El uranio. De mineral a combustible nuclear (I)

Galleta de óxido de uranio
Galleta de uranio

Una parte olvidada del uso de la energía nuclear, ya sea en su modo civil o militar, es la misma extracción del mineral y su transformación en un producto acabado que es base de cualquier artefacto nuclear. Conociendo el proceso podemos hacernos idea de lo costoso en todos los aspectos que es obtener el combustible que nos da la electricidad que tan alegremente usamos, y la tremenda responsabilidad que supone no sólo su uso final si no su mera elaboración.

Toda actividad industrial es por si misma agresiva con el medio ambiente, ya que extrae de él los recursos produciendo residuos y gastando a su vez otros recursos, aunque es algo imprescindible en el progreso humano la responsabilidad está en la forma de hacerlo. Si ya de por si el producto de un proceso es en si mismo contaminante (como es la obtención de material radiactivo), precisamente la minería de uranio es de las mas contaminantes y controvertidas.

Mineral de uranio
Mineral de uranio

En la naturaleza encontramos aprox. Un 1% de U-235 y un 99% de U-238. Mientras elprimero es directamente fisible, el segundo degenera naturalmente en Pu-239 que debe ser bombardeado con neutrones en el núcleo para hacerlo a su vez también fisible. Estos son los dos minerales mas usados como base del combustible nuclear, ya sea para uso militar o civil, aunque también puede usarse Torio que tras varios procesos y partiendo de Th-232 da como resultado Uranio-233 que es mas eficiente, aunque no todos los reactores nucleares están preparados para su uso.

Extracción del uranio

Mina de extracción del uranio

Los métodos de extracción del mineral son los normales para cualquier actividad minera, así hay minas a cielo abierto y otras convencionales bajo tierra. Sin embargo los precios actuales del uranio son muy bajos, rondando los US$ 10 por libra de U-238, por lo que los gastos operativos de las minas han de ser muy bajos para obtener rentabilidad, u obtenerse como subproducto de otras minas como las de fosfatos.

Las cantidades de producto que se obtienen de unos yacimientos a otros varía considerablemente según el yacimiento, estando entre el 0.07% (España) al 11% (Canadá) de U3O8 , esto es que por cada 1.000 Kg. de mineral extraído solo se obtienen de 7 a 110 Kg . de uranio, y de esta cantidad después de todo el proceso de refinado una mínima parte es usado.

El proceso de extracción del uranio desde el material en bruto varía de unos yacimientos según su riqueza y su distribución geológica, y como ya se ha mencionado su bajo precio unido a su escasa abundancia hace que para ser rentable sea necesario mover enormes cantidades de roca en poco tiempo, a veces sin importar mucho las consecuencias medioambientales.

Países con mayores reservas de Uranio

1. Kazajistán
2. Australia 
3. Sudáfrica
4. Estados Unidos
5. Canadá
6. Brasil
7. Namibia


Producción de Uranio en toneladas en su forma U3O8

País2002200320042005
Canadá11604104571159711628
Australia6854757289829519
Kazakhstan2800330037194357
Rusia (est)2900315032003431
Namibia2333203630383147
Níger3075314332823093
Uzbekistán1860159820162300
USA9197798461039
Ukrania (est)800800800800
China (est)730750750750
Sudáfrica824758755674
Repub. Checa465452412408
India (est)230230230230
Rumanía (est)90909090
Germany21215015077
Pakistán (est)38454545
Francia20077
Brasil2703103000
Total mundial36 06335 61340 21941 595

Minería del uranio

En una primera etapa se muele el material extraído en varias fases y se reduce de un tamaño inferior a 100 mm, y se almacena en montones según su concentración de uranio o su granulometría. La clasificación por tamaños se hace mediante tamices vibrantes y riego, y la concentración mediante espesadores y prensas para dar una pasta de 1/3 de concentración de sólidos, entre los que se encuentra el U3O8.

Los montones de tamaño granulometría y menos concentración se desechan directamente, las de una concentración y tamaño intermedio pasan a un proceso de lixiviación ática, y los mas concentrados a lixiviación dinámica.

En ambos procesos se usa gran cantidad de agua que queda seriamente contaminada y que; o bien se filtra en la misma mina cuando se hace in-situ o queda almacenada en grandes lagos donde contamina el terreno y el subsuelo por generaciones. Esta es precisamente la parte del proceso mas contaminante, ya que no hay una manera más barata y fácil de separar el Uranio del resto de minerales, y además de que tener que concentrar metales pesados se han de usar sustancias altamente agresivas como ácidos, todo ello en cantidades enormes y durante todo el año.

Mina de extracción de uranio en Hungría
Interior de mina de uranio

La lixiviación estática consiste en disolver la pasta con diferentes compuestos ácidos y/o microorganismos y mantenerlos en reposo.En la lixiviación dinámica, previo a un nuevo espesado, se disuelve el material con ácido sulfúrico y se mantiene en tanques agitando la mezcla pero manteniendo constantes el PH y temperatura de la mezcla, de estos tanques va pasando en cascada a otros en los que la mezcla a variado su concentración en U3Oy se les añade una nueva dosis de ácido antes de pasar al siguiente tanque. Después del proceso se puede obtener un rendimiento de más del 90% de U3O8.

El producto de la lixiviación se manda a un lavado, en el que se terminan de separar los compuestos orgánicos o sólidos finos disueltos, se realiza en unos espesadores en los que se hace circular una disolución de agua “limpia” en contracorriente en varias fases consecutivas para ir obteniendo un proceso ón.

La pulpa resultante con un grado de humedad muy elevado y alta concentración de uranio, se pulverizasobre una corriente de aire caliente, se seca y se enfría obteniendo un polvo con un 90% de U30, que se almacena en bidones, este producto en el sector se denomina «yellowcake,» (torta amarilla).

En los mejores casos los polvos que se derivan del proceso son filtrados para limitar su emisión a la atmósfera, y los líquidos se almacenan en diques estériles donde son neutralizados con compuestos como la cal y se dejan decantar para retirar los sólidos resultantes. Las aguas impuras se mandan a plantas depuradoras donde tras ser tratadas con compuestos como cloruro bárico para neutralizar el Radio y verificado su PH y composición son vertidos al cauce de los ríos.

Ranger miner, Australia

Como en todos los procesos industriales, los trabajos en este sector están sujetos a riesgos de enfermedades laborales propias además de las comunes de la extracción de otros minerales, en este caso se trata de anomalías cromosómicas, que estadísticamente guardan una gran relación con la exposición al radón (que aparece en forma gaseosa). Además los estudiosconfirman la alta toxicidad del uranio en el agua potable, descubriéndose efectos tóxicos en el riñón incluso en muy bajas concentraciones.

Otro de los grandes problemas es el agua residual de los “lavados” de la lixiviación, ya que contienen además de compuestos radiactivos como polonio-210, torio-230, radio-226, otros muchos metales pesados como manganeso o molibdeno. No siempre se trata adecuadamente esta agua o son almacenadas en lugares en los que poco a poco van filtrándose al subsuelo, produciendo a la larga problemas.

Continúa leyendo:
Uranio (II). Refinado, uso, deshechado y reprocesado

Resumen
Uranio. de mineral a combustible nuclear
Título
Uranio. de mineral a combustible nuclear
Descripción
La extracción y refinado del uranio como combustible nuclear es un proceso esencial en esta industria. Aprenda todo lo necesario para conocer los pormenores de este delicado procedimiento desde el comienzo hasta su deshechado y reprocesado