Brevet FR2504554A1 — publié le 19821029

L'invention concerne un procédé d'extraction de l'uranium à partir de ses minerais au moyen d'acide sulfurique L'invention concerne particulièrement une ex- traction à un p H de 2,5 à 5,5 au moyen d'acide sulfuri- que, de peroxyde d'hydrogène et d'un sulfate. Il est bien connu de récupérer l'uranium de ses minerais en convertissant l'uranium tétravalent rela- tivement insoluble contenu dans le minerai en uranium hexavalent soluble Le plus souvent, dans ce traitement des minerais d'uranium, on utilise une lixiviation dans l'acide sulfurique dilué Normalement, cette lixiviation par l'acide sulfurique s'effectue à un p H inférieur ou égal à 1 avec addition d'un oxydant pour amener l'uranium (IV) à l'état d'uranium (VI); (voir R C Merritt, The Extractive Metallurgy of Uranium, chapitres 5 et 15 ( 1971), Colorado School of Mines Research Institute Tou- tefois, à ces niveaux de p H, un phénomène d'oxydation puissant, connu sous le nom de réactif de Fenton, ne joue pas son rôle étant donné que ce phénomène exige du per- oxyde d'hydrogène, des traces de fer ferreux dissous et l'absence d'ion ferrique dissous Des p H de 3 ou davanta- ge empêchent la présence d'ion ferrique dissous et permet- tent au phénomène de se produire En outre, la plupart des minerais d'uranium contiennent suffisamment de fer pour couvrir le besoin d'ion ferreux; voir W G Barb, J.H Baxendale, P George et K R Hargrave, "Reactions of Ferrous and Ferric Ions with Hydrogen Peroxide", (reçu en juillet 1950), Transactions of the Faraday Society. A un p H de 2,5 à 6,5, l'uranium forme normale- ment avec le peroxyde d'hydrogène un peroxyde insoluble et tout uranium extrait dans les conditions appropriées au réactif de Fenton reprécipiterait et se perdrait; voir A.R Amell et D Langmuir, "Factors Influencing the Solu- tion Rate of Uranium Dioxide under Conditions Applicable to In Situ Leaching" (NTIS-PB 299947/AS) ( 20 novembre 1978), U.S Department of Interior Bureau of Mines Contract no H 0272019 Final Report Toutefois, il est connu que les sul- fates inhibent la précipitation du peroxyde; voir il. Shabbir et K E Tame, "Hydrogen Peroxide Precipitation of Uranium" (MTIS PB-234 691) (juillet 1974), U S De- partment of Interior Bureau of Mines et R A Brown "Ura- nium Precipitation with Hydrogen Peroxide", (février 1980), Society of Mining Engineers of AIME, Littleton, Colorado, préimpression N O 80-63. Dans la lixiviation in situ de l'uranium conte- nu par exemple dans des dépôts de grès poreux, l'utilisa- tion de solutions de lixiviation de bas p H continue de poser des problèmes, à savoir une forte consommation d'acide et une absorption d'impuretés par attaque de la gangue par l'acide sulfurique Par suite, ce procédé (li- xiviation à l'acide in situ) ne s'est implanté industriel- lement que dans une mesure très limitée. Le nouveau procédé d'extraction d'uranium dé- crit ci-après est applicable aussi bien à la lixiviation en cuve de minerais extraits classiquement qu'à la lixi- viation in situ, et présente un besoin d'acide notable- ment moindre. Selon l'invention, on a trouvé que l'on peut extraire l'uranium de ses minerais à un p H de 2,5 à 5,5 en utilisant de l'acide sulfurique, du peroxyde d'hydro- gène, une trace de fer et un excès de sulfate neutre re- cyclable pour permettre l'extraction de l'uranium sans précipitation de peroxyde d'uranium On peut séparer de la gangue la solution de lixiviation contenant de l'ura- nium dissous et la récupérer par des moyens classiques, que ce soit par extraction au moyen d'un solvant ou à l'aide d'une résine échangeuse d'ions. L'invention a aussi pour objet un procédé d'ex- traction par dissolution d'un gisement de minerai d'ura- nium dans lequel on fait passer une solution aqueuse à travers le gisement de minerai pour en dissoudre l'ura- nium, enrichissant ainsi la solution de lixiviation que l'on retire du gisement La solution de lixiviation est une solution aqueuse contenant de l'acide sulfurique, du peroxyde d'hydrogène, une trace de fer et un sulfate neu- tre à un p H de 2,5 à 5,5. On effectue l'addition d'acide sulfurique de façon connue et la quantité ajoutée est fonction du p H désiré et du minerai particulier à lixivier La gamme de p H du procédé est de 2,5 à 5,5 Plus on peut utiliser un p H élevé, moins on a besoin d'acide. Le peroxyde d'hydrogène (eau oxygénée) utilisé peut Otre l'une quelconque des qualités commerciales que l'on trouve sur le marché Les qualités commerciales de peroxyde d'hydrogène contiennent divers types de stabili- sants selon l'usage final particulier auquel est destinée une qualité particulière Pour l'invention, aucun des stabilisants contenus dans les qualités commerciales de peroxyde d'hydrogène ne semble avoir d'effet nuisible sur l'oxydation de l'uranium (IV) à l'état hexavalent La con- centration de peroxyde d'hydrogène doit être optimisée pour la lixiviation dont il s'agit Idéalement, on utili- se la plus grande quantité de peroxyde que l'on puisse ajouter sans annihiler l'inhibition de la précipitation par le sulfate présent On peut utiliser des additions de peroxyde d'hydrogène atteignant une proportion molaire de 2,0 x 10-2 relativement à la solution de lixiviation; la gamme de proportions molaires préférée est de 1,0 à 1,6 x 10-2. Des sulfates neutres appropriés sont les sulfa- tes de sodium, de potassium ou de magnésium Le sodium est un cation préféré En outre, bien qu'il ne soit pas neutre, le sulfate d'ammonium peut convenir Une concen- tration molaire de sulfate de 0,1 ou davantage donne une extraction améliorée de l'uranium L'effet maximal néces- site une proportion molaire d'au moins 0,8 relativement à la solution de lixiviation Au-dessus d'une proportion mo- laire de 1,6, on constate peu d'effet supplémentaire. Dans les conditions de ce procédé, la plupart des minerais contiennent suffisamment de fer pour permet- tre l'oxydation de l'uranium Aux p H les plus élevés ou avec des minerais contenant très peu de fer, il pourrait être nécessaire d'ajouter des traces de sels ferreux, en- viron 1 ppm relativement à la solution de lixiviation. Les exemples non limitatifs suivants sont don- nés en vue d'illustrer l'invention. Exemple 1 L'échantillon de minerai de basse qualité du Nouveau-Mexique utilisé dans cet exemple présente l'ana- lyse suivante: Analyse par tamisage humide Grosseur, mm % en poids 0,833 + 0,295 36 0,295 + 0,208 23 0,208 + 0,147 13 0,147 + 0,074 10 0,074 + 0,043 3 0,043 15 Le minerai présente l'analyse chimique suivan- te: Si O 2 88,6 % A 1203 6,6 K 20 1,9 Fe 203 1,0 U 308 0,18 On agite ce minerai à 1600 tours/mn dans une cuve, à une densité de pulpe de 25 %, à un p H de 4,0 + 0,1 dû à une ad- dition de H 2504, à une température de 30,0 et à une te- neur en H 202 de 1,31 x 10-2 mole/litre. Le tableau suivant illustre l'effet avantageux produit par l'addition de sulfate neutre sur les rende- ments d'uranium: Tableau 1-1 504 =, mole/litre Rendements d'uranium à 2 h à 4 h 0,04 15 % 22 % 0,15 36 36 0,40 42 45 0,60 48 51 1,00 52 55 La nécessité de H 202 comme oxydant dans ce sys- tème est illustrée par le tableau suivant ainsi que la perte de rendement si la concentration de H 202 est si élevée que le peroxyde d'uranyle précipite malgré l'inhi- bition des sulfates neutres Dans ces opérations, la den- sité de pulpe est à nouveau de 25 %, le p H de 4,0 + O O,1, la vitesse d'agitation de 1600 tours/mn et on utilise le mi- nerai de l'exemple 1 On ajoute du sulfate neutre sous forme de sulfate de sodium à raison de 1,0 mole/litre. Tableau 1-2 H 202, mole/litre x 1 I-2 rendements d'uranium à 4 h 0 27 % 0,33 37 0,66 41 0,98 48 1,31 54 1,47 50 1,97 46 L'amélioration du rendement à mesure que l'on élève la température de lixiviation est illustrée par le Tableau 1-3; le minerai, la densité de pulpe, l'agitation et la teneur molaire en sulfate de 1,0 sont les mêmes qu'au Tableau 1-2 Avec une alimentation de 11202 de 1,31 x 10-2 mole/litre, les rendements sont les suivants: Tableau 1-3 Température, O Rendements d'uranium à 4 h 54 % 55 61 60 68 73 89 Exemple 2 Dans cet exemple, le minerai est de même origi- ne que dans l'exemple 1 Toutefois, il contient seulement 0,06 % d'U 308 Comme dans l'exemple 1, on utilise une den- sité de pulpe de 25 % et une agitation à 1600 tours/mn. A 30 C 0, avec 1,31 x 10-2 mole/litre de H 202 et à un p H de 4, l'amélioration par addition de sulfate neutre est indiquée ci-après: Tableau 2-1 504, mole/litre Rendements d'uranium à 4 h 0,15 35 % 0,40 40 0,60 48 1,00 53 A 1,00 mole/litre de 504 =, l'influence de H 202 est indi- quée ci-après: Tableau 2- H 202, mole/litre x 102 o Rendements d'uranium à 4 h % 0,33 34 0,66 38 0,98 45 1,31 53 2,0 48 Comme dans l'exemple 1, une trop grande quantité de H 202 affecte l'inhibition de la précipitation de peroxyde d'uranium par le sulfate Les rendements à 2,0 x 10-2 mo- le/litre de H 202 sont moindres qu'à 1,31 x 10-2. Le minerai de l'exemple 2 est un peu plus ré- fractaire que celui de l'exemple 1 Les rendements sont inférieurs, même dans les opérations à haute température. Toutefois, les valeurs obtenues sont très proches de cel- les de l'exemple 1. Température, C o 70 Tableau 2-3 Rendements d'uranium à 4 h % Bien que le p H optimal pour les paramètres uti- lisés soit de 4,0, même à p H 5 on réalise une extraction appréciable d'uranium en présence de 1,31 x 10-2 mole/li- tre de H 202 et 1,0 mole/litre de 504 = à 300 Co Tableau 2-4 p H Rendements d'uranium à 4 h 4,0 53 % ,0 40 6,0 20 A p H 6, d'autres mécanismes concurrents diminuent les rendements de lixiviation. Exemple 3 On observe un effet similaire dans des expé- riences de lixiviation utilisant un minerai très alcalin du Texas contenant 0,074 % d'U 308 Dans des conditions similaires, on obtient les résultats suivants: Tableau 3-1 p H Rendements d'uranium à 4 h 4,0 55 % 5,0 37 6,0 30 REVENDICATIONS 1 Procédé d'extraction de l'uranium à partir de ses minerais avec une solution de lixiviation dans la- quelle on oxyde l'uranium à l'état d'uranium (VI), puis on l'extrait, caractérisé en ce que l'on extrait l'ura- nium à un p H de 2,5 à 5,5 au moyen d'acide sulfurique, de peroxyde d'hydrogène, d'une trace de fer et d'un sul- fate neutre. 2 Procédé d'extraction d'un gisement de mine- rai d'uranium par dissolution, dans lequel on fait pas- ser une solution aqueuse de lixiviation à travers le gi- sement pour dissoudre l'uranium, enrichissant ainsi la so- lution de lixiviation que l'on retire du gisement, carac- térisé en ce que l'on fait passer à travers le gisement une solution aqueuse de lixiviation contenant de l'acide sulfurique, du peroxyde d'hydrogène, une trace de fer et un sulfate neutre, à un p H de 2,5 à 5,5. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que le sulfate est du sulfate de sodium. 4 Procédé selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que la concentration molaire du sulfate est de 0,5 à 2 relativement à la solution de lixiviation. Procédé selon la revendication 1 ou 2, Ca- ractérisé en ce que la concentration molaire du sulfate est de 0,8 à 1,2 relativement à la solution de lixivia- tion.