Hidrometalurgia del Uranio Lixiviación De Los Concentrados Tostados

Hidrometalurgia del Uranio LIXIVIACIÓN DE LOS CONCENTRADOS TOSTADOS Los min Los minera erales les y cal calcin cinados ados de óx óxido ido de ura uranio nio se lix lixivi ivian an con dos sol soluci ucione ones s lix lixivi iviant antes es dife di fere rent ntes es,, de depe pendi ndien endo do en gr gran an pa part rte e de lo los s ti tipo pos s y ca canti ntida dade des s de im impu pure reza zas s qu que e contengan. Al material con alto contenido de carbonatos se le da una lixiviación básica con una solución de carbonato de sodio mientras que la mayor parte del mineral uranífero que se lixivia, el cual no tiene un contenido excesivo de ganga básica se somete a un tratamiento con ácido sulfúrico.

Lixiviai!n on "ido #ul$%rio diluido  a presión atmosfrica y temperatura ambiente es el m mto todo do má más s rá rápi pido do y ba bara rato to pa para ra tr trat atar ar lo los s mi mine nera rale les s y ca calc lcin inad ados os de ur uran anio io,, procesándose más del !"# de los materiales uraníferos. $n particular, ste es el mtodo de extracción aceptado por la uraninita, %& ' y la pecblenda, % (&), las cuales son ambas, en esencia, el mismo mineral. La selección de equipo de lixiviación no es de importancia especial y se emplean con xito una varie variedad dad consi considerable derable de equipo equipos. s. Los tanque tanques s *ac *ac+uca, +uca, tanto de acer acero o recu recubierto bierto con cauc+o como los de duelas de madera, son comunes. $n algunos se utiliza un tubo central para la recirculación del aire y todos tienen agitación por aire comprimido. Las ventaas de la agitación por aire son el costo bao inicial y los baos costos de energía y mantenimiento en comparación con los tanques de agitación mecánica. La mec mecánic ánica a tam tambi bin n se uti utiliz liza a a ba baa a y alt alta a vel veloci ocidad dad y pos posibl ibleme emente nte da una meor extracción que la agitación por aire. La lixiviación puede ser intermitente o continua, siendo esta última de uso casi general. La lixiviación continua tiene menores costos de instalación, operación y mantenimiento a la vez que meora la facilidad y consistencia del control de las variables críticas de la lixiviación. La mayoría de las plantas de uranio utilizan lixiviación en una sola etapa con el mineral molido a menos de (- mallas y no se +ace intento alguno por reutilizar el ácido del circuito de lixiviación. $l circuito tiene de cuatro a catorce tanques en serie de ,!x,! m cada uno como tama/o común y la pulpa pasa por gravedad de un tanque al siguiente. La pulpa procedente del circuito de molienda se bombea a los tanques de lixiviación y el contenido de sólidos varía de - a 0- #, dependiendo de la operación de cada planta en particular. 1e agrega su2ciente ácido sulfúrico para llevar el p3 a un valor comprendido entre 4,- y ",dependiendo de cada planta. $l ácido se agrega en etapas en los primeros tanques y su consumo varía de '',5 a 4)' 6g de 3 '1& por tonelada corta de mineral. $l período de lixiviación dura entre ) y 4) +oras siendo el tiempo normal de 44 +oras. La lixiviación ácida de minerales sumamente básicos es costosa en extremo, requirindose 4 libra de sulfúrico para neutralizar cada libra de cal, cal, dolomita o magnesita de la alimentación. 7omo consecuencia, los minerales con más del 4'# de composición básica no se lixivian con ácido, sino que se tratan en forma más económica mediante lixiviación con carbonato de calcio. $l uranio en su estado tetravalente, % 8 es sólo parcialmente parcialmente solub soluble le en ácido sulfúrico diluido en ausencia de un oxidante. 7onsecuentemente, por lo general, se agrega un agente oxidante como el +ierro en estado frrico para convertir todo el uranio al estado +exavalente 08 como ion uranilo %& ''8. %&'8 8 '9e(8 : %&''8 8 '9e'8 $l +ierro en estado fr frrico rico forma tambin un compleo con con cualquier fosfato que +aya en el minera min eral, l, e impide impide que el uranio uranio precipit precipite e en for forma ma de fos fosfat fato o com comple pleo. o. $l bió bióxid xido o de

manganeso y el clorato de sodio son tambin oxidantes e2caces y la elección de cuál de los tres +a de usarse depende de los costos y disponibilidad. '9e'8 8 ;n&' 8 38 : '9e (8 8 ;n'8 8 '3'& 09e'8 8 oculante como el +eparán, para aumentar el asentamiento del residuo insoluble. =espus de la clari2cación, la solución pre/ada se bombea a un circuito de concentración y precipitación, mientras que el residuo insoluble va a la presa de ales. $l uranio puede recuperarse de minerales de baa ley como la branerita, con ayuda de bacterias oxidantes del +ierro y azufre.
y tiene que

&RECI&ITACIÓN  La solución de sulfato de uranilo que resulta de la lixiviación con ácido sulfúrico de minerales oxidados de uranio de baa ley, se puri2ca y concentra antes de su precipitación por uno de dos mtodos, extracción por solvente o intercambio iónico. $l mtodo que más se usa es el primero, por su baa inversión inicial, su rapidez, su simplicidad, su selectividad, alta e2ciencia y que se obtiene más del !!# de extracción.

Extrai!n 'or di#olvente( La solución que se va a tratar por solvente, se clari2ca primero por espesamiento, seguida de una 2ltración. =espus de la cual se la conoce como acuoso pre/ado y contiene de ",) a 4,- gpl de % (&). La solución acuosa pre/ada se bombea al circuito de extracción en el que se pone en contacto con una mezcla orgánica de queroseno al que se llama el orgánico. $l uranio tiene mayor a2nidad por el orgánico que por la solución acuosa y se combina con agua. =espus, debido a la inmiscibilidad entre el orgánico y la solución acuosa, y siendo el primero más ligero que el agua, se eleva a la parte superior y se le separa de la parte acuosa agotada en uranio a la cual se conoce como solución agotada o ra2nado. La extracción se efectúa en cuatro a cinco etapas en tanques divididos, construidos en duelas de madera o de concreto revestidos con 2bra de vidrio. Los tanques se construyen tanto redondos como rectangulares, como por eemplo un tanque redondo de ),' m de diámetro y ',5 de profundidad puede estar dividido en tres cámaras de mezclado y tres de asentamiento y uno de 0,5 de diámetro y ',5 de profundidad en ' y en '. Las cámaras de mezclado son agitadas con impulsores de acero inoxidable. $l >uo del acuoso y de las soluciones orgánicas a travs del circuito es a contracorriente, pasando el

acuoso pre/ado en una dirección y el orgánico en la opuesta. $l acuoso pasa del mezclador de entrada al sedimentador, al segundo mezclador y así sucesivamente, continúa avanzando por el tanque inducindose el >uo ya sea por gravedad o por medio de bombas a prueba de ácido. $l >uo orgánico se recircula de nuevo a cada mezclador desde el sedimentador adyacente, utilizando, ya sea una combinación de sifones de aire y bombas o bien una bomba vertical de turbina. La prdida de orgánico en el circuito es despreciable, ascendiendo a sólo 4, litros por cada '-" litros de acuoso pre/ado 'B'3*&?&rgánico@ 8 %& ' ?acuoso : %& '?B'*&@'?orgánico@ 8 '3 8 ?acuoso@ B: grupo dietil+exilo La solución lixiviante agotada con "# de %(&) se desec+a como material de desperdicio. $l orgánico que contiene a+ora los valores de uranio en una concentración de ',- a 0 gpl de %(&) se mezcla con una solución de carbonato de sodio al 4"#. $l carbonato de sodio tiene una a2nidad mayor por el uranio que el orgánico y lo retiene. La mezcla de la solución pasa entonces a un tanque de asentamiento en el que el orgánico agotado, siendo más ligero, pasa a la parte superior y puede separarse de la solución de carbonato de uranio que permanece abao. A ste se le conoce como el circuito de separación 2nal. La solución orgánica agotada se regresa al circuito de extracción para volver a usarse mientras la solución de carbonato de uranio se envía a precipitación. $sta operación aumenta la concentración en metal en el circuito de separación 2nal ya que la cantidad de solución separación que se utiliza para remover los valores minerales del orgánico pre/ado es por lo general de una dcima o quinceava parte del volumen del orgánico. %&'?B'*&@'?orgánico@ 8 (uye por gravedad en etapas sucesivas mientras la solución de separación de carbonato se bombea mediante un sifón a contracorriente a las etapas siguientes. $l orgánico agotado se regresa a un tanque de retención, donde se austan sus concentraciones originales y se le vuelve a usar en el circuito de extracción. =espus de los circuitos de extracción y separación 2nal, los valores deseados se +an puri2cado y concentrado en forma tal que el volumen de solución pre/ada para separación representa una quinceava parte de la cantidad original de la solución acuosa y este volumen reducido de solución pasa a+ora a la etapa de precipitación. $n la precipitación, la solución se calienta primero en tanques de retención con serpentines de vapor de agua entre - y 54D7 y luego se descarga a tanques de precipitación agitados con aspas de rotación lenta. $n algunos casos se agrega primero ácido sulfúrico para baar el p3 a ',- o ( con obeto de destruir todo el carbonato y expulsar el 7& '. $n todos los casos se agrega +idróxido de sodio o de magnesio o torta amarilla, la cual contiene 5- a )-# de % (&). '
)USIÓN * RE)INO

$l diuranato de sodio uo se regula por gravedad. $n una instalación común se pone la solución acuosa de alimentación en el mezclador ) de una serie de 40 unidades mezcladoras sedimentadoras, y sta >uye a contracorriente a la fase del solvente, la cual se alimenta al conunto por un extremo. La extracción del uranio tiene lugar por la formación de un compleo en la fase del solvente en las primeras ) unidades del conunto. $l solvente cargado >uye entonces a travs de las ) unidades restantes en las que se le trata con nitrato de uranio puro para remover las impurezas  %&'8'<&( 8 'FG* : %& '?<&(@' 8 'FG* $l solvente cargado se calienta a -"D y se le despoa de su carga con una solución diluida de ácido nítrico en agua en un conunto mezcladorHsedimentador de 4' unidades en el cual el agua acidulada y el disolvente cargado van a contracorriente. La e2ciencia total de la extracción es cercana al !!,!!!#, siendo de muy alta pureza el nitrato de uranilo que se produce. La solución de nitrato de uranio puro resultante de la extracción se concentra luego antes de convertirla en %&(, por descomposición trmica. $sta concentración por evaporización produce una solución con un 5"# aprox de nitrato de uranilo y una concentración de )""gpl de uranio. La evaporación resulta en la formación de +exa+idrato de nitrato de uranio el cual se convierte en %&(  ?óxido anaranado en polvo@. $l reactor es circular y está construido en acero inoxidable. $l aire >uidizante se precalienta y se +ace pasar +acia arriba a travs de una placa de distribución. $l trióxido de uranio que se forma continuamente sale del reactor de lec+o >uido a travs de una tubería de descarga del producto y va a una tolva de almacenamiento para la siguiente etapa. %&'?<&(@' 8 03'& E %&( 8 '<&' 8 I &' 8 03'& $l %&(  se convierte en seguida en %& ' ?óxido caf@ por reducción con +idrógeno en un segundo reactor cilíndrico de lec+o >uido y de acero inoxidable que opera entre -"" y 0"" D7. %&( 8 3' E %&' 8 3'& A3"

Los reactores miden ',4 m de altura x ",(- m de diámetro y una profundidad de 4,'' m. $l gas reducto es una mezcla de +idrógeno y nitrógeno en relaciones que varían entre (4 y !4 austando la proporción adecuada para la reducción. $l dióxido de uranio sale por la abertura de descarga del reactor y se unta en la tolva de producto. 1i bien los procesos anteriores pueden llevarse a cabo en forma continua o discontinua, la operación de conversión de %& ' en %9 por +idro>uorinación con 39 gaseoso se efectúa meor como proceso intermitente, debido al tiempo de residencia relativamente largo de  a ) +oras, requerido para que la reacción avance +asta el grado en que sólo de 4 a '# del %&' quede sin convertir. $n esta operación tambin se usa un reactor de lec+o >uido de dise/o muy semeante para la reducción del %& ( en %&' pero se emplea Jnconel en vez de acero inoxidable de material de construcción por mayor resistencia a la acción del ácido >uor+ídrico a la temperatura de operación. $l preducto sólido del reactor es %9 ?sal verde@, mientras que los productos gaseosos son ácidos >uor+ídricos y vapor de agua. $l 39 se recupera en una planta de destilación y se recicla al proceso %& ' 8 39 E %9  8 '3'& A3"K" La operación 2nal es la reducción del tetra>uoruro de uranio con magnesio para producir uranio metálico y escoria de >uoruro d e magnesio. %9 8 ';g E % 8 ';g9 ' A3" 1e pueden usar tanto calcio como magnesio para esta reacción de reducción siendo más ventaoso usar magnesio por su b ao costo y su pureza y la conveniencia de tama/o y forma. La reacción se efectúa por lotes en un recipiente de reacción de acero con orilla vidriada que puede suetarse para sellar el recipiente y retener la carga durante la reacción. $stos recipientes se usan en varios tama/os. A la carga se le a/aden excesos de trocitos de magnesio sobre  a -# de alta pureza. $l recipiente de la reacción se tiene que recubrir, y el recubrimiento se aplica generalmente vidriando o empacando a presión el polvo en torno a un ee dentro del reactor vacío. La escoria de ;g9' 2nalmente molida, la de 7a9' o el óxido dolomítico fundido son todos materiales satisfactorios para dic+o recubrimiento. La reacción de reducción es muy exotrmica y brusca. $l recipiente de reacción cargado se baa al interior de un +orno calentado por resistencia y se calienta lentamente durante varias +oras a 0-"D7, temperatura a la cual se produce la ignición y aumenta bruscamente +asta 4(""D7. temperatura superior al punto de fusión del %ranio ?44("D7@, teniendo lugar una buena separación del metal y la escoria, al untarse estos. =espus de terminar la reacción se saca el recipiente del +orno y se enfría primero al aire y luego en agua, despus de lo cual se abre y se invierte para que caigan la escoria y la masa de uranio. $l uranio se limpia para desprender la escoria que tenga ad+erida y se vuelve a fundir en un +orno a vacío para vaciarlo en barras de elemento combustible o en lingotes adecuados para estirado. La escoria de ;g9 ' se conserva para molerla 2nalmente y usarla como revestimiento en los recipientes de reacción.