Published July 20, 1983
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Concentration of metallic ions by complexation-ultrafiltration. Application to the case of uranium VI
Description
Whereas liquid-liquid extraction is the most currently used process for the purification and concentration of metallic ions in hydro-metallurgy, but presents some drawbacks, this research thesis reports the use of ultrafiltration as a process of separation of liquid solutions under the effect of a pressure gradient based on the use of semi-permeable membrane which separates two compartments, one containing pure water and impurities, and the other containing a product in solution. This method allows the concentration of interesting metallic ions after complexation, while letting impurities and solvents pass. The author reports the use of this technique for the recovery of metallic ions, and more particularly of uranium ions. After some generalities about ultrafiltration, he reports an experimental study (potentiometric study of polymers, experimental results, interpretation of potentiometric results), the application of ultrafiltration to the recovery of metallic ions (apparatus and membranes, experimental setup, metallic ions, complexation of chromate ions, of uranyl ions in different environments), the study of a synergic effect (theory, experimental results), and the separation of uranyl and ferric ions (complexation of ferric ions, test of separation, interpretation and discussion)
Abstract (French)
Le present travail concerne la concentration par ultrafiltration de solutions d'ions metalliques apres complexation par des macromolecules a groupement amine, imine, carboxylique ou amine et carboxylique combines. Les ions uranyles ont ete particulierement etudies en milieu phosphorique, carbonate ou sulfurique. Un effet synergique est observe avec l'ajout d'autres reactifs, ce qui permet une recuperation de l'uranium voisine de 100%. L'ultrafiltration permet d'effectuer la concentration de solutions diluees de sels metalliques en presence de macroligands. L'etude du taux de retention des complexes ions metalliques-polyelectrolyte permet de determiner les criteres de choix du type de membranes, des macrocomplexants et les conditions de travail (pH, concentration en ion metallique et en macroligand) a utiliser. Les membranes organiques etudiees etaient utilisables dans les milieux peu acides et basiques mais elles presentent l'inconvenient de ne pas pouvoir resister en milieux acides (phosphorique et sulfurique). Il faudrait alors utiliser des membranes minerales pour arriver a exploiter ces milieux tres acides qui paraissent plus interessants du point de vue industriel. Quant aux polyelectrolytes anioniques ou cationiques utilises, ils conviennent assez bien a la complexation des ions consideres, mais il faut que leur poids moleculaire ne soit pas trop eleve afin de limtter la viscosite du milieu. Il serait interessant de synthetiser des polyelectrolytes plus specifiques ayant des pouvoirs complexants importants afin de pouvoir les utiliser a de faibles concentrations. On peut considerer ces macroligands complexants comme des echangeurs d'ions solubles. L'avantage de ces echangeurs est que l'echange se fait en milieu homogene et qu'ainsi les problemes de cinetique que l'on rencontre en echange d'ions classiques, est resolu. Ils permettent d'atteindre un taux de concentration important (voisin de 100 %) pour un seul passage en ultrafiltration. Les polyelectrolytes a fonctions amine ou imine greffees donnent des complexes assez stables avec les ions chromates. Les polycarboxylates complexent fortement les ions uranyles en milieux peu acide ou basique. On arrive a obtenir des complexes assez stables des ions uranyles en milieu acide phosphorique ou carbonate avec la polyimine mais dans un domaine de pH reduit. La complexation totale des ions uranyles en milieux sulfurique, phosphorique ou carbonate, devrait pouvoir etre atteinte avec des ammonium quaternaires a pouvoir complexant eleve. La viscosite de la solution etant un facteur limitant, on ne peut pas augmenter beaucoup la concentration en macroligand pour ameliorer le taux de rejet. Par contre, il semble possible d'augmenter la stabilite du complexe forme par effet synergique en formant des complexes mixtes. Ce phenomene est tres important car il permet d'adapter la stabilite du complexe a la valeur ideale calculee pour atteindre un taux de rejet maximal. Ainsi, l'ajout de produit disponible de faible prix (ammoniaque, acide succinique, acide oxalique) a des polyelectrolytes industriels permet d1 eviter. la fabrication de produits plus specifiques mais plus couteux. L'ajout de l'acide oxalique aux differents polymeres a groupement fonctionnel amine ou imine, ameliore le taux de rejet des ions uranyles (synergisme externe). L'utilisation du polyelectrolyte (PADA) a groupement amine et carboxylique donne une meilleure complexation des ions cuivrique et mercurique (formation de complexe mixte; synergisme interne). Il semble qu'il serait interessant d'augmenter la capacite en groupement carboxylique pour la rendre voisine de celle du groupement amine, de telle facon que les complexes mixtes des ions metalliques formes par les deux groupements fonctionnels soient plus stables. Le synergisme interne (du a deux groupements du meme polymere) donne de meilleurs resultats que le synergisme externe (du au melange de deux complexants differents). Il serait donc interessant de greffer des groupements differents sur le support d'un meme polymere afin d'ameliorer son pouvoir complexant. En ce qui concerne la separation de l'uranium VI et du fer III, nous avons montre que le rendement de separation obtenu reste insuffisant en milieu phosphorique avec la polyimine. On peut esperer de meilleurs resultats: - dans le meme milieu en associant en deux etapes successives, la polyamine et la polyimine; - en milieu carbonate en presence d'ammonium quaternaire fortement cationique - enfin la reduction chimique ou electrochimique conduirait a l'uranium IV et au fer III qui seraient certainement plus facile a separer. Par ailleurs, nous avons vu que l'ultrafiltration peut etre utilisee pour la determination de la constante de dissociation des complexes formes, alors que les autres techniques classiques comme la polarographie, la potentiometrie ne sont pas toujours utilisables. (auteur)Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Concentration d'ions metalliques par complexation-ultrafiltration. Application au cas de l'uranium VI
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 205 p.
- Report number
- FRNC-TH--12732
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 53049231
- Subject category
- S38: RADIATION CHEMISTRY, RADIOCHEMISTRY AND NUCLEAR CHEMISTRY; S11: NUCLEAR FUEL CYCLE AND FUEL MATERIALS;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- CHELATING AGENTS; CHEMICAL REACTIONS; HYDROMETALLURGY; IRON IONS; LIGANDS; MATERIALS RECOVERY; MEMBRANE TRANSPORT; MEMBRANES; PERMEABILITY; POTENTIOMETRY; PURIFICATION; RADIOACTIVE WASTE PROCESSING; REPROCESSING; SOLVENT EXTRACTION; STEREOCHEMISTRY; ULTRAFILTRATION; URANIUM COMPOUNDS; URANYL COMPLEXES
- Descriptors DEC
- ACTINIDE COMPLEXES; ACTINIDE COMPOUNDS; CHARGED PARTICLES; CHEMICAL ANALYSIS; COMPLEXES; EXTRACTION; EXTRACTIVE METALLURGY; FILTRATION; IONS; MANAGEMENT; METALLURGY; PHYSICAL PROPERTIES; PROCESSING; QUANTITATIVE CHEMICAL ANALYSIS; RADIOACTIVE WASTE MANAGEMENT; SEPARATION PROCESSES; TITRATION; URANIUM COMPLEXES; VOLUMETRIC ANALYSIS; WASTE MANAGEMENT; WASTE PROCESSING
Optional Information
- Notes
- 57 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses