Processamento de urânio, preparação do minério para uso em vários produtos.
O urânio (U), embora seja muito denso (19,1 gramas por centímetro cúbico), é um metal relativamente fraco e não-refratário. De fato, as propriedades metálicas do urânio parecem ser intermediárias entre as da prata e outros metais verdadeiros e as dos elementos não metálicos, de modo que não são valorizadas para aplicações estruturais. O principal valor do urânio está nas propriedades radioativas e fissionáveis de seus isótopos. Na natureza, quase todo (99,27%) do metal consiste em urânio-238; o restante consiste em urânio-235 (0,72 por cento) e urânio-234 (0,006 por cento). Desses isótopos de ocorrência natural, apenas o urânio-235 é diretamente fissionável por irradiação de nêutrons. No entanto, o urânio-238, ao absorver um nêutron, forma urânio-239, e este último isótopo acaba decaindo em plutônio-239 - um material físsil de grande importância na energia nuclear e nas armas nucleares. Outro isótopo físsil, o urânio-233, pode ser formado pela irradiação de nêutrons do tório-232.
Mesmo em temperatura ambiente, o metal de urânio finamente dividido reage com oxigênio e nitrogênio. Em temperaturas mais altas, reage com uma grande variedade de metais de liga para formar compostos intermetálicos. A formação de solução sólida com outros metais ocorre apenas raramente, devido às estruturas cristalinas singulares formadas por átomos de urânio. Entre a temperatura ambiente e seu ponto de fusão de 1.132 ° C (2.070 ° F), o metal de urânio existe em três formas cristalinas conhecidas como fases alfa (α), beta (β) e gama (γ). A transformação da fase alfa para a fase beta ocorre a 668 ° C (1.234 ° F) e da fase beta para a fase gama a 775 ° C (1.427 ° F). O urânio gama possui uma estrutura cristalina cúbica (bcc) centrada no corpo, enquanto o urânio beta possui uma estrutura tetragonal. A fase alfa, no entanto, consiste em folhas onduladas de átomos em uma estrutura ortorrômbica altamente assimétrica. Essa estrutura anisotrópica ou distorcida dificulta que os átomos dos metais de liga substituam os átomos de urânio ou ocupem espaços entre os átomos de urânio na estrutura cristalina. Observou-se que apenas o molibdênio e o nióbio formam ligas de solução sólida com urânio.
História
O químico alemão Martin Heinrich Klaproth é creditado com a descoberta do elemento urânio em 1789 em uma amostra de pitchblende. Klaproth nomeou o novo elemento em homenagem ao planeta Urano, que havia sido descoberto em 1781. Porém, até 1841, o químico francês Eugène-Melchior Péligot mostrou que a substância metálica preta obtida por Klaproth era realmente o dióxido de urânio composto. A Péligot preparou o metal de urânio real, reduzindo o tetracloreto de urânio com o metal de potássio.
Antes da descoberta e elucidação da fissão nuclear, os poucos usos práticos do urânio (e estes eram muito pequenos) eram na coloração da cerâmica e como catalisador em certas aplicações especializadas. Hoje, o urânio é altamente valorizado para aplicações nucleares, tanto militares quanto comerciais, e até minérios de baixo teor possuem grande valor econômico. O metal de urânio é produzido rotineiramente por meio do processo Ames, desenvolvido pelo químico americano FH Spedding e seus colegas em 1942 na Universidade Estadual de Iowa, Ames. Nesse processo, o metal é obtido do tetrafluoreto de urânio por redução térmica com magnésio.
Minérios
A crosta terrestre contém cerca de duas partes por milhão de urânio, refletindo uma ampla distribuição na natureza. Estima-se que os oceanos contenham 4,5 × 10 9 toneladas do elemento. O urânio ocorre como um constituinte significativo em mais de 150 minerais diferentes e como um componente menor de outros 50 minerais. Os minerais primários de urânio, encontrados nas veias hidrotérmicas magmáticas e nos pegmatitos, incluem uraninita e pitchblenda (esta última é uma variedade de uraninita). O urânio nesses dois minérios ocorre na forma de dióxido de urânio, que - devido à oxidação - pode variar na composição química exata de UO 2 a UO 2,67. Outros minérios de urânio de importância econômica são a autunita, um fosfato de uranil-cálcio hidratado; tobernite, um uranil fosfato de cobre hidratado; coffinite, um silicato de urânio preto hidratado; e carnotita, um uranil vanadato de potássio hidratado amarelo.
Estima-se que mais de 90% das reservas conhecidas de urânio de baixo custo ocorram no Canadá, África do Sul, Estados Unidos, Austrália, Níger, Namíbia, Brasil, Argélia e França. Cerca de 50 a 60% dessas reservas estão nas formações rochosas conglomeradas do Lago Elliot, localizado ao norte do Lago Huron, em Ontário, Canadá, e nos campos de ouro de Witwatersrand, na África do Sul. As formações de arenito no platô do Colorado e na bacia de Wyoming, no oeste dos Estados Unidos, também contêm reservas significativas de urânio.
Mineração e concentração
Os minérios de urânio ocorrem em depósitos próximos da superfície e muito profundos (por exemplo, 300 a 1.200 metros ou 1.000 a 4.000 pés). Os minérios profundos às vezes ocorrem em costuras de até 30 metros. Como é o caso de minérios de outros metais, os minérios de urânio de superfície são facilmente extraídos com grandes equipamentos de movimentação de terra, enquanto os depósitos profundos são extraídos pelos métodos tradicionais de eixo vertical e deriva.
Os minérios de urânio normalmente contêm apenas uma pequena quantidade de minerais contendo urânio, e estes não são passíveis de fundição por métodos pirrometalúrgicos diretos; em vez disso, devem ser utilizados procedimentos hidrometalúrgicos para extrair e purificar os valores de urânio. A concentração física reduziria bastante a carga nos circuitos de processamento hidrometalúrgico, mas nenhum dos métodos convencionais de beneficiamento normalmente empregados no processamento mineral - por exemplo, gravidade, flotação, eletrostática e até classificação manual - são geralmente aplicáveis aos minérios de urânio. Com poucas exceções, os métodos de concentração resultam em perda excessiva de urânio nos rejeitos.
