Hexafluorure d'uranium

L'hexafluorure d'uranium (UF6) est un composé de l'uranium. Son utilisation industrielle est liée au cycle du combustible nucléaire (procédé qui produit du combustible pour les réacteurs nucléaires et les armes nucléaires). Sa synthèse chimique, qui intervient après l'extraction de l'uranium, fournit ensuite l'entrée au procédé d'enrichissement.

Propriétés

La structure du solide a été décrite parJ.H. Levy, J.C Taylor et A.B Waugh. Dans cet article, la diffraction neutronique a été utilisée pour déterminer la structure de UF6, MoF6 et WF6 à 77 K. Structure cristalline de l'hexafluorure d'uranium.

Propriétés

L'UF6 est solide à température ambiante, gazeux à pression normale et et liquide sous et à . Il possède un point triple à 64°C (147°F, 337 K) et à une pression légèrement plus élevée que la pression atmosphérique. Il forme des cristaux solides gris dans les conditions normales de température et de pression (CNTP). Outre sa radioactivité due à l'uranium, c'est un produit hautement toxique, qui réagit violemment avec l'eau. En atmosphère humide ou en présence d'eau, il se transforme en fluorure d'uranyle (UO2F2) et acide fluorhydrique (HF). La transformation est immédiate et violente et s'accompagne d'émission d'abondantes fumées opaques, irritantes et suffocantes de HF. Le produit est corrosif pour la plupart des métaux. Il réagit faiblement avec l'aluminium, formant une fine couche de AlF3 qui résiste ensuite à la corrosion (passivation).

Caractéristiques chimiques

Il a été monté que l'hexafluorure d'uranium est un oxydant et un acide de Lewis qui peut se lier à un fluorure, par exemple la réaction du fluorure de cuivre avec l'hexafluorure d'uranium dans l'acétonitrile est réputée former Cu2.5MeCN. x Il est intéressant de noter que les fluorures d'uranium(VI) polymères contenant des cations organiques ont été isolés et caractérisés par diffraction de rayons X. x

Autres fluorures d'uranium

Le pentafluorure d'uranium (UF5) et le nonafluorure de diuranium (U2F9) ont été caractérisés par C.J. Howard, J.C Taylor et A.B. Waugh. x Il est clair que le solide est un polymère de coordination 1D Voici U2F9 qui est un polymère de coordination Voici UF4 qui est un polymère de coordination Le trifluorure d'uranium a été caractérisé par J. Laveissiere. This is UF3 which is a coordination polymer La structure de UOF4 a été décrite par J.H. Levy, J.C. Taylor et P.W. Wilson. Tous les autres fluorures d'uranium sont des solides non volatils qui sont des polymères de coordination.

Application industrielle

Procédé de synthèse

Deux étapes sont nécessaires à la synthèse :
- le raffinage :
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- Le minerai d'uranium pulvérisé — U3O8, ou « yellowcake » — est dissous dans l'acide nitrique, fournissant une solution de nitrate d'uranyle UO2(NO3)2.
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- éventuellement filtration,
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- Le nitrate d'uranyle pur est obtenu par extraction par solvant, avec une solution de TBP. Cette étape permet d'obtenir un nitrate d'uranyle UO2(NO3)2 de grande pureté (>).
- la conversion en elle-même :
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- précipitation du nitrate d'uranyle par l'ammoniac gazeux pour obtenir du diuranate d'ammonium (NH4)2U2O7 (DUA),
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- calcination du diuranate d'ammonium, vers , pour produire l'UO3,
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- réduction de l'UO3 par l'hydrogène pour obtenir de l'UO2,
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- hydrofluoration d'UO2 par l'acide fluorhydrique HF dans un four pour produire du tétrafluorure d'uranium UF4,
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- L'oxydation par le fluor de l'UF4 dans un réacteur à flamme conduit finalement à obtenir de l'UF6. Image:ConversionU1.jpg|Yellowcake + nitrate d'uranyle Image:ConversionU2.jpg|+ Diuranate Image:ConversionU3.jpg|+ Dioxyde d'uranium Image:ConversionU4.jpg|+ UF4

Application dans le cycle du combustible nucléaire

L'hexafluorure d'uranium est utilisé dans les deux principales méthodes d'enrichissement de l'uranium, la diffusion gazeuse et l'ultracentrifugation, car il possède un point triple à 64°C (147°F, 337 K) et à une pression légèrement plus élevée que la pression atmosphérique. De plus, le fluor possède un seul isotope naturel stable (19F), par conséquent les poids moléculaires des isotopomères de l'UF6 différent uniquement par l'isotope d'uranium présent. En plus de son usage dans l'enrichissement, l'hexafluorure d'uranium a été utilisé dans un procédé de retraitement avancé développé en République tchèque. Dans ce procédé, le combustible nucléaire oxyde usagé est traité avec du fluor pour former un mélange de fluorures. Ce dernier est ensuite distillé pour séparer les différents types de matériaux.

Conversion en oxyde d'uranium

Après enrichissement, l'hexafluorure d'uranium est converti en oxyde d'uranium (UO2) pour ses applications nucléaires. La conversion en UO2 peut se faire par voie sèche (le plus fréquemment) ou par voie humide. ;Voie sèche
- L'UF6 est vaporisé par chauffage dans une étuve et mis en présence de vapeur d'eau surchauffée.
- L'UF6 s'hydrolyse en UO2F2 entre 250-300°C : UF6 + 2H2O –––> UO2F2 + 4HF Dr - 113 kJ/mole
- Le composé UO2F2 est ensuite réduit vers 700-800°C par l'hydrogène, produisant l'UO2 sous forme de poudre : UO2F2 + H2 –––> UO2 + 2HF + 14, 2 kJ/mole Le rendement est supérieur à 99, 5 %. ; Voie humide Ce procédé présente l'inconvénient de produire plus d'effluents que la voie sèche, ce qui a un impact environnemental plus important. Plus flexible, en revanche, il est souvent utilisé pour la récupération des matières fissiles dans les rebuts et les déchets. Les étapes consistent en un traitement de l'UF6 à la vapeur d'eau et en l'obtention, successivement, d'UO2F2, sels d'uranium, diuranate d'ammonium, UO3 et UF4. Ce procédé enchaîne dissolution en milieu nitrique, purification par solvant en colonne pulsée, précipitation ammoniacale et réduction sous hydrogène.

Stockage dans des réservoirs

left Aux États-Unis, environ 95% de l'uranium appauvri produit jusqu'à présent est stocké sous forme d'hexafluorure d'uranium, (D)UF6, dans des réservoirs de gaz en acier sur des parcs en plein air à proximité des usines d'enrichissement. Chaque réservoir contient jusqu'à 12, 7 tonnes d'UF6. Aux États-Unis seulement, 560000 tonnes d'UF6 appauvri étaient stockés en 1993. En 2005, 686500 tonnes sont contenus dans 57122 réservoirs de stockage situés à Portsmouth dans l'Ohio, Oak Ridge dans le Tennessee et Paducah dans le Kentucky. http://web.ead.anl.gov/uranium/faq/storage/faq16.cfm Le gouvernement US a commencé à convertir le DUF6 en oxyde d'uranium solide pour un stockage à long terme. http://web.ead.anl.gov/uranium/faq/storage/faq22.cfm Un tel stockage de l'ensemble du stock de DUF6 pourrait coûter entre 15 millions et 450 millions de dollars. http://web.ead.anl.gov/uranium/faq/mgmt/faq27.cfm

Notes et références

Notes

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