Brevet FR2476138A1 — publié le 19810821

1.- 2476138 L'invention concerne un procédé pour la récupération de l'uranium à partir d'acide phosphorique préparé par voie humide. Un procédé pour récupérer les quantités d'uranium présentes dans les dépôts d'engrais phosphatés implique l'oxydation de l'uranium présent dans les courants d'acide phosphorique de procédé humide, et l'extraction de l'uranium oxydé de l'acide par un extracteur organique non miscible. Les extracteurs organiques qui extraient l'uranium oxydé (U +6) de façon efficace sont connus, et contiennent une combinaison d'acide phosphorique dialcoyl et d'oxyde de phos- phore trialcoyl. Un exemple d'un extracteur de ce type est un diluant à base d'hydrocarbure liquide contenant de l'acide phosphorique di(2éthylhexyl) (D2EHPA) et de l'oxyde de trioctylphosphine (TOPO). Un procédé de ce type, destiné à la récupération de l'uranium à partir d'acide phosphorique de procédé humide (WPA) est décrit en détail dans le document ORNL - TM - 2522 (US) intitulé "Solvent Extraction of Uranium from Wet-Process Acid", par F.J. Hurst et al. Un procédé efficace pour ôter subséquem- ment l'uranium de l'extracteur organique utilise une solution aqueuse d'acide phosphorique contenant des ions ferreux. Le produit raffiné aqueux (une solution d'acide phosphorique) du premier cycle est une solution appropriée de"stripping" désigne une opération d'extraction réductive c'est-à-dire d'élimi- nation, à condition de contenir des ions ferreux pour-effectuer la réduction de l'uranium u+6 en U 4 durant l'opération de strip- ping, c'est-à-dire durant le mélange de la solution aqueuse de stripping avec les phases organiques chargées. Une opéra- tion de stripping réductive de ce type est décrite dans ORNL TM-4572, un document de A.E.C. chemical Technology Division Progress Report, pages 185 et 186 (Octobre 1970). Divers agents oxydants peuvent entrer en ligne de compte pour oxyder d'abord l'uranium en ion uranyl à l'état +6, c'est-à-dire (U02 + 2), chacun ayant ses avantages et ses inconvénients. L'acide nitrique est considéré comme un oxydant particulièrement adapté. Relativement peu coûteux, il oxyde rapidement l'acide de procédé humide (ce qui peut être suivi au moyen du potentiel redox), pour permettre une extraction 2.- 2476138 rapide et efficace par bproduit organique contenant les D2EMPA - TOPO. Les explications théoriques des réactions d'oxydation par l'acide nitrique en général, suggèrent l'idée que l'oxydation pourrait se dérouler à cause de la présence et de la naissance d'ions nitrite (N02-). Un procédé incorporant l'utilisation d'acide nitrique et de nitrite pour oxyder l'acide de procédé humide avant l'extraction de premier cycle, est considéré généralement comme avantageux. Nous avons découvert que la phase organique qui extrait l'uranium oxydé, présente également une affinité pour cet uranium, et de ce fait, extrait aussi bien les nitrates que les nitrites, lesquels peuvent demeurer comme contaminants dans l'acide de procédé humide oxydé par l'acide nitrique. Nous avons trouvé également que la présence dans l'extracteur de ces nitrates ou nitrites-réduit l'efficacité de l'opération de stripping réductive subséquente. Apparamment, les nitrates et/ ou nitrites réagissent avec l'ion ferreux dans la solution aqueuse de stripping. L'efficacité de l'opération de stripping réductive est diminuée à cause de la disponibilité apparamment réduitedes ions ferriques pour réduire l'uranium oxydé durant l'opération de stripping. Augmenter la concentration des ions ferriques avecLle supplément réagissant avec les ions nitrates- nitrite contaminants, est un moyen d'augmenter l'efficacité de l'opération de stripping mais cela induit également une plus grande contamination du produit d'uranium final par les ions ferriques en excès. Il serait bien entendu souhaitable de maintenir l'efficacité du stripping réductif sans la contamina- tion subséquente par le fer. Le document US 3.528.797 décrit la suppres- sion de l'évolution des oxydes d'azote à l'aide d'urée. B.A. Kearns décrit dans "Chemical Suppression of Nitrogen Oxydes"', pages 263-265, vol. 4, no 3, juillet 1965, "Jet EC Process Design and Development", la destruction des ions nitrite par l'urée dans un procédé de traitement des métaux à l'acide nitrique. Dans "Engineering for Nuclear Fuel Reproces- sing", Justin T. Long (Ed.), 1967, il est décrit à la page 173 des réactions supposées représenter l'oxydation par l'acide nitrique de l'uranium dans un autre milieu aqueux. 3._ 2476138 Le brevet US 3.980.750 décrit l'extraction de l'uranium, et des agents pour éliminer les nitrites. Le brevet US 2.849.277 décrit l'oxydation de l'ion ferrique dans des solutions d'acide nitrique. Le brevet US 3.711.591 décrit un procédé de stripping réductif avec des solutions contenant des ions ferriques. Enfin, le brevet US 3.737.513 décrit une opération de stripping avec une solution phosphorique contenant des ions ferriques, et décrit l'acide nitrique comme un oxydant préalable à une extraction de second cycle. En conséquence, la présente invention consiste en un procédé maintenant l'efficacité des ions ferriques dans le stripping réductif des ions uranyl à partir d'un extracteur organique,ce produit organique ayant été au contact d!acide phosphorique de procédé humide qui a été oxydé par de l'acide nitrique et des ions4nitrite", procédé caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'addition d'urée à l'acide phospho- rique oxydé, avant que le produit organique ne vienne au contact de l'acide phosphorique. Un objectif de l'invention est donc de maintenir l'efficacité du stripping réductif de l'uranium oxydé U6 à partir d'une solution organique ayant préalablement extrait l'uranium d'une solution d'acide phosphorique qui a été oxydé par l'acide nitrique. L'efficacité du stripping dépend de la concentration en produit réducteur, par exemple les ions ferriques, disponibles dans la solution aqueuse durant l'opéra- tion de- stripping. En ajoutant de l'urée à la solution d'acide phosphorique après l'oxydation par l'acide nitrique, mais avant l'étape d'extraction, on empêche l'extraction indésirable de se produire, et de transférer les ions nitrate et/ou nitrite dans le produit organique. Du moment que ces ions ne sont pas substantiellement entratnés ou extraits par le produit organique, ils n'agissent plus pour inhiber l'efficacité des ions de fer dans la solution de stripping de l'acide phosphorique. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après de modes de réalisation appropriés, au moyen d'exemple et en regard du dessin annexé. Ce dernier représente un schéma du procédé pour la récupération d'uranium à partir d'acide de procédé humide. 4.- 2476138- Se référant maintenant à la figure, on alimente un minerais Florida uranifère dans le digesteur 1, en commun avec de l'acide sulfurique, dans une usine d'acide phos- phorique. L'acide phosphorique de procédé humide et le gypse traversent un filtre 2 destiné à éliminer les déchets de gypse. L'acide est dirigé vers un réservoir d'alimentation 3, puis dosé dans un refroidisseur instantané 4. Le clarificateur 5 élimine le gypse restant et fournit un acide de procédé humide (WPA) clarifié, au réacteur d'oxydation 6. Dans ce réacteur, on ajoute à l'acide de procédé humide, de l'acide nitrique et de préférence, des quantités notables d'ions nitrite comme initia- teur de réaction. L'acide de procédé humide, oxydé par l'acide nitrique, et sortant du réacteur 6, devrait avoir un potentiel redox de plus de 600 mV, indiquant que l'uranium a été oxydé à l'état +6 extractable, Avant le passage dans l'unité d'extrac- tion 8 au solvant, à plusieurs étages, on ajoute de l'urée à l'acide de procédé humide oxydé, dans le réservoir 7, en quan- tité suffisante pour abaisser son potentiel redox en-dessous de 600 mV, pour réagir avec les ions nitrate ou nitrite contaminants. L'uranium reste à l'état oxydé +6 extractable, et il est extrait de façon efficace par un mélange organique contenant 0,5 M de D2 EHPA et 0,125 M de TOPO (AMSCO 450). Les ions nitrate et nitrite ne sont pas extraits de façon notable par le produit organique, car ils ont été soient détruits par l'urée, soit convertis en produits-relativement peu extractables. L'acidé de procédé humide retourne, depuis l'unité d'extraction 8, vers l'évaporateur 9, pour être concen- tré en acide à 54 % de P205 et pour récupérer l'acide fluosili- 2 5 cique. La solution organique chargée est dirigée vers une unité de stripping réductif 10 multi-étages, ou elle est mise au contact d'une solution aqueuse d'acide phosphorique réductive de stripping, contenant environ 25 g/l d'ions ferriques. L'ura- nium est transféré dans la solution de stripping et dirigé vers une extraction de second cycle, tandis que le produit organique est recyclé vers l'unité d'extraction. Ces dernières étapes sont décrites en détail dans, par exemple, le breet US 3.711.591. On peut ainsi utiliser commodément de l'acide nitrique comme oxydant dans le second cycle. L'efficacité des ions ferriques dans l'opération de stripping réductive du premier cycle est maintenue grâce à l'addition d'urée, qui détruit l'effet négatif des 5._ 2476138 nitrates et/ou nitrites sur les ions de fer dans la solution de stripping. Avec un courant continu de 700 g par minute d'acide de procédé humide clarifié, refroidi, dans le réacteur d'oxydation 6 d'une contenance de 57. 000 litres, on introduit environ 1 g par minute d'acide nitrique à 50 %, et si nécessaire., un nitrite, afin de maintenir un potentiel redox d'environ 600 mV, pour l'acide oxydé à la sortie du réacteur. On ajoute environ 1360 g d'urée par minute (sous forme de solution aqueuse), au réservoir 7 d'une contenance de 57.000 litres, avant que l'extraction au solvant aie lieu. Ceci est suffisant pour permet- tre que le stripping réductif, ayant lieu plus tard, se poursuive sans perte notable de l'efficacité des ions ferriques. Durant l'initiation de l'oxydation, ou la récu*ation rapide d'une précédente oxydation, d'importantes additions d'acide nitrique et de nitrites peuvent procurer des concentrations nettement plus élevées en ions nitrate et nitrite. L'addition de plus d'urée peut être favorable dans de tels cas. Des essais ont été conduits pour déterminer la relation existant entre le taux d'introduction de l'oxydant acide nitrique, et le Fe+2 consommé dans l'acide de stripping, et trouver un moyen pour réduire cette consommation. Les essais initiaux ont été conduits dans des récipients en verre non cou- verts. Dans ces essais, 500 ml d'acide, oxydé par différentes quantités d'acide nitrique, ont été mis au contact de 100 ml de solvant. Ce rapport O/A a été choisi afin de charger le solvant d'uranium et de nitrates/nitrites dans une proportion à peu près identique à celle d'une usine industrielle. Ce solvant chargé à été ensuite mis en contact avec 10 ml d'un acide de stripping durant 15 minutes, et la teneur en fer ferrique (Fe) a été mesurée avant et après ce contact. Le tableau 1 résume les résultats de ces essais. Les essais initiaux montrent que le fer ferrique consommé (oxydé) dans l'acide de stripping est fonction des composés nitrés utilisés globalement pour l'oxyda- tion. Les essais 6-il montrent que l'addition d'urée à l'acide introduit avant l'extraction, réduit la consommation de fer ferrique de deux tiers. Les deux derniers essais, effectués en faisant barboter de l'azote, montrent de nouveau l'efficacité d'une addition d'urée. Pour les deux derniers essais, on a 6.- 2476138 6.- obtenu des coefficients d'extraction de 2,3 et 2,7 (pour un acide traité à l'urée), indiquant que l'urée réduit seulement les nitrites/nitrates, et non pas l'uranium. Le tableau 2 montre la concentration d'azote (mesure des nitrates/nitrites) dans le solvant en contact avec des acides oxydés contenant diverses quantités d'urée. Comme on peut le constater, l'urée réduit notablement la quantité de nitrates/nitrites extraite par le solvant mais il n'est pas extrait lui-même en quantité substantielle. 7.- 2476138 TABLEAU 1 Consommations en fer ferrique dans l'acide de stripping, à 43 C Essai Dosage d'acide nitrique g/m3 2 -15 7 10 1 1 13 o0 1 968 1 968 Fe+2 consommé dans Stripping g/li 7.7 - 8.4 17.4 21.3 - 24.7 33.6 - 35.8 35.3 - 36.4 8.9 8.9 7.2 22.4 14.1 36.3 6.7 (N2 barboté) 3.3 (N2 barboté) Prétraitement d'acide oxydé Non Non Non Non Non 0.24 g/l d'urée ajouté Redox Pot = 575 0.5 g/il d'urée ajouté Redox Pot = 545 1.0 g/l d'urée ajouté Redox Pot = 545 Non Redox Pot = 825 1.0 g/il d'urée ajouté Redox Pot = 598 Non Redox Pot = 850 Non Redox Pot = 825 0.3 g/il d'urée ajouté Redox Pot = 550 1 0 2 4 7 6 1 s8 8.- 2476138 TABLEAU 2 Azote absorbé par le solvant, de l'acide phosphorique contenant de l'acide nitrique et de l'urée Essai Dosage d'acide Urée ajouté Azote dans le nitrique solvant g/m3 g/m mg/ml 1 1404 0 88 2 1404 500 21 3 1404 1000 39 4 1404 2001 25 0* 1000 11 * Pour cet essai, on a utilisé de l'acide chimiquement pur, alors que pour les autres essais, c'était de l'acide phospho- rique de procédé humide. En ce qui concerne l'utilisation du poten- tiel redox pour indiquer l'oxydation de l'acide de procédé humide par l'acide nitrique, et la réaction de l'urée avec les ions nitrate et/ou nitrite, il faut noter que le potentiel redox est assez instable aux environ de 600 mV et qu'il y a un effet hystérésis qui a été observé. Si l'acide de procédé humide est oxydé de sorte qu'un potentiel redox supérieur à 600 mV, même de très peu, puisse être observé, on peut être sûr que l'uranium va se trouver à l'état oxydé +6 souhaité. En effet, si le potentiel redox a été mesuré de nouveau plus tard, il était nettement au-dessus de 600 mV. De nouveau, en allant dans la direction inverse, le même phénomène a été observé. Ainsi, si l'on ajoute suffisamment d'urée à l'acide oxydé, pour observer ou mesurer un potentiel redox inférieur, même de peu, à 600 mV, on peut être sur que l'uranium va rester à l'état *6, et que les ions nitrate et/ou nitrite ne vont pas interférer avec le stripping réductif qui suit l'extraction oxydatif. -Il faut noter que l'extraction organique lui-m8me (D2EHPA - TOPO dans un diluant) n'est pas affecté négativement par l'oxydation de l'acide au moyen d'acide nitri- que, et par les ions nitrate et nitrite résultants, qui sont présents. L'urée n'est pas ajouté pour résoudre un problème dans l'étape qui suit immédiatement l'oxydation c'est-à-dire l'étape 9._ 2476138 de l'extraction) mais plut8t dans l'étape qui suit celle de l'extraction (c'est à dire le stripping réductif avec la solu- tion contenant des ions ferriques). Même des additions relati- vement faibles d'urée, qui laisseraient des ions nitrate et/ou nitrite non réagis, seraient ainsi profitables, car il y aurait plus d'ions feniques actifs dans l'opération de stripping, que sans addition d'urée. Un excès d'urée ne semble pas avoir une action négative sur le procédé, sauf pour le coût superflu. 10.- 2476138 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour maintenir l'efficacité des ions ferriques dans le stripping réductif des ions -uranyl à partir d'un extracteur organique, ce produit organique ayant été au contact d'acide phosphorique de procédé humide qui a été oxydé par de l'acide nitrique et des ions nitrite, procédé caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'addition d'urée à l'acide phosphorique oxydé, avant que le produit organique ne vienne au contact de l'acide phosphorique. 2.- Procédé de récupération d'uranium à partir d'acide phosphorique de procédé humide, dans lequel: (1) l'acide phosphorique est oxydé par l'acide nitrique pour produire des ions uranyl dans l'acide, et contaminant ainsi l'acide par des ions nitrate et/ou nitrite; (2) l'acide phosphorique oxydé est en contact avec un extracteur organique pour extraire les ions uranyl par le produit organique; et (3) le produit organique est mis en contact avec une solution aqueuse de stripping, contenant des ions ferriques, pour trans- férer l'uranium du produit organique dans la solution de stripping, procédé caractérisé en ce que l'on additionne de l'urée à l'acide phosphorique après l'oxydation, pour qu'il réagisse avec les ions nitrate et/ou nitrite contenus dans l'acide. 3.- Procédé pour la récupération d'uranium à partir d'acide phosphorique de procédé humide, caractérisé par les étapes de: (1) mise en contact de l'acide avec de l'acide nitrique pour oxyder l'uranium à l'état +6, contaminant ainsi l'acide avec des ions nitrate et/ou nitrite; (2) addition d'urée pour réagir avec au moins une partie des ions contami- nants dans l'acide; (3) mise en-contact de l'acide avec un liquide organique non miscible pour extraire l'uranium oxydé se trouvant dans l'acide; et (4) mise en contact du produit organique contenant l'uranium avec une solution aqueuse de stripping, contenant des ions ferriques réducteurs dissous. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les ions réducteurs dissous comportent des ions ferriques.