Brevet FR2501522A1 — publié le 19820917

L'invention concerne un procédé pour séparer et recueillir de l'iode à partir d'une phase liquide ainsi que l'utilisation de ce procédé. Il est connu dans la chimie minérale que l'on utilise de l'iodure et un iodate neutre pur, mélangés dans une solution, pour déterminer quantitativement la présence d'acides, l'iode étant séparé sous forme libre. L'acidification des solu- tions d'iodure ou d'iodate seuls ne suffit toutefois pas pour libérer de l'iode. Il est aussi connu que l'iode libre s'adsorbe bien sur le charbon actif. On utilise aussi pour la récupération d'iode, d'autres procédés tels que les procédés d'adsorption par le charbon actif, le charbon actif chargé d'argent ou autres, de préférence par des sorbants chargés d'argent (par exemple, K. Lisser et W. Hild: Abtrennung von Jod aus Spaltproduktl5- sungen mit Silberchlorid auf Silicagel. Radiochimica Acta 7 (1966) 74 à 77), le procédé utilisant des échangeurs d'ions, les procédés de précipitation et de précipitation commune, et le procédé d'extraction. Ils ne conçoivent, pour la plupart, que des formes chimiques déterminées de l'iode (par exemple fixation de l'iodure sur du chlorure d'argent), d'autre part, ils n'offrent pour partie que des vitesses de réaction limitées.(échange d'ions ou ils ne permettent le traitement des volumes d'eau que par charges séparées (par exemple procédés de précipitation). A partir de là, l'invention s'est donné pour but d'arriver à obtenir que la séparation et la récupération de l'iode à partir de la phase liquide ou d'eau soient, le plus possible, rapide, complète et indépendante de la forme chimique de l'iode. A cet effet, l'invention propose que l'on ajoute à la phase un acide et que cette phase soit ensuite envoyée sur un filtre à charbon actif avec ou sans imprégnation. On trouvera décrites plus loin d'autres dispositions avantageuses pour l'amélioration de l'invention et les domaines d'utilisation du procédé. La séparation et la récupération de l'iode s'opère ainsi, suivant l'invention, par filtration sur charbon actif. On peut ici utiliser aussi du charbon actif contenant de l'argent, en particulier si la fixation de l'iode doit être durable et la plus complète possible, comme par exemple pour la décontami- nation d'eaux radioactives. La caractéristique essentielle de l'invention est que la phase liquide (ou éventuellement gazeuse) ou à l'eau d'o l'on doit-séparer l'iode, on ajoute, avant la filtration sur charbon actif, un acide (de préférence acide sulfurique des vapeurs acides ou une imprégnation d'acide), pour abaisser le pH de la phase ou de l'eau. D'après les notions acquises qui sont à la base de l'invention, il se produit, dans la solution aqueuse acide, des réactions chimiques qui se déroulent rapidement entre l'iode et la surface du charbon actif et qui favorisent la séparation de l'iode à partir de l'eau par exemple. L'iodure est oxydé, catalytiquement, en iode libre (à cet effet, il peut aussi être dissous de l'oxygène libre dans l'eau ou on peut y introduire en le dosant, un agent oxydant H202 par exemple) et l'iodate est réduit (par le C) en iode libre. Ensuite, l'iode libre s'adsorbe bien, comme on le sait, sur le charbon actif. Si l'on utilise du charbon contenant de l'argent, on peut ensuite obtenir la conversion en iodure d'argent très diffici- lement soluble. On peut aussi fixer sur charbon actif, dans une très large mesure, dans les conditions décrites, l'iode provenant de composés iodés organiques, tels qu'ils se forment par exemple dans les eaux courantes naturelles à partir d'iode minéral. Les réactions décrites s'opèrert déjà avec une acidification à pH 7 (minimum). la vitesse d'oxydation de l'iodure, ou de réduction de l'iodate, augmente encore sensiblement avec l'importance de l'acidification (observée jusqu'à pH = 1 environ). Pour l'appli- cation pratique du procédé, on aura avantage à procéder à une aci- dification à pH 2 par exemple, pour arriver-d'un côté à une fixation rapide et d'un autre c8té pour n'avoir pas à ajouter de quantités trop grandes d'acide. Le progrès essentiel que permet l'invention réside en ce que sont provoquées, au moyen du milieu acide, dans le système adsorbant, des réactions chimiques (oxydation, réduction) qui (vraisemblablement) par une co-action catalytique ou subs- tantielle de la surface du charbon actif, assurent une rapide transformation de différentes formes chimiques de l'iode en iode libre chimiquement stable, avec adsorption pratiquement simultanée sur cette surface (apparamment)dans ces conditions. Des avantages particuliers résident dans la vitesse relativement grande de l'adsorption et dans le fait que 250 1522 différents composés iodés sont traités dans les mêmes conditions d'opération et en outre dans l'importance des facteurs de décon- tamination que l'on peut atteindre, ainsi que dans l'aptitude du procédé à fonctionner en continu. Les opérations de concentration sont entreprises par exemple sur des colonnes à charbon actif o le volume filtrant (colonnes filtrantes) est de 200 ml. On a utilisé le charbon actif Merck N0 2515 qui est sensé être d'après les indications du fabricant un charbon de coques de noix de coco. Le charbon a été broyé, tamisé à différentes grosseurs granulométriques, lavé avec de l'acide et ensuite lavé à nouveau jusqu'à élimina- tion de l'acide puis séché. La préparation du charbon à l'argent a été opérée par le procédé suivant: On a imprégné un charbon actif, broyé à la grosseur de grain voulue lavé avec de l'acide sulfurique, puis lavé de façon à éliminer l'acide et séché avec une solution ammoniacale de nitrate d'argent; on a alors séché à 700C environ, et ensuite chauffé à environ 1400C jusqu'à poids cons- tant. La quantité de nitrate d'argent utilisée doit correspondre à la teneur en argent désirée, par exemple 1 %. L'invention sera mieux comprise d'après la description des exemples donnés ci-dessous: EXEMPIES: Séparation d'iodures à partir d'eau du réseau de distribution I. Adsorbant: charbon actif 0,42 à 0,50 mm, 1 % d'argent Valeur du pH: 2 Concentration en iodure: ajouté sans véhiculeur (1311) Débit Taux de séparation 1/h 99,999 % 65 1/h 99,89 1/h 99,6 II. Adsorbant: charbon actif 0,31 à 0,42 mm, 1 % d'argent 1/h 99,97 % EXEMPLES III et IV: Séparation d'iodates à partir d'eau du réseau de distribution III Adsorbant: Charbon actif 0, 42 à 0,5 mm, 1 % argent: pH 2 concentration de l'iodate: ajouté sans véhiculeur (1311) Débit Taux de séparation 1/h 99,94 % 65 1/h 98,3 % 1/h 96,3 % IV Adsorbant: Charbon actif 0,21 à 0,31 mm, 1 % argent Débit Taux de séparation 1/h 99,995 % 1/h 99,89 % 100 1/h 99,1 % Séparation d'iode radioactif d'eau de rivière V. Adsorbant: Charbon actif 0,315 à 0,42 mm: 1% d'argent Débit: 100 1/h Durée de séjour 7,2 s pH Taux de séparation 7,2 85,1 % 3,6 94 % 2 97,6 % L'iodate a été à peu près aussi-bien séparé de l'eau, à pH2 sur le charbon sans argent que sur du charbon argenté; toutefois lors de nouveaux rinçages, il sort environ fois autant d'iode dans les eaux de lavage. VI Colonne séparatrice, capacité 200 ml Adsorbant: Charbon actif 0,21 à 0, 31 mm de grosseur de grain, Débit 65 1/h: le fluide est chargé en iodure radio-actif. Colonne non argentée; sans addition d'acide: pH 7,5 décomposé en 10 opérations: 1. Opération 1,59 % iode radio-actif absorbé 2. " 0,96 % 3. " 0,79 % 4. " 0,12 % 5. " 1,04 % ó. " 1,15 % 7. " 1,71 % 8. " 1,73 % 9. " 2,56 % 10. À 3,47 % L'addition d'iode permet d'augmenter la capacité d'adsorp- tion. VII. Colonne séparatrice, sans argent, acidifié avec H2b04, pH 2 décomposé en 10 opérations: /. 1. Opération 12,9 % iode radio-actif adsorbé 2. " 13,1 % 3. " 13,8 % 4. " 12,4 % 5. " 11,4 % 6. 8,4 % 7. 7,1% 8. 5,2 % 9. " 3,8 % 10. " 3,2 % VIII. Colonne séparatrice, 1 % Ag, avec H2S04: pH 2 décomposé en 10 opérations: 1. opération 82,66 % iode radio-actif adsorbé 2. 16,37 % 3. 0,60 4. " 0,12 % 5. 0,065 % 6. n 0,04 % 7. " 0,02 % 8. 0,024 % 9. " 0,011 % 10. 0,005 % Bn général, les taux de séparation diminuent avec l'augmentation du débit passant dans la colonne filtrante. La cause en est que l'oxydation de l'iodure et la réduction de l'iodate (de l'iodure en combinaison organique, ou de l'io- dure et de l'iodate seuls) se déroulent avec une vitesse donnée, de sorte que pour obtenir des taxx de séparation déterminés, il est nécessaire de prévoir des durées de séjour dans la c>lonne appropriées. Par des mesures appropriées, par exemple en utilisant des colonnes plus grandes, on peut arriver à des taux de séparation plus élevés que ceux qui sont mentionnés ci- dessus. Ainsi le taux de séparation de l'iodate suivant l'exemple 1 s'élève de 96,3 % à 99,8 % si l'on double le volume de la colonne. Les taux de séparation augmentent aussi bien pour l'iodate que pour l'iodure si l'on utilise un adsorbant dont la granulométrie estplus fine (comparer les exemples I avec II, et III avec IV). La vitesse de séparation de l'iodure est plus grande que celle de l'iodate. On obtient sensiblement les m&mes taux de séparation si la durée de séjour de l'iodate est environ 1,7 fois plus grande que celle de l'iodure. les vitesses de séparation déterminées expérimentalement pour des composés iodés tels qu'ils se présentent dans des eaux naturelles se situent entre celle de l'iodure et celle de l'iodate. Comme domaines d'utilisation de l'invention peuvent entrer en ligne entr'autres: a) Concentration d'iode radio-actif à partir d'échantillons d'eau de grands volumes (par exemple pour des recherches analytiques; b) Décontamination d'eau quand la question se pose dans la technique nucléaire, éventuellement aussi, décon- tamination d'eau potable; c) Utilisation des réactions décrites des composés iodés, sous l'action d'un milieu acide dans les techniques de filtration dans le domaine de l'évacuation d'air, et, d) Utilisation du procédé pour la récupération (production) d'iode à partir de sols contenant une quantité élevée d'iode (sources iodées etc...). Il s'agira, à cet effet de mettre en oeuvre de préférence du charbon actif qui ne soit pas imprégné d'argent, car d'une part, on n'a pas besoin d'arriver à un taux très élevé de séparation et d'autre part, l'élution de l'iode qui suit la charge, par exemple avec une solution de 502, ne sera pas gênée. En particulier dans cette utilisation, l'acidifi- cation de la solution avant son entrée dans la colonne d'adsorption pourra être entreprise en la faisant passer préalablement dans une colonne échangeuse d'ions avec un échangeur de cations forte- ment acide, se présentant sous la-forme HE (on peut utiliser également cette méthode dans la décontamination). Il se forme ici, à partir du sel neutre contenu dans l'eau, de l'acide, de sorte que l'on peut supprimer totalement ou partiellement l'addition d'acide. Après sa sortie de la colonne d'adsorption, l'eau est envoyée dans une colonne échangeuse d'ions contenant un échangeur de cations fortement acide qui se présente sous la forme de sel, de sorte que ce dernier est transformé en la forme H l'eau qui s'échappe étant au contraire neutralisée. En utilisant plusieurs colonnes échangeuses d'ions, quatre par exemple qui suivant la transformation prévue dans la forme l1 ou dans la forme sel, sont chaque fois montées dans une position appropriée, avant ou après la colonne d'adsorption, on peut en même temps réduire les besoins en acide et éviter de changer en acide les eaux usées. -2501522 REVENDICATIONS ) Procédé pour séparer et recueillir de l'iode à partir d'une phase liquide, caractérisé en ce que l'on ajoute à cette phase un acide et envoie ensuite cette phase dans un filtre à charbon actif avec ou sans imprégnation. ) Procédé suivant la revendication 1, carac - térisé en ce que l'iode se présente sous la forme d'iodure et/ou d'iodate, ou sous la forme d'un composé organique iodé. ) Procédé suivant l'une ou l'autre des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que la phase est une solution aqueuse. ) Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que par acidification, on amène la solution à un pH inférieur à 7. 5 ) Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le charbon actif, avec ou sans imprégnation, est maintenu en un lit filtrant qui est parcouru par la solution. ) Utilisation du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on met le procédé en oeuvre pour l'épuration d'eaux naturelles, d'eaux radioactives, la récupération d'iode à partir de sols contenant de l'iode et/ou pour la détection d'iode radio-actif.