Uranium issu des phosphates

Une alternative intéressante

• Les gisements de roche phosphatée contiennent plusieurs millions de tonnes d’uranium, qui peuvent être extraites comme sous-produit de la fabrication des engrais.
• Environ 20 000 tonnes d’uranium ont déjà été obtenues à partir de ces gisements de roche phosphatée, mais le procédé est devenu non rentable dans les années 1990.
• La hausse des prix de l’uranium et les améliorations des procédés ont modifié la situation économique.

En plus des 6,1 millions de tonnes d’uranium présentes dans les ressources récupérables connues, il existe des quantités substantielles appartenant à ce que l’on appelle les ressources non conventionnelles. La principale ressource non conventionnelle d’uranium est la roche phosphatée, ou phosphorite. Environ 20 000 tU ont été récupérées comme sous-produit de la production de phosphates agricoles jusqu’aux années 1990, mais cette récupération est ensuite devenue non rentable. Les estimations de la quantité disponible varient entre 6 et 24 millions de tonnes d’uranium.

Lorsque l’uranium est récupéré comme sous-produit mineur des phosphates, l’approvisionnement potentiel dépend de l’économie de la production de phosphate, mais aussi du prix de l’uranium, ainsi que des avantages environnementaux liés à l’élimination de l’uranium du flux de déchets et/ou du produit final. Selon PhosEnergy, la capacité mondiale de production de pentoxyde de phosphore P₂O₅ est d’environ 50 millions de tonnes par an : 9,5 Mt en Amérique du Nord, 9,4 Mt en Afrique et 19,2 Mt en Asie. Environ 250 Mt/an de roche phosphatée sont extraites.

De 1981 à 1992, la production américaine issue des gisements de phosphate du centre de la Floride, comme sous-produit, atteignait en moyenne un peu plus de 1 000 tU par an, représentant jusqu’à 20 % de la production totale américaine. Cette production a ensuite fortement chuté et s’est arrêtée en 1998, car elle était devenue non rentable.

Cameco et Uranium Equities avaient pour objectif de mettre en place aux États-Unis une usine de démonstration utilisant un procédé amélioré — PhosEnergy — et estimaient qu’environ 7 700 tU pourraient être récupérées chaque année comme sous-produit de la production de phosphates, dont 2 300 tU/an aux États-Unis. L’étude de pré-faisabilité du procédé PhosEnergy, achevée au début de 2015, a confirmé son potentiel comme procédé à faible coût, environ 21 dollars par livre d’U₃O₈. Cependant, les coûts d’investissement, dans un marché de l’uranium faible, n’encouragent pas encore l’investissement, et les développements sont actuellement suspendus.

Production de roche phosphatée destinée aux engrais en 2024

Pays	Production — millions de tonnes
Algérie	2,0
Australie	2,5
Brésil	5,3
Chine	110,0
Égypte	5,0
Inde	1,6
Israël	2,3
Jordanie	12,0
Kazakhstan	1,7
Maroc et Sahara occidental	30,0
Pérou	5,0
Russie	14,0
Arabie saoudite	9,5
Sénégal	2,5
Afrique du Sud	2,2
Syrie	2,0
Togo	1,5
Tunisie	3,3
États-Unis	20,0
Vietnam	2,6
Autres pays	5,0
Total	240

Source : USGS 2024

La roche phosphatée, ou phosphorite, est une roche sédimentaire marine contenant 18 à 40 % de P₂O₅, ainsi que de l’uranium et tous ses produits de filiation radioactive, souvent entre 70 et 200 ppm U, et parfois jusqu’à 800 ppm. Le principal minéral de la roche phosphatée est l’apatite, le plus souvent la fluorapatite — Ca₅(PO₄)₃F ou Ca₁₀(PO₄)₆(F,OH)₂. Cette roche est insoluble ; elle ne peut donc pas être utilisée directement comme engrais, sauf dans des sols très acides. Elle doit donc d’abord être traitée. Ce traitement se fait généralement dans une usine d’acide phosphorique par voie humide — WPA, Wet Process Phosphoric Acid — où la roche est d’abord dissoute dans l’acide sulfurique. En général, environ 2 à 4 % de fluor sont présents. Il existe environ 400 usines utilisant ce procédé humide dans le monde, avec une capacité d’environ 50 millions de tonnes de P₂O₅ par an.

Certains gisements de phosphate — environ 4 % du total connu — sont d’origine ignée, formés par extrusion magmatique sous forme de cheminée alcaline. Le minéral principal y est l’apatite, avec parfois de la fluorapatite.

Lorsque la roche phosphatée est traitée par une quantité sous-stœchiométrique d’acide sulfurique, il se forme du superphosphate simple. Si l’on ajoute davantage d’acide sulfurique, on obtient un mélange d’acide phosphorique et de gypse, c’est-à-dire de sulfate de calcium. Après filtration du gypse, l’acide phosphorique obtenu peut être traité pour récupérer l’uranium.

La réaction de base est :

Ca₃(PO₄)₂ + 3 H₂SO₄ + 6 H₂O → 2 H₃PO₄ + 3 CaSO₄·2H₂O — réaction exothermique

Un procédé amélioré à plus haute température produit de l’hémihydrate :

CaSO₄·1/2H₂O

Les fluorures doivent être contrôlés à la fois dans les gaz et dans les effluents — HF, acide fluorosilicique — et environ la moitié du fluor se retrouve dans le gypse. Le procédé génère beaucoup de résidus solides, qui ont été éliminés avec les résidus de gypse, malgré leur radioactivité de faible niveau.

Après l’étape de précipitation du gypse, le superphosphate triple est obtenu en faisant réagir l’acide phosphorique avec une quantité supplémentaire de roche phosphatée. Sinon, différents engrais à base de phosphates d’ammonium peuvent être produits en faisant réagir l’acide phosphorique avec l’ammoniac.

L’uranium est normalement récupéré à partir de l’acide phosphorique — H₃PO₄, contenant environ 28 % de P₂O₅ — par une forme d’extraction par solvant, notée SX. Kamorphos développe une version plus simple de ce procédé.

Le procédé PhosEnergy, fondé sur l’échange d’ions — IX — représente une amélioration majeure par rapport aux anciens procédés. Il a été annoncé en 2009, avec des coûts de récupération de l’uranium estimés à 25–30 dollars par livre d’U₃O₈, contre des coûts historiques environ deux fois plus élevés. Une usine de démonstration a été construite à Adélaïde, en Australie-Méridionale, puis expédiée aux États-Unis pour fonctionner chez un producteur américain d’engrais. Elle a été mise en service en mai 2012. La campagne d’essais, comprenant quatre essais sur deux sources d’alimentation, a été réussie, avec des taux de récupération supérieurs à 92 % et un coût d’exploitation de 20–25 dollars par livre, avec une forte implication de Cameco. L’évaluation complète du projet, accompagnée d’une étude d’ingénierie, a été publiée en mars 2013. Un coût d’exploitation de 18 dollars par livre, avec un coût d’investissement de 156 millions de dollars pour une usine de base produisant 400 t/an d’U₃O₈, a été cité. Cameco a réaffirmé son engagement en souscrivant 4 millions de dollars supplémentaires. PhosEnergy, avec 25,79 %, et Cameco, avec 74,21 %, poursuivaient le développement du projet aux États-Unis via Urtek.

Le procédé PhosEnergy comprend un prétraitement d’un flux d’acide phosphorique à 27 %, qui est chargé sur un échangeur d’ions où les ions uranium sont adsorbés. L’acide phosphorique est ensuite déplacé de la colonne d’échange d’ions et renvoyé vers le flux principal du procédé, tandis que l’uranium est élué avec du carbonate d’ammonium aqueux. Dans une étape secondaire d’échange d’ions, le carbonate d’uranyle ammonium provenant de l’élution primaire est concentré et purifié, puis élué avec un mélange de sel et de bicarbonate. La récupération secondaire de l’uranium par échange d’ions est très similaire à celle utilisée dans les opérations américaines d’ISL de Cameco, ce qui crée une synergie potentielle. Le procédé atteint 95 % de récupération de l’uranium, sans production de déchets radioactifs supplémentaires, avec une amélioration de la qualité de l’acide pour l’usine principale, pour un coût d’installation additionnelle de 120 millions de dollars. L’étude de préfaisabilité de 2015 a estimé qu’une usine de phosphate de 0,44 Mt/an, capable de produire 155 tU/an, fonctionnerait à un coût de 21 dollars par livre d’U₃O₈, mais que le coût en capital resterait élevé par rapport aux usines conventionnelles d’uranium.

Une exploitation continue de l’usine de démonstration PhosEnergy sur le site d’un producteur américain de phosphate existant a eu lieu pendant dix semaines jusqu’en mai 2014, avec des récupérations régulières supérieures à 92 % à partir du flux d’acide de qualité filtration. Le produit a été expédié vers une usine de traitement d’uranium agréée dans le Wyoming, où il a été converti en produit commercialisable. Cette phase devait servir de base à une étude de faisabilité définitive — DFS, Definitive Feasibility Study — et à une installation commerciale à pleine échelle, qui aurait pu être construite et mise en service dans les trois ans suivant le lancement de la DFS.

En 2019, PhosEnergy et Cameco ont décidé de réduire les « dépenses non nécessaires liées au procédé PhosEnergy », en raison du bas niveau des prix de l’uranium.

En plus du projet PhosEnergy, Cameco était aussi impliquée de façon indépendante, par l’intermédiaire de sa filiale Nukem, avec CF Industries, dans le développement d’une installation destinée à récupérer environ 400 tU/an à partir des phosphates de Floride.

Aux États-Unis, huit usines de récupération d’uranium à partir de l’acide phosphorique ont été construites et exploitées depuis les années 1970 : six en Floride et deux en Louisiane. Des usines ont aussi été construites au Canada, en Espagne, en Belgique — pour du phosphate marocain —, en Israël et à Taïwan.

Au Brésil, où l’uranium est essentiellement un coproduit du phosphate, la coentreprise Santa Quitéria, entre l’entreprise publique Indústrias Nucleares do Brasil — INB et Galvani Phosphates, a pour client principal Eletrobras, propriétaire de l’opérateur nucléaire national Eletronuclear. Ce projet, fondé sur les mines de Santa Quitéria et d’Itataia, doit produire à la fois du concentré d’uranium et du phosphate diammonique — DAP — dans un procédé intégré unique. La mine devait produire 970 tU/an à partir de 2015, puis monter à 1 270 tU/an en 2017, comme sous-produit ou coproduit du phosphate. Les réserves sont de 76 000 tU à 0,08 % U, tandis que les ressources sont indiquées à 140 000 tU à Santa Quitéria et 80 000 tU à Itataia, avec une teneur de 0,054 % U dans le P₂O₅.

Le Maroc possède de très loin les plus grandes ressources connues d’uranium dans la roche phosphatée.

L’intérêt économique de récupérer l’uranium à partir des flux d’acide phosphorique WPA réside à la fois dans la valeur de l’uranium et dans la réduction des exigences réglementaires relatives à l’élimination des déchets radioactifs de faible activité provenant du procédé WPA. Les coûts estimés de production d’uranium placeraient le nouveau procédé dans le quartile inférieur des nouveaux projets de production d’uranium.

États-Unis

Le pays possède des réserves de 1 400 Mt de phosphates contenant environ 170 000 tU. Avec une production de 9,6 Mt/an de P₂O₅, cela permettrait d’obtenir 2 300 à 2 680 tU/an comme sous-produit. Nukem et CF Industries prévoyaient une opération de récupération d’uranium de 430 tU/an à l’usine de CF à Plant City.

Jordanie

Le pays possède des réserves de 1 500 Mt de phosphates contenant jusqu’à 140 000 tU. Avec une production de 676 000 t/an de P₂O₅, le potentiel d’uranium est de 135 tU/an. Le gouvernement lance un appel d’offres pour développer les phosphorites de Qatrana, contenant 52 Mt de phosphate et 22 000 tU, avec du vanadium.

Maroc

Le pays possède des réserves de 50 milliards de tonnes de phosphates contenant environ 6,9 MtU. Avec une production de 4,8 Mt/an de P₂O₅, cela donnerait 960 tU/an comme sous-produit. Une production de 1 900 tU/an était envisagée à partir de 2017.

Égypte

Le pays possède des réserves de 100 Mt de phosphates contenant environ 40 000 tU, avec des teneurs de 50 à 200 ppm U.

Tunisie

Le pays possède des réserves de 100 Mt de phosphates contenant environ 50 000 tU. Avec une production de 1,6 Mt/an de P₂O₅, cela donnerait 265 tU/an comme sous-produit.

République centrafricaine

Le gisement de Bakouma d’Areva possède des ressources inférées de 36 475 tU à 0,02 %, rapportées à la fin de 2013, dans un gisement continental de phosphate atteignant jusqu’à 1,27 % U.

Inde

Une usine commerciale d’extraction d’uranium, destinée à récupérer l’uranium à partir d’acide phosphorique de qualité engrais, est en cours d’installation à Paradeep, dans l’Odisha, au sein du complexe d’engrais phosphatés de l’Indian Farmers Fertiliser Cooperative Limited — IFFCO. Un second projet d’extraction d’uranium et d’autres éléments de terres rares à partir d’acide phosphorique par voie humide — WPA — est prévu pour Paradeep Phosphates Limited — PPL, une entreprise d’engrais privatisée. Le gouvernement a déclaré l’usine proposée de récupération de matières rares — RMR, Rare Material Recovery — comme stratégique.

Nouvelle-Zélande

Il existait une proposition visant à extraire du phosphate du fond marin sur le Chatham Rise, au large de la côte est de l’île du Sud. Les phosphates contiennent en moyenne 240 ppm d’uranium. Ils auraient été dragués puis traités à terre à un rythme d’environ 1,5 million de tonnes par an pendant environ 35 ans. En février 2015, l’autorité néo-zélandaise de protection de l’environnement a refusé l’autorisation du projet Chatham Rock Phosphate Ltd.

Notes et références

Notes

a. Le procédé PhosEnergy était développé par Uranium Equities Limited — UEQ par l’intermédiaire d’une société enregistrée aux États-Unis, Urtek LLC. Cameco a obtenu des droits lui permettant d’acquérir jusqu’à 73 % d’intérêt dans la technologie, et a initialement versé 12,5 millions de dollars sur les 16,5 millions de dollars nécessaires pour cela à UEQ, ainsi que 4,5 millions de dollars supplémentaires pour les 10 % détenus par le fondateur.

UEQ a ensuite accepté de payer à Cameco une part de ces 10 %, afin de conserver 27 % des droits sur le procédé. Cameco a versé 4 millions de dollars supplémentaires en mars 2013 pour atteindre une participation de 73 %.

À la fin de 2019, Cameco détenait 74,21 % d’Urtek, et PhosEnergy 25,79 %.

Sur la base de sa participation antérieure de 70 %, Cameco a accepté de fournir un financement couvrant au minimum 50 % de la part d’UEQ dans les dépenses d’investissement nécessaires à la construction de la première usine commerciale, remboursable sur les bénéfices.

Cameco et UEQ recherchent des accords commerciaux avec des producteurs de phosphate, dans lesquels le procédé fournirait une solution technique pour la récupération de l’uranium à partir des phosphates. Le capital nécessaire pour installer le procédé serait fourni en échange d’un accord d’achat de la production future de l’installation.

Références

1. National Minerals Information Center, U.S. Geological Survey, statistiques et informations sur la roche phosphatée, Annuaire des minéraux — roche phosphatée 2024.

Sources générales

Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA), Recovery of Uranium from Phosphate Ores, IAEA-TECDOC-2086, Vienne, International Atomic Energy Agency, 2025. DOI : https://doi.org/10.61092/iaea.2at3-fndo

Guzman, ETR et al., Uranium in Phosphate Rock and Derivatives [L’uranium dans la roche phosphatée et ses dérivés], 1995.

WISE, Uranium recovery from phosphates. https://www.wise-uranium.org/purec.html

PhosEnergy, site web officiel.