Ruthenium Speciation in Extraction Phases of Nuclear Fuel Recycling Processes

Spéciation du ruthénium dans les solutions d’extraction des procédés de recyclage du combustible nucléaire Le ruthénium est un produit de fission qui peut compliquer le recyclage de combustible usé dans le procédé PUREX pour plusieurs raisons. L’une de ces raisons est due à l’existence de divers complexes de ruthénium nitrosyle (III) qui contaminent les cycles d’extraction liquide-liquide et empêchent une séparation simple et efficace de l’uranium et du plutonium. Cette thèse a couplé différentes techniques, telles que le Raman, ESI-MS, la FTIR, l’EXAFS et la spectroscopie 15N-RMN, pour décrire les complexes majeurs de ruthénium dans des solutions d’acide nitrique et dans des solvants organiques composés soit de TBP-TPH (utilisé dans le procédé PUREX) ou soit d’extractants à fonction amide MOEHA, TBU et TODGA.Les résultats obtenus démontrent que les complexes de nitrite de ruthénium nitrosyle peuvent être formés dans l’acide nitrique ou dans les phases TBP et ont des coefficients de distribution différents des complexes Ru(NO)-NO3. En présence de nitrite, le TBP peut se coordonner en sphère interne du ruthénium, phénomène non observé sans nitrites. En absence de nitrite, les extractants TBP et TODGA extraient principalement le ruthénium sous forme d’un complexe mer-trinitrate à partir d’une solution de 3 M d’acide nitrique, et les molécules MOEHA et TBU extraient principalement un complexe tétranitrato protoné. Tous les solvants testés présentent des coefficients de distribution du ruthénium anormalement élevés lors des lavages avec une solution d’acide nitrique 2 M. Ce phénomène de rétention du ruthénium a été attribué à une coordination en sphère interne des extractants pendant le lavage. Afin de pallier ce phénomène, deux options sont proposées : gérer les conditions pour remplacer les ligands nitrates par des nitrites avant le lavage ou réaliser les lavages à une température > 40°C. Les deux options, également combinées, peuvent aider à améliorer la purification des solvants dans les processus d’extraction de solvants nucléaires actuels et futurs.