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Université Centrale École centrale polytechnique privée de Tunis Présenté et so

Université Centrale École centrale polytechnique privée de Tunis Présenté et soutenu par Oussama DHAHRI EXTRACTION LIQUIDE-LIQUIDE DE L'URANIUM(VI) À PARTIR DE L'ACIDE PHOSPHORIQUE Projet préparé sous la direction de Mme. Yosra BAKLOUTI Année universitaire 2018/2019 2 REMERCIMENTS ................................................................................................................ 3 DEDICACES ........................................................................................................................ 4 INTRODUCTION ................................................................................................................. 5 L’ENERGIE NUCLEAIRE ET RADIOACTIVITE........................................................................... 7 L’énergie nucléaire .................................................................................................................. 8 Radioactivité ............................................................................................................................ 8 Fission ...................................................................................................................................... 9 Fusion nucléaire ...................................................................................................................... 9 Applications ........................................................................................................................... 10 L’URANUIM ET L’ACIDE PHOSPHORIQUE .......................................................................... 11 L’ uranium ............................................................................................................................. 12 Abondance et répartition ...................................................................................................... 13 Propriétés chimiques de l’uranuim ....................................................................................... 14 L’acide phosphorique ............................................................................................................ 15 Production industrielle .......................................................................................................... 15 Récupération de l’uranium contenu dans l’acide phosphorique .......................................... 16 L’EXTRACTION LIQUIDE-LIQUIDE ...................................................................................... 19 L’extraction liquide-liquide ................................................................................................... 20 Domaines d’application ........................................................................................................ 20 Types d'extraction liquide-liquide ......................................................................................... 21 Étapes de l'extraction ............................................................................................................ 21 Choix du solvant .................................................................................................................... 21 BASE DE DONNEES POUR LA MODELISATION DE L’EXTRACTION DE L’URANIUM(VI) CONTENU DANS L’ACIDE PHOSPHORIQUE ........................................................................................ 23 Le milieu phosphorique : spéciation et modélisation ........................................................... 24 Le mélange D2EHPA-TOPO pour extraire l’uranium(VI) contenu dans l’acide phosphorique ............................................................................................................................................................ 30 Les complexes uranium(VI)-extractants ................................................................................ 35 Modélisation de l’extraction liquide-liquide de l’uranium(VI) contenu dans l’acide phosphorique par le mélange D2EHPA/TOPO. ................................................................................... 40 3 REMERCIMENTS Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à ma directrice de mon projet, Madame yosra BAKLOUTI. Je la remercie de m’avoir encadré, orienté, aidé et conseillé. J’adresse mes sincères remerciements à tous les professeurs, intervenants et toutes les personnes qui par leurs paroles, leurs écrits, leurs conseils et leurs critiques ont guidé mes réflexions et ont accepté de me rencontrer et de répondre à mes questions durant mes recherches. Mes plus sincères remerciements vont à mes parents qui m'ont toujours encouragé dans la poursuite de mes études, ainsi que pour leur aide, leur compréhension et leur soutien. Enfin, je remercie tous mes amis qui ont toujours été là pour moi. Leur soutien inconditionnel et leurs encouragements ont été d’une grande aide. À tous ces intervenants, je présente mes remerciements, mon respect et ma gratitude. 4 DEDICACES A mes chers parents, pour tous leurs sacrifices, leur amour, leur tendresse, leur soutien et leurs prières tout au long de mes études, A mes chères sœurs pour leurs encouragements permanents, et leur soutien moral, A toute ma famille pour leur soutien tout au long de mon parcours universitaire, Que ce travail soit l’accomplissement de vos vœux tant allégués, et le fuit de votre soutien infaillible, Merci d’être toujours là pour moi. 5 INTRODUCTION L’extraction de l'uranium est une industrie minière qui va de la prospection initiale jusqu'au produit transportable, le « yellowcake ». Elle est la première étape du cycle du combustible nucléaire visant à fournir le combustible des réacteurs nucléaires. Elle comprend les opérations successives suivantes :  La prospection de nouveaux gisements ;  La préparation d'un site pour l'exploitation d'un gisement (autorisations, conception et installation des équipements, construction éventuelle des ouvrages d'accès) ;  L'extraction du minerai, seul ou en coextraction avec de l'or, du cuivre, du phosphate... ;  Le traitement du minerai (concassage, broyage, dissolution de l'uranium) pour concentrer l'uranium sous forme de « yellowcake » (majoritairement composé de U3O8),  Le transport sécurisé du yellow cake,  Le démantèlement des équipements industriels et la gestion de l'après-mine. En 2014, les trois premiers pays producteurs d'uranium dans le monde – le Kazakhstan, le Canada et l'Australie – totalisent les deux tiers de la production mondiale d'uranium. La production d'uranium, qui atteint 56,2 milliers de tonnes, est en baisse de 5,7 % par rapport à 2013. L'acide phosphorique résultant des différents processus de transformation des phosphates, est une matière première de base pour la fabrication des engrais, des suppléments d'aliments pour animaux et des additifs dans les aliments, constitue aussi une source intéressante d'uranium. Il contient suffisamment d'uranium pour servir comme source de combustible pour les centrales nucléaires. 6 À cet égard, un procédé innovant d'extraction liquide-liquide a été examiné et testé suivant des conditions de traitement en discontinu et a conduit à:  Optimiser les paramètres principaux;  Elaborer un processus optimal de récupération;  Récupérer les éléments de terres rares sont en tant que co-produit de l'uranium. Les résultats globaux ont été satisfaisants et encouragent la poursuite du développement des recherches scientifiques à cet égard. Les flux globaux du processus ont été proposés pour mener une extraction sélective de l'uranium et des terres rares à partir de l'acide phosphorique Tunisien fabriqué à partir des diverses sources de phosphates. 7 L’ENERGIE NUCLEAIRE ET RADIOACTIVITE 8 L’énergie nucléaire Selon le contexte d'usage, le terme d’énergie nucléaire recouvre plusieurs sens différents :  Dans le langage courant, l’énergie nucléaire correspond aux usages civils et militaires de l’énergie libérée lors des réactions de fission nucléaire des noyaux atomiques au sein d'un réacteur nucléaire ou lors d'une explosion atomique (dans le cas d'une bombe thermonucléaire il existe aussi des réactions de fusion nucléaire).  Dans le domaine des sciences de la Terre et de l'Univers, l'énergie nucléaire est l’énergie libérée par les réactions de fusion nucléaire au sein des étoiles - par exemple le Soleil - ainsi qu'à la radioactivité naturelle, la principale source d'énergie du volcanisme de la Terre.  En physique des particules, l’énergie nucléaire est l’énergie associée à la force de cohésion des nucléons, la force nucléaire forte (protons et neutrons) au sein du noyau des atomes. Les transformations du noyau libérant cette énergie sont appelées réactions nucléaires. La force nucléaire faible régit les réactions entre particules et neutrinos. Radioactivité Une réaction nucléaire est une réaction dans laquelle un noyau interagit avec une autre particule (particule élémentaire, mais aussi noyau atomique ou rayonnement gamma) et subit un réarrangement nucléaire. Ces réactions sont d'autant plus faciles qu'elles conduisent à des configurations plus stables. Le différentiel d’énergie (correspondant au différentiel de masse) constitue alors l’énergie libérée par la réaction. Cette transformation de la masse en énergie (selon la célèbre formule E=mc2) est utilisée dans les réactions de fission et fusion nucléaire. 9 Fission Lorsqu’un neutron percute le noyau de certains isotopes lourds, il existe une probabilité que le noyau percuté se scinde en deux noyaux plus légers. Cette réaction, qui porte le nom de fission nucléaire, se traduit par un dégagement d’énergie très important (de l’ordre de 200 MEV par événement, à comparer aux énergies des réactions chimiques, de l’ordre de l’eV). Cette fission s’accompagne de l’émission de plusieurs neutrons qui, dans certaines conditions, percutent d’autres noyaux et provoquent ainsi une réaction en chaîne. Dans un réacteur nucléaire, cette réaction en chaîne se déroule dans des conditions stables, à vitesse lente et contrôlée. Dans une bombe, où la matière est placée brusquement très loin de son domaine de stabilité, la réaction se multiplie si rapidement qu’elle conduit à une réaction explosive. L’importance de l’énergie émise lors de la fission provient du fait que l’énergie de liaison par nucléon du noyau initial est plus faible que celle des noyaux produits (environ 7,7 MeV par nucléon pour les éléments lourds, contre 8,8 pour le fer). La plus grande partie de l’énergie se retrouve sous forme d’énergie cinétique des neutrons et des noyaux fils, énergie récupérée sous forme de chaleur dans les réacteurs. D'après le CEA, l'énergie produite par 1 kg d'uranium naturel dans un réacteur nucléaire est égale à l'énergie de 10 tonnes équivalent pétrole (tep). Fusion nucléaire La fusion nucléaire est une réaction où deux noyaux atomiques s’assemblent pour former un noyau plus lourd (par exemple un noyau de deutérium et un noyau de tritium s’unissent pour former un noyau d’hélium plus un neutron). La fusion des noyaux légers dégage une énorme quantité d’énergie provenant de l’interaction forte, bien plus importante que la répulsion électrostatique entre les constituants des noyaux légers. Ceci se traduit par un défaut de masse (cf. énergie de liaison ; E=mc²) ; le noyau résultant ayant une masse moins élevée que la somme des masses des noyaux d’origine. 10 Cette réaction n’est cependant possible qu’à des températures très élevées (plusieurs dizaines de millions de degrés) où la matière est à l’état de plasma. Ces conditions sont réunies au sein des étoiles ou lors de l’explosion d’une bombe à fission nucléaire, qui amorce ainsi l’explosion thermonucléaire (bombe H). Actuellement, aucun appareillage ne permet de produire de l’énergie en contrôlant les réactions de fusion nucléaire. Des recherches sont en cours afin d’obtenir un plasma sur une durée suffisante, afin que l’énergie de fusion produite soit supérieure à celle investie dans le chauffage des particules. Des recherches sont actuellement menées dans un cadre international afin de développer l’usage civil de l’énergie de fusion nucléaire pour la production électrique (projet ITER). Applications  Réactions nucléaires modérées  Centrales nucléaires  Propulsion navale  Propulsion spatiale 11 L’URANUIM ET L’ACIDE PHOSPHORIQUE 12 L’ uranium L'uranium est l'élément chimique de numéro atomique 92, de symbole U. Il fait partie de la famille des actinides. L'uranium est le 48e élément naturel le plus abondant dans la croûte terrestre, son abondance est supérieure à celle de l'argent, comparable à celle du molybdène ou de l'arsenic, mais quatre fois inférieure à celle du thorium. Il uploads/Industriel/ uranuim 1 .pdf