Hidrometalurgia de uranio: un laboratorio de avanzada para el ciclo del combustible

Hidrometalurgia de uranio: un laboratorio de avanzada para el ciclo del combustible

Por David Feliba. En U-238 # 25 Enero – Febrero 17

Cuando la reactivación nuclear comenzó a tomar forma a partir de 2006, el equipo de hidrometalurgia de uranio resurgió para convertirse, diez años después, en el único laboratorio de minería especializado de la región. Actual­mente, la principal actividad del equipo es la puesta en operación de un nuevo laboratorio. Hasta ahora llevan analizados 150 kilos de muestras que provienen del yacimiento de Cerro Solo para el ensayo y diseño de los procesos químicos que serían necesarios para extraer el uranio del mineral que lo contiene.

Con la desactivación de la minería de uranio en la década del 90, el equipo de la CNEA a cargo de su hidrometalurgia se vio encaminado a correr igual destino. El área se llamaba “Desarrollo de Proce­sos”, y estaba abocada al diseño y afinamiento de los métodos de extracción y purificación del ura­nio a partir del mineral de los yacimientos argenti­nos. Se abandona la actividad entonces y el grupo compuesto por expertos químicos se disuelve casi automáticamente.

Así lo relata Jorge Álvarez, licenciado de la UBA, gerente de Química de la CNEA que trabaja en la institución desde hace más de treinta años y pue­de dar testimonio tanto del desmembramiento del equipo como así también de su reconfiguración en el nuevo siglo.

“En 2006, antes de la reactivación de la actividad nuclear, se empieza a barajar la posibilidad de re­tomar la minería de uranio en el país. Dentro de nuestro equipo teníamos a dos personas que ha­bían trabajado en el grupo anterior: Ana La Gam­ma y Elena Becquart. El resto se había jubilado. Entonces, se aprovechó su experiencia para rear­mar el área y poder así reanudar la actividad. Al­rededor del 2007, se produce el ingreso del nuevo personal y hoy, casi diez años después, el equipo cuenta con tres jóvenes”, cuenta Álvarez.

En el presente, al frente de la hidrometalurgia de uranio de la CNEA está la Jefa de la División Pro­cesos Químicos e Ingeniería, la ingeniera química de la UTN Jimena Arias (35). Completan el equipo Valeria Díaz (33), ingeniera química de la UBA, y Alejandro Kinbaum (27), quien se incorporó este año y cursa los estudios en la misma carrera.

En el último tiempo, se dispuso como actividad prin­cipal la puesta en operación de un nuevo laboratorio. Allí pasa el equipo cerca del 40% de su vida profe­sional, estiman. Si bien hay otros laboratorios en mi­nería, fuentes consultadas de la CNEA no conocen otros antecedentes en la región que estén abocados exclusivamente a la hidrometalurgia del uranio.

El laboratorio abarca ocho procesos distintos, cada uno equipado y preparado para las diferentes fa­ ses de procesamiento del mineral de los diferentes yacimientos argentinos de uranio: Almacenamien­to y Caracterización, Lixiviación, Filtración, Purifi­cación y Concentración, Precipitación y, finalmen­te, Química Analítica.

Hasta aquí, llevan analizados en el Centro Atómico de Constituyentes unos 150kg de muestras pro­venientes del yacimiento de Cerro Solo, en el área continental de la provincia de Chubut. Hasta ahora, la Gerencia de Exploración de Materias Primas ha despachado las muestras para el ensayo y diseño de los procesos químicos que serían necesarios para ex­traer el uranio del mineral que lo contiene. Según un viejo documento de la CNEA, el tamaño del depósito del yacimiento se estimó hacia 2005 en 4.600 tonela­das de recursos de uranio recuperables.

¿Pero en qué consiste la hidrometalurgia del ura­nio? ¿Dónde radica su relevancia en el proceso del ciclo del combustible nuclear y por qué la CNEA decidió rearmar el grupo aún cuando la minería no se encuentra habilitada?

Se define a la metalurgia como la extracción de un metal a partir de un mineral. Para el caso, la hidrometalurgia es la rama de la metalurgia que lleva adelante ese proceso con uso de soluciones líquidas, acuosas y orgánicas.

“Es la parte que viene después de la minería”, ex­plica Díaz. Una vez que el mineral sale del yaci­miento, rico en alguno de los metales que se quiere obtener, se trata con diferentes procesos químicos para llegar hasta el elemento de interés. En nues­tro caso, el uranio. Llegamos a un concentrado de uranio que luego se utiliza para fabricar el com­bustible nuclear que utilizan las centrales”, agrega.

“El estado (de lo que ingresa) es sólido, una roca. Lo que nosotros obtenemos (al final) es otro sóli­do, el yellowcake, una especie de polvo amarillo que es un óxido uranio (U-3O8) purificado y con­centrado”. En el medio, explican, múltiples proce­sos pueden llevar a un fin.

“Es la primera etapa del ciclo de combustible”, agrega Álvarez. Si bien las técnicas son más o me­nos conocidas, uno debe ajustarlas a las caracte­rísticas del lugar. Cada yacimiento es distinto, con todo un espectro de minerales y características muy variables. Lo que se hace es desarrollar, po­ner a punto y afinar los métodos para la extrac­ción y purificación del uranio de ese mineral, con la mayor eficiencia posible, y logar así la pureza necesaria”, se explaya.

En condiciones óptimas, un análisis completo des­de la fase de lixiviación hasta la obtención del ye­llowcake puede tardar unos quince días. Para un primer ensayo, cada muestra es de aproximada­mente unos cien gramos. Sin embargo, todo co­mienza en el laboratorio de Almacenamiento y Ca­racterización, donde las muestras arribadas desde los yacimientos —generalmente ya molidas y tritu­radas en la regional de Cuyo— son clasificadas y separadas, con la ayuda de un tamizador. En caso de necesitar mayores reducciones de tamaño para análisis no rutinarios, un molino de escala peque­ña contribuye al objetivo.

En el laboratorio de lixiviación, el uranio se extrae de la muestra sólida y se lo lleva a una solución acuosa. A partir de la aplicación de ciertos reac­tivos y oxidantes, se genera una suerte de pas­ta acuosa que en la jerga se llama “pulpa” y que contiene todos los elementos. Luego, a través de la filtración por vacío, se realiza la separación del sólido —mineral agotado— y el líquido, lo que deja como resultado el lixiviado propiamente dicho, un líquido que contiene el uranio, acompañado de im­purezas, pero ya sin sólidos en la solución.

En los laboratorios de Purificación y Concentra­ción, se lleva el uranio presente en el lixiviado, la fase acuosa, hacia una fase orgánica que está for­mada por un reactivo químico que es altamente se­lectivo hacia el uranio. De esta manera, se obtiene una solución libre del resto de las impurezas que venían acompañándolo a lo largo del proceso.

Finalmente, en la etapa de precipitación, la solu­ción —que contiene el uranio— es sometida a re­activos químicos que hacen que este precipite. Al filtrarlo al vacío nuevamente, se obtiene entonces el concentrado de uranio denominado yellowcake.

Si bien el proceso podría parecer bastante lineal, no obstante, lo cierto es que el diseño del expe­rimento requiere de trabajo dedicado y variable. Según explican, hay un montón de caminos para llegar al uranio purificado, pues dependerá del mineral que venga de la naturaleza. Todo análisis empieza siempre en la biblioteca.

“No es un trabajo rutinario”, dice Díaz, y agrega: “El sólo hecho de que el mineral cambie de Chubut a Mendoza, por ejemplo, lo hace un mineral total­mente diferente, lo que demanda buscar bibliogra­fía nuevamente y ponerte a estudiar. La decisión de los parámetros y reactivos a utilizar viene de lo que se estuvo investigando meses atrás sobre el tema. Estudiamos, diseñamos las experiencias, las hacemos, realizamos la química analítica para obtener los resultados, sacamos las conclusiones y escribimos los informes de cada pequeña muestra que se toma. Lleva mucho tiempo”.

“Nuestro trabajo está un poco en el medio entre el científico y la producción. Es necesario investi­gar, desarrollar y hacer pruebas, pero a su vez es importante considerar la viabilidad económica (del proceso elegido), ya pensando en una siguiente es­cala”, describe Arias.

En el puntapié del ciclo del combustible nuclear, el área que dirige Arias debe trabajar en plena si­nergia con los otros dos equipos de la CNEA que preceden y proceden a su tarea en la cadena. En concreto, al inicio de todo el proceso, el grupo de Exploración de Materias Primas, compuesto principalmente por geólogos, es el que realiza la búsqueda y caracterización de los yacimientos a lo largo del país y quien lleva a cabo las tomas de las muestras que luego enviará, junto a un informe preliminar, para la hidrometalurgia.

Del otro lado, los resultados químicos de los dis­tintos procesos realizados sobre el mineral los re­cibe el área de Producción de Materias Primas, el grupo que se encargaría del diseño, desarrollo y operación de la planta de extracción y purificación.

“El equipo de Exploración evalúa la concentración de uranio que existe en un yacimiento. Nosotros de­sarrollamos los procesos químicos para extraerlo y purificarlo. Después, estos datos van a Producción; son ellos quienes realizan el análisis económico. Si, a partir de los procesos que nosotros sugerimos y la ley del mineral, resulta económicamente viable realizar el procedimiento”, describe Díaz.

Hoy día, no obstante, hay distintos aspectos lega­les que hacen que la actividad minera en la mayor parte de los yacimientos argentinos no sea posible. En su mayoría, señala una fuente consultada, son regulaciones locales que de alguna u otra manera bloquean la minería del uranio, sea por posiciones “no nucleares” o bien la prohibición del uso de áci­do sulfúrico en el proceso. Si bien hay procesos alternativos, como la extracción alcalina, en buena parte de los casos estos afectan la rentabilidad y, por ende, la viabilidad última de los proyectos.

Según cuentan, desde que se cerrara en los años 90 que no hay explotación de los yacimientos de uranio, sino que el país lo compra en el exterior. Para Díaz, “lo que hay ahora es cierto interés por volver a generar nuestro propio uranio nacional para los elementos combustibles. Como va aumen­tando la demanda, también es fundamental esto para cerrar el ciclo del combustible y alcanzar el autoabastecimiento”.

En ese sentido, el Gerente de Química de la CNEA, Jorge Álvarez, explica la importancia de haber re­armado el grupo aun cuando la minería no estuvie­ra habilitada: “Lo primero es no perder la capaci­dad. En el momento en que se superen las trabas existentes, resultará entonces relevante disponer de la capacidad técnica adecuada. Sino, uno debe­ría invertir, por decir, unos cinco a diez años para recién poder retomar la actividad, equipar el labo­ratorio, confeccionar los grupos…”.

“Nuestro trabajo es técnico. La explotación de la actividad minera y la producción, en última instan­cia, del yellowcake nacional depende de múltiples factores. Uno de ellos, el nuestro: que se dominen las técnicas de tratamiento del mineral y se sea capaz de diseñar y desarrollar las instalaciones. Luego, hay espectros económico-políticos. Tener la financiación necesaria y una legislación no ad­versa. Eso ya nos excede”, cierra.