Brevet FR2371514A1 — publié le 19780616

La présente invention se rapporte à un procédé pour la prEparation de composé d'uranium par amalgamation électrolyti- que d'ion uranium directement à partir d'une solution aqueuse. Un procédé simple pour la préparation de bioxyde d'uranium, de carbure d'uranium et de nitrure d'uranium a été mis au point. La présente invention se rapporte à la décomposition thermique et à la réaction ultérieure d'amalgame d'uranium avec de la vapeur d'eau, du méthane et de l'azote, respectivement, dans des conditions moins strictement contrôlées pour les matières respectives. Dans la danande de brevet am-ricain n 514 479 accordée le 6 mai 1976 sous le n 4 004.987 on décrit le procédé de préparation de l'amalgame d'uranium. La présente invention a grandement simplifié le procédé existant déjà, comprenant des modes opératoires fastidieux chimiques et métallurgiques, et, en même temps, elle a grandement réduit la consommation totale dténergie. On dot indiquer qu'une production plus économique et importante d'uranium métallique et de ses composés devient possible avec la préparation couronnée de succès de l'amati gaine d'uranium solide, direci-ement à partir d'une solution aqueuse. En outre1 la présente invention pourrait trouver une large application dans la préparation de divers métaux et de leurs composés directement à partir de leurs solutions aqueuses, sans avoir recours à des procédés classiques. La préparation de combustibles nucléaires, tels que l'uranium et ses composés, en partant du gateau jaune ou uranate d'ammo ni.uia, (NH4)2U207, suit ordinairement une série de procédés chimiques et métallurgiques à une température relativement élevée et dans des conditions expérimentales strictement contrôlées.Le tableau de fonctionnement des procédés globaux pour U02, UC et U2N3 est présen- té schématiquement comme suit diini-trration~ H2 HF H2 650 U 0 65Ou8OOoC 2 65o0C 4l3OO U I C CH4 ~ 300 C CH4 3OO0C I 5oOU7OOC I- - N2 1 c 4 UC 2 UN3 7OOC I -70( Electro- ' lyse f H20 - - UHg + - ~~ t U 2 N2 tsooo7oo U2N3 les traits pleins indiquent les procédées classiques, alors que les traits en pointillé présentent les voies de réaction mises au point dans la presente invention. En prenant le bioxyde d'uranium comme exemple, le procédé classique comprend la dénitration et la réduction ultérieure par l'hydrogène et fournit un bioxyde d'uranium que l'on trouve souvent non stoechiométrique; un strict contrôle de la température de réaction, de la granulométrie de U03, de la composition et du débit du gaz réagissant, etc... est en conséquence nécessaire. Au contraire, on pourrait obtenir facilement un bioxyde d'uranium stoechiométrique par réaction de l'amalgame d'uranium avec de la vapeur d'eau dans un intervalle de température large, allant de 500 à 7000C. En prenant du carbure d'uranium comme second exemple, le procédé classique de réaction de bioxyde d'uranium et de poudre de graphite, tous deux sous forme solide, nécessitent une température de réaction très élevée, bien au-dessus de 2.0000C. En outre, la séparation de phases impliquee après la réaction rend la .stoechiomé- trie du produit difficile. Un autre procédé de réaction gaz-solide impliquant une poudre d'uranium fine et du méthane est rarement adopté, parce que le procédé pour obtenir la poudre d'uranium est fastidieux.Dans la présente invention, la poudre d'uranium chimiquement active, obtenue à partir de la décomposition d'amalgame d'uranium, réagit facilement dans un large intervalle de températures allant de 500 à 7000C pour former un monocarbure d'uranium stoechiométrique UC, tel qu'identifié par diffractométrie aux rayons X et mesure de poids spécifique. Cependant, on doit indiquer qu'à une température supérieure à 7000C, le dicarbure d'uranium, UC2 a été observé dans le produit. En prenant du nitrure d'uranium comme troisième exemple bien que la possibilité d'application de ce composé comme combustible nucléaire soit limitée, cn doit montrer que la poudre d'uranium chimiquement active obtenue à partir de l'amalgame d'uranium réagit même avec l'azote chimiquement inerte dans le même intervalle de température, pour former du nitrure d'uranium ayant la formule chimique U2N3. On a en outre observé que ce composé se décompose en UN à une température supérieure à 1.000dC. Le procédé global pour les composés mentionnés ci-dessus sera ainsi grandement simplifié per comparaison avec les procédés classiques chimiques et métallurgiques et assurera un avantage économique, en réduisant grandement la consommation d'énergie et les frais initiaux pour l'installation. L'objet principal de la présente invention est de prévoir un nouveau' procédé pour la préparation de bioxyde d'uranium, de carbure d'uranium et de nitrure d'uranium par réaction d'amalgame d'uranium, respectivement, avec de la vapeur d'eau, du méthane et de l'azoZ te dans un intervalle de températures relativement faibleS Le procédé global de laprésente invention pour la préparation de-carbure d'uranium, de bioxyde d'uranium et de nitrure d'uranium avec le gâteau jauneou uranate d'ammonium, D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront diaprés la description détaillée suivante. La préparation d'amalgame d'uranium sous forme solide a été totalement décrite dans la demande de brevet américain no 514.479 accordée le 6 mai 1976 sous le nO 4.004.987 La décomposition thermique de l'uranium et les synthèses ultérieures des composés d'uranium ont été réalisées d'abord sous vide et puis dans la même installation sous des gaz respectivement maintenus sous une pression de 1 atmosphère. Tout le système a été complètement fermé de manière étanche contre toute intrusion de l'air atmosphérique. Tous les gaz ont été chimiquement traités afin de retirer les traces-d'humidité, d'anhydride carbonique et dtoxygè- ne avant l'utilisation. Avant chaque expérience, ce dispositif a été mis sous vide jusqu'à 10 4 torr et puis balayé avec le gaz puri- fié. Le mercure a été condensé et rassemblé avec un récipient. La présente invention est illustrée par les exemples suivants, s.ans aucune limitation. EXESSLE 1 L'amalgame d'uranium a été complètement lavé avec HC1 dilué et de l'eau désionisée avant chauffage sous une pression réduite à environ 3000C pour distiller le mercure. La poudre dlura- nium fine ainsi obtenue est pyrophore et bru lait vigoureusement dans l'air pour former U308. Le même uranium a été mis à réagir avec de la vapeur d'eau transporté avec de l'argon dans la même chambre de réaction et chauffé jusqu'a 500-700 C. U02 a été obtenu sans quantité détectable de U03. EXEMPLE 2 Le même amalgame d'uranium a été décomposé et traité avec du méthane, tout en chauffant jusque dans un intervalle de température de 500 à 7000C pendant 2 heures. On a obtenu du monocarbure d'uranium. Une quantité détectable de dicarbure d'uranium, UC2, a été observée si la température dépassait 8000C. EXEMPLE 3 Le même amalgame d'uranium a été décomposé et traité avec de l'azote, tout en chauffant jusqu'à une température de 500 à 7000C pendant 2 heures. Le nitrure U2N3 a été obtenu. On a observé que ce composé se décomposait en UN si la température dépassait 9000C. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Procédé de préparation de poudre d'uranium fine, caractérisé en ce qu'on décompose thermiquement l'amalgame d'uranium obtenu par voie électrolytique sous un vide d'environ 10 4 torr ou sous une atmosphère de gaz inerte. 2 - Procédé de préparation de monocarbure d'uranium, caractérisé en ce qu'on décompose thermiquement l'amalgame d'uranium obtenu par voie électrolytique etl ultérieurement ou simultanément, on fait réagir avec du méthane à une température relativement faible inférieure à 1.0000C, de préférence entre 500 et 7000 C. 3 - Procédé de préparation de bioxyde d'uranium, caracte- risé en ce qu'on décompose thermiquement l'amalgame d'uranium obtenu par voie électrolytique et, ultérieurement ou simultanément, on fait réagir avec de la vapeur d'eau à une température relativement faible inférieure à 1.0000cri de préférence entre 500 et 7000C. 4 - Procédé de préparation de nitrure d'uranium U2N3, caractérisé en ce qu'on décompose thermiquement l'amalgame d'uranium obtenu par voie électrolytique et, ultérieurement ou simultanément, on fait réagir avec de l'azote à une température relativement faible en-dessous de 1.0000C, de préférence entre 500 et 7000C. 5 - A titre de produits industriels nouveaux a) poudre d'uranium obtenu par le procédé selon la revendication 1; b) monocarbure d'uranium obtenu par le procédé selon la revendication 2; c) bioxyde d'uranium obtenu par le procédé selon la revendication 3; d) nitrure d'uranium U2N3, obtenu par le procédé selon la revendication 4.