Uranio Metal

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.



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



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



9igura :;6 2iagrama de bloques de las distintas opciones delproceso hidromineral8rgico de concentración del mineral de uranio.

:ota< Extraido de "Alvare, 6==>&



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



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



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



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

http://web.ead.anl.gov/uranium/guide/prodhand/sld001.cfm

http://web.ead.anl.gov/uranium/guide/prodhand/sld001.cfm



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#,



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



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.



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.



$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;'.



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.

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