Brevet FR2810679A1 — publié le 20011228

La présente invention concerne procédé d'extraction et de séparation d'américium (Am) de curium (Cm) et lanthanides (Ln) de solutions acides. L'invent' concerne en particulier un procédé au moyen duquel l'Am, le Cm et les Ln présents dans des solutions aqueuses de concentration acide comparativement élevée sont séparés et récupérés par extraction dans des solvants organiques avec des composés diglycolamide. Plus spécifiquement, l'invention concerne un procédé à utiliser dans la récupération d'Am, de Cm de Ln dans des solutions radioactives contenant de tels éléments, telles qu'illustrées par les déchets liquides fortement radioactifs (ci-après dans la présente, abregés en HLW) qui sont générés par le retraitement des combustibles nucléaires irradiés. L'invention concerne egalement un procédé d'extraction et de récupération de lanthanides de minerais contenant des lanthanides. Les procédés d'extraction par solvant conventionnels pour séparer et récupérer Am, Cm, Ln, etc. solutions aqueuses acides sont classés en deux types en fonction de la concentration acide de la solution aqueuse contenant les éléments à récupérer. Dans le système à faible concentration acide, des acides phosphoriques organiques tels que l'acide di-2-éthylhexylphosphorique (D2EHPA) et l'acide diisodécylphosphorique (DIDPA) sont classiquement utilisés comme agents d'extraction. Dans le système à forte concentration acide, des ligands bidentates tels que l'oxyde d'octyl(phényl)-N,N-diisobutylcarbamoyl- méthylphosphine (CMPO) et la N,N'-diméthyl-N,N'-dibutyl- tétradécylmalonamide (DMDBTDMA) sont des agents d'extraction communs. Les HLW sous forme de solution acide ' traiter possèdent une forte concentration en acide nitrique de l'ordre de 3 moles/dm3 (ci-après dans la présente, abrégé en M) environ, aussi si l'on souhaite utiliser un agent d'extraction destiné à s'appliquer au système à faible concentration acide, les dechets liquides à traiter doivent être soumis à des étapes de traitement préalables telles qu'une neutralisation des alcal' ou une dénitration, mais ceci conduit à la génération de déchets sous forme de sels solides rend nécessaire des opérations chimiques complexes. Pour faire face a ce problème, l'utilisation du ligand bidentate a récemment été proposée pour le traitement des . Deux procédés bien connus pour traiter les HLW en utilisant le ligand bidentate sont le procédé Truex, qui utilise du CMPO (développé par Argonne National Laboratory, Etats- Unis) et le procédé Diamex, qui utilise des composés de la malonamide (développé par le CEA, Marcoule, France). Les HLW qui sont essentiellement destinés à être traités par le procédé de l'invention possèdent une très forte radioactivité et leur concentration en acide nitrique est également élevée en outre, les HLW contiennent une grande variété d'éléments métalliques en de fortes concentrations. D'où le fait que l'agent d'extraction à utiliser dans le traitement des HLW a non seulement besoin de fortes performances de séparation, mais aussi de stabilité chimique ou de radiorésistance, ainsi que d'une forte solubilité de la phase fluide. Un autre facteur important est la façon de traiter l'agent d'extraction irradié. Les problèmes que doit résoudre le système d'extraction à base de bidentate qui s'applique à des solutions aqueuses à forte concentration acide sont énumérés ci-dessous. (1) Le CMPO, lorsqu'il est dissous individuellement dans un solvant-diluant n-dodécane, présente certaines limites quant aux conditions pour une compatibilité entre les deux phases et une troisième phase se forme si une concentration augmentée d'acide ou de métal est extraite dans la phase organique. Afin d'éviter cette éventualité, du phosphate de tributyle (TEP) est ajouté sorte à ce que la polarité du solvant augmente suffisamment pour prévenir la formation de la troisième phase et pour augmenter 1 extraction en pourcentage d'Am (Truex). Ceci rend cependant nécessaire que le TEP soit 'outé en une quantité égale à six fois celle du CMPO (par exemple, 1,2 M de TEP sont ajoutées à 0,2 M de CMPO), rendant inévitablement nécessaire l'utilisation 'une grande quantité d'agents dont il faudra se débarrasser après l'utilisation. (2) solvants organiques qui contiennent des composés organo-phosphorés tels que du CMPO ne peuvent pas être traités par simple incinération. Du fait que cette categorie de solvants organiques contient du phosphore en composition, il en résulte que non seulement ils corrodent les matériaux dans l'incinérateur, mais ils induisent aussi la génération de déchets solides en tant que résidus de l'incinération. (3) I1 a été remarqué que le CMPO génère de l'oxyde de méthyloctylphénylphosphine neutre et de l'acide octylphénylphosphinique acide en résultat à l'hydrolyse et à la radiolyse. En particulier, la présence de composés acides diminuera l'efficacité de la réextraction d'Am pendant le stripage de la phase organique en retour à la phase aqueuse. (4) Les ligands de série malonamide tels que le DMDBTDMA possèdent deux groupes carbonyles (C=O) en tant que groupes fonctionnels qui sont impliqués dans la chélation avec des métaux, mais groupes ont un pouvoir d'extraction plus faible que le groupe phosphoryle (P=O) comme dans le CMPO. Pour augmenter le pouvoir d'extraction, un groupe alkyle ou un groupe oxyalkyle très long est inséré entre les deux groupes C=O, mais le résultat est loin d'être satisfaisant. Le principal objet de la présente invention est donc de proposer une nouvelle technologie qui puisse résoudre ou, tout au moins, diminuer les problèmes mentionnés ci dessus de l'état antérieur de la technique. Afin de séparer et de récupérer Cm et Ln d'une solution aqueuse de forte concentration acide au moyen d'une extraction par solvant, la présente invention utilise un agent d'extraction possédant une fonction tridentate, tel que du diglycolamide RIR2NCOCH2OCH2CONR3R4 (R1 à R4 qui peuvent être identiques ou différents représentent chacun un groupe alkyle que CnH2n+i) qui possède deux groupes amide et un oxygène 'éther. La figure 1 est un graphique représente le rapport de concentration relatif (D) Eu (III), Am (III) et Cm (III) entre une solution de diglycolamide 0,1 M (TODGA) dans du n-dodécane et une solution aqueuse d'acide nitrique à 25 C en fonction la concentration en acide nitrique ; La figure 2 est un graphique représente le rapport de concentration relatif (D) de Eu (III) et de Am (III) en fonction de la concentration de diglycolamide (TODGA) sous forme dissoute dans du n-dodécane à c dans la condition aqueuse d'acide nitrique 1 M ; et La figure 3 est un graphique qui représente la façon dont l'extraction en pourcentage de Nd (III) et Am (III) est liée à la concentration de diglycolamide (TODGA) sous forme dissoute dans du n-dodécane à 25 équilibré avec une solution d'acide nitrique 1 contenant 0,01 M de Nd (III) et un niveau traceur d'Am (III). particularités et avantages de l'agent d'extraction à utiliser dans l'invention sont décrits ci- dessous. ( I1 possède une forte solubilité dans le n- dodécane et dans d'autres solvants non polaires qui sont utilises dans le procédé, mais il présente par contre une faible solubilité en solution aqueuse. L'élimination des impuretés s'accomplit également facilement. Etant donné que la formation d'une troisième phase est rare, il est inutile d'ajouter des agents modifiants tels que du TBP. I1 en résulte que le procédé est simplifié et 'un fonctionnement en continu peut être réalisé régulierement. (2) Il ne contient que du carbone, de l'hydrogéné, de l'oxygène et de l'azote dans sa composition moléculaire et peut lui-même être mis au rebut par incinération, en produisant des quantités négligeables de déchets solides. (3) Il est tellement stable face à l'hydrolyse et au rayonnement que la formation de composés qui diminuent l'efficacité de la réextraction est insignifiante. Tous les produits de la décomposition peuvent être éliminés facilement. (4) I1 garantit des performances satisfaisantes matiere d'extraction et de réextraction d'ion actinide (An) et d'ion Ln trivalents. Il possède une si forte tendance à se lier à Am, Cm et Ln qu'une extraction près de 100 % est possible en une étape d'extraction. Les groupes R1 à R4 dans le composé diglycolamide dont la formule est présentée ci-dessus et qui est utilisé comme l'agent d'extraction tridentate dans le procédé d'extraction de l'invention, sont généralement identiques, mais ils peuvent occasionnellement être différents. Des exemples spécifiques préférés de R1 à R4 sont des groupes alkyle en C3-12. Le composé diglycolamide agent d'extraction est dilué avec des solvants non polaires ayant une solubilité appropriée en tant que diluant, par exemple des solvants hydrocarbures aliphatiques classiquement illustrés par le n-dodécane les solvants hydrocarbures aliphatiques étroitement apparentés à celui-ci, et le composé diglycolamide dilué est fourni en tant que solvant d'extraction au procédé l'invention. Dans un mode de réalisation spécifique du procédé d'extraction de l'invention, deux exemples du composé diglycolamide ayant la formule présentée ci-dessus, c'est-à-dire l'un étant un agent d'extraction caractérisé en ce que RI à R4 est C8Hl7 pour donner la formule (C8Hl7) 2NCOCH2OCH2CON(C8Hl7) 2 (le N,N,N',N' -tétraoctyl-3- oxapentanediamide, qui est ci-après dans la présente abrégé en TODGA) et l'autre étant un agent d'extraction caractérisé en ce que RI à R4 est ClOH21 pour donner formule (ClOH21) 2NCOCH2OCH2CON(Cj.OH21) 2 (le N,N,N',N' -tétra décyl-3-oxapentanediamide, qui est ci-après dans présente abrégé en TDDGA), ont été dilués dans hydrocarbure aliphatique tel qu'un hydrocarbure ' chaîne linéaire (de manière spécifique, du n-dodécane) et ont été utilisés par la suite comme solvants d'extraction. Lorsqu'une solution d'acide nitrique contenant Cm et Ln a été traitée avec ces solvants d'extraction, des rapports de distribution élevés ont été obtenus pour Am ( I), Cm (III) et Ln (III). Des exemples avantageux du solvant hydrocarbure aliphatique qui peut être utilisé pour diluer ces agents d'extraction comprennent les hydrocarbures en C8_14, qui peuvent être utilisés soit individuellement, soit associés dans un mélange. La description, en ce qui précède et en ce qui suit, se focalise essentiellement sur l'utilisation de HLW sous forme de solution aqueuse acide à traiter par le procédé de l'invention. Il devrait cependant être noté que le procédé d'extraction de l'invention s'applique également à des solutions acides obtenues en dissolvant des minerais contenant des lanthanides. Par conséquent, le procédé de l'invention est très prometteur en tant que moyen d'extraction et de récupération de lanthanides dans des minerais contenant des lanthanides. Les exemples spécifiques suivants sont fournis dans le but d'illustrer encore plus la présente invention, mais ils ne doivent en aucune façon être considérés comme limitatifs. Exemple 1 Une solution d'acide nitrique contenant des quantités traceuses d'europium (Eu), d'Am et de Cm a été traitée avec 0,1 M de TODGA ou-TDDGA dans du n-dodécane pour extraire les métaux mentionnés. A l'équilibre, Eu et Am ont été extraits avec des rapports de distribution d'au moins 400 lorsque la concentration d'acide nitrique a été de 3,0 M. Lorsque du TODGA 0,1 M dissous dans du n- dodécane a été utilisé comme agent d'extraction à partir de la même solution d'acide nitrique (3 M), Cm à l'équilibre a été extrait avec un rapport de distribution de 500 au moins. Exemple 2 Une solution d'acide nitrique contenant des quantités traceuses de Eu", Am3+ et a été traitée avec 0,1 M de TODGA dans du n-dodécane pour extraire les métaux mentionnés. Avec la concentration initiale d'acide nitrique ajustée à diverses valeurs, la dépendance entre le rapport de distribution (D) de Eu, Am et Cm et la concentration en acide nitrique à 25 C été étudiée. Les résultats sont représentés graphiquement sur la figure 1 qui trace D sur l'axe vertical et la concentration d'acide nitrique en solution aqueuse (moles/dm3, ou M) sur l'axe horizontal. Le D des ions Eu, Am et Cm a augmenté exponentiellement avec la concentration initiale d'acide nitrique dans la plage de 0,01 6 M. Exemple 3 Une solution d'acide nitrique 1,0 contenant Eu 3+ et Am3+ a été traitée avec diverses concentrations de TODGA dans du n-dodécane pour extraire les métaux mentionnés à 25 C. La dépendance entre les Ds pour Eu3+ et Am3+ et la concentration de l'agent d'extraction été étudiée et les résultats sont représentés graphiquement sur la figure 2, qui trace D sur l'axe vertical et la concentration de l'agent d'extraction (M) sur l'axe horizontal. Les tracés logarithmiques de M et de D présentent une relation linéaire pour les deux ions, aussi la pente de chaque ligne droite sur la figure 2 reflète le nombre de molécules de l'agent d'extraction qui sont impliquées dans la réaction d'extraction. Manifestement, lorsque Em3+ et Am3+ sont extraits avec le solvant d'extraction, de trois à quatre molécules de l'agent d'extraction sont impliquées dans le complexe d'' métallique. Exemple 4 solution d'acide nitrique 1,0 M contenant une quantité traceuse de Am3+ et 0,01 M d'ion néodyme (Nd3+) a été traitée avec diverses concentrations de TODGA dans du n-dodécane pour extraire les métaux mentionnés à 25 C. La relation entre la concentration de l'agent d'extraction et l'extraction en pourcentage de chacun de Am et de Nd a étudiée et les résultats sont représentés graphiquement sur la figure 3, qui trace l'extraction en pourcentage sur l'axe vertical et la concentration de 'agent d'extraction M sur l'axe horizontal. L'extraction pourcentage de chacun de Am et de Nd a été de pres de 100 % lorsque la concentration de l'agent d'extract' a éte égale ou supérieure à 0,25 M. Dans ces conditions l'agent d'extraction présent en une concentration égale à environ 25 fois celle des Ln peut extraire 100 % de 1 conjointement aux Ln. Exemple 5 Une solution d'acide nitrique 3,0 M contenant quantité traceuse de Am3+ et 0,01 M d'ion néodyme (Nd3+) a été traitée avec 1,0 M de TODGA dans du n-dodécane pour extraire les métaux mentionnés à 25 C. Et l'Am, et le Nd ont eté récupérés à 100 % dans la phase organique. La phase aqueuse avait une quantité équivalente des Ln totaux de HLW la concentration d'acide nitrique qui étaient typiques de la solution de HLW. En utilisant des diamides diglycoliques sous forme diluée avec solvants hydrocarbures aliphatiques tels que du n-dodécane, Am, Cm et Ln ont pu être extraits et séparés de manière efficace, dans le solvant organique, de solutions aqueuses de concentration en acide nitrique comparativement élevée comme les HLW, ce qui provient du retraitement des combustibles nucléaires irradiés. REVENDICATIONS 1. Procédé 'extraction d'américium (Am), de curium (Cm) et d'un lanthanide (Ln) d'une solution aqueuse acide avec un agent d'extraction dissous dans un solvant organique, ledit réactif étant un composé diglycolamide représenté par la formule développée RIR2NCOCH20CH2CONR3R4 (dans laquelle R, R2, R3 et R4 qui peuvent être identiques ou différents représentent chacun un groupe alkyle et qui est capable de coordination tridentate. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le groupe alkyle représenté par R]., R2, R3 R4 est un groupe alkyle ayant de 3 à 12 atomes de carbone. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le solvant organique est un hydrocarbure aliphatique. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le solvant organique est une entité unique ou un mélange qui possède de 8 à 14 atomes de carbone. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la solution aqueuse acide correspond des déchets liquides fortement radioactifs. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la solution aqueuse acide est obtenue dissolvant un minerai contenant des lanthanides.