[Hidrometalurgia] Aula 19 - Metalurgia do Urânio

[Hidrometalurgia] Aula 19 - Metalurgia do Urânio

(Parte 2 de 2)

235 superior ao teor natural e pode ser usado em reatores que consomem urânio natural ou levemente enriquecido.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Classificação do Urânio

Urânio altamente enriquecido

•Quando alcança uma concentração de 235U superior a 20%, o urânio é considerado altamente enriquecido ou HEU (em inglês, Highly enriched uranium), segundo as convenções internacionais.

•Essa classe de urânio é usada em certos tipos de reatores de nêutrons rápidos, como os reatores de motorização de porta-aviões, ditos "a propulsão nuclear", que requerem taxas de enriquecimento de 50% a 90%.

•Já o reator civil Fermi-1 funciona a uma taxa de enriquecimento nominal de 26.5%.

•O estoque mundial de urânio altamente enriquecido era da ordem de 2000 toneladas, em 2000, sendo que a produção total de urânio era de 2.300.0 toneladas.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Classificação do Urânio

Urânio para uso militar

•Embora o limite fixado pela regulamentação internacional seja de 20%, o teor de isótopo 235

(ou 233) necessário na prática para aplicações militares ultrapassa 85%.

•O urânio altamente enriquecido a uma taxa de enriquecimento da ordem de 80 a 90%, é dito de qualidade militar, podendo ser usado para fabricar uma arma nuclear.

•A massa crítica necessária para um urânio enriquecido a 85% é da ordem de 50 kg.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Classificação do Urânio

•É possível fabricar bombas atômicas com taxas de enriquecimento mais baixas (de 20% ou até menores, segundo alguns autores) mas essa possibilidade é bastante teórica: a massa crítica necessária será tanto maior quanto mais baixa for a taxa de enriquecimento.

•Quando a taxa de enriquecimento é mais baixa, a presença de 238U inibe a reação em cadeia, o que se soma ao efeito de diluição do 235U.

•Teoricamente é possível diminuir a massa crítica necessária com refletores a nêutron ou fazendo implodir a carga, mas essas técnicas não são acessíveis na prática, a não ser em países que já tenham experiência suficiente na concepção de armas atômicas.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Classificação do Urânio

Urânio empobrecido

•O resíduo de enriquecimento é o urânio empobrecido (DU), cujo teor de 235U é da ordem de 0,2 à 0,3%.

•O urânio empobrecido é utilizado na fabricação de combustível MOX para reatores de água pressurizada ou reatores de nêutrons rápidos, além de outras aplicações marginais (peças de artilharia, lastros de aeronaves, etc.).

•A maioria da produção é estocada pois o DU contém um alto teor (mais de 9,3%) de 238U, que é um isótopo fértil, isto é, pode dar origem a outro elemento por meio de reação nuclear induzida, formando o 239Pu (plutônio 239), um isótopo físsil que pode ser empregado em cadeias de reatores regeneradores (breeder reactor).

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Obtenção do concentrado de U3O8 Mineração

Britagem

Moagem

Lixiviação

Separação S/L

Purificação da Solução

Precipitação

Calcinação

Mineração

Britagem

Formação de pilhas

Lixiviação em pilha

Purificação da solução

Precipitação

Calcinação

Agente Lixiviante e Oxidante

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Obtenção do concentrado de U3O8

Lixiviação Ácida com ácido nítrico:

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Obtenção do concentrado de U3O8

Lixiviação Alcalina:

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Obtenção do concentrado de U3O8

Na lixiviação ácida, a oxidação do urânio necessita da presença do íon férrico, independentemente do agente oxidante, pois tudo indica que íon férrico é que oxida o urânio do estado de oxidação IV para o estado de oxidação VI, enquanto o mesmo passa de Fe+++ para Fe++.

Fe3+ + UO2 → U5+ + Fe2+ 45

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Obtenção do concentrado de U3O8

Utiliza-se também como oxidante, o ácido

CARO (mistura de H2SO4 - 93% com igual parte de H2O2) (H2SO5) ou o MnO2 (pirolusita).

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Obtenção do concentrado de U3O8

Separação sólido/líquido: geralmente são utilizados filtros à vácuo em tambor, em disco ou em correia horizontal.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Obtenção do concentrado de U3O8

Purificação da solução: Geralmente extração por solvente:

•TBP (tributilfosfato),

•DEHPA [ácido di (2 - etilhexilfosfórico)],

•aminas (primária, secundária, terciária).

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Precipitação

Utilizam-se os precipitantes tradicionais: Amônia, soda, cal e etc.

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Calcinação

No caso da solução de

Na4UO2(CO3)3, o tricarbonato de amônia uranila é cristalizado por evaporação e também calcinado:

(Parte 2 de 2)

Comentários