances similaires entre les molécules D2EHPA et DEHCNPB et on constate que le TOPO ne joue plus ici le rôle d'agent de synergie dans une matrice nitrique.

Exemple 5.

Dans cet exemple, on prépare des solutions aqueuses, dites solutions aqueuses de déferrisation destinées à être mises en contact avec les solvants chargés préparés dans l'exemple 4 dans le but de séparer le fer à partir de ces solvants organiques chargés.

Deux solutions aqueuses sont préparées (voir Tableau XI) : à savoir une solution d'acide sulfurique pur 1,5 M (qui n'est pas conforme à la solution aqueuse de déferrisation mise en œuvre dans le procédé de l'invention) qui constitue la solution aqueuse de référence, et une solution d'acide sulfurique 1,5 M contenant de l'uranium à raison de 40 g/L (conforme à la solution aqueuse de déferrisation mise en œuvre dans le procédé de l'invention) qui constitue la solution aqueuse d'étude.

Les essais réalisés avec la solution de référence (acide pur) seront identifiés par le chiffre 1 suivant la lettre désignant le solvant chargé mis en contact avec la solution aqueuse, tandis que les essais réalisés avec la solution conforme au procédé selon l'invention seront identifiés par le chiffre 2 suivant la lettre désignant le solvant chargé mis en contact avec la solution aqueuse.

Exemple 6.

Dans cet exemple, on réalise des essais de purification des solvants chargés préparés dans l'exemple 4 à partir de la liqueur d'attaque sulfurique (Tableau VIII, essais A à E), au moyen de la solution aqueuse conforme à celle utilisée dans le procédé selon l'invention et de la solution comparative préparée dans l'exemple 5.

Les conditions de ces essais sont les suivantes :

- Utilisation d'ampoule à décanter et d'agitateurs mécaniques dédiés.

- Durée: 30 minutes.

- Température ambiante (25°C).

- Rapport en volume des phases O/A de 1/1 (80 ml pour chacune des phases).

A l'issue des contacts entre les solvants chargés et la solution d'acide sulfurique à 1,5 M contenant ou non de l'uranium, des analyses sont opérées sur les phases aqueuses (cf. tableaux XII et XIV) et les phases organiques (cf. tableaux XIII et XV) après filtration avec un suivi sur l'uranium et les impuretés fer, molybdène, vanadium et zirconium.

Pour rappel, l'incertitude analytique est comprise entre 5 et 10 % suivant l'élément considéré.

Pour mémoire, le bilan matière calculé est globalement vérifié pour l'ensemble des éléments analysés à 5% près.

Les résultats des essais réalisés avec une solution aqueuse constituée par de l'acide sulfurique pur qui sont exposés dans les Tableaux XII et XIII montrent qu'un lavage à l'acide sulfurique pur 1,5 M permet:

de limiter la perte en uranium sauf pour les essais B et E pour lesquels la concentration en uranium dans la phase aqueuse est supérieure à 50 mg/L ;

d'assurer une bonne épuration du solvant en vanadium, hormis pour l'essai C ; ce qui est conforme aux données de la littérature ;

de n'éliminer qu'une faible proportion du fer contenu dans les solvants chargés.

On a ensuite effectué des essais de lavage des solvants chargés avec une solution sulfurique de même acidité (1,5 M) mais contenant de l'uranium, c'est-à-dire une solution conforme à celle utilisée dans le procédé selon l'invention.

Les résultats de ces essais sont exposés dans les Tableaux XIV et XV.

Pour mémoire, de nouveau, le bilan matière calculé est globalement vérifié pour l'ensemble des éléments analysés à 5 % près.

Les résultats des essais montrent qu'un lavage à l'acide sulfurique pur 1,5 M contenant de l'uranium, conformément au procédé de l'invention, permet :

- d'épurer de manière limitée le molybdène mais avec des rendements supérieurs à ceux observés avec une solution d'acide sulfurique exempte d'uranium ;

d'assurer une épuration quasi-quantitative du solvant en vanadium, y compris pour l'essai C (contrairement à la solution d'acide sulfurique exempte d'uranium) ;

d'éliminer quasi-quantitativement le fer contenu dans le solvant chargé pour l'ensemble des essais ;

d'améliorer l'élimination du zirconium si l'on se base uniquement sur les analyses des phases aqueuses après contact. Exemple 7.

Dans cet exemple, on réalise des essais de purification des solvants chargés préparés dans l'exemple 4 à partir de la liqueur d'attaque phosphorique (Tableau IX, essais F à H et L), au moyen de la solution aqueuse conforme à celle utilisée dans le procédé selon l'invention et de la solution comparative préparée dans l'exemple 5.

Les conditions de ces essais sont les suivantes :

- Utilisation d'ampoule à décanter et d'agitateurs mécaniques dédiés.

- Durée: 30 minutes.

- Température ambiante (25°C).

- Rapport en volume des phases O/A de 1/1 (80 ml pour chacune des phases).

A l'issue des contacts entre les solvants chargés et la solution d'acide sulfurique à 1,5 M contenant ou non de l'uranium, des analyses sont opérées sur les phases aqueuses (cf. tableaux XVI et XVIII) et les phases organiques (cf. tableaux XVII et XIX) après filtration avec un suivi sur l'uranium et les impuretés fer, molybdène, vanadium et zirconium.

Pour rappel, l'incertitude analytique est comprise entre 5 et 10 % suivant l'élément considéré.

Pour mémoire, le bilan matière calculé est globalement vérifié pour l'ensemble des éléments analysés à 5% prés.

Les résultats des essais réalisés avec une solution aqueuse constituée par de l'acide sulfurique pur qui sont exposés dans les Tableaux XVI et XVII montrent qu'un lavage à l'acide sulfurique pur 1,5 M permet :

de limiter la perte en uranium sauf pour l'essai H pour lequel la concentration en uranium dans la phase aqueuse est supérieure à 10 mg/L ;

d'assurer une épuration quasi quantitative du solvant en vanadium, hormis pour l'essai F ;

de n'éliminer qu'une faible proportion du fer contenu dans tous les solvants chargés étudiés.

On a ensuite effectué des essais de lavage des solvants chargés avec une solution sulfurique de même acidité (1,5 M) mais contenant de l'uranium, c'est-à-dire une solution conforme à celle utilisée dans le procédé selon l'invention.

Les résultats de ces essais sont exposés dans les Tableaux XVIII et XIX.

Pour mémoire, de nouveau, le bilan matière calculé est globalement vérifié pour l'ensemble des éléments analysés à 5 % près.

Les résultats des essais montrent qu'un lavage à l'acide sulfurique pur 1,5 M contenant de l'uranium, conformément au procédé de l'invention, permet :

d'assurer une épuration quasi-quantitative du solvant en vanadium ; d'éliminer quasi-quantitativement le fer de tous les solvants chargés étudiés.

Exemple 8.

Dans cet exemple, on réalise des essais de purification des solvants chargés préparés dans l'exemple 4 à partir de la liqueur d'attaque nitrique (Tableau X, essais I à K et M), au moyen de la solution aqueuse conforme à celle utilisée dans le procédé selon l'invention et de la solution comparative préparée dans l'exemple 5. Les conditions de ces essais sont les suivantes :

Utilisation d'ampoule à décanter et d'agitateurs mécaniques dédiés. Durée: 30 minutes.

Température ambiante (25°C).

Rapport en volume des phases O/A de 1/1 (80 ml pour chacune des phases).

A l'issue des contacts entre les solvants chargés et la solution d'acide sulfurique à 1,5 M contenant ou non de l'uranium, des analyses sont opérées sur les phases aqueuses (cf. tableaux XX et XXII) et les phases organiques (cf. tableaux XXI et XXIII) après filtration avec un suivi sur l'uranium et le fer comme impureté principale.

Pour rappel, l'incertitude analytique est comprise entre 5 et 10 % suivant l'élément considéré.

Pour mémoire, le bilan matière calculé est globalement vérifié pour l'ensemble des éléments analysés à 5% près. Les résultats des essais réalisés avec une solution aqueuse constituée par de l'acide sulfurique pur qui sont exposés dans les Tableaux XX et XXI montrent qu'un lavage à l'acide sulfurique pur 1,5 M permet :

de limiter la perte en uranium sauf pour les essais K et M pour lesquels la concentration en uranium dans la phase aqueuse est supérieure à 100 mg/L ;

de n'éliminer qu'une très faible proportion du fer contenu dans les solvants chargés, hormis l'essai M.

On a ensuite effectué des essais de lavage des solvants chargés avec une solution sulfurique de même acidité (1,5 M) mais contenant de l'uranium, c'est-à-dire une solution conforme à celle utilisée dans le procédé selon l'invention.

Les résultats de ces essais sont exposés dans les Tableaux XXII et XXIII.

Pour mémoire, de nouveau, le bilan matière calculé est globalement vérifié pour l'ensemble des éléments analysés à 5 % près. Les résultats des essais montrent qu'un lavage à l'acide sulfurique pur 1,5 M contenant de l'uranium, conformément au procédé de l'invention, permet d'éliminer quasi-quantitativement en un contact le fer contenu dans les solvants chargés pour l'ensemble des essais avec de très bons rendements pour les essais I, J, et M.

Conclusion des exemples 6, 7, et 8.

Les rendements de déferrisation sont représentés sur la figure 3 pour l'ensemble des essais des exemples 6, 7, et 8 en fonction des solutions aqueuses de déferrisation utilisées, à savoir la solution d'acide sulfurique pur 1,5 M (qui n'est pas conforme à la solution aqueuse de déferrisation mise en œuvre dans le procédé de l'invention) qui constitue la solution aqueuse de référence, et la solution d'acide sulfurique 1,5 M contenant de l'uranium à raison de 40 g/L qui est conforme à la solution aqueuse de déferrisation mise en œuvre dans le procédé de l'invention).

L'évolution de ces rendements (Figure 3) montre clairement un gain significatif lorsque le lavage du solvant chargé est réalisé en présence d'uranium pour l'ensemble des essais.

En effet, les rendements de déferrisation obtenus en un contact sont généralement inférieurs à 20 % dans le cas de la solution aqueuse de référence (solution pure d'acide sulfurique), hormis pour les essais D et M avec des rendements de déferrisation de l'ordre de 80 et 50 % respectivement.

Les rendements de déferrisation obtenus en un contact sont de 90% dans le cas de la solution d'acide sulfurique uranifère, hormis pour les essais B et H pour lesquels le rendement est de l'ordre de 70%.

Ces résultats montrent clairement que le procédé selon l'invention qui utilise une solution aqueuse de déferrisation contenant de l'uranium, peut être mis en œuvre avec succès avec l'ensemble des solvants chargés, que ces solvants contiennent des extractants organophosphorés purs ou en mélanges synergiques et quelle que soit la matrice de la liqueur d'attaque ayant permis d'obtenir ces solvants chargés.