Uranio

The major application of uranium in the military sector is in high-density penetrating projectiles. This ammunition consists of depleted uranium (DU) alloyed with 1–2% other elements, such as titanium or molybdenum.^[23] At high impact speed, the density, hardness, and pyrophoricity of the projectile enable the destruction of heavily armored targets. Tank armor and other removable vehicle armor can also be hardened with depleted uranium plates. The use of depleted uranium became politically and environmentally contentious after the use of such munitions by the US, UK and other countries during wars in the Persian Gulf and the Balkans raised health questions concerning uranium compounds left in the soil (see Gulf War syndrome).^[20]

El uranio empobrecido también se utiliza como material de blindaje en algunos contenedores utilizados para almacenar y transportar materiales radiactivos. Si bien el metal en sí es radiactivo, su alta densidad lo hace más eficaz que el plomo para detener la radiación de fuentes fuertes como el radio . ^{[ 11 ]} Otros usos del uranio empobrecido incluyen contrapesos para superficies de control de aeronaves, como lastre para vehículos de reentrada de misiles y como material de blindaje. ^{[ 12 ]} Debido a su alta densidad, este material se encuentra en sistemas de guía inercial y en brújulas giroscópicas . ^{[ 12 ]} El uranio empobrecido se prefiere sobre metales de densidad similar debido a su capacidad de ser fácilmente mecanizado y fundido, así como a su costo relativamente bajo. ^{[ 24 ]} El principal riesgo de exposición al uranio empobrecido es el envenenamiento químico por óxido de uranio más que la radiactividad (el uranio es solo un débil emisor alfa ).

Durante las últimas etapas de la Segunda Guerra Mundial , toda la Guerra Fría y, en menor medida, posteriormente, el uranio-235 se ha utilizado como material explosivo fisionable para producir armas nucleares. Inicialmente, se construyeron dos tipos principales de bombas de fisión: un dispositivo relativamente simple que utiliza uranio-235 y un mecanismo más complejo que utiliza plutonio-239 derivado del uranio-238. Más tarde, se construyó un tipo de bomba de fisión/fusión ( arma termonuclear ) mucho más compleja y potente , que utiliza un dispositivo basado en plutonio para provocar la fusión nuclear de una mezcla de tritio y deuterio . Estas bombas están recubiertas con una carcasa de uranio no fisionable (no enriquecido) y obtienen más de la mitad de su potencia de la fisión de este material mediante neutrones rápidos provenientes del proceso de fusión nuclear. ^{[ 25 ]}

El principal uso del uranio en el sector civil es como combustible para centrales nucleares . Un kilogramo de uranio-235 puede producir teóricamente unos 20 terajulios de energía (2 × 10 ¹³ julios ), suponiendo una fisión completa; tanta energía como 1,5millones de kilogramos (1500 toneladas métricas ) de carbón . ^{[ 10 ]}  

Las centrales nucleares comerciales utilizan combustible que normalmente está enriquecido a alrededor del 3 % de uranio-235. ^{[ 10 ]} Los diseños CANDU y Magnox son los únicos reactores comerciales capaces de utilizar combustible de uranio no enriquecido. El combustible utilizado para los reactores de la Armada de los Estados Unidos normalmente está altamente enriquecido en uranio-235 (los valores exactos son clasificados ). En un reactor reproductor , el uranio-238 también puede convertirse en plutonio-239 a través de la siguiente reacción: ^{[ 12 ]}

²³⁸ ₉₂ U+ n→ ²³⁹ ₉₂ U+ γβ ⁻ →  ²³⁹ ₉₃ Npβ ⁻ →  ²³⁹ ₉₄ Pu

Antes (y, ocasionalmente, después) del descubrimiento de la radiactividad, el uranio se utilizaba principalmente en pequeñas cantidades para vidrios amarillos y esmaltes de cerámica, como el vidrio de uranio y en Fiestaware . ^{[ 26 ]}

El descubrimiento y aislamiento del radio en el mineral de uranio (pechblenda) por Marie Curie impulsó el desarrollo de la minería de uranio para extraer el radio, que se utilizaba para fabricar pinturas fosforescentes para esferas de relojes y aviones. ^{[ 27 ] [ 28 ]} Esto generó una cantidad prodigiosa de uranio como producto de desecho, ya que se necesitan tres toneladas de uranio para extraer un gramo de radio. Este producto de desecho se desvió a la industria vidriera, lo que hizo que los esmaltes de uranio fueran muy económicos y abundantes. Además de los esmaltes para cerámica, los esmaltes para azulejos de uranio representaron la mayor parte del uso, incluyendo los azulejos comunes para baños y cocinas, que se pueden producir en verde, amarillo, malva , negro, azul, rojo y otros colores.

El uranio también se utilizó en productos químicos fotográficos (especialmente nitrato de uranio como tóner ), ^{[ 12 ]} en filamentos de lámparas para bombillas de iluminación escénica , ^{[ 29 ]} para mejorar la apariencia de las dentaduras postizas , ^{[ 30 ]} y en las industrias del cuero y la madera para tintes y colorantes. Las sales de uranio son mordientes de seda o lana. El acetato de uranilo y el formiato de uranilo se utilizan como "colorantes" electrodensos en la microscopía electrónica de transmisión , para aumentar el contraste de las muestras biológicas en secciones ultrafinas y en la tinción negativa de virus , orgánulos celulares aislados y macromoléculas .

El descubrimiento de la radiactividad del uranio propició usos científicos y prácticos adicionales del elemento. La larga vida media del uranio-238 (4,47 × 10⁹ años) lo hace muy adecuado para su uso en la estimación de la edad de las rocas ígneas más antiguas y para otros tipos de datación radiométrica , incluyendo la datación uranio-torio , la datación uranio-plomo y la datación uranio-uranio . El metal uranio se utiliza para blancos de rayos X en la producción de rayos X de alta energía. ^{[ 12 ]}

El uso de pechblenda , uranio en su forma de óxido natural , se remonta al menos al año 79 d. C., cuando se utilizaba en el Imperio Romano para añadir un color amarillo a los esmaltes cerámicos . ^{[ 12 ]} En 1912 , RT Gunther, de la Universidad de Oxford , encontró vidrio amarillo con un 1 % de óxido de uranio en una villa romana en el cabo Posillipo , en el golfo de Nápoles, Italia . ^{[ 31 ]} A partir de finales de la Edad Media , la pechblenda se extraía de las minas de plata de los Habsburgo en Joachimsthal , Bohemia (actualmente Jáchymov en la República Checa), en los Montes Metálicos , y se utilizaba como agente colorante en la industria local de fabricación de vidrio . ^{[ 32 ]} A principios del siglo XIX, estas minas eran las únicas fuentes conocidas de mineral de uranio en el mundo.

El descubrimiento del elemento se atribuye al químico alemán Martin Heinrich Klaproth . Mientras trabajaba en su laboratorio experimental en Berlín en 1789, Klaproth logró precipitar un compuesto amarillo (probablemente diuranato de sodio ) disolviendo pechblenda en ácido nítrico y neutralizando la solución con hidróxido de sodio . ^{[ 32 ]} Klaproth supuso que la sustancia amarilla era el óxido de un elemento aún no descubierto y la calentó con carbón vegetal para obtener un polvo negro, que creyó que era el metal recién descubierto (de hecho, ese polvo era un óxido de uranio ). ^{[ 32 ] [ 33 ]} Bautizó al elemento recién descubierto como "Uranit" en honor al planeta Urano (nombrado en honor al dios griego primordial del cielo ), que había sido descubierto ocho años antes por William Herschel . ^{[ 34 ]} Posteriormente lo renombró "Uranio" para ajustarse a la nomenclatura estándar. ^{[ 35 ]}

En 1841, Eugène-Melchior Péligot , profesor de Química Analítica en el Conservatoire National des Arts et Métiers (Escuela Central de Artes y Manufacturas) de París , aisló la primera muestra de uranio metálico calentando tetracloruro de uranio con potasio . ^{[ 32 ] [ 36 ]}

Henri Becquerel descubrió la radiactividad utilizando uranio en 1896. ^{[ 17 ]} Becquerel hizo el descubrimiento en París al dejar una muestra de una sal de uranio, K ₂ UO ₂ (SO ₄ ) ₂ (sulfato de uranilo y potasio), sobre una placa fotográfica sin exponer en un cajón y notar que la placa se había "empañado". ^{[ 37 ]} Determinó que una forma de luz invisible o rayos emitidos por el uranio habían expuesto la placa.

Durante la Primera Guerra Mundial, cuando las Potencias Centrales sufrieron escasez de molibdeno para fabricar cañones de artillería y aceros para herramientas de alta velocidad, utilizaron habitualmente aleación de ferrouranio como sustituto, ya que presenta muchas de las mismas características físicas que el molibdeno. Cuando esta práctica se conoció en 1916, el gobierno estadounidense solicitó a varias universidades destacadas que investigaran el uso del uranio en la fabricación y la metalurgia. Las herramientas fabricadas con estas fórmulas se mantuvieron en uso durante varias décadas, ^{[ 38 ] [ 39 ]} hasta que el Proyecto Manhattan y la Guerra Fría generaron una gran demanda de uranio para la investigación de la fisión nuclear y el desarrollo de armas.

Un equipo liderado por Enrico Fermi en 1934 descubrió que bombardear uranio con neutrones produce rayos beta ( electrones o positrones de los elementos producidos; véase partícula beta ). ^{[ 40 ]} Los productos de fisión fueron inicialmente confundidos con nuevos elementos con números atómicos 93 y 94, a los que el decano de la Universidad Sapienza de Roma , Orso Mario Corbino , denominó ausenio y hesperio , respectivamente. ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]} Los experimentos que llevaron al descubrimiento de la capacidad del uranio para fisionarse (romperse) en elementos más ligeros y liberar energía de enlace fueron realizados por Otto Hahn y Fritz Strassmann ^{[ 40 ]} en el laboratorio de Hahn en Berlín. Lise Meitner y su sobrino, el físico Otto Robert Frisch , publicaron la explicación física en febrero de 1939 y denominaron al proceso " fisión nuclear ". ^{[ 45 ]} Poco después, Fermi planteó la hipótesis de que la fisión del uranio podría liberar suficientes neutrones para mantener una reacción de fisión. La confirmación de esta hipótesis llegó en 1939, y trabajos posteriores encontraron que, en promedio, se liberan alrededor de 2,5 neutrones por cada fisión de uranio-235. ^{[ 40 ]} Fermi instó a Alfred OC Nier a separar los isótopos de uranio para determinar el componente fisionable, y el 29 de febrero de 1940, Nier utilizó un instrumento que construyó en la Universidad de Minnesota para separar la primera muestra de uranio-235 del mundo en el Laboratorio Tate. Utilizando el ciclotrón de la Universidad de Columbia , John Dunning confirmó que la muestra era el material fisionable aislado el 1 de marzo. ^{[ 46 ]} Trabajos posteriores encontraron que el isótopo de uranio-238, mucho más común, puede transmutarse en plutonio, que, al igual que el uranio-235, también es fisionable por neutrones térmicos. Estos descubrimientos llevaron a numerosos países a comenzar a trabajar en el desarrollo de armas nucleares y energía nuclear . A pesar de que la fisión se descubrió en Alemania, el UranvereinEl proyecto alemán de investigación sobre energía nuclear y/o armas nucleares durante la guerra se vio obstaculizado por la escasez de recursos, las luchas internas, el exilio o la falta de participación de varios científicos prominentes en el campo y varios errores cruciales, como no tener en cuenta las impurezas en las muestras de grafito disponibles, lo que lo hacía parecer menos adecuado como moderador de neutrones de lo que realmente es. Los intentos de Alemania por construir un reactor de uranio natural / agua pesada no habían alcanzado la criticidad cuando los estadounidenses llegaron a Haigerloch , el lugar del último experimento alemán con reactores nucleares durante la guerra. ^{[ 47 ]}

El 2 de diciembre de 1942, como parte del Proyecto Manhattan , otro equipo liderado por Enrico Fermi logró iniciar la primera reacción nuclear en cadena artificial autosostenida , Chicago Pile-1 . Un plan inicial que utilizaba uranio-235 enriquecido fue abandonado ya que aún no estaba disponible en cantidades suficientes. ^{[ 48 ]} Trabajando en un laboratorio debajo de las gradas de Stagg Field en la Universidad de Chicago , el equipo creó las condiciones necesarias para dicha reacción apilando 360 toneladas de grafito , 53 toneladas de óxido de uranio y 5,5 toneladas de uranio metálico, la mayor parte del cual fue suministrado por la planta de lámparas de Westinghouse en un proceso de producción improvisado. ^{[ 40 ] [ 49 ]}

Durante la Segunda Guerra Mundial , Estados Unidos desarrolló dos tipos de bombas atómicas : un dispositivo basado en uranio (nombre en clave "Little Boy") cuyo material fisionable era uranio altamente enriquecido , y un dispositivo basado en plutonio (véase la prueba Trinity y "Fat Man") cuyo plutonio se derivaba del uranio-238. Little Boy se convirtió en la primera arma nuclear utilizada en la guerra cuando fue detonada sobre Hiroshima , Japón , el 6 de agosto de 1945. Con una potencia equivalente a 12 500 toneladas de TNT , la onda expansiva y térmica de la bomba destruyó cerca de 50 000 edificios y causó la muerte de aproximadamente 75 000 personas (véase Bombardeos atómicos de Hiroshima y Nagasaki ). ^{[ 37 ]}

In 1943 the Manhattan Project contracted two private companies, Union Carbide and Chevron, to quietly compile a survey of uranium deposits around the world. As the survey results came in, two geology professors studied the results and suggested general guidelines for new sources, including uranium associated with gold mines in the Rand area in South Africa.^[50]

Initially it was believed that uranium was relatively rare, and that nuclear proliferation could be avoided by simply buying up all known uranium stocks, but within a decade large deposits of it were discovered in many places around the world.^[51]

The X-10 Graphite Reactor at Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in Oak Ridge, Tennessee, formerly known as the Clinton Pile and X-10 Pile, was the world's second artificial nuclear reactor (after Enrico Fermi's Chicago Pile) and was the first reactor designed and built for continuous operation. Argonne National Laboratory's Experimental Breeder Reactor I, located at the Atomic Energy Commission's National Reactor Testing Station near Arco, Idaho, became the first nuclear reactor to create electricity on 20 December 1951.^[52] Initially, four 150-watt light bulbs were lit by the reactor, but improvements eventually enabled it to power the whole facility (later, the town of Arco became the first in the world to have all its electricity come from nuclear power generated by BORAX-III, another reactor designed and operated by Argonne National Laboratory).^[53][54] The world's first commercial scale nuclear power station, Obninsk in the Soviet Union, began generation with its reactor AM-1 on 27 June 1954. Other early nuclear power plants were Calder Hall in England, which began generation on 17 October 1956,^[55] and the Shippingport Atomic Power Station in Pennsylvania, which began on 26 May 1958. Nuclear power was used for the first time for propulsion by a submarine, the USS Nautilus, in 1954.^[40][56]

En 1972, el físico francés Francis Perrin descubrió quince reactores de fisión nuclear naturales, antiguos e inactivos, en tres depósitos minerales distintos de la mina Oklo en Gabón , África, conocidos colectivamente como los Reactores Fósiles de Oklo . El depósito tiene 1700  millones de años; en aquel entonces, el uranio-235 constituía aproximadamente el 3 % del uranio en la Tierra. ^{[ 57 ]} Esta concentración es lo suficientemente alta como para permitir una reacción en cadena sostenida, si existen otras condiciones favorables. La capacidad del sedimento circundante para contener los residuos nucleares, que representan una amenaza para la salud , ha sido citada por el gobierno federal de EE. UU. como prueba de la viabilidad de almacenar combustible nuclear gastado en el depósito de residuos nucleares de Yucca Mountain . ^{[ 57 ]}

Las pruebas nucleares en superficie realizadas por la Unión Soviética y Estados Unidos en las décadas de 1950 y principios de 1960, y por Francia en las décadas de 1970 y 1980 ^{[ 24 ],} dispersaron una cantidad significativa de lluvia radiactiva de isótopos hijos del uranio por todo el mundo. ^{[ 58 ]} Se produjo lluvia radiactiva y contaminación adicionales a raíz de varios accidentes nucleares . ^{[ 59 ]}

Los mineros de uranio tienen una mayor incidencia de cáncer . Por ejemplo, se ha documentado un riesgo excesivo de cáncer de pulmón entre los mineros de uranio navajos y se ha vinculado a su ocupación. ^{[ 60 ]} La Ley de Compensación por Exposición a la Radiación , una ley de 1990 en los EE. UU., exigía $100 000 en "pagos por compasión" a los mineros de uranio diagnosticados con cáncer u otras afecciones respiratorias. ^{[ 61 ]}

Durante la Guerra Fría entre la Unión Soviética y Estados Unidos, se acumularon enormes reservas de uranio y se crearon decenas de miles de armas nucleares utilizando uranio enriquecido y plutonio derivado del uranio. Tras la disolución de la Unión Soviética en 1991, se estima que 600  toneladas cortas (540  toneladas métricas) de uranio altamente enriquecido apto para armas (suficiente para fabricar 40 000 ojivas nucleares) se almacenaron en instalaciones a menudo con vigilancia insuficiente en la Federación Rusa y otros estados exsoviéticos. ^{[ 20 ]} La policía de Asia , Europa y Sudamérica interceptó en al menos 16 ocasiones, entre 1993 y 2005, envíos de uranio o plutonio de contrabando apto para armas nucleares, la mayoría procedentes de fuentes exsoviéticas. ^{[ 20 ]} Entre 1993 y 2005, el Programa de Protección, Control y Contabilidad de Materiales , operado por el gobierno federal de los Estados Unidos , gastó aproximadamente 550 millones de dólares estadounidenses para ayudar a salvaguardar las reservas de uranio y plutonio en Rusia. Este dinero se utilizó para mejoras y refuerzos de seguridad en las instalaciones de investigación y almacenamiento. ^{[ 20 ]}

La seguridad de las instalaciones nucleares en Rusia ha mejorado significativamente desde la estabilización de la inestabilidad política y económica de principios de la década de 1990. Por ejemplo, en 1993 se registraron 29 incidentes de nivel superior a 1 en la Escala Internacional de Sucesos Nucleares , cifra que se redujo a menos de cuatro por año entre 1995 y 2003. El número de empleados que recibieron dosis anuales de radiación superiores a 20 mSv , equivalente a una tomografía computarizada de cuerpo completo , ^{[ 62 ]} experimentó un fuerte descenso alrededor del año 2000. En noviembre de 2015, el gobierno ruso aprobó un programa federal de seguridad nuclear y radiológica para el período 2016-2030 con un presupuesto de 562 mil millones de rublos (aproximadamente 8 mil millones de dólares estadounidenses ). Su principal objetivo son "los pasivos diferidos acumulados durante los 70 años de la industria nuclear, en particular durante la época de la Unión Soviética". Aproximadamente el 73% del presupuesto se destinará al desmantelamiento de reactores nucleares e instalaciones nucleares antiguas y obsoletas, especialmente aquellas involucradas en programas de defensa estatal; el 20% se destinará al procesamiento y eliminación de combustible nuclear y desechos radiactivos, y el 5% a la supervisión y garantía de la seguridad nuclear y radiológica. ^{[ 63 ]}

Al igual que todos los elementos con pesos atómicos superiores al del hierro , el uranio solo se forma naturalmente mediante el proceso r (captura rápida de neutrones) en supernovas y fusiones de estrellas de neutrones . ^{[ 68 ]} El torio y el uranio primordiales solo se producen en el proceso r, porque el proceso s (captura lenta de neutrones) es demasiado lento y no puede superar la brecha de inestabilidad después del bismuto. ^{[ 69 ] [ 70 ]} Además de los dos isótopos primordiales de uranio existentes, ²³⁵ U y ²³⁸ U, el proceso r también produjo cantidades significativas de ²³⁶ U , que tiene una vida media más corta y, por lo tanto, es un radionúclido extinto , que se desintegró completamente en ²³² Th hace mucho tiempo. Se produjo más uranio-236 por la desintegración de ²⁴⁴ Pu , lo que explica la abundancia observada mayor de lo esperado de torio y la abundancia menor de lo esperado de uranio. ^{[ 71 ]} Si bien la abundancia natural de uranio se ha complementado con la desintegración del ²⁴² Pu (vida media de 375.000  años) y ^{el 247} Cm (vida media de 16  millones de años), que producen ²³⁸ U y ²³⁵ U respectivamente, esto ocurrió en una medida casi insignificante debido a las vidas medias más cortas de estos progenitores y su menor producción que ^{el 236} U y el ²⁴⁴ Pu, los progenitores del torio: la relación ²⁴⁷ Cm/ ²³⁵ U en la formación del Sistema Solar fue(7,0 ± 1,6) × 10 ⁻⁵ . ^{[ 72 ]}

Algunas bacterias, como Shewanella putrefaciens , Geobacter metallireducens y algunas cepas de Burkholderia fungorum , pueden usar uranio para su crecimiento y convertir U(VI) en U(IV). ^{[ 73 ] [ 74 ]} Investigaciones recientes sugieren que esta vía incluye la reducción del U(VI) soluble a través de un estado pentavalente intermedio U(V). ^{[ 75 ] [ 76 ]} Otros organismos, como el liquen Trapelia involuta o microorganismos como la bacteria Citrobacter , pueden absorber concentraciones de uranio que son hasta 300 veces el nivel de su entorno. ^{[ 77 ]} Las especies de Citrobacter absorben iones uranilo cuando se les da fosfato de glicerol (u otros fosfatos orgánicos similares). Después de un día, un gramo de bacterias puede incrustarse con nueve gramos de cristales de fosfato de uranilo; Esto crea la posibilidad de que estos organismos puedan usarse en biorremediación para descontaminar agua contaminada con uranio. ^{[ 32 ] [ 78 ]} También se ha demostrado que la proteobacteria Geobacter biorremedia el uranio en aguas subterráneas. ^{[ 79 ]} El hongo micorrícico Glomus intraradices aumenta el contenido de uranio en las raíces de su planta simbiótica. ^{[ 80 ]}

En la naturaleza, el uranio(VI) forma complejos de carbonato altamente solubles a pH alcalino. Esto conlleva un aumento de la movilidad y disponibilidad del uranio en las aguas subterráneas y el suelo procedente de residuos nucleares, lo que genera riesgos para la salud. Sin embargo, resulta difícil precipitar el uranio como fosfato en presencia de un exceso de carbonato a pH alcalino. Se ha descubierto que una cepa de Sphingomonas sp., denominada BSAR-1, expresa una fosfatasa alcalina (PhoK) de alta actividad, la cual se ha aplicado para la bioprecipitación de uranio como especies de fosfato de uranilo a partir de soluciones alcalinas. La capacidad de precipitación se potenció mediante la sobreexpresión de la proteína PhoK en E. coli . ^{[ 81 ]}

Las plantas absorben algo de uranio del suelo. Las concentraciones de uranio en peso seco en las plantas varían de 5 a 60 partes por mil millones, y las cenizas de la madera quemada pueden tener concentraciones de hasta 4 partes por millón. ^{[ 32 ]} Las concentraciones de uranio en peso seco en las plantas comestibles suelen ser más bajas, con una ingesta de uno a dos microgramos por día a través de los alimentos que consumimos. ^{[ 32 ]}

La producción mundial de uranio en 2024 fue de 60.213 toneladas , de las cuales 23.270 t (39%) se extrajeron en Kazajstán . Otros países importantes productores de uranio son Canadá (14.309  t), Namibia (7.333  t), Australia (4.598  t), Uzbekistán (4.000  t) y Rusia (2.738  t). ^{[ 82 ]}

El mineral de uranio se extrae de varias maneras: a cielo abierto , subterránea , lixiviación in situ y minería de pozos . ^{[ 10 ]} El mineral de uranio de baja ley extraído contiene típicamente de 0,01 a 0,25 % de óxidos de uranio. Se deben emplear medidas extensas para extraer el metal de su mineral. ^{[ 83 ]} Los minerales de alta ley que se encuentran en los depósitos de la cuenca de Athabasca en Saskatchewan , Canadá, pueden contener hasta un 23 % de óxidos de uranio en promedio. ^{[ 84 ]} El mineral de uranio se tritura y se convierte en un polvo fino y luego se lixivia con un ácido o un álcali . El lixiviado se somete a una de varias secuencias de precipitación, extracción con solventes e intercambio iónico. La mezcla resultante, llamada yellowcake , contiene al menos un 75 % de óxidos de uranio U ₃ O _8. Luego, el yellowcake se calcina para eliminar las impurezas del proceso de molienda antes del refinado y la conversión. ^{[ 85 ]}

El uranio de grado comercial se puede producir mediante la reducción de haluros de uranio con metales alcalinos o alcalinotérreos . ^{[ 12 ]} El uranio metálico también se puede preparar mediante la electrólisis de KUF₅ o UF₄ , disuelto en cloruro de calciofundido(CaCl₂ ) yde cloruro de sodio(NaCl). ^{[ 12 ]} El uranio muy puro se produce mediante ladescomposición térmicade haluros de uranio en un filamento caliente. ^{[ 12 ]}

• 
  Producción mundial de uranio (minas) y demanda ^{[ 82 ]}
• 
  El concentrado de uranio (yellowcake) es una mezcla concentrada de óxidos de uranio que se refina posteriormente para extraer uranio puro.
• 
  Producción de uranio en 2015, en toneladas ^{[ 86 ]}

Se estima que  existen 6,1 millones de toneladas de uranio en yacimientos económicamente viables a un precio de 130 dólares estadounidenses por kg de uranio, ^{[ 87 ]} mientras que 35  millones de toneladas se clasifican como recursos minerales (con perspectivas razonables para su eventual extracción económica). ^{[ 88 ]}

Australia posee el 28% de las reservas mundiales conocidas de mineral de uranio ^{[ 87 ]} y el yacimiento de uranio más grande del mundo se encuentra en la mina Olympic Dam, en Australia Meridional . ^{[ 89 ]} Existe una importante reserva de uranio en Bakouma , una subprefectura de la prefectura de Mbomou, en la República Centroafricana . ^{[ 90 ]}

Parte del uranio también proviene de armas nucleares desmanteladas. ^{[ 91 ]} Por ejemplo, entre 1993 y 2013, Rusia suministró a Estados Unidos 15 000 toneladas de uranio poco enriquecido dentro del Programa Megatones a Megavatios . ^{[ 92 ]}

Se estima que hay 4.600 millones de toneladas adicionales  de uranio disueltas en el agua de mar ( científicos japoneses demostraron en la década de 1980 que la extracción de uranio del agua de mar mediante intercambiadores iónicos era técnicamente factible). ^{[ 93 ] [ 94 ]} Se han realizado experimentos para extraer uranio del agua de mar, ^{[ 95 ]} pero el rendimiento ha sido bajo debido al carbonato presente en el agua. En 2012, investigadores de ORNL anunciaron el desarrollo exitoso de un nuevo material absorbente denominado HiCap, que realiza la retención superficial de moléculas, átomos o iones sólidos o gaseosos y también elimina eficazmente los metales tóxicos del agua, según resultados verificados por investigadores del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste . ^{[ 96 ] [ 97 ]}

En 2005, diez países representaron la mayor parte de los óxidos de uranio concentrados del mundo: Canadá (27,9%), Australia (22,8%), Kazajstán (10,5%), Rusia (8,0%), Namibia (7,5%), Níger (7,4%), Uzbekistán (5,5%), Estados Unidos (2,5%), Argentina (2,1%) y Ucrania (1,9%). ^{[ 99 ]} En 2008, se pronosticó que Kazajstán aumentaría la producción y se convertiría en el mayor proveedor mundial de uranio para 2009; ^{[ 100 ] [ 101 ]} Kazajstán ha dominado el mercado mundial del uranio desde 2010. En 2021, su participación fue del 45,1%, seguido de Namibia (11,9%), Canadá (9,7%), Australia (8,7%), Uzbekistán (7,2%), Níger (4,7%), Rusia (5,5%), China (3,9%), India (1,3%), Ucrania (0,9%) y Sudáfrica (0,8%), con una producción mundial total de 48.332 toneladas. ^{[ 82 ]} La mayor parte del uranio se produjo no por  minería subterránea convencional de minerales (29% de la producción), sino por lixiviación in situ (66%). ^{[ 82 ] [ 102 ]}

A finales de la década de 1960, geólogos de la ONU descubrieron importantes yacimientos de uranio y otras reservas de minerales raros en Somalia . El hallazgo fue el mayor de su tipo, y los expertos de la industria estimaron que los yacimientos representaban más del 25 % de las reservas mundiales de uranio conocidas hasta entonces, que ascendían a 800 000 toneladas. ^{[ 103 ]}

Se cree que el suministro disponible es suficiente para al menos los próximos 85 años, ^{[ 88 ]} aunque algunos estudios indican que la subinversión a finales del siglo XX puede producir problemas de suministro en el siglo XXI. ^{[ 104 ]} Los depósitos de uranio parecen tener una distribución log-normal. Hay un aumento de 300 veces en la cantidad de uranio recuperable por cada disminución de diez veces en la ley del mineral. ^{[ 105 ]} En otras palabras, hay poco mineral de alta ley y proporcionalmente mucho más mineral de baja ley disponible.

El uranio metálico calentado a 250-300 °C (482-572 °F) reacciona con hidrógeno para formar hidruro de uranio . Temperaturas aún más altas eliminan reversiblemente el hidrógeno. Esta propiedad hace que los hidruros de uranio sean materiales de partida convenientes para crear polvo de uranio reactivo junto con diversos compuestos de carburo , nitruro y haluro de uranio. ^{[ 112 ]} Existen dos modificaciones cristalinas del hidruro de uranio: una forma α que se obtiene a bajas temperaturas y una forma β que se crea cuando la temperatura de formación supera los 250 °C. ^{[ 112 ]}   

Los carburos de uranio y los nitruros de uranio son compuestos semimetálicos relativamente inertes que son mínimamente solubles en ácidos , reaccionan con el agua y pueden inflamarse en el aire para formar U₃ O_8. ^{[ 112 ]} Los carburos de uranio incluyen el monocarburo de uranio (UC), el dicarburo de uranio(UC₂ ), y tricarburo de diuranio (U₂ C₃ ). Tanto la UC comola UC₂ se forman añadiendo carbono al uranio fundido o exponiendo el metal amonóxido de carbonoa altas temperaturas. Estable por debajo de 1800 °C,U₂ C₃ se prepara sometiendo una mezcla calentada de UC yUC₂ al estrés mecánico. ^{[ 113 ]} Los nitruros de uranio obtenidos por exposición directa del metal alnitrógenoincluyen el mononitruro de uranio (UN), el dinitruro de uranio (UN₂ ), y trinitruro de diuranio (U₂ N₃ ). ^{[ 113 ]}

Todos los fluoruros de uranio se crean utilizando tetrafluoruro de uranio ( UF6).₄ );UF_{El compuesto 4} se prepara mediante hidrofluoración de dióxido de uranio. ^{[ 112 ]} Reducción deUF₄ con hidrógeno a 1000 °C producetrifluoruro de uranio(UF₃ ). Bajo las condiciones adecuadas de temperatura y presión, la reacción delUF₄ conhexafluoruro de uranio(UF₆ ) pueden formar los fluoruros intermedios deU₂ F₉ ,U₄ F₁₇ yUF₅ . ^{[ 112 ]}

A temperatura ambiente, UF_{El compuesto 6} tiene una altapresión de vapor, lo que lo hace útil en elde difusión gaseosapara separar el isótopo raro uranio-235 del isótopo común uranio-238. Este compuesto se puede preparar a partir de dióxido de uranio e hidruro de uranio mediante el siguiente proceso: ^{[ 112 ]}

UO₂ + 4 HF →UF₄ + 2H₂ O(500 °C, endotérmico)

UF₄ +F₂ →UF₆ (350 °C, endotérmico)

La UF resultante_{El compuesto 6} , un sólido blanco, es altamentereactivo(por fluoración),se sublima(emitiendo un vapor que se comporta como ungas casi ideal) y es el compuesto de uranio más volátil que se conoce. ^{[ 112 ]}

_Los hexafluoruros de uranio (IV) y (V) pueden utilizarse para fabricar varios hexafluorouranatos , ya que son aniones (UF₆⁻ _y UF₆²⁻ ⁾ . Se unen a metales alcalinos ^, ciertos metales de transición y otros compuestos no metálicos. ^{[ 114 ] [ 115 ]}

Un método para preparar tetracloruro de uranio ( UCl₄ ) consiste en combinar directamenteel clorocon uranio metálico o hidruro de uranio. La reducción deUCl_4. El hidrógeno producetricloruro de uranio(UCl).₃ ) mientras que los cloruros superiores de uranio se preparan mediante reacción con cloro adicional. ^{[ 112 ]} Todos los cloruros de uranio reaccionan con agua y aire.

Los bromuros y yoduros de uranio se forman por reacción directa del bromo y el yodo , respectivamente, con el uranio o por adición de UH.₃ a los ácidos de esos elementos. ^{[ 112 ]} Ejemplos conocidos incluyen:UBr₃ ,UBr₄ ,UI₃ yUI_4. Interfaz deusuario₅ nunca se ha preparado. Los oxihaluros de uranio son solubles en agua e incluyenUO₂ F₂ ,UOCl₂ ,UO₂ Cl₂ yUO₂ Br_2. La estabilidad de los oxihaluros disminuye a medida que aumenta elpeso atómicodel haluro componente. ^{[ 112 ]}

En la naturaleza, el uranio se encuentra como uranio-238 (99,2742 %) y uranio-235 (0,7204 %). ^{[ 8 ]} La separación de isótopos concentra (enriquece) el uranio-235 fisionable para armas nucleares y la mayoría de las centrales nucleares, excepto los reactores refrigerados por gas y los reactores de agua pesada presurizada . La mayoría de los neutrones liberados por un átomo fisionable de uranio-235 deben impactar otros átomos de uranio-235 para mantener la reacción en cadena nuclear . La concentración y cantidad de uranio-235 necesaria para lograr esto se denomina " masa crítica ". ^{[ 130 ]}

Para ser considerado "enriquecido", la fracción de uranio-235 debe estar entre el 3% y el 5%. ^{[ 131 ]} Este proceso produce enormes cantidades de uranio empobrecido en uranio-235 y con una fracción correspondientemente mayor de uranio-238, llamado uranio empobrecido o "DU". Para ser considerado "empobrecido", la concentración de ^235U no debe ser superior al 0,3%. ^{[ 132 ]} El precio del uranio ha aumentado desde 2001, por lo que se está considerando el re-enriquecimiento de los residuos de enriquecimiento que contienen más del 0,35% de uranio-235, lo que ha llevado el precio del hexafluoruro de uranio empobrecido por encima de los 130 dólares por kilogramo en julio de 2007, desde los 5 dólares en 2001. ^{[ 132 ]}

El proceso de centrifugación de gas , donde el hexafluoruro de uranio gaseoso ( UF₆ ) se separa por la diferencia en peso molecular entre²³⁵UF₆y²³⁸UF₆centrífugasde alta velocidad, es el proceso de enriquecimiento más barato y principal. ^{[ 37 ]} Elde difusión gaseosahabía sido el método principal para el enriquecimiento y se usó en elProyecto Manhattan. En este proceso, el hexafluoruro de uranio sedifundea través de unaplata-zinc, y los diferentes isótopos de uranio se separan por velocidad de difusión (ya que el uranio-238 es más pesado, se difunde ligeramente más lento que el uranio-235). ^{[ 37 ]} Elde separación de isótopos por láser molecularemplea unláserde energía precisa para romper el enlace entre el uranio-235 y el flúor. Esto deja el uranio-238 unido al flúor y permite que el metal uranio-235 precipite de la solución. ^{[ 10 ]} Un método alternativo de enriquecimiento láser se conoce comoseparación isotópica por láser de vapor atómico(AVLIS) y emplealáseres sintonizablescomolos láseres de colorante. ^{[ 133 ]} Otro método utilizado es la difusión térmica líquida. ^{[ 11 ]}

La única desviación significativa de la proporción ²³⁵ U/ ²³⁸ U en muestras naturales conocidas se encuentra en Oklo , Gabón , donde reactores de fisión nuclear naturales consumieron parte del ²³⁵ U hace unos dos mil millones de años, cuando la proporción ²³⁵ U/ ²³⁸ U era más similar a la del uranio de bajo enriquecimiento, lo que permitió que el agua común ("ligera") actuara como moderador de neutrones, de forma similar al proceso en los reactores de agua ligera artificiales . La existencia de estos reactores de fisión naturales, que se había predicho teóricamente, se demostró al descubrirse una ligera desviación de la concentración de ^{235 U respecto a los valores esperados durante} el enriquecimiento de uranio en Francia. Investigaciones posteriores para descartar cualquier acción humana malintencionada (como el robo de ²³⁵ U) confirmaron la teoría al encontrar proporciones isotópicas de productos de fisión comunes (o más bien sus nucleidos hijos estables) que coincidían con los valores esperados para la fisión, pero que se desviaban de los valores esperados para muestras de esos elementos no derivadas de la fisión. ^{[ 134 ]}

El funcionamiento normal del riñón , el cerebro , el hígado , el corazón y otros sistemas puede verse afectado por la exposición al uranio, porque, además de ser débilmente radiactivo, el uranio es un metal tóxico . ^{[ 32 ] [ 143 ] [ 144 ]} El uranio también es un tóxico reproductivo . ^{[ 145 ] [ 146 ]} Los efectos radiológicos son generalmente locales porque la radiación alfa, la forma primaria de desintegración del ²³⁸ U, tiene un alcance muy corto y no penetrará la piel. Se ha demostrado que la radiación alfa del uranio inhalado causa cáncer de pulmón en trabajadores nucleares expuestos. ^{[ 147 ]} Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades han publicado un estudio que afirma que ni el uranio natural ni el empobrecido han sido clasificados con respecto a la carcinogenicidad. ^{[ 148 ]} La exposición a sus productos de desintegración, especialmente el radón , es una amenaza significativa para la salud, y el procesamiento del uranio produce desechos contaminados con radio que a su vez produce gas radón. ^{[ 149 ]} Debido a su larga vida media, el uranio purificado no producirá cantidades significativas de nucleidos hijos durante millones de años. La exposición al estroncio-90 , al yodo-131 y a otros productos de fisión no está relacionada con la exposición al uranio, pero puede ser consecuencia de procedimientos médicos o de la exposición al combustible gastado de reactores o a la lluvia radiactiva de armas nucleares. ^{[ 150 ]}

Aunque la exposición accidental por inhalación a una alta concentración de hexafluoruro de uranio ha provocado muertes humanas, estas se asociaron con la generación de ácido fluorhídrico y fluoruro de uranilo altamente tóxicos , más que con el uranio en sí. ^{[ 151 ]} El uranio metálico finamente dividido presenta un riesgo de incendio porque el uranio es pirofórico ; los granos pequeños se inflaman espontáneamente en el aire a temperatura ambiente. ^{[ 12 ]}

El uranio metálico se manipula habitualmente con guantes como medida de precaución suficiente. ^{[ 152 ]} El concentrado de uranio se manipula y se contiene de forma que se garantice que las personas no lo inhalen ni lo ingieran. ^{[ 152 ]}