Echantillons de concentrés miniers d’uranium

La signature isotopique des concentrés miniers d’uranium (UOC pour Uranium Ore Concentrate en anglais) pourrait refléter la composition isotopique des minerais ou peut être les fractionnements produits lors des procédés de concentration et purification de l’uranium.

Les échantillons d’UOC proviennent de différents pays : Niger, Namibie, Afrique du Sud et France, et ont été produits à partir de minerais formés dans différents contextes géologiques (magmatiques et grès). Ils présentent des natures cristallochimiques différentes : trois types de diuranates (de sodium, de magnésium et d’ammonium), un peroxyde et des octaoxydes de triuranium (U3O8) (Tableau III-3). Ces derniers constituent le produit de calcination des diuranates et des peroxydes d’uranium.

Le premier indice sur les échantillons d’UOC de cette étude est leur nature cristallochimique : elle nous permet d’identifier le mode de précipitation utilisé (sauf dans le cas des U3O8). Il est possible d’avoir une première idée de cette nature en fonction de leur couleur (Figure III-4). Les diuranates de sodium sont précipités avec de la soude, les diuranates de magnésium avec des hydroxydes de magnésium, les diuranates d’ammonium avec de l’ammoniaque, et les peroxydes d’uranium avec de l’eau oxygénée. En ce qui concerne les U3O8, il est difficile de connaitre le mode de précipitation qu’ils ont subi avant la calcination. Les caractéristiques de ces échantillons sont rassemblées dans le Tableau III-3. Quand ils sont connus, les procédés utilisés pour produire ces concentrés miniers varient en fonction de la nature du minerai, de la concentration en uranium et de certains éléments indésirables, comme le molybdène (Seidel, 1993).

Les usines de traitement de la COMINAK et de la SOMAIR transforment des minerais issus de grès (Annexe A). Jusqu’en 1987, le molybdène était également extrait en tant que coproduit, jusqu’à ce que la teneur dans le minerai ne soit plus économiquement rentable. La lixiviation a été développée dans des conditions très oxydantes afin notamment de lessiver le molybdène. L’HNO3 permet notamment de dissoudre la molybdénite, alors que l’acide sulfurique ne dissout qu’une partie des oxydes de molybdène (Gupta, 1992; Seidel, 1993). L’extraction par solvant permet ensuite de séparer l’uranium et le molybdène. Les deux éléments sont tous deux enrichis dans le solvant, mais ils sont ensuite désextraits séparément : l’uranium avec une solution de NaCl 1.5 M et le molybdène avec une solution de Na2CO3 60 g/L. Cependant une partie du Mo peut être extraite avec l’uranium. L’uranium est ensuite précipité avec des hydroxydes de magnésium (Mg(OH)2) à la COMINAK, et

55 avec de la soude (NaOH) à la SOMAÏR, pour former des diuranates de magnésium et sodium, respectivement.

En Namibie, l’usine de Rössing transforme des minerais d’origine granitique, tandis que celles de Langer Heinrich et Trekkopje transforment des calcrètes (Annexe A). Les deux lignes de procédés sont différentes en raison de la nature des minerais. A Rössing, l’acide sulfurique associé à du MnO2 et du Fe2(SO4)3 est utilisé principalement pour dissoudre l’uranium, qui est ensuite purifié sur une résine et par une extraction par solvant, puis précipité avec de l’ammoniaque (échantillon ROS, Tableau III-3). A Langer Heinrich, la nature carbonatée du minerai nécessite une lixiviation alcaline avec Na2CO3 et NaHCO3. L’uranium est purifié sur une résine puis précipité à la soude, redissous puis précipité à l’eau oxygénée pour former un peroxyde d’uranium (échantillon LAR, Tableau III-3) (Seidel, 1993; Sole et al., 2011).

L’usine de Bessines en France traitait des minerais originaires de gisements magmatiques (Annexe A). La lixiviation était réalisée avec de l’H2SO4 et NaClO3

(AREVA-Bessines, 2004). Le chlorate de sodium a notamment un fort pouvoir oxydant et permet de mettre le Mo en solution (Zeng et al., 2013). L’extraction par solvant était suivie d’une précipitation de l’uranium avec de l’ammoniaque pour former un diuranate d’ammonium. L’échantillon que nous possédons (FB01, Tableau III-3) serait issu de minerais de la mine du Bernardan (Florent Barbecot, communication personnelle).

Toujours en France, l’usine du Bosc exploitait des gisements de grès uranifères riches en matière organique du bassin Permien de Lodève (Annexe A). Lors de la lixiviation, une pré-attaque était réalisée avec de la chaux (CaO) et de l’oxygène gazeux comme oxydant. L’attaque était ensuite poursuivie avec une solution riche en carbonate de sodium et de la sidérose (FeCO3). La solution de lixiviation était ensuite reprise avec de l’acide sulfurique pour détruire les carbonates. L’uranium était alors précipité avec de la soude. Ce solide était ensuite dissous une nouvelle fois avec de l’acide sulfurique et précipité avec de l’eau oxygénée pour former un peroxyde d’uranium (Cadoret, 2013). Le produit formé devrait être un peroxyde d’uranium alors que le produit Emeraude distribué par la CETAMA est un diuranate de magnésium (Tableau III-3). Cette observation remet en cause la véracité de notre information concernant l’origine du minerai et/ou celle de l’usine qui a produit le concentré minier Emeraude.

En Afrique du Sud, l’uranium est extrait à partir de gisements de conglomérats de galets de quartz et de veines de quartz (Janisch, 1986; Theart et al., 2013; WNA, 2016). Ces roches sont principalement exploitées pour extraire de l’or, et l’uranium est extrait comme un co-produit dans plusieurs usines de traitement (Annexe A). Les concentrés miniers qui sont produits dans ces usines sont des diuranates d’ammonium. Ils sont ensuite transportés jusqu’à l’usine de calcination gérée par

56 Nufcor (Nuclear Fuels Corporation of South Africa) pour produire des UOC sous forme d’U3O8 (échantillons NUF, Tableau III-3) (WNA, 2016).

Figure III-4 : Concentrés miniers de différentes natures cristallo-chimiques et couleurs.

De gauche à droite : Trioxyde d‘uranium (UO3), peroxyde d’uranium (UO2O2.2(H2O)), octaoxydes de triuranium (U3O8) et diuranate de sodium (Na2U2O7.6H2O).

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Tableau III-3 : Caractéristiques des échantillons de concentrés miniers d’uranium.

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Obtenu via la CETAMA.

Nom Nature Origine Procédés

Agaric^* U3O8 Inconnue Imprégné de solutions standards

élémentaires et calciné (Mo < 0,5 µg/g U) Bolet^* U3O8 Inconnue Issus d’Agaric, grillé (930 °C, 8h), imprégné de solutions standard élémentaires et calciné (600 °C) (Mo = 4,88 ± 0,44 µg/g U)

Chanterelle^* U3O8 Inconnue Similaire à Bolet avec quelques variations (Mo = 54 ± 4 µg/g U)

Morille^* U3O8 Inconnue Similaire à Bolet avec quelques variations (Mo = 147 ± 5 µg/g U)

Emeraude^* MgU2O7.6H2O Lodève, SIMO Bosc, France ?

Pré attaque : CaO + O2

Lixiviation alcaline : Na2CO3 + FeCO3 Attaque H2SO4 + précipitation NaOH Attaque H2SO4 + précipitation H2O2 AKO 13028 MgU2O7.6H2O COMINAK, Niger Lixiviation : H2SO4 + HNO3 + NaNO3

Extraction par solvant (NaCl 1.5 M) Précipitation avec Mg(OH)2 ou NaOH

COMINAK : MgU2O7.6H2O SOMAÏR : Na2U2O7.6H2O AKO 14086

Calcedoine^*

SOM 3979 Na2U2O7.6H2O SOMAÏR, Niger SOM 3218

Grenat^* Na2U2O7.6H2O

ROS 7315 U3O8 Rössing, Namibie Lixiviation : H2SO4 + Fe2(SO4)3 + MnO2 Extraction sur résine

Extraction par solvant ((NH4)2SO4) Précipitation à l’ammoniaque : (NH4)2U2O7.6H2O

Calcination ROS 7525

LAR 0604 UO2O2.2(H2O) Langer Heinrich, Namibie Lixiviation : Na2CO3 + NaHCO3 Extraction sur résine

Précipitation avec NaOH puis H2O2 : Na2U2O7.6H2O puis UO2O2.2(H2O)

NUF 512 U3O8 Nufcor, Afrique du Sud Mélange de concentrés miniers d’uranium pouvant provenir de différentes mines d’Afrique du Sud Calcination : U3O8

NUF 580

FBO1 (NH4)2U2O7.6H2O SIMO Bessines, France Lixiviation : H2SO4 + NaClO3 Extraction par solvant ((NH4)2SO4) Précipitation avec NaOH : Na2U2O7.6H2O

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