*Titre: Étude de l’extraction de l’Uranium par le système D2EHPA/TBP en milieu phosphorique en vue de la purification de l’acide phosphorique industriel issu des phosphates Algériens *L’objectif principal de ce travail consiste à optimiser à l’échelle laboratoire, des paramètres ayant une influence sur l’extraction de l’Uranium. Ce travail peut s’appliquer a la purification de l’acide phosphorique industriel, ainsi qu’à la récupération et la Valorisation d’uranium comme matière première

1. République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene
Faculté de Génie Mécanique et de Génie des Procédés
Département de génie chimique et de cryogénie
Spécialité: génie des procédés
Option : génie chimique
Présenté par:
Nesrine NOUARA
Sabrina MERROUCHE
Étude de l’extraction de l’Uranium par le système
D2EHPA/TBP en milieu phosphorique en vue de la
purification de l’acide phosphorique industriel issu des
phosphates Algériens
Proposé et dirigé par :
Mr . A . AKNOUN
Mr . N . NASRALLAH
Promotion 2020

2. Introduction
Conclusion
Généralités
Partie expérimentale
Modélisation et optimisation
2

3. Acide Phosphorique
impure
Zn
Ca
U Ca
U Cd Zn
Cd
Al
Al
U
Zn
U
U
U
U
U
U
Pourquoi ?
Uranium est un élément :
 Radioactive
 Toxique
U
Problème ?
comment purifier l’acide
phosphorique ?
Solution
Utiliser la méthode de l’extraction
liquide-liquide comme méthode
de séparation
U
Acide phosphorique
impure
Acide phosphorique
pure
Source de combustible
Nucléaire
3

4. L’optimisation à l’échelle laboratoire, des paramètres qui ont
une influence sur l’extraction de l’Uranium
Purification de l’acide phosphorique industriel
Récupération et Valorisation de l’uranium comme matière
première
4

5. Modélisation Conclusion
Partie expérimentale Optimisation
Figure : Carte de situation géographique des gisements de phosphates de la région de Djebel Onk 5
Généralités
Gisement de phosphate
Oxydation
Acide phosphorique
Roche phosphatée
Acide sulfurique
Ca3 (PO4)2 + 3 H2SO4 + 6 H2O ---------> 3 (CaSO4. 2H2O) + 2 H3PO4
Solide liquide solide liquide
Acide phosphorique
Élément phosphore

6. Partie expérimentale Modélisation Optimisation Conclusion
Généralités
75 %
80 %
85 %
H3PO4
6

7. Partie expérimentale Modélisation Optimisation Conclusion
7
1789
1945
Généralités

8. Généralités
Modélisation Conclusion
Partie expérimentale Optimisation
Phase
organique
Phase
aqueuse
Extractant
diluant
Différent solutés
Agitation Décantation
Figure 2 : Principe de l’extraction liquide-liquide 8
Extraction
par
solvatation
Extraction
par
échange
d’ion
Extraction
par
chélation
Extraction
par
échange
de cation

9.  Les solutions filles:
20, 60, 100 ppm
 Préparation de H3PO4 à 30%P2O5 a
partir de H3PO4 85 à (commercial )
 Acide di-(2-ethyl hexyl)
phosphorique (D2EHPA)
 Le tributylphosphate (TBP)  Kérosène
Généralités Modélisation Conclusion
Partie expérimentale Optimisation
11

10. Phase aqueuse
Phase Organique
5 min
1ère étape
2ème étape
Avant l’agitation
Après l’agitation
Séparation
Analyse
3ème étape
Généralités Modélisation Conclusion
Partie expérimentale
Optimisation
12
Après la décantation
2[UO2
2++2NO3],H2O +2(TBP) +2(D2EHPA) [UO2(NO3)2](TBP)2+[UO2(NO3)2](D2EHPA)2+2H+
UV-Visible

11. Généralités Modélisation Conclusion
Partie expérimentale
Optimisation
La concentration initiale en uranium
Le rapport de la phase organique [TBP]/[D2EHPA]
Le rapport des phases (organique/aqueuse)
1
3
2
7
8
5
9
12
11
13
16
15
18
4
6
10
14
19
17
20
-1
-1
-1 +1
+1
+1
[U]
[𝑻𝑩𝑷]
[𝑫𝟐𝑬𝑯𝑷𝑨]
𝑶
𝑨
X1
X2
X3
0
0
0
Figure : Représentation du plan factoriel 23 utilisé 13

12. Paramètres Valeur inferieur Valeur supérieur
[U] (mg/l) 20 100
O/A 0,5 1,5
TBP
D2EHPA
0,2 1
Tableau : Domaine de variation des paramètres opératoires
Généralités Modélisation Conclusion
Partie expérimentale
Optimisation
calculs η(%) =
𝑪𝒊−𝑪𝒇
𝑪𝒊
.100
13

13. Généralités Modélisation Conclusion
Partie expérimentale
Optimisation
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
η
exp
(%)
[TBP]/[D2EHPA]
[U]=20 ppm ; O/A= 0,5
[U]=20 ppm ; O/A= 1,5
[U]=100 ppm ; O/A = 0,5
[U]=100 ppm ; O/A = 1,5
0
50
100
0 0.5 1
η
exp
(%)
[TBP]/[D2EHPA]
[U]=2…
Figure : Variation des rendements en fonction du rapport
([TBP/D2EHPA])
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.5 1 1.5
η
exp
(
%
)
O/A
Rorg = 0,2 ; [U]= 20 ppm
Rorg = 0,2 ; [U]=100 ppm
Rorg = 1 ; [U]=20 ppm
Rorg = 1 ; [U]=100 ppm
0
50
100
0 0.5 1 1.5
η
exp
(
%
)
O/A
Rorg = 0,2 ;
[U]= 20 ppm
Figure : Variation des rendements en fonction du rapport
volumique (organique/aqueuse)
0
50
100
0 50 100
η
exp
(%)
[U] ppm
Rorg =
0,2 ;
O/A =
0,5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
η
exp
(%)
[U] ppm
Rorg = 0,2 ; O/A = 0,5
Rorg = 0,2 ; O/A = 1,5
R org =1 ; O/A = 0,5
Rorg = 1 ; O/A= 1,5
Figure : Variation des rendements en fonction de la
concentration en U 14

14. N°
[𝐓𝐁𝐏]
[𝐃𝟐𝐄𝐇𝐏𝐀]
[U] O/A X% Y% K
1 0,2 100 1,5 0,01214 0,06309 5,1964
2 0,2 100 0,5 0,03038 0,16433 5,4090
3 1 100 0,5 0,07580 0,02174 0,2868
4 1 100 1,5 0,06107 0,02161 0,3539
5 0,2 20 1,5 0 0,16948 ∞
6 0,2 20 0,5 0,02980 0,51769 17,3676
7 1 20 0,5 0,16286 0,04819 0,2959
8 1 20 1,5 0,09255 0,07978 0,8620
9 0,2 100 1 0,02297 0,08465 3,6844
10 0,6 100 0,5 0,06142 0,06046 0,9844
11 1 100 1 0,07512 0,01170 0,1558
12 0,6 100 1,5 0,04362 0,03633 0,8329
13 0,2 60 1,5 0,00431 0,04097 9,5083
14 0,2 60 0,5 0,01371 0,10276 7,4930
15 1 60 0,5 0,03879 0,02727 0,7032
16 1 60 1,5 0,02834 0,01991 0,7024
17 0,2 20 1 0 0,27882 ∞
18 0,6 20 0,5 0,08813 0,28595 3,2444
19 1 20 1 0,08979 0,12506 1,3927
20 0,6 20 1,5 0,05212 0,12198 2,3401
Généralités Modélisation Conclusion
Partie expérimentale
Optimisation
R
E
R
E
X
Y
x
y



massique)
rapport
(ou
raffinat
le
dans
soluté
du
Teneur
massique)
rapport
(ou
extrait
l'
dans
soluté
du
Teneur
K

15. Généralités Modélisation Conclusion
Partie expérimentale Optimisation
th = C0 + C1 X1 +C2 X2 +C3 X3 +C4 X1X2 +C5 X1X3 +
C6 X2 X3 + C7 X1X2X3
15
Modélisation
Fonction
objective
« Degré 1 / Rorg, U,
O/A »
XLSTAT Moindre carrés

16. Généralités
Modélisation
Conclusion
Partie expérimentale Optimisation
ηth = 52,5485 -28,256875 X1 -10,43625 X2+11,46375 X3 +0,6 X1X2 +1,3016667 X1X3 -
1,2391667 X2X3-2,90625X1X2X3
Tableau: Résultats de l'exécution du programme
𝐂𝟎 𝐂𝟏 𝐂𝟐 𝐂𝟑
52,5485 -28,2569 -10,4362 11,4637
𝐂𝟒 𝐂𝟓 𝐂𝟔 𝐂𝟕
0,6 1,301667 -1,2391 -2.90625
y = x + 8 y = x
y = x - 8
0
50
100
150
0 100 200
η
exp
(%)
η théo (%)
Coefficient de Pearson =0,9826
y = x + 8
y = x
y = x - 8
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60 80 100 120
η
exp
(%)
η théo (%)
Coefficient de Pearson = 0,9826
R = 0,96
2
Figure : représente exp = f (th%)
16

17. Généralités
Modélisation
Conclusion
Partie expérimentale Optimisation
Test de
Fisher
Test de
student
𝐹 =
SCM
p − 1
SCE
n − p
tstudent =
Ci
δ
Fcal = 47,9053 Fcri = 2,31
>
Le modèle convient parfaitement
C0
C1
C2
C3
signifiant
C4
C5
C6
C7
insignifiant
ηth =52,5485-28,256875 X1-10,43625 X2+11,46375 X3
Le modèle simplifié :
17

18. Généralités
Modélisation
Conclusion
Partie expérimentale Optimisation
Figure : Comparaison entre le modèle simplifié et
le modèle non simplifié
Figure : Comparaison entre le modèle simplifié et
les résultats expérimentaux
18

19. Généralités
Modélisation
Conclusion
Partie expérimentale Optimisation
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
η
exp
(%)
[TBP]/[D2EHPA]
[U]=20 ppm , O/A= 0,5
[U]=20 PPM , O/A= 1,5
[U]=100 ppm , O/A = 0,5
[U]=100 ppm , O/A = 1,5
Linear ([U]=20 ppm , O/A=
0,5)
Linear ([U]=20 PPM , O/A=
1,5)
Linear ([U]=100 ppm , O/A =
0,5)
Linear ([U]=100 ppm , O/A =
1,5)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120
η
exp
(%)
[U] ppm
TBP/D2EHPA= 0,2 , O/A = 0,5
TBP/D2EHPA= 0,2 , O/A = 1,5
TBP/D2EHPA =1 , O/A = 0,5
TBP/D2EHPA=1, O/A=1,5
Linear (TBP/D2EHPA=0,2
,O/A=0,5)
Linear (TBP/D2EHPA=0,2
,O/A=1,5)
Linear (TBP/D2EHPA=1
,O/A=0,5)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.5 1 1.5
η
exp
(%)
O/A
TBP/D2EHPA = 0,2 , [U]= 20
ppm
TBP/D2EHPA = 0,2 , [U]=100
ppm
TBP/D2EHPA = 1 , [U]=20 ppm
TBP/D2EHPA= 1 , [U]=100 ppm
Linear (TBP/D2EHPA=0,2 ,
[U]=20ppm)
Linear (TBP/D2EHPA=0,2 ,
[U]=100ppm)
Linear (TBP/D2EHPA=1 ,
[U]=20ppm)
Linear (TBP/D2EHPA=1 ,
[U]=100ppm)
Figure : Approche théorique de la variation
du rendement en fonction du rapport
[TBP]/[D2EHPA]
Figure : Approche théorique de la variation du rendement en fonction du rapport des phases
Figure :Approche théorique de la variation du
rendement en fonction de [U]
19

20. Généralités Modélisation Conclusion
Partie expérimentale Optimisation
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
η
exp
(%)
[TBP]/[D2EHPA]
[U]=20 ppm , O/A= 0,5
[U]=20 PPM , O/A= 1,5
[U]=100 ppm , O/A = 0,5
[U]=100 ppm , O/A = 1,5
Linear ([U]=20 ppm , O/A= 0,5)
Linear ([U]=20 PPM , O/A= 1,5)
Linear ([U]=100 ppm , O/A = 0,5)
Linear ([U]=100 ppm , O/A = 1,5)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
η
exp
(%)
[TBP]/[D2EHPA]
[U]=20
ppm ,
O/A=
0,5
Figure : Approche théorique de la variation du rendement d’extraction
en fonction du rapport [TBP]/[D2EHPA]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 50 100 150
η
exp
(%)
[U] ppm
TBP/D2E
HPA=
0,2 , O/A
= 0,5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120
η
exp
(%)
[U] ppm
TBP/D2EHPA= 0,2 , O/A = 0,5
TBP/D2EHPA= 0,2 , O/A = 1,5
TBP/D2EHPA =1 , O/A = 0,5
TBP/D2EHPA=1, O/A=1,5
Linear (TBP/D2EHPA=0,2 ,O/A=0,5)
Linear (TBP/D2EHPA=0,2 ,O/A=1,5)
Linear (TBP/D2EHPA=1 ,O/A=0,5)
Linear (TBP/D2EHPA=1 , O/A=1,5)
Figure : Approche théorique de la variation du rendement d’extraction en
fonction de la concentration initiale de l’Uranium
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.5 1 1.5
η
exp
(%)
O/A
TBP/D2E
HPA =
0,2 ,
[U]= 20
ppm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0.5 1 1.5
η
exp
(%)
O/A
TBP/D2EHPA = 0,2 , [U]= 20 ppm
TBP/D2EHPA = 0,2 , [U]=100 ppm
TBP/D2EHPA = 1 , [U]=20 ppm
TBP/D2EHPA= 1 , [U]=100 ppm
Linear (TBP/D2EHPA=0,2 , [U]=20ppm)
Linear (TBP/D2EHPA=0,2 , [U]=100ppm)
Linear (TBP/D2EHPA=1 , [U]=20ppm)
Linear (TBP/D2EHPA=1 , [U]=100ppm)
Figure : Approche théorique de la variation du rendement
d’extraction en fonction du rapport des phases
20

21. Généralités Modélisation Conclusion
Partie expérimentale
Optimisation
[U] = 20 ppm
[TBP]
[D2EHPA]
= 0,2
O
A
= 1,5
100 %
21
89,51%
 Acide di-(2-ethyl hexyl) phosphorique (D2EHPA)
 Kérosène
Procédure
de
l’extraction
Analyse
Calcul du
rendement

22. Généralités Modélisation Conclusion
Partie expérimentale Optimisation
la concentration de l’uranium
le rapport des phases
Le rapport de phase organique
[𝑻𝑩𝑷]
[𝑫𝟐𝑬𝑯𝑷𝑨]
Les paramètres opératoire optimisés
[U] = 20 ppm
𝐎
𝐀
= 1,5
[𝐓𝐁𝐏]
[𝐃𝟐𝐄𝐇𝐏𝐀]
= 0,2
le rendement d’extraction passe de 89,51% (D2EHPA seul) à 100%
(présence de TBP) dans les mêmes condition opératoires , ce qui confirme
l’effet de synergie du a la présence des deux extractants
23
Influence positive
Influence négative
Très légère influence