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7/17/2019 Uranio Metal
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Mineral de Uranio
El principal mineral de uranio es la pechblenda, también denominada óxidos
negros. Así mismo existen otras formas naturales del uranio como es la monacita,
torbenita y sabugalita. El mineral en su forma oxidada es soluble en agua, pero ensu forma reducida no. Esto posibilita que aguas hidrotermales disuelvan al uranio
en rocas de granito. Luego es transportado a lugares con condiciones reductoras,
en donde la disolución de uranio pasa a su forma insoluble y se precipite. En la
naturalea se encuentra en proporciones peque!as "#$% ppm&. 'on respecto a sus
características físicas, estas son muy irregulares.
Yacimientos de Uranio
Yacimientos o acumulaciones en contactos o discordancias:
Entre estos yacimientos se encuentra la cuenca de Athabasca en 'anad(,
)abilu*a y +anger en Australia. En Espa!a se encuentra los yacimientos de La
aba, donde se encuentran las minas Lobo -edregal y aría Loano.
Yacimientos en areniscas:
/on de granulometría media y grosera de origen continental fluvial o marino
marginal. Las características de los minerales son reductoras. En este tipo, seencuentran yacimientos antiguos de la 0nión /oviética.
Yacimientos en brechas ricas en hematites:
/e encuentran minerales de uranio con otros metales "cobre, oro&. El yacimiento
m(s importante es de la ina de 1lympic 2am "Australia&.
Conglomerados:
3acimiento de 4it5atersrand en /ud(frica.
Filones o brechas mineralizadas:
El uranio se presenta en compa!ía de otros materiales como carbonatos.
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Proceso del mineral para obtener un concentrado de uranio
6. Lixiviación de los minerales de uranioLixiviación in$situEs un proceso de extracción de uranio sin necesidad de mover tierras,aprovechando la facilidad de solubilidad del uranio. -ara ello se tiene quetener confinado el yacimiento entre capas impermeables y la roca de uraniotiene que ser permeable. Esta técnica suele ser m(s barataLixiviación din(mica-ara ello se necesita minerales de uranio triturados, los cuales se meclancon líquidos lixiviantes y es sometido a una agitación.Lixiviación est(ticaLos minerales son dispuestos en pilas, sobre una base impermeabiliada./e riegan soluciones lixiviantes, las cuales ser(n filtradas. Es un procesoque no tiene grandes consumo de energía, requiere minerales pobres y nomuy molidos.
#. 'larificación de las solucionesLa solución proveniente de la lixiviación, se lleva a un proceso de
clarificación. -ara ello se utilia decantadores, filtros de banda, etc. Laseparación que se realia es un sistema sólido$líquido.
7. +efino y purificación de las solucionesEn la disolución del uranio, existen impureas como la presencia de hierro.-ara ello se realia la extracción con disolventes org(nicos. 2urante esteproceso se mecla en unos agitadores, la disolución acuosa que contieneuranio con queroseno y una amina terciaria, pasando el uranio hacia la fase
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org(nico. Luego se tiene que reextraer el uranio, para ello se pone encontacto la fase org(nica con una disolución acuosa limpia "sulfatoamónico, sal com8n&. En esta disolución el uranio se encuentra a mayorconcentración.
%. -recipitación de las sales de 0ranio
/e tiene el uranio en la disolución acuosa limpia y se precipita, es decir sepasa a una sal insoluble para que se decante
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9igura :;6 2iagrama de bloques de las distintas opciones delproceso hidromineral8rgico de concentración del mineral de uranio.
:ota< Extraido de "Alvare, 6==>&
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El metal de uranio se utiliza como combustible en reactores de ensayo de
materiales y reactores Magnox. Debido a su densidad muy alta, también seutiliza en forma de formulario empobrecido para recortar el peso de grandesaeronaves. Un jumbo Boeing contiene !" #g de metal de uranio empobrecido.$a alta densidad de uranio met%lico también utilizarse en materiales deblindaje para la protecci&n contra las fuentes de radiaci&n.
'leaciones U()* se utilizan como combustible nuclear en reactores marinos.
De Crudo Ore para pastel amarillo
Minerales en bruto minadas se preparan para la lixiviaci&n por trituraci&n ymolienda. El proceso de lixiviaci&n +umica se selecciona de acuerdo a la
naturaleza mineral&gica del mineral. minerales %cidas se tratan con -/01diluido, y minerales alcalinas con una soluci&n acuosa +ue contiene carbonatode sodio y bicarbonato de sodio. Minerales fosfatados son tratados con %cido.
/eparaci&n s&lido(l+uido de mineral lixiviado se consigue por procesosest%ndar tales como 2ltraci&n, decantaci&n de m3ltiples etapas, y la separaci&n4idrocicl&n5 uranio se recupera de la soluci&n por intercambio de iones oextracci&n con disolvente. $a combinaci&n de estas dos técnicas, como en elproceso de Eluex, también es ventajoso. 6orta amarilla se produce entonces porprecipitaci&n a partir del licor de %cido con amonaco o Mg 70-8 o porprecipitaci&n a partir del licor alcalino con 9a0-.
PRODUCCIÓN DE METAL URANIO
El re+uisito para el uranio met%lico es limitada. /olamente los reactoresMagnox para la generaci&n de energa re+uieren de metal de uranio comocombustible. 6ambién se necesita uranio met%lico para la producci&n de 6()r,U()r 4idruro, siliciuro de uranio, y aleaciones de uranio(aluminio. /i losprocesos de enri+uecimiento por l%ser, tales como el proceso /:$;' alcanzanimportancia industrial, el re+uisito de uranio primaria se incrementar%. El metalde uranio se produce a partir de U<! por una reducci&n de dos etapas5 elproducto intermedio es el U<1.
Reducción de UF en UF!
Dos rutas principales se utilizan=
$a reducci&n de U<! por - en la fase gaseosa
$a reducci&n de U<! con 4idrocarburos clorados 7principalmente insaturadas8
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Reducción con hidrógeno. El rendimiento y el grado de enri+uecimientore+uerido son consideraciones importantes a la 4ora de seleccionar un proceso.$a reducci&n de U<! por 4idr&geno en los llamados reactores de pared calientey fra(pared se inform& en la >onferencia de ?inebra de @AC, la reacci&n esexotérmica=
El calor de la esta reacci&n no es su2ciente para dar una conversi&ncuantitativa. or tanto, el reactor de pared caliente est% e+uipada concalefacci&n externa para dar una temperatura de pared de !" >. El reactorde pared fra obtiene su energa de la reacci&n altamente exotérmica de F3or7mezclado directamente con el U<!8 con el exceso de 4idr&geno.
La reducción con tetracloroetileno. *eacci&n de U<! con tetracloroetileno7>>l18 en un 4orno de lec4o Fuidizado fue desarrollado por United 9uclear>orp.
$a temperatura de reacci&n es !"(AA >. El nitr&geno se aGadi& altetracloroetileno para actuar como un gas portador.
Reducción de UF! en uranio met"lico
>alcio, magnésico, y el sodio son termodin%micamente agentes adecuadospara la reducci&n de U<1 en uranio met%lico, pero s&lo el calcio y el magnesioson de importancia pr%ctica de calcio para lotes pe+ueGos, debido a su altocalor de reacci&n, y el magnesio para cantidades mayores por+ue el lotel es elde metal m%s barato.
La reducción con calcio. El calor de la reacci&n de reducci&n con calcio esmuy grande=
>on un exceso de calcio de @H y adiab%ticos condiciones durante lareducci&n, la temperatura de la mezcla de reacci&n puede elevarse a @C"" >.Esta temperatura es lo su2cientemente alta como para fundir la escoriaformada. /e utilizan gr%nulos de calcio, +ue debe ser muy puro. El alto
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contenido de magnesio puede causar una reacci&n violenta por+ue latemperatura de reacci&n es mayor +ue el punto de ebullici&n de magnesio.
Una mezcla de U<1 y el calcio se cargaron en un recipiente de reacci&n deacero cuyas paredes interiores est%n revestidas con >a< alta pureza. Esterevestimiento interior evita +ue el material del recipiente de reacci&n con
uranio met%lico fundido. 'ntes de la reducci&n, el aparato de reacci&n seevacu& y se llen& con arg&n. $a mezcla de reacci&n se enciende eléctricamentecon una pastilla de encendido, y la reacci&n se completa después de unospocos segundos. Uranio fundido se recoge en la parte inferior del recipiente dereacci&n y se puede separar f%cilmente de la escoria después se enfra elrecipiente. El rendimiento de metal es ca. AC(AAH de la teora.
Reducción con ma#nesio. *educci&n de uranio en una escala m%s grande7varios cientos de #ilogramos de metal8 se lleva a cabo por lo general, con elmagnesio muc4o m%s barato. 6ambién, puesto +ue su masa at&mica relativa ess&lo aproximadamente la mitad +ue la de calcio, la cantidad de magnesio
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re+uerida es menor. /in embargo, la ventaja de precio se ve compensado enparte por el menor calor de la reacci&n=
+ue 4ace +ue sea necesario calentar la mezcla de reacci&n a ca. !"" >./i la mezcla esté a temperatura ambiente cuando se enciende, no se alcanza elpunto de metal de uranio y de la escoria Mg< fusi&n. Mediante el uso de unexceso de @H de magnesio, la temperatura alcanzada es s&lo >', A"" >bajo condiciones adiab%ticas.
$as paredes interiores del reactor a menudo se lned con dolomita. ara obtener
un buen rendimiento, la densidad aparente de U<1 debe ser relativamente alta,dando una buena conductividad térmica. Bri+uetting la mezcla de reacci&nantes de cargarlo en la vasija del reactor es por lo tanto ventajoso.
*eferencias'lvarez, M. >. 7@AA8. Yacimiento y obtención de Uranio. 'sturias= Universidad
de 0viedo.
Mara >ruz 'lvarez 'lvarez Iacimiento y obtenci&n de Uranio
4ttp=JJKeb.ead.anl.govJuraniumJguideJprod4andJsld""@.cfm
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Conversión de Yellow Cake a UF4
A partir del concentrado de 071? "torta amarilla&, que tiene un concentrado de @>$=>, es disuelto con (cido nítrico "#:17&.
NO
¿¿
U 3O8+6 HN O3→3UO2 ¿
/e obtiene una sal de
NO
¿
¿
UO2¿
, el cual es purificado por un proceso de extracción
por solventes.
2espués se lleva a hidratación, el
NO
¿
¿UO2¿ <
Fi#ura N$% roceso de extracci&n solventes con tributil fosfato. 79etK
Fi#ura N$& IelloK>a#e y nitrato de
uranilo. 79etKor#,
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NO
¿
NO
¿¿¿
UO2¿
2espués de hervir, se lleva a un proceso de calcinación a una temperatura de7BB;'.
NO
¿¿
UO2¿
En un reactor vessel, se realia la reducción de trióxido de uranio a dióxido deuranio. /e trabaCa a una temperatura de @>B ;'$ ?BB;'.
UO3+ H
2→U O
2+ H
2O
-or un proceso de hydrofluoriación se obtiene 09%.
UO2+4 HF→U F
4+2 H
2O
A altas temperaturas de 6DBB$6?BB;', con fl8or molecular se obtiene elhexafluoruro de uranio.
U F 4+ F
2→U F
6
Conversión UF6 a UF4
2os rutas principales se utilian<
• La reducción de 09@ por # en la fase gaseosa• La reducción de 09@ con hidrocarburos clorados "principalmente
insaturadas&
Reducción con hidrógeno. El rendimiento y el grado de enriquecimientorequerido son consideraciones importantes a la hora de seleccionar un proceso.
La reducción de 09@ por hidrógeno en los llamados reactores de pared caliente yfría. La reacción es exotérmica<
El calor de la esta reacción no es suficiente para dar una conversión cuantitativa.-or tanto, el reactor de pared caliente est( equipada con calefacción externa paradar una temperatura de pared de @7B ; '. El reactor de pared fría obtiene su
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energía de la reacción altamente exotérmica de fl8or "meclado directamente conel 09@& con el exceso de hidrógeno.
La reducción con tetracloroetileno. +eacción de 09@ con tetracloroetileno"'#'l%& en un horno de lecho fluidiado fue desarrollado por 0nited :uclear 'orp.
La temperatura de reacción es #@B$#==> ; '. El nitrógeno se a!adió altetracloroetileno para actuar como un gas portador.
Conversión de UF4 a metal uranio
Reducción de UF! en uranio met"lico
>alcio, magnésico, y el sodio son agentes termodin%micos adecuados para lareducci&n de U<1 en uranio met%lico, pero s&lo el calcio y el magnesio son deimportancia pr%ctica 7calcio para lotes pe+ueGos, por su alto calor de reacci&n,
y el magnesio para cantidades mayores por+ue es un metal m%s barato8.
La reducción con calcio. El calor de la reacci&n de reducci&n con calcio esmuy grande=
>on un exceso de calcio de @H y condiciones adiab%ticas durante lareducci&n, la temperatura de la reacci&n puede elevarse a @C"" >. Estatemperatura es lo su2cientemente alta como para fundir la escoria formada. /e
utilizan gr%nulos de calcio, de alta pureza. El alto contenido de magnesio puedecausar una reacci&n violenta por+ue la temperatura de reacci&n es mayor +ueel punto de ebullici&n del magnesio.
Una mezcla de U<1 y calcio se cargan en un recipiente de reacci&n de acerocuyas paredes internas est%n revestidas con >a< de alta pureza. Esterevestimiento interior evita +ue el material del recipiente reaccione con eluranio met%lico fundido. 'ntes de la reducci&n, el aparato de reacci&n esevacuado y llenado con arg&n. El recipiente se enciende eléctricamente y lareacci&n se completa después de unos pocos segundos. Uranio fundido serecoge en la parte inferior del recipiente y se puede separar f%cilmente de laescoria después de su enfriamiento. El rendimiento es AC(AAH del esperado
toericamente.
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Reducción con ma#nesio. >onsiste en la reducci&n de uranio en una escalam%s grande 7varios cientos de #ilogramos de metal8 se lleva a cabo por logeneral, con el magnesio m%s barato. 6ambién, puesto +ue su masa at&mica esaproximadamente la mitad +ue la del calcio, la cantidad de magnesio re+ueridaes menor. /in embargo, la ventaja de precio se ve compensado en parte por elmenor calor de la reacci&n=
+ue 4ace +ue sea necesario calentar la mezcla de reacci&n a !"" >. /ila mezcla est% a temperatura ambiente cuando se enciende, no se alcanza elpunto de fusi&n de uranio met%lico y de la escoria Mg<. Mediante el uso de unexceso de @H de magnesio, la temperatura alcanzada es s&lo A"" > bajocondiciones adiab%ticas.
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$as paredes interiores del reactor a menudo se recubiertos con dolomita. araobtener un buen rendimiento, la densidad aparente de U<1 debe serrelativamente alta, para tener una buena conductividad térmica. >alentar lamezcla de reacci&n antes de cargarlo al reactor es por lo tanto ventajoso.
Parte Metodológica a nivel de laboratorio.
Materiales
• /istema de extracción, filtrado y lavado de gases• +eactor essel• +ecipiente de dos litros• Fermocupla
Sustancias reactivos
• 67B@.%> g de concentrado de 3ello5 'a*e "071?&• B.#>6 Gg Hcido nítrico• B.#>> Gg Hcido fluorhídrico• B.BB@% Gg gas de hidrógeno
Procedimiento
a& /e mecla 67B@.%> Gg de concentrado de 3ello5 'a*e con B.#>6 Gg de
(cido nítrico para obtener una sal de
NO
¿¿
UO2¿
en un recipiente de # L.
Luego realiar la hidratación.b& El producto hidratado se lleva a un proceso de calcinación a 7BB;'.
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c& En un reactor essel, se realia la reducción de trióxido de uranio a dióxidode uranio "@>B ;'$ ?BB;'&. /e inyecta gas de hidrógeno.
d& Enseguida realiar un proceso de hydrofluoriación, utiliando B.#>> Gg de9.
e& A altas temperaturas de 6DBB$6?BB;', con fl8or molecular se obtiene el
hexafluoruro de uranio.f& 0sando un sistema montado dentro de una cabina cerrada "sistema deextracción, filtrado y lavado de gases&, se realia el proceso de conversiónde 09@ a 09%.
g& -or el proceso de metalotermia se obtiene el uranio met(lico. -ara ello sedebe precalentar por medio de un horno hasta la temperatura de igniciónespont(nea, cercana a los ?D7 G. Luego se produce un violento aumentode temperatura por sobre los 6@D7 G, en alrededor de6 s, lo que haceindispensable el empleo de un reactor cerrado para evitar el escape del gvapor y otros gases lo que provocaría la expulsión de los materiales.