Extraction des actinides et des lanthanides du combustible du réacteur rapide à sels fondus

par Sebastien Jaskierowicz

Thèse de doctorat en Chimie physique et électrochimie

Sous la direction de Sylvie Delpech.

Le président du jury était Eric Simoni.

Le jury était composé de Sylvie Delpech, Eric Simoni, Yolanda Castrillejo, Pierre Chamelot, Armelle Ringuedé, Thierry Delloye.

Les rapporteurs étaient Yolanda Castrillejo, Pierre Chamelot.


  • Résumé

    Le procédé de traitement du combustible du réacteur à sels fondus (réacteur de génération IV) est un procédé multi-étape dans lequell’extraction des actinides et des lanthanides utilise la technique d’extraction réductrice. Le développement d’un modèle analytique a montré que la mise en contact du sel combustible LiF-ThF4 avec une phase métallique constituée d'un mélange Bi-Li permet l’extraction sélective et quantitative des actinides dans un premier temps, puis l’extraction quantitative des lanthanides dans un second temps. La maitrise de ce procédé nécessite la connaissance des caractéristiques des phases salines impliquées dans le procédé. Les études des propriétés physico-chimiques des sels fluorures fondus ont permis de développer une technique de mesure de la fluoroacidité dans ces milieux via une mesure potentiométrique. Cette technique a permis d’établir un classement de différents mélanges de fluorures fondus en fonction de leur acidité relative. Par ailleurs, une méthode de détermination de la solvatation de solutés dans ces milieux a également été développée par électrochimie afin d’approfondir la connaissance du sel combustible (en particulier solvatation de ThF4 par les ions F-).L'extraction réductrice met également en jeu une phase métallique liquide. Une technique de préparation de cette phase a été développée par électro-réduction de lithium sur une électrode liquide de bismuth en milieu LiCl-LiF. Cette technique permet un bon contrôle de la fraction molaire de lithium introduite dans le bismuth, paramètre essentiel à l’efficacité de l’extraction.Enfin, afin d'optimiser le procédé général de traitement multi-étapes, des méthodes électrochimiques ont été proposées afin de régénérer les différentes phases liquides (salines et métalliques) mise en jeu lors de l’extraction.

  • Titre traduit

    Fuel reprocessing of the fast molten salt reactor : actinides et lanthanides extraction


  • Résumé

    The fuel reprocessing of the molten salt reactor (Gen IV concept) is a multi-steps process in which actinides and lanthanides extraction is performed by a reductive extraction technique. The development of an analytic model has showed that the contact between the liquid fuel LiF-ThF4 and a metallic phase constituted of Bi-Li provide firstly a selective and quantitative extraction of actinides and secondly a quantitative extraction of lanthanides. The control of this process implies the knowledge of saline phase properties. Studies of the physico-chemical properties of fluoride salts lead to develop a technique based on potentiometric measurements to evaluate the fluoroacidity of the salts. An acidity scale was established in order to classify the different fluoride salts considered.Another electrochemical method was also developed in order to determine the solvation properties of solutes in fluoride F- environment (and particularly ThF4 by F-)In reductive extraction technique, a metallic phase is also involved. A method to prepare this phase was developed by electro-reduction of lithium on a bismuth liquid cathode in LiCl-LiF melt. This technique allows to accurately control the molar fraction of lithium introduced into the liquid bismuth, which is a main parameter to obtain an efficient extraction.


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