New uranium peroxides and peroxo-oxalates as oxides precursors : synthesis and characterization

Les recherches actuelles sur les cycles nucléaires du futur sont axées notamment sur le traitement-recyclage du combustible nucléaire dit “usé“ avec la préparation de solides mixtes à base d’actinides, matières premières pour la fabrication de nouveaux combustibles. A l’issue des cycles de séparation-purification lors du traitement du combustible, l’étape de conversion des actinides en solution en oxyde mixte est une des étapes clés de cette démarche. Actuellement le plutonium est précipité sous forme oxalate et de nombreuses études de la précipitation et décomposition d’oxalates mixtes ont été réalisées. Quant à l’uranium, il est précipité sous forme de peroxyde d’uranyle, l’utilisation de peroxydes mixtes voire peroxo-oxalates comme précurseurs d’oxydes est donc une voie à explorer. L’objectif de cette étude est d’instruire la potentialité d’une telle voie peroxyde. Dans une première étape, l’examen du système NH4+/UO22+/O22-/C2O42-, a mis en évidence la formation de plusieurs peroxydes et peroxo-oxalates sous forme de polyanions isolés ou de nanoclusters conduisant, par décomposition thermique, à des oxydes d’uranium. Dans une seconde étape, partant de nanoclusters d’uranyle et d’ammonium des peroxydes d’uranium et de lanthanides ou de thorium ont été préparés et caractérisés par diffraction X sur monocristal et sur poudre, par analyse ICP-AES, par microscopie électronique et par spectroscopies UV-visible et IR. Leur décomposition en oxydes mixtes a été étudiée sous différentes atmosphères.One of the current researches on future nuclear cycle is spent nuclear fuel treatment and recycling, where actinides mixed solids are prepared as raw materials for nuclear fuel refabrication. After separating-purification cycle during spent nuclear fuel treatment, the conversion step of actinides from solution to mixed oxide is one of the key stages. Currently, plutonium is recovered by oxalic precipitation and numerous studies on its precipitation and oxalate decomposition have been done. Meanwhile, in the case of uranium, a uranyl peroxide is precipitated. Therefore, a route to investigate is the use of peroxides or peroxo-oxalates as oxides precursors. The main goal of this study is to study the feasibility of such method. In a first step, examination of NH4+/UO22+O22-/C2O42- system has highlighted the evidence of many peroxides or peroxo-oxalates formed as polyanions or nanoclusters. These entities lead to uranium oxides after calcination. In a second step, using uranyl nanoclusters, mixed uranium - lanthanide or uranium - thorium compounds were prepared and characterised by single crystal and powder X-ray diffraction, ICP-AES analysis, electron microscopy, UV-Vis and IR spectroscopy. Their decomposition in mixed oxides has been studied under different atmospheres