Hablemos de megaminería

¿Qué es el uranio?

El uranio es un elemento que en su estado natural se compone de tres isótopos: 234U (0,006%), 235U (0,7%), y 238U (99,3%), que tienen el mismo número atómico Z=92 [92 electrones (cargas -) y protones (cargas +)] y diferente masa atómica debido a que tienen distinta cantidad de neutrones en el núcleo.

El uranio es un elemento de alto peso atómico.

Debido a los porcentajes de cada uno de ellos, nos referiremos sólo al URANIO-238 Y URANIO-235. (Figura 6)

Figura 6

¿Qué es la radiactividad y cuántos tipos de emisiones radiactivas existen?

 La radiactividad es un fenómeno mediante el cuál ciertos elementos emiten radiaciones. Los núcleos de los átomos pueden ser estables o inestables. Los núcleos inestables se transforman y se desintegran originando nuevos nucleídos hasta alcanzar la estabilidad. Cuando la relación neutrones/protones es demasiado grande o demasiado pequeña se produce una emisión radiactiva para que el nucleído alcance la estabilidad.

Existen varios minerales radiactivos entre los que se destacan el uranio, el torio y un isótopo del potasio (K-40).

Las emisiones radiactivas son:

• Radiación α, que aligera los núcleos atómicos en 4 unidades másicas, y cambia el número atómico en dos unidades.
  
  Como en cualquier reacción donde los productos son más estables que los reactivos, se desprende energía.
• Radiación β, que no cambia la masa del núcleo, ya que implica la conversión de un protón en un neutrón o viceversa, y cambia el número atómico en una sola unidad (positiva o negativa, según si la partícula emitida es un electrón o un positrón).
  
  Es decir, es equivalente a transformar un protón dentro del núcleo en un neutrón.
• Radiación γ, por su parte, se debe a que el núcleo pasa de un estado excitado de mayor energía a otro de menor energía, que puede seguir siendo inestable y dar lugar a la emisión de más radiación de tipo α, β o γ. La radiación γ es, por tanto, un tipo de radiación electromagnética muy penetrante, ya que tiene una alta energía por fotón emitido.

Las dos primeras indican que, cuando un átomo emite una radiación alfa o beta, se transforma en otro átomo de un elemento diferente. Este nuevo elemento puede ser radiactivo y transformarse en otro, y así sucesivamente, con lo que se generan las llamadas series radioactivas.

El uranio es un elemento inestable, debido a que tiene más neutrones que protones en su núcleo; por lo tanto, se produce un decaimiento mediante emisiones radiactivas hasta transformarse en un elemento de núcleo estable como el Plomo. (Figura 7)

Figura 7

¿Cuáles son los usos que se le da al Uranio?

1. El principal uso del uranio en la actualidad es como combustible para los reactores nucleares, en las centrales nucleares de potencia (CNP) para la producción de energía eléctrica. Las CNP producían, en el año 2009, el 16% de la electricidad en el mundo.El uranio es enriquecido aumentando la proporción del isótopo 235U desde el 0,7% hasta valores en el rango 3-5%, para utilizar su capacidad para provocar una reacción en cadena de fisión que se expande rápidamente. El uranio-235 es el único isótopo fisible que se encuentra en la naturaleza.
2. Debido a su alta densidad se usa en la construcción de estabilizadores para aviones y satélites artificiales.
3. Se usa como agregado para la creación de cristales de tonos fluorescentes verdes o amarillos.
4. El alto peso atómico hace que el 238U pueda ser utilizado también como un eficaz blindaje contra las radiaciones de alta penetración.
5. Se usa para crear radioisótopos como el cobalto que tiene utilidad médica.
6. El 238U se convierte en plutonio en los reactores reproductores. El plutonio puede ser usado en reactores o en armas nucleares.

¿Cómo se extrae el uranio?

El método de extracción se elige de acuerdo con la naturaleza de sus yacimientos. El uranio se puede explotar en la actualidad mediante el uso de tres métodos:

• a cielo abierto: se emplea cuando la mena (mineral que contiene al uranio) se encuentra a menos de 100 metros de profundidad.
• en forma subterránea: se emplea cuando el mineral se encuentra a más de 100 metros de la superficie y se realizan por pozos verticales y galerías horizontales que permiten la explotación y ventilación de las zonas mineralizadas.
• lixiviación “in situ”: se emplea cada vez más en operaciones mineras, consiste en acceder a las mineralizaciones subterráneas por sondeos, los cuales permiten disolver el uranio con la inyección de soluciones débilmente ácidas de ácido sulfúrico (3-5% H2SO4) o carbonatadas que luego se bombean a la superficie para separar allí el uranio y obtener el “yellow cake” (torta amarilla).

¿Cómo es el proceso durante la explotación de Uranio?

Los métodos a cielo abierto y galerías tiene características similares a las descriptas en la explotación de otros metales como oro y plata; tanto en la liberación de metales al ambiente, como en la producción de drenaje ácido de mina (DAM) y la generación de enormes pasivos ambientales que producirán contaminación de suelos, aire, aguas superficiales y subterráneas.

Sin embargo, debido a las características del uranio se agregan en los diques de colas con residuos provenientes de la explotación elementos como: restos de uranio, radio-226, radio-222; y compuestos químicos como: ácido sulfúrico, isodecanol, carbonato más hidróxido de sodio, bióxido de manganeso, etc.

¿Cuántos son los residuos generados en el proceso de extracción de uranio?

Los estudios realizados permiten calcular que por cada tonelada de Uranio extraída se generan 3.700 litros de residuos líquidos y cien veces el peso del material obtenido en residuos de radio.

El método de lixiviación “in situ”, ¿tiene riesgos ambientales?

Los riesgos son muy altos, ya que existe la posibilidad de contaminar los acuíferos. Ha de tenerse en cuenta que los acuíferos representan el 30% del agua dulce presente en el planeta.

Figura 8

Se hacen 2 pozos que llegan hasta el acuífero, por el pozo inyector se introduce la sustancia lixiviante (H2SO4) que va diluyendo el uranio que encuentre en esa zona y por el llamado pozo extractor, mediante una bomba sumergible centrífuga, se saca la solución del lixiviado y se envía a la superficie para procesarla. La presión en el pozo inyector tiene que ser mayor que la presión del pozo productor; para que ello suceda, el volumen de líquido que se extrae debe ser mayor al que se inyecta.

Si se aplica una gran presión para favorecer el lixiviado, puede dar lugar a pérdidas, por ejemplo, que se rompa la impermeabilidad del acuífero o que haya pérdida del lixiviante y continúe el recorrido hacia aguas más profundas.

Las sustancias para lixiviar el uranio pueden ser ácidas o alcalinas y la elección depende de varias condiciones: del terreno debajo del acuífero, de la permeabilidad y de cuán rápido queremos extraer el uranio. La disolución ácida es mucho más agresiva y extrae más rápido el uranio que la alcalina.

• La lixiviación ácida se puede realizar con ácido sulfúrico o nítrico diluido, pero de la misma manera que disuelve el uranio lo hace con:
  • los metales pesados como arsénico (As), plomo (Pb), níquel (Ni), cadmio (Cd), cobalto (Co), cromo (Cr), zinc (Zn), estaño (Sn) y mercurio (Hg). Los metales pesados son bioacumulables y como tóxicos en el ambiente pueden causar daños en las personas.
  • también en la lixiviación estarán presentes los oligoelementos calcio (Ca), potasio (K), hierro (Fe), etc. que todos tenemos en pequeñas concentraciones en el organismo, sin embargo, serán incorporados a las fuentes de agua por encima de nuestras necesidades.
• La lixiviación alcalina se puede realizar con bicarbonato de amonio o bicarbonato de sodio, pero el inconveniente que tiene es que:
  • aumenta la disolución de elementos radioactivos como el Radio 226, que será llevado a la superficie.
  • produce emisiones del radón 222 (procedente del Uranio) en superficie.

Inconvenientes:

• La lixiviación ácida libera metales pesados y la alcalina libera elementos radioactivos, ocasionando riesgos de intoxicaciones.
• La lixiviación “in situ” tiene un potencial de contaminación de aguas subterráneas porque existe dificultad en controlar o contener las soluciones lixiviantes debido a fallas o ausencia de masas rocosas de confinamiento.
• Limitación en el lixiviante apropiado para el metal contenido en el mineral.
• Imposibilidad de recuperar más de uno o dos metales de minerales polimetálicos.
• Dificultad de evaluar con exactitud el nivel de recuperación de los elementos metálicos del depósito,
• Baja velocidad de extracción y bajo nivel de recuperación de valores en comparación con el obtenido por los métodos de extracción convencionales.

Diseño de los pozos: de 5 y 7 pozos inyectores con un pozo productor en el medio. (Figura 9)

Figura 9

Detalles operativos:

1. cada conjunto de pozos (de 5 0 7 pozos) puede operar de 1 a 3 años.
2. de 15 a 20 años de operación continua.
3. extracción del 50% al 80% del uranio subterráneo.

En la planta de procesamiento se separa el uranio del agua y del lixiviante, que será reutilizado agregando más ácido y volviéndolo a inyectar (ver figura 10).

El agua se coloca a una pileta de evaporación de superficie y el uranio obtenido se envía a otra planta donde se lo procesa y se llega al punto final de la torta amarilla.

Figura 10

¿Cuáles son los efectos biológicos de las radiaciones?

Las radiaciones de diferentes frecuencias causan daño en varias partes del organismo, sin embargo, cuando hablamos de daños por radiación, en general nos referimos a los efectos producidos por radiación de alta energía como los rayos X de los dispositivos médicos y los rayos α, β y γ provenientes de materiales radiactivos. Los rayos X y los rayos γ se diferencian en su frecuencia, o lo que es lo mismo, en su energía, siendo ambos radiación electromagnética. Los rayos X y los rayos γ más energéticos pueden penetrar cualquier punto del cuerpo humano, pueden afectar el sistema nervioso, los órganos internos e incluso pueden causar serios daños en el DNA de las células dependiendo de la energía que posean.

El uranio diseminado en la naturaleza y su explotación

El uranio es una sustancia radiactiva que ocurre en forma natural. Forma parte de las rocas, tierra, aire y el agua y se halla en la naturaleza en forma de minerales, pero nunca como metal.

El uranio metálico es de color plateado con superficie gris y es casi tan resistente como el acero.

En el proceso de explotación de uranio, al extraerlo y concentrarlo inicia su decaimiento ya que es inestable, emitiendo partículas y rayos ionizantes hasta convertirse en plomo estable.

El residuo que queda se llama relave o cola. Los relaves contienen grandes cantidades de productos químicos y sustancias radiactivas que no fueron removidas, tales como radio y torio.

Una de las propiedades radiactivas del uranio es la vida media, o el tiempo que tarda la mitad del isótopo en emitir su radiación y transformarse a otra sustancia.

Las vidas medias son muy largas (cerca de 200,000 años para el 234U, 700 millones de años para el 235U, y 5 billones de años para el 238U). Es por esto que el uranio aún existe en la naturaleza y no ha decaído totalmente.

El isótopo 235U es útil como combustible en plantas nucleares y en armamentos. Para producir combustible, el uranio natural es separado en dos porciones. La porción combustible tiene más 235U que lo normal y se llama uranio enriquecido. La porción sobrante con menos 235U que lo normal se llama uranio empobrecido. El uranio natural, enriquecido o empobrecido es químicamente idéntico. El uranio empobrecido es el menos radiactivo; el uranio enriquecido, el más radiactivo.

¿Cuáles son los efectos del uranio sobre la salud?

Todas las mezclas de uranio (natural, enriquecido y empobrecido) tienen los mismos efectos químicos en el organismo, reaccionando con los tejidos y dañando los riñones. El daño de radiación por exposición a altos niveles de uranio natural o empobrecido, no produce cáncer. Sin embargo, el uranio puede transformarse a otras sustancias radiactivas, como por ejemplo radio, las que sí pueden producir cáncer si existe una exposición a ellas en suficiente cantidad por un período prolongado.

Se han descrito casos de cáncer del pulmón y otros cánceres en estudios de mineros de uranio; sin embargo, los mineros también fumaban y estaban expuestos a otras sustancias que producen cáncer tales como el radón y polvo de sílice.

¿Qué es el radón? ¿Qué efectos causa en la salud? ¿Por qué es tan preocupante su presencia en los lugares en los que hay uranio?

El radón es un gas de origen natural incoloro, inodoro e insípido. El radón se produce a partir de la desintegración radiactiva natural del uranio, que está presente de forma en suelos y rocas. El radón también puede encontrarse en el agua.

El radón emana fácilmente del suelo y pasa al aire, donde se desintegra y emite partículas radiactivas. Al respirar e inhalar esas partículas, estas se depositan en las células que recubren las vías respiratorias, donde pueden dañar el ADN y provocar cáncer de pulmón. Según la OMS, el radón es la segunda causa más importante de cáncer de pulmón después del tabaco.

Los niveles de acción en la Unión Europea son de 200 a 600 Bq/m3, para radón en viviendas y 1000 Bq/m3 en lugares de trabajo, según el Organismo Internacional de la Energía Atómica (OIEA), valores que la ICRP recomienda que deben considerarse como niveles de exclusión, ya que no es susceptible su control.

El riesgo de cáncer de pulmón aumenta de manera proporcional al aumento de la exposición al radón y la probabilidad es mayor en el caso de fumadores (riesgo asociado es 25 veces mayor).

La presencia continuada de los efectos del este gas radioactivo en un edificio por contaminantes interiores o exteriores pueden ser motivo de la aparición de casos de “edificios enfermos”.

Al aire libre, el radón se diluye rápidamente, tiene concentraciones muy bajas y no suele representar ningún problema. La concentración media de radón al aire libre varía de 5 Bq/m³ a 15 Bq/m³. En cambio, en espacios cerrados, las concentraciones de radón son más elevadas, en especial en lugares como minas, cuevas y plantas de tratamiento de aguas, donde se registran los niveles más altos. En edificios (como viviendas, escuelas y oficinas), las concentraciones de radón varían de menos de 10 Bq/m³ hasta más de 10.000 Bq/m³.

Bq = Becquerel (unidad de actividad radiactiva). Un becquerel se define como la actividad de una cantidad de material radiactivo con decaimiento de un núcleo por segundo. Equivale a una desintegración nuclear por segundo.

La concentración de radón en el interior de una vivienda depende de varios parámetros, la OMS considera estos 3 factores:

• Cantidad de uranio que contienen las rocas y el terreno del subsuelo del área en la que se encuentra la vivienda.
• Las vías que el radón encuentra para filtrarse en las viviendas.
• Tasa de intercambio entre el aire interior y exterior, es decir, renovación del aire interior.

Peligros de los diques de cola:

• emisión de radón permanentemente, quienes viven en dirección donde va el viento van a estar expuestos al radón.
• hay polvo de uranio que salen de las plantas de procesamiento, es muy fino, se deposita en el suelo, las plantas y se sigue descomponiendo en radio 226 y radón 222 que seguirá la cadena trófica contaminando a las personas.
• emisión de rayos gamma
• el polvo lleva radio 226 y arsénico

Figura 11

Las minas de uranio explotadas en nuestro país han ocasionado daños ambientales de distinta magnitud, como es el caso de Sierra Pintada en la provincia de Mendoza.