BE559444A - - Google Patents

Description

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   La:présente invention a pour objet un procédé pour l'extrac- . tion des métaux du groupe des actinides, par exemple de l'uranium, du thorium, de l'actinium, du plutonium, ou de leurs alliages, avec par exemple, l'aluminium, le-titane, le zirconium et d'autres métaux. 



  Il est connu de fabriquer ces métaux - qui ont une grande affinité pour l'oxygène - de préférence par réduciton de leurs halogénures. 



  Ainsi par exemple, on obtient l'uranium en réduisant le fluorure par le calcium. 



   Les métaux actinides sont des métaux précieux, dont l'extrac- tion complète, dans le procédé de réduction, est particulièrement impor- tante. De même, il faut' éviter le plus possible d'avoir à opérer plu- sieurs refontes pour obtenir des alliages homogènes, afin d'éviter les pertes par formation de scories. Suivant les procédés de fabrication connus, on ne peut satisfaire, ni à la première condition, qui est l'extraction complète sans perte de métal lors de la séparation d'avec les sous-produits, ni à la deuxième condition qui est de fabriquer l'alliage sans refontes répétées. Les différences de poids spécifique entre les actinides lourds et leurs métaux légers par exemple, posent des problèmes métallurgiques spéciaux.

   D'autre part, on connaît suffi-   'samment   la difficulté de trouver des matériaux de creuset très réfrac- taires, qui ne réagissent pas, lors de la fusion, sur les métaux qui ont de l'affinité pour l'oxygène et, le carbone. 



   La présente invention décrit un procédé suivant lequel, pré- cisément, ces problèmes sont résolus avec une simplicité surprenante. 



  Elle est basée sur une observation expérimentale, à savoir que les mé- taux actinides, à l'état naissant peuvent se combiner très rapidement et en totalité à des métaux d'une deuxième sorte présents en excès, lorsque ces derniers sont fondus. On a même pu constater que cette combinaison des métaux actinides à l'état naissant facilite notable- ment la réduction des composés à l'état d'actinides, parce que, d'a- bord, la formation du composé   augmente.le   dynamisme chimique de la réduction, et qu'ensuite, grâce à la combinaison avec le métal de la deuxième sorte qui est présent et qui est fondu, les actinides formés 

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 se comportent eux-mêmes comme des métaux fondus, même à des tempéra- tures de réduction inférieures à leur point de fusion. 



   Une caractéristique importante de la présente invention est l'utilisation sous pression de métaux fondus de ce genre, qui doi- vent être très volatils. La séparation de ces métaux avec les actinides extraits peut ensuite se faire après l'opération éventuellement inter- calée d'une séparation par ressuage, en elle-même connue, ou d'une filtration par distillation et décomposition thermique à une pression inférieure celle de formation des métaux ou des alliages, des com- posés intermétalliques des actinides et éventuellement aussi de leurs métaux alliés avec les métaux très volatils, composés qui se font formés comme intermédiaires.

   Du fait que l'on conduit la réduction sous pression, on peut appliquer des températures plus élevées sans causer des pertes en métaux très volatils, en composés halogénés le plus souvent très volatils, et enfin, en métaux de réduction, le plus souvent volatils aussi. Seules, des zones de température supérieures à   350 C   peuvent être envisagées. La pression, dans les réacteurs clos, s'éta- blit toujours d'elle-même, en fonction de la pression de vapeur des constituants volatils mentionnés ci-dessus. Naturellement, il est 'possible d'utiliser, de manière en elle-même connue, des appareils sim- ples sous pression, si on xxx isole barométriquement le réacteur qui contient les métaux de la deuxième sorte refroidis tout juste au-dessus du point de fusion. 



   Or, il est surprenant que ces métaux de la deuxième sorte, qui révèlent leur grande affinité pour les actinides en formant spon- tanément des alliages avec ceux-ci, puissent, cependant, par voie ther- mique, être à nouveau séparés de ceux-ci en totalité. Ainsi, on a pu constater que, le mercure, par exemple, peut être totalement éliminé de combinaisons uranium-mercure, à   1050 C   et sous une pression de 10-2mm de Hg. Le zinc a pu être séparé des combinaisons thorium-zinc jusqu'à pureté spectrale, par chauffage au rouge au dessus de   1400 C.   



   Une autre caractéristique de l'invention réside dans la pos- sibilité de former des alliages des actinides avec d'autres métaux pendant la combinaison avec les métaux très volatils qui contiennent 

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 ces métaux d'alliage en solution ou en suspension. Cette possibilité est tout particulièrement avantageuse, pour la formation d'alliages avec des métaux légers, qui, comme on l'a déjà signalé, sont particu- lièrement difficiles à obtenir par les procédés usuels. Ces métaux d'alliage ne sont pas volatils lors de la réparation thermique des métaux de la deuxième sorte, et de cette façon, on arrive à fabriquer directement les poudres d'alliage les plus diverses, par exemple à fabriquer directement tous les alliages uranium--aluminium sans aucune opération de broyage ou de concassage.

   Ces poudres d'alliage convien- nent excellemment pour une transformation ultérieure dans la métallur- gie des poudres. Ce fait est encore avantageux, pour les alliages ura- nium-aluminium déjà cités comme exemple, parce que ceux-ci présentent, par suite de l'anisotropie de la dilatation de l'uranium dans un trai- tement thermique, variable, non uniforme, une stabilité de forme bien meilleure que celle des alliages coulés. 



   Le choix du métal de la deuxième sorte à utiliser en excès sera surtout fonction de la volatilité de celui-ci et des propriétés de fusion ou de frittage des métaux actinides. En raison de sa grande volatilité, le mercure sera particulièrement avantageux pour l'obten- tion de poudres fines de métal et d'alliage. Suivant la température de vaporisation, on peut obtenir, soit les poudres les plus fines, soit une mousse frittée de façon serrée. Enfin, la fabrication de métaux de fusion, ne doit pas être exclue, bien que, dans ce cas, les avantages du présent procédé ne soient pas entièrement exploités. 



   Pour extraire des éléments qui ont une forte tendance à la dissociation nucléaire, il est recommandé d'utiliser un métal de la deuxième sorte présentant une grande section decapture de neutrons, ce qui existe, comme on le sait, dans le cadmium. 



     Il.est   apparu en outre que l'on obtient des conditions de travail particulièrement nettes, avec une extraction du métal à prati- quement 100   %,     lorsquela   réduction, et la combinaison du métal actinide avec le métal fondu de la deuxième sorte présent en excès, se font à des températures auxquelles les halogénures formés comme sous-produits sont, eux aussi, à l'état fondu, et lorsqu'on sépare ces sous-produits avant de séparer le métal très volatil. Dans la réduction de 

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 chlorure, on travaillera donc pratiquement à des températures supérieures à 400 C, parce que les eutectiques de chlorures alcalins ou   aléalino-   terreux qui ont Ses points de fusion les plus bas, se situent à ce niveau de température et au-dessus. 



   Il est apparu très avantageux d'ajouter, au mélange de réduc- tion, des additions sous forme de chlorures qui abaissent la température de fusion du chlorure formé. Dans la réduction par le sodium, on peut ajouter par exemple du chlorure de magnésium anhydre. On peut aussi sé- parer ce mélange de sels par des méthodes de ressuage, et   recycler   l'addition. On peut aussi, de façon en elle-même connue, opérer, par électrolyse sélective à la séparation entre le métal de réduction et le mélange de sels à bas point de fusion, et recycler l'électrolyte résiduel comme additif. Enfin, il est apparu que le réduction se dé- roule toujours de façon particulièrement régulière et rapide lorsque les composés halogénés d'actinides à réduire sont à l'état fondu. 



  Dans les conditions de réduction sous pression, cela est le plus sou- vent réalisable, toutefois des difficultés peuvent se présenter si l'on veut travailler avec le mercure, à cause des pressions élevées. 



   D'autre part, les halogénures des actinides ont tendance à former des états intermédiaires de peu de valeur, ayant un point de fusion plus élevé, lorsqu'il y a une quantité insuffisante de substance réductrice. Or, on a constaté le fait surprenant que la formation d'un état intermédiaire solide pendant la réduction n'aboutit pas à un ralentissement décisif du déroulement de la   r éaction.   Cela est proba- blement dû à la fine division de cet état intermédiaire solide, tel qu'il se forme par la réduction partielle de l'halogénure fondu. 



   Un mode d'exécution particulier du procédé suivant l'invention; que l'on expliquera plus précisément en prenant comme exemple la réduc- tion de CUl5, est basé sur ces considérations. En une première étape, on réduit partiellement cet halogénure saturé à des stades d'intermé- diaires à point de fusion élevé, en travaillant à 750 C, température à laquelle il est fondu sous pression, cette réduction à l'état inter. médiaire se faisant, par exemple, à l'aide de 50 % de la quantité de sodium nécessaire à la réduction complète, et en présence de zinc comme métal en excès. Ces stades intermédiaires se présentent sous forme finement divisée avec le chlorure de sodium qui est également 

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 solide'. Au deuxième stade, on ajoute alors de l'amalgame de calcium. 



  La suite de la réduction se fait à 600 C. Dans cette zone de tempéra- ture, la pression du mercure est d'environ 15 atmosphères. Dans une mesure correspondant à la nouvelle réduction, il se-forme, comme sous-produit, un eutectique CaCl2/NaCl à bas point de fusion, tandis que l'uranium formé est totalement absorbé comme composé intermétal- lique, par la masse fondue de zinc et de mercure, et il est ainsi séparé du sel, automatiquement et en quantité totale. C'est la un avantage très important de ce nouveau procédé en général. Les produits résultants sont entièrement exempts de sel, sans qu'un autre procédé de séparation soit nécessaire. Les métaux de la deuxième sorte peuvent ensuite être séparés soit partiellement par distillation, ou conjoin- tement par décomposition. 



   Il convient enfin de noter tout particulièrement que les mé- taux qui sont nécessaires à la réduction et qui présentent l'affinité pour les halogènes, peuvent être amenés à la réduction de façon simple à l'état dissous ou en suspension dans le métal très volatil fondu. 

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Claims (1)

1. - REVENDICATIONS - @ Ayant ainsi décrit notre invention et nous réservant d'y apporter tous perfectionnements ou modifications qui nous paraitraient nécessaires, nous revendiquons comme notre propriété exclusive et pri- vative : 1) Procédé de fabrication de métaux du groupe des actinides et d'alliages de ces métaux, tels que l'uranium, le thorium et autres métaux semblables, plus spécialement sous forme de poudre ou sous forme spongieuse, par réduction de leurs composés halogénés exempts d'eau et d'oxygène, de préférence de leurs chlorures, à l'aide de métaux ayant une affinité pour les halogènes, caractérisé par le fait qu'il consiste à combiner sous pression les métaux actinides, à l'état nais- sant, à un métal de la deuxième sorte, fondu, très volatil, que l'on recycle, et qui, éventuellement,

   contient les métaux d'alliage en so- lution ou en suspension, et à séparer ce métal très volatil après ré- duction complète ou formation d'alliage des métaux à extraire ou de <Desc/Clms Page number 6> leurs alliages, par distillation et décomposition thermique des composés intermétalliques formés comme intermédiaires.

   2 - Procédé suivant 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser des métaux très volatils qui ont une grande section de cap- ture pour des neutrons lents.

   3 - Procédé suivant 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il consiste à réaliser la réduction des halogénures d'actinides et la combinaison des métaux obtenus avec les métaux très volatils, à des températures auxquelles les halogénures formés comme sous-produits sont à l'état fondu, et à opérer la séparation de ces sous-produits avant la séparation du métal très volatil.

   4- Procédé suivant 3, caractérisé par le fait qu'il consiste à ajouter au mélange de réduction des additions qui abaissent la tem- pérature de fusion des sous-produits, et de préférence, on à recycler ces additions après séparation des sous-produits.

   5 - Procédé suivant 1, ou suivant 1 à 4, caractérisé par le fait que les métaux doués d'affinité pour les halogènes et qui sont nécessaires à la réduction, se trouvent en solution ou en suspension dans le métal très volatil fondu..

   ' 6 - Procédé. suivant 1 ou suivant 1 à 5, caractérisé par le fait que la réduction est opérée en plusieurs paliers à des tempéra- tures de réduction décroissantes, et que le métal le plus volatil n'est ajouté qu'au dernier palier.