2. Traitement du minerai
La séparation du thorium contenu dans la monazite est un problème complexe qui a reçu de nombreuses solutions. Après un enrichissement du minerai par des procédés mécaniques et magnétiques, il s'agit de séparer de la gangue le thorium, les terres rares et l'uranium. Cette opération est généralement réalisée en deux étapes. On effectue d'abord une concentration et les produits concentrés sont ensuite purifiés. Deux méthodes principales, exploitées industriellement, permettent de réaliser un enrichissement suffisant.
La première consiste à attaquer le minerai à chaud (200 0C) par de l'acide sulfurique concentré. Le mélange de sulfates est ensuite dilué au moyen d'eau froide, et, par addition d'ammoniaque, on déclenche la précipitation sélective du phosphate de thorium et d'une partie des phosphates de terres rares. Par attaque du précipité par la soude, on forme des hydroxydes et on isole ainsi le thorium et les terres rares des ions sulfates et phosphates. Plutôt que d'effectuer une précipitation sélective, on peut aussi faire précipiter le thorium et les terres rares sous la forme de leurs oxalates, et ainsi les séparer directement de l'uranium et des ions sulfates et phosphates. Par calcination des oxalates, on obtient les oxydes.
La seconde méthode débute avec une attaque par la soude à 140 0C, qui dissout la gangue et donne un précipité d'hydroxydes de thorium, de terres rares et d'uranium. Une dissolution par l'acide chlorhydrique, suivie d'une précipitation sélective par la soude, conduit à un mélange d'hydroxydes de thorium et d'uranium, les terres rares restant en solution. Au lieu de traiter les hydroxydes par l'acide chlorhydrique, on peut faire agir une solution de carbonate de sodium et séparer ainsi les carbonates de thorium et d'uranium solubles des carbonates de terres rares insolubles.
La purification de ces composés enrichis en thorium s'effectue par trois procédés principaux : la cristallisation fractionnée, la précipitation sélective et l'extraction par solvants. Cette dernière méthode est la plus développée. Le thorium et l'uranium sont extraits d'une solution aqueuse nitrique à l'aide d'un solvant organique, composé généralement d'un mélange de tributylphosphate et d'un diluant (benzène, kérosène raffiné). Le thorium est ensuite séparé du solvant organique et de l'uranium par une solution aqueuse légèrement acide. Cette dernière opération peut également s'effectuer à l'aide de colonnes de résines échangeuses d'ions.
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