Brevet FR2096438A1 — publié le 19720218

La présente invention a pour objet un procédé électrochimique de production d'hexafluorure d'uranium , dans lequel les produits de départ soumis à ltélectrolyse comprennent des sels d'uranium , des oxydes d'uranium anhydres ou hydratés , des sels d'uranyle , des uranates ou de l'uranium métallique Dans la technique on connait des procédés mis en oeuvre à l'échelle industrielle , semi - industrielle ou du laboratoire , pour la fabrication d'hexafluorure d'uranium , parmi lesquels on mentionnera principalement a/ - Un procédé réalisant la fluoration directe du tétrafluo- rure d'uranium en hexafluorure d'uranium suivant la réaction b/ - Le procédé dit "Fluorox" base sur la réaction suivante:: suivie du recyclage de U02F2 qui , réduit par l'hydro- gène en U02 , est à nouveau converti en UF4 avec de de l'acide fluorhydrique c/ - Un procédé conforme à la réaction Bien que , dans les exemples mentionnés ci-dessus , le tétrafluorure d'uranium soit mentionne comme matière de départ , on doit signaler que d'autres types de procédés ont été aussi développes qui sont similaires aux précédents et dans lesquels les produits de départ sont des composés d'uranium autres que le tétrafluorure d'uranium , tels que l'uranium métallique , U02 (dans les procédés de re-traitement) , U308 et divers halogénures d'uranium Les procedés ci-dessus mentionnés sont cependant très coûteux soit , parce que , du fait qu'ils mettent en jeu des séries ou cycles de réactions très limités , ils utilisent le fluor gazeux , soit parce que le procédé est rendu considérablement plus complique lorsque l'on évite d'utiliser le fluor gazeux Le cobt élevé du procedé utilisant le fluor gazeux résulte non seulement du fait que ce réactif est , en lui-même , très coûteux mais , en outre , de ce que dans les conditions opkratoires , (environ 500ffç) il est nécessaire d'utiliser des matérieux spéciaux anti-corrosifs qui sont généralement très coûteux (MONEL , INCONEL , etc...) Selon la présente invention la fabrication d'hexafluorure d'uranium s'effectue suivant un procédé électro-chimique évitant l'utilisation directe du fluor gazeux et dans des conditions opératoires très strictes (températures et pression) de manière à réaliser un procédé bien plus économique . La présente invention sera maintenant décrite plus en détail en se référant à un mode de réalisation préféré qui est donné seulement à titre d'exemple non limitatif , car-il est possible d'apporter des modifications aux conditions opératoires tout en restant dans le cadre de l'invention On supposera que le produit à soumettre à lthydrolyse est le tétrafluorure d'uranium , étant entendu quedL'autres composés mentionnés ci-dessus peuvent être également utilisés à cette fin Le tétrafluorure d'uranium , sous forme de poudre fine est mis en suspension dans de l'acide fluorhydrique anhydre , auquel on ajoute un électrolyte support ayant de bonnes qualités de conduction du courant , tel que le fluorure de potassium Le tout est placé dans une cellule électro-chimique dans laquelle les électrodes sont formées par un jeu de plaques de nickel ou d'un alliage contenant du nickel ,lieues électriquement les unes aux autres (anode) et alternées avec des plaques de fer ou de tout autre métal ou alliage métallique résistant chimiquement à l'acide fluorhydrique anhydre, également reliées les unes aux autres (cathodes) munies d'éléments d'espacement en téflon En appliquant à la cellule une tension comprise entre 4 et 8 volts et , de préférence entre 5 et 6 volts , on obtient un dégagement d'hexafluorure d'uranium à l'anode et d'hydrogène à la cathode Les conditions opératoires de pression et de température caractérisant cette électrolyse sont à peu près les conditions ambiantes I'hexafluorure d'uranium qui se dégage pendant l'électrolyse est dissous dans la phase liquide , de laquelle il est extrait par le courant gazeux constitué par l'hydrogène dégagé à la cathode , l'acide fluorhydrique évaporé et , éventuellement , d'autres composés gazeux qui peuvent se dégager lorsqu'on utilise des composés de départ autres que le tétrafluorure d'ura nium. Ce mélange gazeux est ensuite envoyé sur un condenseur où il est refroidi avec un fluide de refroidissement de manière à maintenir la concentration en acide fluorhydrique et en hexafluorure d'uranium des gaz résiduels dans une gamme économiquement acceptable ; l'acide fluorhydrique condensé et saturé en hexafluorure d'uranium à la température de condensation , est recyclé à la cellule tandis que l'hexafluorure d'uranium solide précipité est maintenu partiellement dans le condenseur , par adhé- sion à la surface de refroidissement et est partiellement mis en suspen- - sion dans l'acide fluorhydrique anhydre condensé , duquel il est facilement séparé par décantation L'hydrogène et , éventuellement , d'autres gaz , contenant de petites quantités d'acide fluorhydrique et d'hexafluorure d'uranium , sont évacués à l'extérieur après une éventuelle purification finale La méthode selon la présente invention offre plusieurs avantages . Parmi ceux-ci , on citera principalement les suivants a/ - Conditions opératoires de fonctionnement (températures et pression) de l'équipement réactionnel moins sévères que celles des procédés utilisés actuellement b/ - L'absence de fluor libre et l'environnement anhydre cecissconjointement à l'avantage mentionne en a/ , simpli fie grandement les problèmes de corrosion , de sorte que toutes les parties m8talliques de la structure qui sont en contact avec les substances utilisées dans le procédé , peuvent être constituées en acier normal ou en tout métal ou alliage chimiquement résistant à l'acide fluorhydrique anhydre à la température ambiante c/ - Le fluor nécessaire à la réaction est fourni sous la forme d'acide fluorhydrique anhydre connu comme étant la forme la plus économique du fluor ; de plus, bien que de lténergie électrique soit nécessaire pour convertir le tétrafluorure d'uranium en hexafluorure d'uranium , la quantité réquise ne représente qutenvi- ron la moitié de celle nécessaire pos ltélectrolyse de l'acide fluorhydrique , qui se produit sous une tension environ double En résumé , on obtient des avantages qui découlent de ltéli- mination du réacteur de conversion du tétrafluorure d'uranium en hexafluorure d'uranium , cette conversion s'effectuant dans une cellule moins conteuse , l'avantage d'une mise en oeuvre et d'un entretien plus faciles et celui d'une consommation plus faible d'énergie électrique par rapport à une cellule de production de fluor Bien que la présente invention ait été décrite en se réfé rant à des modes de réalisation particuliers , il est évident que de nombreuses modifications ou variations peuvent y être apportées sans sortir de l'esprit et du cadre de la présente invention - REVENDICATIONS - 1/ - Procédé électrochimique de fabrication d'hexafluorure d'uranium , caractérisé par le fait que l'on soumet des composés tels que les sels d'uranium , les oxydes d'uranium anhydres ou hydratés , les sels d'uranyle , les uranates ou l'uranium métallique lui-même , à l'e-lectrolyse dans une cellule électro - chimique convenable , en meme temps que de l'acide fluorhydrique avec ou sans électrolyte servant de support 2/ - procédé électrochimique de fabrication d'hexafluorure d'uranium selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'hexafluorure d'uranium qui se dégage durant l'.électrolyse est entraîné par le courant gazeux constitué par l'hydrogène qui se dégage à la cathode , l'acide fluorhydrique évaporé et , éventuellement d'autres gaz , ce courant gazeux passant ensuite dans un condenseur où il est refroidi et , par suite , la quasi totalité du fluorure d'uranium est séparée des effluents gazeux sous la forme d'hexafluorure d'uranium solide 3/ - Procédé électrochimique de fabrication d'hexafluorure d'uranium selonf ne des revendications précédentes , caractérisé par le fait que les conditions opératoires de température et de pression sont approximativement les conditions ambiantes