URANIO: DE MINERAL A COMBUSTIBLE NUCLEAR
EXTRACCIÓN 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.
EXPLOTACIÓN
En la naturaleza encontramos aprox. Un 1% de U-235 y un 99% de U-238. Mientras el primero 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.
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
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
|
País |
2002 |
2003 |
2004 |
2005 |
|
Canadá |
11604 |
10457 |
11597 |
11628 |
|
Australia |
6854 |
7572 |
8982 |
9519 |
|
Kazakhstan |
2800 |
3300 |
3719 |
4357 |
|
Rusia (est) |
2900 |
3150 |
3200 |
3431 |
|
Namibia |
2333 |
2036 |
3038 |
3147 |
|
Níger |
3075 |
3143 |
3282 |
3093 |
|
Uzbekistán |
1860 |
1598 |
2016 |
2300 |
|
USA |
919 |
779 |
846 |
1039 |
|
Ukrania (est) |
800 |
800 |
800 |
800 |
|
China (est) |
730 |
750 |
750 |
750 |
|
Sudáfrica |
824 |
758 |
755 |
674 |
|
Repub. Checa |
465 |
452 |
412 |
408 |
|
|
230 |
230 |
230 |
230 |
|
Rumanía (est) |
90 |
90 |
90 |
90 |
|
|
212 |
150 |
150 |
77 |
|
Pakistán (est) |
38 |
45 |
45 |
45 |
|
Francia |
20 |
0 |
7 |
7 |
|
Brasil |
270 |
310 |
300 |
0 |
|
Total mundial |
36 063 |
35 613 |
40 219 |
41 595 |
MINERÍA
En una primera
etapa se muele el material extraído en varias fases y se reduce de un tamaño
inferior a
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.
La lixiviación estática consiste en disolver la pasta con diferentes compuestos ácidos y/o microorganismos y mantenerlos en reposo, para que al cabo de un tiempo y
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 U3O8 y 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 pulveriza sobre una corriente de aire caliente, se seca y se enfría obteniendo un polvo con un 90% de U308 , 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.
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 estudios confirman 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
|
Minas en cielo abierto |
30% |
|
Minería |
38% |
|
lixiviación in-situ |
21% |
|
De otros subproductos |
11% |
REFINADO
Se denomina enriquecimiento al proceso de obtención del isótopo refinable U-238 aumentando su concentración sobre el U-235 según el tipo de reactor nuclear para el que se requiera, se consigue aumentar su concentración pasándolo a hexafluoruro de uranio (UF6 ) y luego por procesos de difusión gaseosa o centrifugado.
USO
Una gran cantidad de uranio es desechado debido a la poca cantidad de U-238 presente en el U-235, quedando un 96% como subproducto con muy pocas aplicaciones, siendo generalmente almacenado como uranio empobrecido.
Recientemente se le han encontrado nuevas aplicaciones, la industria militar le ha dado un uso como “cabeza” de proyectiles antiblindaje, debido a su alta densidad, encontrándose residuos de este material en todos los conflictos modernos y siendo fuente de contaminación para la población civil años después de acabado el conflicto. Como veremos mas adelante, también puede ser usado como parte de un nuevo combustible nuclear.
La proporción de U-238 varía según su destinatario, así para uso civil en centrales nucleares es del 1.5-5%, como combustible nuclear de buques, satélites y submarinos ronda el 40% y para armas nucleares lo mas cercano al 100% que sea posible.
Una vez extraído el UF6 ya enriquecido, se convierte en polvo de dióxido de uranio (UO2) que es horneado a alta temperatura para convertirlo en un material cerámico con forma de bolas. Luego estas son molidas para darles un tamaño uniforme y según se necesite para cada lugar al que vayan destinadas. Para los reactores nucleares son introducidas en tubos metálicos resistentes a la corrosión (generalmente de circonio) conformando las famosas barras de combustible.
Aún después de todos los procesos de refinado y tratamiento, el desgaste de cada barra de combustible no es uniforme, y generalmente han de ser retiradas las gastadas y rotar con otras nuevas o seminuevas para equilibrar la reacción. Esto supone todavía un problema enorme, no ya el mover la barras y tener que desconectar el reactor en el proceso, si no la realineación optima de cientos de barras cada una con una cantidad distinta de combustible y una vida mas o menos corta para obtener un rendimiento lo mas homogéneo posible del reactor. Existen ya reactores que permiten la recarga sin tener que parar el reactor, pero son necesarios complicados sistemas y mucho personal.
DESHECHADO
Una vez gastadas las barras de combustible son almacenadas
generalmente dentro de la misma central nuclear, normalmente en agua ya que
aún conservan parte de su energía y siguen generando calor, además el agua
aísla de la radiación. Estas barras están compuestas por un 96% de plutonio
y el resto de uranio.
Una vez que el combustible esta frío, pasa a ser almacenado en un sitio seco junto con material y herramientas que ha sido usado en los trabajos de la central, generalmente en emplazamientos subterráneos en lugares geológicamente estables y protegidos, y donde permanecen vigilados por un periodo indefinido.
REPROCESADO
Actualmente
se puede aprovechar parte de este combustible gastado, elaborando un nuevo
combustible mezcla de U-235, Pu-239 (3-10%), restos de U-238 denominado MOX
(mezcla de óxidos), este nuevo combustible no sólo puede ser usado en
reactores de Agua Ligera (LWR) si no que además el plutonio que incorpora
viene de las armas nucleares dando así un aliciente a su desmontado.
Casi medio
centenar de centrales nucleares de Europa usan
combustible MOX aunque sólo en una parte del reactor. La materia prima se
obtiene del combustible gastado de EEUU (ya que allí esta prohibido su uso
debido a diversos tratados)
Para elaborar el MOX se han creado plantas de reprocesamiento nuclear, lo que hacen es extraer el plutonio (en forma de oxido) del uranio de las barras gastadas, para luego mezclarlo con uranio empobrecido. El plutonio también puede obtenerse de armas nucleares necesitando menos cantidad al tener hasta 2/3 partes de Pu-239
Con un 7% de plutonio se obtiene un combustible equivalente a uno de U-235 al 4.5%, pero la desventaja es que para mezclar el óxido de uranio (UO2) y el de plutonio (PuO2) ha de hacerse en forma de polvo moliendo ambos para obtener nuevas “bolas” de combustible, y generándose así gran cantidad de polvo radiactivo, aunque se están desarrollando procesos alternativos.
Otra de las desventajas del MOX es que las barras de combustible que se van ha reciclar deben ser lo mas recientes posibles, ya que después de 5 años la desintegración natural de las mismas producirá demasiado ameridio-241, aunque se puede lograr su uso después de complicados sistemas industriales.
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