Brevet FR2194794A1 — publié le 19740301

La présente invention concerne le séparation et la récupération des matières radioactives, et plus particulièrement le récupération des métaux radioactifs des solutions aqueuses des sels de ces métaux. La récupération et la purification des métaux radioactifs, tels nue l'uranium et le plutonium et leurs produits de fission, à partir de solutions diluées, c'est à dire à partir des "résidus atomiques" ont été effectuées par évaporation de solutions diluées des actinides pour les concentrer et ensuite par échange d'ions ou par adsorption sur des surfaces de matières à l'état solide. La présente invention a pour objet un procédé perfectionné pour récupérer et séparer des matières radioactives. L'invention apporte un moyen efficace et peu coûteux pour séparer les actinides des solutions diluées. Le procédé selon l'invention pour récupérer un métal radioactif d'une solution contenant ce métal radioactif consiste: (a) à mettre en contact la solution contenant le métal radioactif avec un lit de particules de carbone formant des électrodes dans des conditions d'électrolyse pour provoquer le dépot du métal radioactif sur les particules du lit, et (b) à récupérer la matière formant les électrodes en carbone en particules à partir de la solution. Le procédé selon l'invention comporte ainsi le passage d'un courant électrique entre une cathode et une anode à travers un électrolyte constitué par une solution aqueuse d'un sel de l'actinide, l'électrolyte contenant une charge demi-conductrice de particules de carbone. Les particules de carbone utilisées par le procédé selon l'invention forme une charge suffisamment libre pour que quand ces particules sont immergées dans l'électrolyte les particules forment un conducteur relativement mauvais. Les particules ne doivent pas être comprimées au point de former un conducteur qui court-circuiterait l'anode et la cathode. Chaque particule de carbone sert alors comme électrode pour le dépôt du métal à partir de la solution afin oue la matière radioactive soit déposée sur la charge de particules de carbone. La charge dé particu les de carbone contenant les éléments radioactifs ou des composés de ces éléments, peut ensuite être traitée pour récupérer les ma tières radioactives.En variante, la charge de carbone peu coûteuse, contenant les composés radioaetifs, peut ête rejetées En utilisant une série d'opérations d'électrolyse conduites avec différentes valeurs de la tension d'électrolyse, il est possible d'obtenir facilement une séparation efficace de différents éléments radioactifs ou de leurs composés à partir d'une solution donnée. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple, et faite en se référant au dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est une coupe verticale schématise d'une cuve électrolytique, telle que celle décrite dans le Brevet des Etats Unis d'Amérisue N03.616.356, pouvant être utilisée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, et la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1. Les figures 1 et 2 représentent une cuve comportant un récipient 1 contenant une électrode centrale 2, et qui est chargée d'une solution d'électrolyte 3 ainsi qu'une charge de particules de carbone 4. Le récipient 1 forme l'une des électrodes et il est connecté à une source de courant par un conducteur 5. '.'électrode centrale 2 est connectée à la source de courant par un conducteur 6. Les conducteurs r et 6 sont connectés à une source de courant 7 oui peut etre une batterie ou un redresseur de courant convenable. Comme le montre la figure 2, la charge de particules de carbone 4 remplit sensiblement l'espace compris entre l'électrode centrale 2 et le récipient 1 formant l'autre électrode. En général, il est préférable que la surface de l'électrode centrale 2 soit située à une distance d'environ 25 mm d'au moins l'une des surfaces du récipient 1 formant une électrode. La charge de particules formant des électrodes 4 est constituée par des granules ou des pastilles de carbone. Pour plus de détails concernant ces granules ou pastilles, il est fait référence au Brevet des Etats Unis d'Amérique N03.616.356 précité. Les particules 4 ont une forme allongée, et de préférence une longueur de l'ordre de 3 à 5 mm. Les dimensions en section transversale des particules sont de préférence d'au moins 1 mm. Les longueurs des particules sont de préférence supérieures à leurs dimensions en section transversale. Les particules de carbone sont en général du carbone facilement disponible commercialement et relativement peu couteux.De plus, quand ces particules de carbone sont t~mbineoXs avec des quantités substantielles d'éléments irirlsoactifs émettant des radiations considérables, elles sont relativement stables sous l'action des radiations du fait qu'elles ne se décomposent pas à des températures élevées et de plus quand elles sont exposées aux radiations émises par les composés radioactifs, elles n'ont pas tendance à former des produits de décomposition dangereux. Il a été constaté d'une façon générale que les particules de carbone absorbent des quantités considérables de métaux radioactifs ou de leurs composés qui sont déposés sur les particules par électrolyse sous une tension convenable. La cuve d'électrolyse de la figure 1 est formée de n importe quelle matière conductrice résistant à la corrosion, par exemple de l'acier inoxydable. De même, l'électrode centrale est de préférence en une matière telle qu'un acier inoxydable ou du charbon. Pour le fonctionnement de la cuve représentée sur la fligure 1, la cuve est remplie d'une charge de carbone pour électrodes 4 pour former un lit continu entre les surfaces des électrodes 1 et 2. Comme il a été indiqué ci-dessus, le lit ne doit par être suffisamment compact et homogène pour former un conducteur, et il doit rester un ensemble d'électrodes séparées en carbone. Ensuite, une solution des composés radioactifs est envoyée dans la cuve et une tension est établie entre les électrodes 1 et 2. La tension particulière utilisée dépend du composé particu lier devant être extrait de la solution. En général, il a été constaté qu'une différence de potentiel de l'ordre d'un à trois volts permet l'extraction de la solution aqueuse de la plupart des ions des métaux radioactifs. Pendant le fonctionnement il a été constaté que les particules de carbone servent comme électrodes miniature du fait de la tension appliquée entre les électrodes 1 et 2. Pendant le fonctionnement, les ions radioactifs sont déposés sur les particules de carbone au lieu d'être déposés sur les électrodes principales 1 et 2. Les solutions radioactives pouvant être traitées par le procédé selon l'invention sont des solutions contenant des métaux des actinides tels que l'uranium, le plutonium ou le thorium. En général, les solutions peuvent contenir jusqu'à environ 5% en poids d'ions des actinides. En général, les solutions contenant. des actinides peuvent aussi contenir des anions tels que des anions sulfate, chlorure et phosphate. En général, le fonctionnement de la cuve se traduit par le dépôt des composés radioactifs sur la charge de particules de carbone, et les anions restent en solution pour leur rejet consécutif. L'invention est illustrée plus particulièrement par l'exemple suivant. EXEMPLE Une cuve électrolytique similaire à celle représentée sur les figures 1 et 2, en acier inoxydable est utilisés suivant cet exemple. Cette cuve rectangulaire a une dimension d'environ 30 cm et une section transversale d'environ 15 x 15 cm. L'électrode centrale plane aussi en acier inoxydable, est placée à l'intérieur de la cuve et la cuve est connectée à une source de courant continu constituée par un redresseur de courant alternatif. La cuve est remplie d'une charge de particules de carbone formée de granules ou de pastilles d'une longueur de tordre de 3 à 5 mm et ayant des dimensions en section transversale de l'ordre de 1 mm. La cuve est ensuite remplie d'une solution de sels d'ac tinids Fermés par un mélange de chlorures, d'uranium, de plu toniuin et de thorium La concentration des sels d'acti nides dan a solution est dc l'ordre d'environ 2% en poids suivant cet exemple. Le fonctionnement de la cuve est d'abord rovoc4ié sous une tension de 1,32 V pendant environ 1 hure La cuve est ensuite rechargé. avec des particules fra- cItes de carbone et son Fonctionnement est provoqué pendant une heure sous une tension de 3,32 volts.L'analyse des charges de particules de carbone montre que l'uranium s'est déposé sur la première charge de particules et que le plutonium a été pra tiquement déposé quant;tative-.ent sur la seconde charge de particules de carbone. La concentration du thorium métallique résiduel dans la solution a été trouvée de l'ordre d'un der pour cent en poids. La demande de Brevet des Etats Unis d'Amérique N0277.020 décrit un procédé similaire au présent procédé pour la séparation et la récupération de métaux d'une solution contenant au moins deux métaux, suivant lequel la solution est électrolysée dans une série de cuves contenant des charges de carbone en particules Formant des électrodes et chacune fonctionnant sous une tension appropriée pour le dépôt d'un des métaux. La présente invention diffère de ce procédé du fait que les métaux séparés sont des métaux du groupe des actinides. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans aue l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour récupérer un métal radioactif d'une solution contenant ce métal, caractérisé par la mise en contact de la solution contenant le métal radioactif avec un lit de particules de carbone formant des électrodes dans des conditions d'électrolyse pour provoquer le dépôt du métal radioactif sur les particules du lit, et la récupération à partir de la solution des particules de carbone portant le métAl radioactif. 2. Procédé selon la Revendication 1 caractérisé par le passage d'un courant électrique entre une cathode et une anode à travers un électrolyte formé par une solution aqueuse d'un sel de l'actinide, cet électrolyte contenant une charge demi-conductrice formée par les particules de carbone. 3. Procédé selon l'une des Revendications 1 et 2 caractérisé par l'utilisation de particules de carbone ayant en- section transversale des dimensions supérieures à environ 1 mm, et une longueur supérieure à cette dimension en section transversale. 4. Procédé selon l'une des Revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'électrolyse est conduite sous une tension d'environ un à trois volts. 5. Procédé selon l'une des Revendications 1 à 4 caractérisé par l'électrolyse d'une solution contenant du métal radioactif qui contient jusqu'à environ 5% en poids d'un actinide dans la solution aqueuse. 6. Procédé selon l'une des Revendications 1 à 5 pour la séparation d'actinides d'une solution contenant au moins deux actinides, caractérisé en ce que l'électrolyse est effectuée pas à pas en utilisant pour chaque pas une tension d'électrolyse différente convenant pour chacun des actinides. 7. Procédé selon l'une des Revendications 1 à 6 caractérisé par la séparation soit du métal radioactiF soit de chaque métal radioactif des particules de carbone après ltenlèvement des particules de carbone de la solution.