La séparation et la transmutation des éléments radioactifs à ... - CEA

CEA i Décembre 2012
Figure 9 : le concept DIAMEX-SANEX en deux étapes pour la récupération
de l’américium et du curium
Combustible usé
PUREX
COEX
U, Pu
Np
Stratégie en 2 étapes
Produits de fission
Ln
DIAMEX
SANEX
Am
&
Cm
CO-EXTRACTION
des An et Ln
SÉPARATION
entre An et Ln
délicate du fait de la grande similitude, déjà évoquée, des propriétés
chimiques des éléments présents. La solution réside
dans l’utilisation de ligands comportant des atomes donneurs
d’électrons moins « durs » que l’oxygène, tels que
l’azote ou le soufre, qui réagissent de façon légèrement différente
avec les deux familles, ce qui rend possible leur séparation.
Les donneurs azotés ont été préférés, car ils permettent
une meilleure sélectivité entres actinides et lanthanides et facilitent
la gestion des effluents produits. Ils sont à la base du
procédé SANEX (Selective ActiNides EXtraction) développé
pour cette seconde étape. Néanmoins, ces complexants azotés
ne peuvent opérer efficacement qu’à faible acidité (pH>2).
Plusieurs variantes du procédé SANEX ont été testées. La voie
de référence retenue comporte une extraction conjointe des
actinides et lanthanides par un solvant diamide, suivie d’une
désextraction sélective des actinides en phase aqueuse à l’aide
de l’HEDTA (un complexant azoté de type polyaminocarboxylate
- cf. annexe 3) à pH>2. Performant à faible acidité, ce
réactif doit être combiné à un extractant acide pour maintenir
les lanthanides en phase organique durant l’étape de désextraction
des actinides. Pour ce faire, l’acide di-2éthylhexyl
phosphorique (noté HDEHP - cf. annexe 3) a été retenu.
Une troisième étape destinée à séparer si besoin l’américium
du curium, a également été développée. Le procédé retenu est
une extraction sélective de l’américium par un solvant diamide
du même type que celui utilisé dans le procédé DIA-
MEX. Bien que faible, le facteur de séparation existant entre
l’américium et le curium rend possible leur séparation effective
avec des facteurs de décontamination élevés à condition
d’avoir le nombre d’étages suffisant.
Ce concept en deux cycles successifs DIAMEX-SANEX ainsi
que l’opération suivante, destinée à séparer l’américium du
curium, ont été validés avant 2006 (cf. figure 9). Pour mémoire,
environ 50 litres de solution de haute activité issue du
procédé PUREX ont été traités fin 2005 dans la CBP située
dans l’installation Atalante. Lors de l’essai DIAMEX, les actinides
mineurs et les lanthanides ont été quantitativement extraits
(à mieux que 99,9 %) et convenablement épurés des éléments
chimiques parasites (Zr, Mo, Fe…). L’essai SANEX,
réalisé peu après dans la chaîne blindée C11/C12 d’Atalante, a
été effectué sur quelques litres de la solution de production issue
de DIAMEX. Les résultats obtenus ont démontré la validité
du concept avec plus de 99,9 % des actinides récupérés. En
revanche, par suite d’un mauvais fonctionnement d’une partie
de l’appareillage, la quantité résiduelle de lanthanides dans le
flux de production a dépassé sensiblement la valeur objectif de
5 % en masse 6 . Enfin, la séparation entre américium et curium
a été expérimentée avec succès en 2002 : 99,9 % des deux actinides
ont été récupérés et le taux de contamination de l’américium
par le curium ne dépassait pas 0,7 %.
Tel était l’état de l’art en 2005, à l’issue de la période de recherche
définie par la loi du 30 décembre 1991. Ce programme s’est
poursuivi dans le cadre de la loi du 28 juin 2006 et les avancées
techniques obtenues sont décrites dans les chapitres suivants.
2.1.3. Avancées techniques
sur la séparation séquentielle
des actinides mineurs
[DTS-01]
Rappelons que ces procédés visent à extraire séparément les
actinides mineurs à partir de la solution de haute activité issue
du procédé PUREX, solution actuellement vitrifiée et
dont le contenu constitue aujourd’hui un déchet ultime.
Compte tenu des résultats déjà obtenus, les développements
menés depuis 2006 se sont naturellement faits dans la continuité
des travaux antérieurs, avec l’objectif principal de
consolider, de simplifier et d’optimiser les procédés.
6 – Cette teneur résiduelle de 5 % en lanthanides correspond à la quantité maximale
acceptable à l’étape de transmutation des actinides.
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