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From uranothorites to coffinite: a solid solution route to the thermodynamic properties of USiO4

Authors :
Pierre Vitorge
Nicolas Dacheux
Nicolas Clavier
Adel Mesbah
Stéphanie Szenknect
D.T. Costin
Christophe Poinssot
Interfaces de Matériaux en Evolution (LIME)
Institut de Chimie Séparative de Marcoule (ICSM - UMR 5257)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Département de recherche sur les procédés pour la mine et le recyclage du combustible (DMRC)
CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Service d'Etudes du Comportement des Radionucléides (SECR)
Département de Physico-Chimie (DPC)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Laboratoire Analyse et Modélisation pour la Biologie et l'Environnement (LAMBE - UMR 8587)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Cergy Pontoise (UCP)
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Université d'Évry-Val-d'Essonne (UEVE)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Inorganic Chemistry, Inorganic Chemistry, 2013, 52 (12), pp.6957-6968. ⟨10.1021/ic400272s⟩, Inorganic Chemistry, American Chemical Society, 2013, 52 (12), pp.6957-6968. ⟨10.1021/ic400272s⟩
Publication Year :
2013

Abstract

Experiments on the solubility of intermediate members of the Th(1-x)U(x)SiO4 solid solution were carried out to determine the impact of Th-U substitutions on the thermodynamic properties of the solid solution and then allow extrapolation to the coffinite end member. The ion activity products in solutions equilibrated with Th(1-x)U(x)SiO4 (0 ≤ x ≤ 0.5) were determined by dissolution experiments conducted in 0.1 mol·L(-1) HCl under Ar atmosphere at several temperatures ranging from 298 to 346 K. For all experiments, dissolution was congruent, and a constant composition of the aqueous solution was reached after 50-200 days of dissolution. The solubility product of thorite was determined (log *K(S,ThSiO4) = -5.62 ± 0.08) whereas the solubility product of coffinite was estimated (log *K(S,USiO4) = -6.1 ± 0.2). The stoichiometric solubility product of Th(1-x)U(x)SiO4 reached a maximum value for x = 0.45 ± 0.05. In terms of the standard Gibbs free energy of dissolution, solid solutions dissolve more spontaneously than the end members. The standard Gibbs free energy associated with the formation of thorite, coffinite, and intermediate members of the series were then evaluated. The standard Gibbs free energies of formation were found to increase linearly with the uranium mole fraction. Our data at low temperature clearly show that uranothorite solid solutions with x0.26, thus coffinite, are less stable than the mixture of binary oxides, which is consistent with qualitative evidence from petrographic studies of uranium ore deposits.

Details

ISSN :
1520510X and 00201669
Volume :
52
Issue :
12
Database :
OpenAIRE
Journal :
Inorganic chemistry
Accession number :
edsair.doi.dedup.....82627c0bb150b1952e4936b874504d9a
Full Text :
https://doi.org/10.1021/ic400272s⟩