Brevet FR2010096A1 — publié le 19700213

La présente invention concerne un procédé pour récu- pérer le polonium du bismuth irradié0 Plus particulierement, lv invention concerne un procédé combiné pyrochimique et du ex traction à lwétat liquide par un solvant liquide pour la récupération du polonium-210. Lgirradiation du bismuth par des neutrons produit du polonium-210 dsaprès la réaction 209go + ln e 210Bi ss y 210po 83 o 83 5,4 jours 84 Le polonium-210 a une période environ 138 jours et se désintègre par émission a en donnant du plomb-206 stable0 En raison de sa période courte et de son activité spécifique élevée, le polonium-210 est une source utile d'énergie isotopique. Différents procédés ont été proposés et essayés pour la récupération et la séparation du polonium -210 du bismuth métallique irradié. Le plus fréquemment > le bismuth est dissous dans un milieu acide et le polonium-210 est ensuite récupéré et purifié par précipitation et adsorption ou par des procédés d'extraction du type liquide-solvant liquide.Pour la production et la récupération du polonium-210 en quantités de tordre du kilogramme, ces procédés ont l'inconvénient de demander des opérations importantes et coûteuses pour la conversion du bismuth à liétat métallique pour une irradiation supplémentaire0 Ces opérations indésirables de conversion du bismuth sont évitées par un procédé de distillation sous vide suivant lequel le polonium-210 est volatilisé à partir du bismuth métallique en fusion à des températures de l'ordure de 7000C à 900 C0 L'établissement et le maintien du vide nécessaire-à l'échelle de production sont cependant difficiles et coûteux.De plus, la manutention sans danger de quantités importantes de vapeurs de polonium extrêmement toxiques produites par.la volatilisation représente un travail extrêmement important, La corrosivité éle vée du bismuth fondu à 7000C à 9000C est aussi un inconvénient important du procédé comportant la volatilisation et des matériaux de construction coûteux sont nécessaires pour obtenir dgune façon satisfaisante à ces températures le bismuth métal lequel La présente invention a pour objet un procédé pour la récupération du polonium, du bismuth métallique irradié, suivant lequel le bismuth est maintenu à l'état métallique pendant tout le traitement, ce procédé permettant l'utilisa- tion de températures inférieures à celles considérées Jusqu'iei. Le procédé selon l'invention comporte la mise en contact du bismuth métallique irradié fondu et dihydroxyde de sodium à une température comprise entre 4oo0c et 500 C sous atmosphère inerte. Les phases sont séparées pendant qu'elles sont encore à l'état fondu et la phase hydroxyde de sodium est dissoute dans de l'acide nitrique. Le polonium est ensuite extrait de la solution dans l'acide nitrique en utilisant un agent d'extraction organique stable sous les radiations, tel que du phosphonate de dibutylbutyle (PDBB). Une démonstration expérimentale de l'efficacité et de la souplesse du procédé combiné pyrochimique et d'extrac- tion par un solvant selon la présente invention est donnée ci-après. Une quantité de 2 à 8 g de bismuth irradié contenant 3 à 90 mC (miîiiçuries) de polonium-210 par gramme sont agités de 30 à 60 mn à des températures de 400 C à 600 C sous une atmosphère inerte (azote ou argon) avec environ un dixième à quatre fois leur poids d'hydroxyde de sodium. Le bismuth et l'hydroxyde de sodium sont placés dans un récipient en graphite ou en acier inoxydable et ces récipients sont à leur tour placés dans un tube de Vycor comportant un dispositif assurant le balayage par le gaz désiré.Le chauffage et l'agitation du bismuth et de l'hydroxyde de sodium sont effectués dans un four tubulaire prévu pour le déplacement dans un plan horizontal avec 48 courses par minute d'une amplitude de 50 mm. Sauf dans un ou deux cas, l'hydroxyde de sodium utilisé pour ces essais est de la qualité pour réactif.- Pour chaque essai, l'hydroxyde de sodium est d'sabord chauffd à 3400C pendant quelques minutes pour éliminer l'eau associée. Le bismuth métallique est ajouté ensuite et le mélange est chauffe à la~temperature desirée--en balayant continuellement l'ensemble du système avec le gaz inerte. Pour chaque essai, la fusion est terminée après l'oscillation du système pendant le temps spécifié et à--.la température spécifiée. Pour déterminer la distribution du polonium-210, la masse refroidie de chaque essai est traitée avec une quantité de 100 à 200 ml d'une solution chaude d'acide hydroxyacétique à concentration de 1 à 2 M. Cette solution dissôut- l'hydroxyde de sodium sans affecter le bismuth métallique. Celui ci est dissous séparément dans de l'acide nitrique. I1 doit être observé que ce processus est utilisé seulement par convenance, car pour un traitement à l'échelle industrielle, les phases peuvent être séparées pendant qu'elles sont encore à l'étant fondu et 1'hydroxyde de sodium peut être dissous dans une solution aqueuse d'acide nitrique pour l'extraction consécutive du polonium-210 par un solvant. Le tableau ci-aprbs donne les résultats de ces essais Conditions de fusion Distribution du 210po % Essai B1 Rapport n on g en ads Mn 0 C AtmosDhbre dans Bi dans NaOH NaOH Bi 1b 2,10 1,0 45 400 Argon 4,0 98,0 2b 2,14 3,0 45 400 Argon 0,51 101,3 3b 2,16 1,0 45 600 Argon 0,55 100;;7 4b 2,04 3,0 45 600 Argon 2,03 94,4 5b 2,66 4,0 30 500 Argon 0,29 97,3 6b 2,09 3,0 30 500 Argon 0,27 97,3 7 2,00 2,0 45 500 Argon 0,43 93,4 8b 1,99 1,0 60 500 Argon 0,57 98,6 9d 3,52 0,74 60 500 Azote 0,60 9791 10d 6,89 0,48 60 500 Argon 0,90 93,7 11d 7,39 0,29 60 500 Azote 2,0 9),6 12d 7w24 0,12 60 500 Azote 3,6 93,0 13d 8,13 0,24e 60 500 Argon 3,1 91,2 14d 4,26 0,46f 60 500 Azote 1,9 89,9 15d 5,50 0,89 60 500 Air 64,7 41,8 (a) par analyse 210 (b) 3 à 6 mC de 210po/g dans le bismuth initial (c) 9Q mC de 210Po/g dans le bismuth initial 210 (d) 36 à 55 mO de Po/g dans le bismuth initial (e) NaoH de qualité technique (f) NaoH de qualité pour réactif contenant 2 % de Na2CO3. -Il est évident d'après ces tableaux, qu'un simple contact entre le bismuth fondu et l'hydroxyde de sodium permet le transfert de plus de 98 ss du polonium A la phase dehydro- xyde de sodium entre des limites larges des temps et des températures. Le transfert du polonium n'est pas sensiblement affecté par la pureté de l'hydroxyde de sodium, il est également élevé avec les matières de qualité technique et de qualité pour réactif. Un transfert satisfaisant du polonium à la phase d'hydroxyde de sodium nsa pas lieu à l'air. Cependant, le transfert peut avoir lieu sous un gaz inerte, tel que l'azote, l'argon ou l'hélium au lieu du vide considéré nécessaire, antérieurement à la présente invention. I1 sera noté que d'autres solvants peuvent remplacer le PDBB bien que ce dernier solvant soit actuellement le mieux connu. Par exemple, le dibutylcarbitol peut aussi être utilisé, mais cependant il n'est pas aussi stable sous l'irradiation que le PDBB0 Des analyses des énergies r effectuées pour les solutions de la phase bismuth et de la phase hydroxyde de sodium de blessai nO 7 montrent que plus de 99 % de l'antimoine-124 et'du zinc-65 du bismuth sont passds dans la phase d'hydroxyde de sodium0 I1 a été récemment montré qu'il est désirable de maintenir des concentrations très faibles d'antimoine-124, de zinc-65, d'argent et de tantale dans le bismuth recyclé dans un réacteur pour éviter l'accumulation de produits activés par les neutrons qui complique la manutention du bismuth métallique. Le présent procédé assure incidemment l'extraction de l'antimoine et du zinc et, probablement, sur des bases chimiques connues, du tantale, La possibilité d'utiliser les techniques d'extraction du type liquide-solvant liquide pour récupérer et purifier le polonium-210 à partir d'une solution dans l'acide nitrique de la phase d'hydroxyde de sodium est démontrée par l'essai suivant. La phase d'hydroxyde de sodium de l'essai nO 1 donnée par le tableau ci-dessus est d'abord dissoute dans 40 ml d'eau0 La solution obtenue est réglée à une concentration d'environ 2,OM de HN03 et elle est ensuite concentrée par ébullition pour préparer une solution ayant pour composition molaire 4,0 M de NaN03, 3,1 M de HN03 et 0,1 C/1 de polonium-210. Une solution ayant pour composition molaire 2,5 M de NaNOD, 2,9 M de HN03 et 0,06 C/1 de polonium -210 est ensuite préparée à partir de ce concentré.Finaliement, une partie de cette solution est mise contact (10 mn à 25 CC) avec 0,8 partie en volume d'une solution de PDBB à 30 % en volume dans du kérosène. L'acidité de la phase aqueuse à l'équilibre est de 2,24 M de HNO) et le rapport des distributions du polonium-210 est 1,16. Cette dernière valeur est raisonnablement en accord avec la valeur prévue et elle est suffisamment élevée pour permettre ltutfllisation des techniques d'extraction par un solvant à contre-courant pour récupérer le polonium. Le nouveau procédé pour la récupération du polonium -210 selon l'invention est simple, hautement efficace et possède des avantages appréciables par rapport aux autres procédés de récu pération du polonium. Le premier de ces avantages est bien entendu que comme dans le cas du procédé à distillation sous vide, le bismuth est maintenu à l'état métallique, Contrairement au cas du procédé par distillation, il suffit d'fine simple atmosphère inerte pour un fonctionnement satisfaisant dans les opérations pyrochimiques et la suppression de la necessité d'établir et de maintenir un vide poussé représente une économie importante.La suppression du fonctionnement sous vide permet aussi un traite ment pyrochimique bien plus facile que dans le cas du procédé à distillation pour les traitements à grande échelle ; ainsi, en fonction des quantités à récupérer et des conditions de décontamination, le traitement pyrochimique peut être effectué sur la base d'un traitement discontinu- unique ou snême par trai- tement à contre-eourantO De plus, le traitement pyrochimique peut avoir lieu dans une plage large des températures et entre des limites larges des rapports du bismuth à lthydroxyde de sodium et il peut.avoir lieu d'une façon satisfaisante dans un équipement en acier inoxydable0 Le procédé permet en plus du polonium-210 de l'extracton,I'extraction de certains autres isotopes constituant des impuretés dans la phase bismuth, par exemple le zinc-65,qui compliquant la manutention du bismuth métallique recyclé quand ils sont activés par les neutrons0 Ce pouvoir de décontamination est un avantage supplémentaire du procédé selon ltinvbntion par rapport au procédé par distilation sous vide. Les avantages du traitement pyrochimique sont augmentés quand ce traitement est combiné avec un traitement dv extraction du type liquide-solvant liquide pour la purification finale du polonium. La séparation pyrochimique préalable du bismuth simplifie considérablement leextraction du polonium-210 par le solvant et permet une opération directe efficace dgex- tract ion par le solvant pour préparer un concentré de polonium purifié convenant pour sa conversion en métal par des techniques connues. En particulier, l'extraction préalable du bismuth permet d'utiliser un agent d'extraction organophosphoré plus stable à 12lrradiationJ tel que le PDBB plutôt qufun agent, tel que le dibutylcarbitol nécessaire quand le polonium est associé à des quantités importanteS de liquide. Bien entendu, la description qui précède nu est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. BEVEhDICATIONS 1 - Procédé pour la récupération du polonium du bismuth irradié, caractérisé par l*6ise en contact du bismuth irradié avec de l'hydroxyde de sodium à une température de 4000C à 5000C sous atmosphère inerte, la séparation de l'hydroxyde de sodium du bismuth et la récupération du polonium de l'hydroxyde de sodium par extraction par un procédé liquide-liquide. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase hydroxyde de sodium est séparée de la phase bismuth pendant qu'elle est encore à l'état fondu. 3 - Procédé selon la revendication 2, Caractérisé en ce que la phase d'hydroxyde de sodium est dissoute dans une solution aqueuse d'acide nitrique et le polonium est extrait de la solution obtenue avec du phosphonate de dibutylbutyle dissous dans du kErosbne. 4 - procédé selon la revendication 3, caractérisé par l'agitation du bismuth irradié avec environ un dixième à quatre fois son poids dthydroxyde de sodium, pendant 50 à 60 minutes.