L'hexafluorure d'uranium est le fluorure d'uranium de formule chimique , dans lequel l'uranium est à l'état d'oxydation .
vignette| gauche| Cristaux d'hexafluorure d'uranium dans une ampoule en verre. Ce composé est impliqué dans le cycle du combustible nucléaire. Synthétisé industriellement après l'extraction de l'uranium, il est le point d'entrée du procédé d'enrichissement, qui produit le combustible utilisé par les réacteurs nucléaires et les armes nucléaires.
Propriétés physiques vignette| gauche| Structure cristalline de l'hexafluorure d'uraniumJ. C. Taylor, P. W. Wilson et J. W. Kelly, The structures of fluorides. I. Deviations from ideal symmetry in the structure of crystalline UF6: a neutron diffraction analysis, Acta Cryst., 1973, B29, 7-12, .. Dans les conditions normales de température et de pression et dans les conditions ambiantes (, ), l'hexafluorure d'uranium se présente sous la forme de cristaux gris. La diffraction de neutrons a permis de déterminer sa structure cristalline à : les cristaux sont orthorhombiques..
Le point triple se situe à et . À pression ambiante (), se sublime à . À et sa pression de vapeur est d'environ : dans un milieu ouvert à l'air, se sublime progressivement et irréversiblement.
Propriétés chimiques Outre sa radioactivité due à l'uranium, c'est un produit hautement toxique, qui réagit violemment avec l'eau. En atmosphère humide ou en présence d'eau, il se transforme en fluorure d'uranyle (UO2F2) et acide fluorhydrique (HF). La transformation est immédiate et violente et s'accompagne d'émission d'abondantes fumées opaques, irritantes et suffocantes de HF.
Le produit est corrosif pour la plupart des métaux. Il réagit faiblement avec l'aluminium, formant une fine couche de AlF3 qui résiste ensuite à la corrosion (passivation).
Il a été montré que l'hexafluorure d'uranium est un oxydant et un acide de Lewis qui peut se lier à un fluorure, par exemple la réaction du fluorure de cuivre avec l'hexafluorure d'uranium dans l'acétonitrile est réputée former Cu[UF7]2·5 MeCN..
Les fluorures d'uranium(VI) polymères contenant des cations organiques ont été isolés et caractérisés par diffraction de rayons X..
Applications industrielles Enrichissement de l'uranium L'hexafluorure d'uranium est utilisé dans les deux principales méthodes d'enrichissement de l'uranium, la diffusion gazeuse et l'ultracentrifugation, car il possède un point triple à et à une pression légèrement plus élevée que la pression atmosphérique. De plus, le fluor possède un seul isotope naturel stable (19F), par conséquent les masses moléculaires des isotopomères de l'UF6 diffèrent uniquement par l'isotope d'uranium présent : U, U, ou U..
En plus de son usage dans l'enrichissement, l'hexafluorure d'uranium a été utilisé dans un procédé de retraitement avancé développé en République tchèque. Dans ce procédé, le combustible nucléaire, l'oxyde d'uranium usagé, est traité avec du fluor pour former un mélange de fluorures. Ce dernier est ensuite distillé pour séparer les différents types de matériaux.
Conversion en oxyde d'uranium Après enrichissement, l'hexafluorure d'uranium est converti en oxyde d'uranium (UO2) pour ses applications nucléaires.
La conversion en UO2 peut se faire par voie sèche (le plus fréquemment) ou par voie humide.
Voie sèche L'UF6 est vaporisé par chauffage dans une étuve et mis en présence de vapeur d'eau surchauffée. L'UF6 s'hydrolyse en UO2F2 entre et : UF6 + 2 –––> UO2F2 + 4HF ΔrH° = . Le composé UO2F2 est ensuite réduit vers par l'hydrogène, produisant l'UO2 sous forme de poudre : UO2F2+ H2 –––> UO2 + 2HF ΔrH° = + . Le rendement est supérieur à 99,5 %.
Voie humide Ce procédé présente l'inconvénient de produire plus d'effluents que la voie sèche, ce qui a un impact environnemental plus important. Plus flexible, en revanche, il est souvent utilisé pour la récupération des matières fissiles dans les rebuts et les déchets.
Les étapes consistent en un traitement de l'UF6 à la vapeur d'eau et en l'obtention, successivement, d'UO2F2, sels d'uranium, diuranate d'ammonium, UO3 et UF4. Ce procédé enchaîne dissolution en milieu nitrique, purification par solvant en colonne pulsée, précipitation ammoniacale et réduction sous hydrogène.
Entreposage et stockage États-Unis 255px|vignette|Cylindre de stockage ayant fui.
Aux États-Unis, environ 95 % de l'uranium appauvri produit jusqu'à présent est stocké sous forme d'hexafluorure d'uranium UF6 dans des réservoirs en acier sur des parcs en plein air à proximité des usines d'enrichissement. Chaque réservoir contient jusqu'à d'UF6. L'hexafluorure d'uranium est introduit sous forme liquide dans le réservoir. Après refroidissement, la majeure partie du liquide se solidifie pour occuper environ 60 % du réservoir tandis que le reste de l'espace est occupé par de l'hexafluorure sous forme gazeuse. Ce gaz réagit avec l'acier de la surface interne du réservoir et forme une couche protectrice vis-à-vis de la corrosion.
d'UF6 appauvri étaient stockés en 1993 et en 2005 dans de stockage situés à Portsmouth dans l'Ohio, Oak Ridge dans le Tennessee et Paducah dans le KentuckyFAQ 16-How much depleted uranium hexafluoride is stored in the United States?Documents..
Cet entreposage présente des risques environnementaux, sanitaires et de sûreté à cause de son instabilité chimique. Quand l'UF6 est en contact avec de l'air humide, il réagit avec l'eau contenue dans l'air pour produire UO2F2 (fluorure d'uranyle) et HF (fluorure d'hydrogène) qui sont tous deux très solubles et toxiques. Les réservoirs de stockage doivent être régulièrement inspectés pour rechercher des traces de corrosion ou des fuites. La durée de vie estimée d'un réservoir en acier se mesure en décenniesIEER: Science for Democratic Action, 5, 2..
Le gouvernement des États-Unis a commencé à convertir le UF6 en oxyde d'uranium solide pour un stockage à long termeFAQ 22-What is going to happen to the uranium hexafluoride stored in the United States?. Un tel stockage de l'ensemble du stock du UF6 pourrait coûter entre et de dollarsFAQ 27-Are there any currently-operating disposal facilities that can accept all of the depleted uranium oxide that would be generated from conversion of DOE's depleted UF inventory?.
Risques industriels L'UF6 émet des rayonnements alpha, bêta et gamma. Exposé à la vapeur d'eau, l'UF6 se décompose en acide fluorhydrique (HF) et en fluorure d'uranyle (UO2F2) qui sont très toxiques Reports Differ on Injuries at Metropolis Nuclear Plant Following Leakage of Uranium Hexafluoride, 30 octobre 2014, par Tony E. Rutherford, News Editor..
Il y a eu plusieurs accidents impliquant le fluorure d'uranium aux États-Unis. Ces accidents ont causé deux morts en 1944 et un mort en 1986FAQ 30-Have there been accidents involving uranium hexafluoride? Uranium Hexafluoride (UF6) Tailings, Characteristics, Transport and Storage at the Siberian Chemical Combine (Sibkhimkombinat) Tomsk, novembre 2005, Rapport du cabinet d'étude antinucléaire Large & Associates pour Greenpeace International..
Le , une fuite d'hexafluorure d'uranium est survenue à l'Usine Honeywell de transformation de l'uranium : sept personnes situées sous le panache ont souffert de brûlures et sept à dix autres personnes sur le site ou à proximité ont également subi des blessures.
Notes et références
Voir aussi
Bibliographie Ingmar Grenthe, Janusz Drożdżynński, Takeo Fujino, Edgar C. Buck, Thomas E. Albrecht-Schmitt et Stephen F. Wolf, Uranium, dans Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger (Hrsg.), The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Springer, Dordrecht, 2006 , 253–698, . x (xstal structure). x (selective oxidant of CFCs).
Articles connexes Cycle du combustible nucléaire
Liens externes Fluoride and compounds fact sheet, National Pollutant Inventory
Catégorie:Composé de l'uranium Uranium fluorure d'uranium-6 Catégorie:Gaz inorganique Catégorie:Matériau nucléaire