Brevet FR2866244A1 — publié le 20050819

La présente invention concerne un procédé pour séparer les uns des autres des éléments faisant partie des actinides, tels que l'américium, le curium, le californium et des éléments similaires. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé pour séparer des éléments faisant partie des actinides, dans lequel des éléments faisant partie des actinides sont séparés les uns des autres par chromatographie en utilisant la différence de caractéristiques d'adsorption entre les éléments faisant partie des actinides sur une résine échangeuse d'anions faiblement basique. Des éléments faisant partie des actinides, tels que l'américium (Am), le curium (Cm) et les éléments du type transcurium (berkélium (Bk), californium (Cf), einsteinium (Es) et des éléments similaires) sont des nucléides a présents dans des combustibles nucléaires épuisés dans l'industrie nucléaire. Lors de la mise en uvre du retraitement ou du partage et de la transmutation de combustibles nucléaires épuisés ou du traitement/rejet de résidus radioactifs, il est nécessaire de séparer les uns des autres les éléments faisant partie des actinides, car leurs caractéristiques nucléaires, leurs caractéristiques exothermiques et leurs toxicités radioactives sont différentes. En ce qui concerne les éléments du type transcurium, le Cf--252, par exemple, est utile dans des applications médicales telles que le traitement du cancer et une application comme source de neutrons pour l'analyse à haut niveau, et est actuellement produit en irradiant le plutonium (Pu) avec des neutrons. Cependant, sa production est limitée à une quantité égale ou inférieure à quelques grammes par an. A ce propos, une tonne de carburants nucléaires épuisés (combustion totale de 150 000 MWD/t, refroidis pendant 4 ans) engendrée par un réacteur surrégénérateur rapide classique contient 3 kg d'américium, 0,9 kg de curium, 70 pg de berkélium (principalement Bk-249), 3 mg de californium (mélange d'isotopes Cf-249, 2866244 2 250, 251, etc.) et 6 x 10-5 ng d'einsteinium (principalement Es-254) et tous ces éléments migrent dans les résidus liquides à haute teneur au cours du retraitement. A l'heure actuelle, on élabore diverses techniques de séparation, de récupération et de purification; cependant, il est très difficile de séparer les uns des autres les éléments consistant en actinides trivalents qui ont des propriétés chimiques similaires, et il n'a été établi aucune technique de séparation, de récupération et de purification efficace qui offre une perspective de mise en pratique au niveau industriel. Comme procédés pour la séparation et la purification de l'américium, qui est un élément faisant partie des actinides, il a été proposé un procédé d'extraction au solvant, un procédé d'adsorption à une matière solide et un procédé de précipitation (se référer, par exemple, au brevet japonais mis à l'Inspection Publique n 2000-211 925 et au brevet japonais mis à l'Inspection Publique n 2001-305 282). Cependant, tous ces procédés classiques nécessitent une opération d'oxydation de l'américium trivalent en américium pentavalent ou hexavalent et, en outre, l'américium à l'état fortement oxydé est très instable et, en conséquence, l'addition d'un réactif chimique est indispensable pour son oxydation et son maintien à l'état oxydé. Cela rend le système et l'appareil utilisé pour son procédé de séparation complexes et, en outre, cela rend inévitable la production de résidus radioactifs secondaires. Les problèmes associés à ces procédés classiques de séparation et destinés à être résolus par la présente invention consistent en le fait que ces procédés classiques nécessitent une opération d'oxydation et rendent indispensable l'implication d'un ou plusieurs réactifs chimiques pour l'oxydation des éléments consistant en les actinides intéressants et le maintien de leurs états oxydés, ce qui rend l'appareil et le système complexes, et ce qui rend également inévitable la production de résidus radioactifs secondaires. Les présents inventeurs ont trouvé que l'utilisation d'une association d'une résine échangeuse d'anions faiblement basique et d'un solvant constitué d'un mélange acide nitrique-alcool permet d'augmenter la différence de caractéristiques d'adsorption entre les éléments faisant partie des actinides sur la résine et, en conséquence, la séparation des nucléides parmi les éléments faisant partie des actinides devient possible. La présente invention a été réalisée sur la base des découvertes de ce phénomène. Conformément à la présente invention, il est proposé un procédé pour séparer des éléments faisant partie des actinides, comprenant l'introduction d'une solution contenant une pluralité d'éléments faisant partie des actinides dans une colonne de résine dans laquelle a été tassée une résine échangeuse d'anions faiblement basique, et ensuite l'introduction d'un élément constitué d'une solution formée d'un mélange d'acide nitrique et d'un alcool alkylique dans la colonne de résine pour séparer chromatographiquement les uns des autres les éléments faisant partie des actinides. L'expression "une solution contenant une pluralité d'éléments faisant partie des actinides" désigne n'importe quelle solution choisie dans le groupe consistant en des solutions dans lesquelles des combustibles nucléaires épuisés sont dissous et des résidus liquides radioactifs à haute teneur. La résine utilisée dans la colonne de résine comprend des résines échangeuses d'anions, primaires, secondaires ou tertiaires faiblement basiques obtenues par résinification de la pyridine, de l'imidazole, d'une alkylamine ou d'un composé similaire. L'alcool utilisé dans l'éluant comprend des alcools alkyliques tels que le méthanol, l'éthanol, le propanol et des alcools similaires. Dans un exemple classique du procédé de la présente invention, la solution contenant une pluralité d'éléments 2866244 4 faisant partie des actinides à introduire dans la colonne de résine est une solution contenant de l'américium, du curium et/ou du californium, et un ou plusieurs des éléments faisant partie des actinides (un ou plusieurs éléments choisis entre l'américium, le curium et le californium) présents dans la solution sont purifiés et récupérés en les séparant chromatographiquement les uns des autres. Comme résine échangeuse d'anions faiblement basique tassée dans la colonne de résine, on utilise une résine échangeuse d'anions faiblement basique portée par un support en silice poreuse ou un support poreux constitué d'une substance qui n'a subi aucune modification chimique dans la solution, ou une résine échangeuse d'anions faiblement basique mise sous forme d'un corps poreux, ce qui permet d'obtenir des caractéristiques de séparation très efficaces. Le procédé de la présente invention rend également possible l'opération de séparation pratiquement à la température ambiante et à la pression ambiante. De la manière décrite ci-dessus, la présente invention propose un procédé utilisant une colonne de résine échangeuse d'anions faiblement basique et un éluant constitué d'une solution formée d'un mélange d'acide nitrique et d'un alcool alkylique, et une telle association permet de séparer chromatographiquement les uns des autres les éléments faisant partie des actinides. Elle permet de séparer efficacement les uns des autres en particulier les éléments faisant partie des actinides trivalents, tels que l'américium, le curium et/ou le californium. Par exemple, lorsque l'on sépare l'américium du curium et/ou du californium, l'américium peut être récupéré avec une grande efficacité et une grande pureté au niveau industriel en utilisant une technique d'opération unitaire qui n'implique pas l'oxydation de l'américium (en d'autres termes, une modification de valence) et, en conséquence, qui produit une quantité réduite de résidus secondaires, et qui n'implique pas des opérations difficiles en termes de mise en oeuvre industrielle, telles qu'une précipitation (en d'autres termes, une modification de phase). D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des 5 dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un diagramme schématique d'un appareil de séparation utilisé dans la présente invention. La figure 2 est un graphique représentant la séparation de l'américium, et du curium dans l'exemple 1. La figure 3 est un graphique représentant la séparation de l'américium, du curium et du californium dans l'exemple 2. L'appareil de séparation utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention est représenté schématiquement sur la figure 1. Cet appareil de séparation comprend: une colonne de résine 10 dans laquelle a été tassée une résine échangeuse d'anions faiblement basique; un récipient de matière première 12 qui contient une solution contenant une pluralité d'éléments faisant partie des actinides tels que l'américium, le curium et les éléments similaires; un récipient d'éluant 14 qui contient une solution constituée d'un mélange acide nitrique-alcool utilisée pour l'élution; une vanne de commutation 16 qui permet le passage de la solution d'éléments faisant partie des actinides à l'éluant; une pompe 18 qui amène les solutions à la partie supérieure de la colonne de résine 10; et un récipient collecteur 20 qui recueille les éléments faisant partie des actinides, tels que l'américium, le curium et des éléments similaires, séparés les uns des autres par passage de la solution à travers la colonne de résine 10. Ces composants sont connectés les uns aux autres par un conduit. Lorsque la quantité d'éléments faisant partie des actinides, tels que l'américium, le curium et des éléments similaires, est très faible, ni la pompe de distribution ni la vanne de commutation pour passer de la solution à l'éluant ne sont parfois indispensables. Dans le procédé de la présente invention, les éléments faisant partie des actinides sont séparés et récupérés: en versant une quantité appropriée de solution contenant des éléments faisant partie des actinides sur une colonne de résine dans laquelle a été tassée une résine échangeuse d'anions faiblement basique; en amenant un éluant constitué d'une solution formée d'un mélange d'acide nitrique et d'un alcool alkylique sur la colonne; en séparant chromatographiquement les nucléides des éléments faisant partie des actinides; et en recueillant séparément les nucléides élués. L'opération est effectuée pratiquement à la température ambiante. En outre, l'éluant utilisé est constitué seulement d'acide nitrique, qui est un acide inorganique ayant une structure simple, et d'un alcool ayant seulement un groupe alkyle et, ainsi, la purification des éléments séparés faisant partie des actinides est effectuée aisément. Après la séparation, l'alcool peut être aisément éliminé par évaporation ou un moyen similaire et, ainsi, des résidus organiques radioactifs secondaires ne sont pas engendrés. EXEMPLES [Exemple 1] Une colonne de résine ayant une longueur de 10 cm a été préparée en tassant une résine obtenue en résinifiant de la pyridine comme résine échangeuse d'anions tertiaire. Du méthanol a été utilisé comme alcool alkylique et un éluant a été préparé en ajoutant du méthanol à de l'acide nitrique concentré de telle sorte que l'éluant ait une teneur en méthanol de 60 % en volume. Une solution contenant de l'américium et du curium a été versée sur la colonne de résine par sa partie supérieure, puis l'éluant y a été amené pour séparer chromatographiquement l'un de l'autre l'américium et le curium. L'opération a été effectuée à la température ambiante. Les résultats de séparation sont représentés sur la figure 2. La figure 2 montre que le curium peut être séparé et récupéré, tandis que la quantité d'éluat s'écoulant hors de la colonne est faible (approximativement égale ou inférieure à 140 cm3), tandis que l'américium peut être séparé et récupéré une fois que la quantité d'éluat devient importante. [Exemple 2] D'une manière similaire à celle de l'exemple 1, une colonne de résine ayant une longueur de 10 cm a été préparée en tassant une résine obtenue en résinifiant de la pyridine comme résine échangeuse d'anions tertiaire. Du méthanol a été utilisé comme alcool alkylique et un éluant a été préparé en ajoutant du méthanol à de l'acide nitrique concentré de telle sorte que l'éluant ait une teneur en méthanol de 60 % en volume. Une solution contenant de l'américium, du curium et du californium a été versée sur la colonne de résine par sa partie supérieure, puis l'éluant y a été amené pour séparer chromatographiquement les uns des autres ces nucléides. L'opération a été effectuée à la température ambiante. Les résultats de séparation sont représentés sur la figure 3. La figure 3 montre que le californium peut être séparé et récupéré tandis que la quantité d'éluat s'écoulant hors de la colonne est très faible (approximativement égale ou inférieure à 60 cm3), le curium peut être séparé tandis que la quantité d'éluat devient un peu plus grande, tandis que l'américium peut être séparé et récupéré une fois que la quantité d'éluat est devenue importante. Le recyclage des actinides actuellement effectué a pour but la transmutation de l'américium à longue durée de vie et, en conséquence, le curium est séparé de l'américium. Cependant, conformément à. la présente invention, non seulement l'américium mais également le curium et le californium peuvent être récupérés avec une grande pureté. Cela indique que les éléments précités faisant partie des actinides peuvent être utilisés pour des applications (par exemple des applications médicales et des 2866244 8 applications d'analyse à haut niveau) autres que la transmutation et l'annihilation. Ainsi, il est considéré que la présente invention est très importante et avantageuse. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation d'éléments faisant partie des actinides, caractérisé en ce qu'il comprend l'introduction d'une solution contenant une pluralité d'éléments faisant partie des actinides dans une colonne de résine (10) dans laquelle a été tassée une résine échangeuse d'anions faiblement basique, puis l'introduction d'un éluant constitué d'une solution formée d'un mélange d'acide nitrique et d'un alcool alkylique dans la colonne de résine pour séparer chromatographiquement les uns des autres les éléments faisant partie des actinides. 2. Procédé de séparation d'éléments faisant partie des actinides suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la solution contenant une pluralité d'éléments faisant partie des actinides à introduire dans la colonne de résine est une solution contenant de l'américium, du curium et/ou du californium, et un ou plusieurs des éléments faisant partie des actinides présents dans la solution sont purifiés et récupérés en les séparant chromatographiquement les uns des autres. 3. Procédé de séparation d'éléments faisant partie des actinides suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la résine échangeuse d'anions faiblement basique tassée dans la colonne de résine est une résine échangeuse d'anions faiblement basique portée par un support en silice poreuse ou un support poreux constitué d'une substance qui ne subit aucune modification chimique dans la solution, ou une résine échangeuse d'anions faiblement basique mise sous forme d'un corps poreux, et l'opération de séparation est effectuée pratiquement à la température ambiante et à la pression ambiante.