Extracción de uranio

Antes de 1789, cuando Martin Heinrich Klaproth descubrió el elemento, los compuestos de uranio producidos incluían nitrato, sulfato, fosfato, acetato y diuranato de potasio y sodio . Klaproth detectó el elemento en la pechblenda de la mina George Wagsfort, en los Montes Metálicos , y estableció su uso comercial como colorante para vidrio. La pechblenda de estas montañas se menciona ya en 1565, y se produjeron 110 toneladas de uranio entre 1825 y 1898. En 1852, se identificó el mineral de uranio autunita en el Macizo Central . ^{[ 4 ]}

Hacia 1850, comenzó la extracción de uranio en Joachimsthal, Bohemia , donde se produjeron más de 620 t de uranio metálico (tU) entre 1850 y 1898, con una producción de 10 000 tU antes de su cierre en 1968. En 1871, comenzó la extracción de mineral de uranio en Central City, Colorado , donde se extrajeron 50 t antes de 1895. En 1873, comenzó la extracción de uranio en la mina South Terras, St Stephen-in-Brannel , Cornualles, que produjo la mayor parte de las 300 tU de esa zona en el siglo XIX. En 1898, se extrajo carnotita por primera vez en el Cinturón Mineral de Uravan , con una producción anual de 10 tU. ^{[ 4 ]}

En 1898, Pierre Curie y Marie Skłodowska-Curie recibieron 1 tonelada de pechblenda de St. Joachimsthal, de la cual Marie identificó el elemento radio . Pierre abogó por su uso como cura para el cáncer, lo que impulsó el desarrollo de un balneario en esa ciudad. ^{[ 5 ]}

En 1913, se descubrió Shinkolobwe , en la provincia de Katanga. En 1931, se descubrió el yacimiento de Port Radium . Otros descubrimientos importantes incluyeron la provincia de Beira , Tyuya Muyun y Radium Hill . ^{[ 4 ]}

En 1922, Union Minière du Haut Katanga comenzó a producir radio medicinal en la mina Shinkolobwe, pero cerró a finales de la década de 1930 debido a la caída del mercado del radio. En mayo de 1940, los nazis invadieron Bélgica y confiscaron el mineral de uranio de Union Minière almacenado allí. El 18 de septiembre de 1942, se compraron 1250 toneladas de mineral de uranio de Shinkolobwe para el Proyecto Manhattan a Edgar Sengier , de Union Minière , quien había almacenado el mineral en un almacén de Archer Daniels Midland cerca del puente de Bayonne , en Staten Island . En 1943, Sengier reabrió la mina Shinkolobwe con recursos del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos y una  inversión de 13 millones de dólares de los Estados Unidos. ^{[ 5 ] : 45–50, 54–55} Sengier informó que se había extraído mineral de uranio de la mina hasta una profundidad de 79 metros, pero que había otros 101 metros de mineral disponibles para su extracción. Esto equivalía a 10 000 toneladas de octóxido de triuranio con hasta un 60 % de pureza . El proyecto también adquirió la mayor parte de la producción de la mina Eldorado (Territorios del Noroeste) . ^{[ 6 ]}

Según Richard Rhodes , refiriéndose a la investigación alemana sobre el uranio, « Auer , los especialistas en torio  ... entregaron la primera tonelada de óxido de uranio puro procesado a partir de los minerales de Joachimsthal al Ministerio de Guerra en enero de 1940. En junio de 1940  ... Auer encargó sesenta toneladas de óxido de uranio refinado a la Union Miniére en la Bélgica ocupada». ^{[ 7 ]}

Si bien las Repúblicas Soviéticas de Kazajistán y la RSFSR se convertirían más tarde en algunos de los principales productores de uranio del mundo, inmediatamente después del final de la Segunda Guerra Mundial se desconocía la existencia de grandes yacimientos de uranio en la URSS. Por ello, los soviéticos desarrollaron inmensas operaciones mineras en sus estados satélite, Alemania Oriental y Checoslovaquia, que contaban con yacimientos de uranio conocidos en los Montes Metálicos. La empresa SDAG Wismut, de nombre deliberadamente ambiguo (el término alemán "Wismut" para bismuto pretendía dar la ilusión de prospección de un metal que los soviéticos, sin duda, no buscaban), se convirtió en el mayor empleador de los Montes Metálicos de Sajonia, y pueblos mineros remotos como Johanngeorgenstadt multiplicaron por diez su población en pocos años. La minería costaba enormes cantidades de dinero y, si bien los mineros estaban sometidos a una mayor represión y vigilancia, también recibían un suministro más generoso de bienes de consumo que otros alemanes orientales. Aunque la producción nunca pudo competir con los precios del mercado mundial del uranio , la naturaleza de doble uso del material extraído, así como la posibilidad de pagar a los mineros en moneda blanda y vender el uranio por moneda fuerte o sustituir las importaciones que habrían tenido que pagarse en moneda fuerte, inclinaron la balanza a favor de continuar las operaciones mineras durante la Guerra Fría. Tras la reunificación alemana , la minería se redujo ^{[ 8 ]} y se inició la ardua tarea de rehabilitar los terrenos afectados por la actividad minera. ^{[ 9 ]}

Las diecisiete ciudades y minas bajo el control de Wismut aportaron el 50% del uranio utilizado en la primera bomba atómica soviética, Joe-1 , y el 80% del uranio empleado en el programa nuclear soviético. De los 150 000 trabajadores, 1281 murieron en accidentes y 20 000 resultaron heridos. Tras la muerte de Stalin en 1953, el Ejército Rojo cedió el control de la producción a la SDAG y se liberó a los presos, reduciendo la población de trabajadores a 45 000. En su apogeo en 1953, las minas de St. Joachimsthal albergaban a 16 100 reclusos, la mitad de los cuales eran presos políticos soviéticos. ^{[ 5 ] : 135–142, 151–157, 161–167, 173–176}

Para 1975, el 75% de la producción mundial de mineral de uranio provenía de conglomerados de guijarros de cuarzo y areniscas ubicados en el área de Elliot Lake en Canadá , Witwatersrand y la meseta de Colorado . ^{[ 10 ]}

En 1990, el 55% de la producción mundial provenía de minas subterráneas, pero esta cifra se redujo al 33% en 1999. A partir del año 2000, las nuevas minas canadienses incrementaron nuevamente la proporción de minería subterránea, y con Olympic Dam ahora alcanza el 37%. La minería por lixiviación in situ (ISL o ISR) ha ido aumentando progresivamente su participación en el total, principalmente debido a Kazajstán. ^{[ 11 ]}

En 2009, las minas con mayor producción fueron la mina de uranio McArthur River con 7400 tU, la mina de uranio Ranger con 4423 tU, la mina de uranio Rössing con 3574 tU, las minas del desierto de Moiynkum con 3250 tU, la mina Streltsovsk con 3003 tU, la mina Olympic Dam con 2981 tU, la mina Arlit con 1808 tU, la mina Rabbit Lake con 1400 tU, la mina Akouta con 1435 tU y la mina McClean Lake con 1400 tU. Los depósitos más grandes del mundo incluyen la mina Olympic Dam con 295.000 tU, la mina Imouraren con 183.520 tU, la mina McArthur River con 128.900 tU, la mina Streltsovsk con 118.341 tU, las minas Novokonstantinovka con 93.630 tU, la mina Cigar Lake con 80.500 tU, las minas de Uzbekistán con 76.000 tU, la mina Elkon con 71.300 tU, el complejo brasileño Itataia con 67.240 tU, el proyecto Marenica con 62.856 tU, la mina Langer Heinrich con 60.830 tU, la mina Dominion con 55.753 tU, el proyecto de uranio Inkai con 51.808 tU, el El proyecto Kiggavik con 51.574 tU, la mina Rössing con 50.657 tU, el proyecto australiano Yeleerie con 44.077 y la mina Trekkopje con 42.243 tU. ^{[ 12 ]}

Los depósitos de uranio en rocas sedimentarias incluyen aquellos en arenisca (en Canadá y el oeste de EE. UU. ), ^{[ 15 ]} discordancias precámbricas (en Canadá), ^{[ 15 ]} fosfato , ^{[ 15 ]} conglomerado de guijarros de cuarzo precámbrico , chimeneas de brecha de colapso (véase mineralización de uranio en chimeneas de brecha de Arizona ) y calcreta .

Los depósitos de uranio en arenisca suelen ser de dos tipos. Los depósitos de tipo frente de rodadura se producen en el límite entre la parte superior y oxidada de un cuerpo de arenisca y la parte inferior y más profunda, reducida. Los depósitos de uranio en arenisca penetrancordantes , también llamados depósitos de tipo Meseta de Colorado , se encuentran con mayor frecuencia dentro de cuerpos de arenisca generalmente oxidados, a menudo en zonas reducidas localizadas, como en asociación con madera carbonizada en la arenisca.

Los depósitos de uranio precámbricos de tipo conglomerado de guijarros de cuarzo se encuentran únicamente en rocas de más de dos mil millones de años de antigüedad. Estos conglomerados también contienen pirita. Dichos depósitos se han explotado en el distrito de Blind River - Elliot Lake , en Ontario, Canadá, y en los conglomerados auríferos de Witwatersrand, en Sudáfrica.

Los depósitos de tipo discordancia constituyen aproximadamente el 33% de los depósitos de uranio del mundo fuera de las áreas de economías de planificación centralizada (WOCA). ^{[ 16 ]}

Los depósitos de uranio hidrotermales comprenden los minerales de uranio de tipo veta. Los depósitos de uranio hidrotermales de tipo veta representan concentraciones epigenéticas de minerales de uranio que normalmente llenan brechas, fracturas y zonas de cizalla. ^{[ 17 ]} Muchos estudios han tratado de identificar la fuente de uranio con depósitos hidrotermales de tipo veta y las fuentes potenciales siguen siendo un misterio, pero se cree que incluyen rocas preexistentes que se han descompuesto por la meteorización y la fuerza que proviene de áreas de acumulación de sedimentos a largo plazo. ^{[ 17 ]} El Bloque South Chine es un ejemplo de una región que ha dependido de la demanda de depósitos de uranio hidrotermales de tipo veta durante el último medio siglo. ^{[ 17 ]} Los depósitos ígneos incluyen intrusiones de sienita nefelínica en Ilimaussaq , Groenlandia; el depósito de uranio diseminado en Rossing , Namibia; pegmatitas portadoras de uranio y el depósito del lago del cráter Aurora de la caldera McDermitt en Oregón. También se encuentran depósitos diseminados en los estados de Washington y Alaska en los EE. UU. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

Los depósitos de brecha de uranio se encuentran en rocas que se han fracturado debido a la erosión tectónica o meteorización. Estos depósitos son más comunes en India, Australia y Estados Unidos. ^{[ 20 ]} Una gran masa de brecha se denomina chimenea de brecha y está compuesta de roca que forma una forma irregular, casi cilíndrica. El origen de las chimeneas de brecha es incierto, pero se cree que se forman en intersecciones y fallas. Cuando estas formaciones se encuentran sólidas en la roca huésped subterránea, denominada harina de roca, suelen ser yacimientos de cobre o uranio. Copper Creek, Arizona, alberga aproximadamente 500 chimeneas de brecha mineralizadas, y Cripple Creek, Colorado, también contiene depósitos de mineral de brecha asociados a una chimenea volcánica.

La mina Olympic Dam , el yacimiento de uranio más grande del mundo, fue descubierta por Western Mining Corporation en 1975 y es propiedad de BHP . ^{[ 21 ]}

En la minería a cielo abierto, la sobrecarga se retira mediante perforación y voladura para exponer el cuerpo mineral, que luego se extrae mediante voladura y excavación con cargadoras y camiones volquete. Los trabajadores pasan mucho tiempo en cabinas cerradas, lo que limita la exposición a la radiación. Se utiliza agua en gran medida para reducir los niveles de polvo en suspensión. El agua subterránea es un problema en todos los tipos de minería, pero en la minería a cielo abierto, la forma habitual de abordarlo —es decir, cuando el mineral objetivo se encuentra por debajo del nivel freático natural— es bajar el nivel freático bombeando el agua. El terreno puede asentarse considerablemente cuando se extrae el agua subterránea y puede volver a moverse de forma impredecible cuando se permite que el agua subterránea vuelva a subir una vez finalizada la extracción. La recuperación de terrenos después de la extracción toma diferentes caminos, dependiendo de la cantidad de material extraído. Debido a la alta densidad energética del uranio, a menudo es suficiente rellenar la antigua mina con la sobrecarga, pero en caso de un déficit de masa que supere la diferencia de altura entre el nivel superficial anterior y el nivel freático natural, se desarrollan lagos artificiales cuando cesa la extracción de agua subterránea. Si en las rocas ahora expuestas hay sulfitos, sulfuros o sulfatos, el drenaje ácido de minas puede ser un problema para los cuerpos de agua que se están formando. Actualmente, las empresas mineras están obligadas por ley a establecer un fondo para la rehabilitación futura mientras la minería está en marcha, y estos fondos suelen depositarse de forma que no se vean afectados por la quiebra de la empresa minera.

Si el uranio se encuentra a demasiada profundidad para la minería a cielo abierto, se podría utilizar una mina subterránea, excavando túneles y pozos para acceder al mineral de uranio y extraerlo.

La minería subterránea de uranio no difiere, en principio, de cualquier otra minería de roca dura , y a menudo se extraen otros minerales en asociación (por ejemplo, cobre, oro, plata). Una vez identificado el yacimiento, se excava un pozo cerca de las vetas y se abren galerías transversales horizontales hasta las vetas a distintos niveles, generalmente cada 100 a 150 metros . A lo largo de las vetas se abren túneles similares, conocidos como galerías de acceso, desde las galerías transversales. Para extraer el mineral, el siguiente paso consiste en abrir túneles, llamados chimeneas cuando se abren hacia arriba y pozos cuando se abren hacia abajo, a través del yacimiento de nivel en nivel . Posteriormente, las chimeneas se utilizan para desarrollar las cámaras de explotación donde se extrae el mineral de las vetas.

El tajo, que es el taller de la mina, es la excavación de donde se extrae el mineral. Se utilizan comúnmente tres métodos de minería de tajo . En el método de "corte y relleno" o "talón abierto", el espacio que queda después de la extracción del mineral tras la voladura se rellena con roca estéril y cemento . En el método de "contracción", solo se extrae suficiente mineral fracturado a través de las tolvas inferiores para permitir a los mineros que trabajan desde la parte superior del montón perforar y volar la siguiente capa que se va a fracturar, dejando finalmente un gran agujero. El método conocido como "cámara y pilar" se utiliza para cuerpos de mineral más delgados y planos . En este método, el cuerpo de mineral se divide primero en bloques mediante galerías que se cruzan, extrayendo mineral en el proceso, y luego se extraen sistemáticamente los bloques, dejando suficiente mineral para el soporte del techo .

Los efectos en la salud descubiertos por la exposición al radón en la minería de uranio sin ventilación impulsaron el cambio de la minería de uranio mediante túneles a la tecnología de extracción a cielo abierto y lixiviación in situ , un método de extracción que no produce los mismos riesgos laborales ni los mismos residuos mineros que la minería convencional .

Con regulaciones vigentes que garanticen el uso de tecnología de ventilación de alto volumen en caso de que se realice minería de uranio en espacios confinados, la exposición ocupacional y las muertes mineras pueden eliminarse en gran medida. ^{[ 30 ] [ 31 ]} La Presa Olímpica y las minas subterráneas canadienses se ventilan con potentes ventiladores, manteniendo los niveles de radón en un nivel muy bajo, prácticamente "seguro", en las minas de uranio. El radón presente de forma natural en otras minas, que no son de uranio, también puede requerir control mediante ventilación. ^{[ 32 ]}

La lixiviación en pilas es un proceso de extracción que utiliza productos químicos (generalmente ácido sulfúrico ) para extraer el elemento económico del mineral extraído y apilado en la superficie. Este método suele ser económicamente viable únicamente para depósitos de mineral de óxido. La oxidación de los depósitos de sulfuro se produce durante el proceso geológico de meteorización. Por lo tanto, los depósitos de mineral de óxido se encuentran típicamente cerca de la superficie. Si el mineral no contiene otros elementos económicos, la mina puede optar por extraer el uranio mediante un agente lixiviante, generalmente ácido sulfúrico de baja molaridad.

Si las condiciones económicas y geológicas son las adecuadas, la empresa minera nivelará grandes extensiones de terreno con una ligera pendiente, cubriéndolas con una gruesa capa de plástico (generalmente HDPE o LLDPE ), a veces con arcilla, limo o arena debajo de la lámina. El mineral extraído se triturará y se apilará sobre el plástico. A continuación, se rociará el agente lixiviante sobre el mineral durante 30 a 90 días. A medida que el agente lixiviante se filtra a través de la pila, el uranio romperá sus enlaces con la roca de óxido y pasará a la solución. Esta solución se filtrará siguiendo la pendiente hacia depósitos de recolección, desde donde se bombeará a plantas de procesamiento en el sitio. Solo se extrae una parte del uranio (generalmente alrededor del 70%).

La concentración de uranio en la solución es crucial para la separación eficiente de uranio puro del ácido. Dado que las distintas pilas de uranio presentan concentraciones diferentes, la solución se bombea a una planta de mezcla que se controla minuciosamente. Posteriormente, la solución, con la concentración adecuada, se bombea a una planta de procesamiento donde se separa el uranio del ácido sulfúrico.

La lixiviación en pilas es significativamente más barata que los procesos de molienda tradicionales. Los bajos costos permiten que el mineral de menor ley sea económicamente viable (siempre que se trate del tipo de yacimiento adecuado). La legislación ambiental estadounidense exige que se supervise continuamente el agua subterránea circundante para detectar posible contaminación. La mina también deberá contar con una supervisión continua incluso después de su cierre. En el pasado, las compañías mineras a veces quebraban, dejando la responsabilidad de la rehabilitación de la mina en manos del público. Las modificaciones a la legislación minera estadounidense del siglo XXI exigen que las compañías reserven fondos para la rehabilitación antes del inicio del proyecto. El público mantendrá estos fondos para garantizar el cumplimiento de las normas ambientales en caso de que la compañía quiebre. ^{[ 33 ]}

La lixiviación in situ (LIS), también conocida como minería por disolución o recuperación in situ (RIS) en Norteamérica, consiste en dejar el mineral en el subsuelo y recuperar los minerales disolviéndolos y bombeando la solución resultante a la superficie, donde se pueden extraer. En consecuencia, se minimiza la alteración de la superficie y no se generan relaves ni roca estéril. Sin embargo, el yacimiento debe ser permeable a los líquidos utilizados y estar ubicado de manera que no contaminen las aguas subterráneas alejadas del yacimiento.

El proceso ISL de uranio utiliza el agua subterránea nativa del yacimiento, la cual se enriquece con un agente complejante y, en la mayoría de los casos, con un oxidante. Posteriormente, se bombea a través del yacimiento subterráneo para recuperar los minerales mediante lixiviación. Una vez que la solución rica en uranio regresa a la superficie, el uranio se recupera de forma similar a como se hace en cualquier otra planta de uranio.

En las minas australianas de lixiviación in situ ( Beverley , Four Mile y Honeymoon Mine ), el oxidante utilizado es el peróxido de hidrógeno y el agente complejante, el ácido sulfúrico. Las minas kazajas de lixiviación in situ generalmente no emplean oxidantes, sino concentraciones de ácido mucho mayores en las soluciones circulantes. En Estados Unidos, las minas de lixiviación in situ utilizan lixiviación alcalina debido a la presencia de cantidades significativas de minerales que consumen ácido, como el yeso y la caliza, en los acuíferos. Si la presencia de más de un pequeño porcentaje de minerales carbonatados, se debe utilizar la lixiviación alcalina en lugar de la lixiviación ácida, que es más eficiente.

El gobierno australiano ha publicado una guía de buenas prácticas para la extracción de uranio mediante lixiviación in situ , la cual está siendo revisada para tener en cuenta las diferencias internacionales. ^{[ 34 ]}

La concentración de uranio en el agua de mar es baja, aproximadamente 3,3 partes por mil millones o 3,3  microgramos por litro de agua de mar. ^{[ 35 ]} Pero la cantidad de este recurso es gigantesca y algunos científicos creen que este recurso es prácticamente ilimitado con respecto a la demanda mundial. Es decir, si incluso una porción del uranio en el agua de mar pudiera usarse, se podría proporcionar todo el combustible para la generación de energía nuclear del mundo durante un largo período de tiempo. ^{[ 36 ]} Algunos defensores afirman que esta estadística es exagerada. ^{[ 37 ]} Aunque la investigación y el desarrollo para la recuperación de este elemento de baja concentración mediante adsorbentes inorgánicos como los compuestos de óxido de titanio se han llevado a cabo desde la década de 1960 en el Reino Unido, Francia, Alemania y Japón, esta investigación se detuvo debido a la baja eficiencia de recuperación.

En el Centro de Investigación de Química de la Radiación de Takasaki del Instituto de Investigación de Energía Atómica de Japón (JAERI Takasaki Research Establishment), la investigación y el desarrollo han continuado culminando en la producción de un adsorbente mediante la irradiación de fibra polimérica. Se han sintetizado adsorbentes con un grupo funcional ( grupo amidoxima ) que adsorbe selectivamente metales pesados, y se ha mejorado su rendimiento. La capacidad de adsorción de uranio del adsorbente de fibra polimérica es elevada, aproximadamente diez veces mayor que la del adsorbente convencional de óxido de titanio.

Un método para extraer uranio del agua de mar es usar un tejido no tejido específico para uranio como adsorbente. La cantidad total de uranio recuperado de tres cajas de recolección que contenían 350  kg de tejido fue >1  kg de concentrado de uranio después de 240  días de inmersión en el océano. ^{[ 38 ]} El experimento de Seko et  al. fue repetido por Tamada et al. en 2006. Encontraron que el costo variaba de ¥15,000 a ¥88,000 dependiendo de las suposiciones y "El costo más bajo alcanzable ahora es ¥25,000 con 4g-U/kg-adsorbente usado en el área marina de Okinawa, con 18  repeticiones [ sic ] ". Con el tipo de cambio de mayo de 2008, esto era aproximadamente $240/kg-U. ^{[ 39 ]}

En 2012, investigadores de ORNL anunciaron el desarrollo exitoso de un nuevo material adsorbente denominado "HiCap", que supera ampliamente a los mejores adsorbentes anteriores, los cuales realizan la retención superficial de moléculas sólidas o gaseosas, átomos o iones. ^{[ 40 ]} "Hemos demostrado que nuestros adsorbentes pueden extraer de cinco a siete veces más uranio a tasas de absorción siete veces más rápidas que los mejores adsorbentes del mundo", dijo Chris Janke, uno de los inventores y miembro de la División de Ciencia y Tecnología de Materiales de ORNL. HiCap también elimina eficazmente los metales tóxicos del agua, según resultados verificados por investigadores del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste . ^{[ 41 ] [ 42 ]}

En 2012 se estimó que esta fuente de combustible podría extraerse a 10 veces el precio actual del uranio. ^{[ 43 ]} En 2014, con los avances logrados en la eficiencia de la extracción de uranio del agua de mar, se sugirió que sería económicamente competitivo producir combustible para reactores de agua ligera a partir de agua de mar si el proceso se implementara a gran escala. ^{[ 44 ]} El uranio extraído a escala industrial del agua de mar se repondría constantemente tanto por la erosión fluvial de las rocas como por el proceso natural de disolución del uranio de la superficie del fondo oceánico, los cuales mantienen los equilibrios de solubilidad de la concentración de agua de mar en un nivel estable. ^{[ 45 ]} Algunos comentaristas han argumentado que esto refuerza el argumento para que la energía nuclear se considere una energía renovable . ^{[ 46 ]}

En 2025, investigadores chinos demostraron la recuperación de uranio del agua de mar a un costo que podría ser competitivo con las técnicas mineras tradicionales. ^{[ 47 ] [ 48 ]}

El uranio puede recuperarse como subproducto junto con otros coproductos como molibdeno, vanadio, níquel, zinc y derivados del petróleo. El uranio también se encuentra frecuentemente en minerales de fosfato , donde debe eliminarse debido a que el fosfato se utiliza principalmente en fertilizantes. El fosfoyeso es un residuo de la minería de fosfato que puede contener cantidades significativas de uranio y radio. Las cenizas volantes de carbón también contienen cantidades significativas de uranio y se han propuesto como fuente para su extracción.

Las reservas son los recursos más fácilmente disponibles. ^{[ 60 ]} Alrededor del 96% de las reservas mundiales de uranio se encuentran en estos diez países: Australia, Canadá, Kazajistán, Sudáfrica, Brasil, Namibia, Uzbekistán, Estados Unidos, Níger y Rusia. ^{[ 61 ]}

Los recursos conocidos de uranio representan un nivel de recursos garantizados superior al habitual para la mayoría de los minerales. Con base en el conocimiento geológico actual, la exploración adicional y el aumento de los precios sin duda generarán más recursos a medida que se agoten los actuales. Entre 1985 y 2005 se exploró muy poco uranio, por lo que el significativo incremento en los esfuerzos de exploración que estamos presenciando podría duplicar fácilmente los recursos económicos conocidos. Siguiendo analogías con otros minerales metálicos, se podría esperar que una duplicación del precio con respecto a los niveles de 2007 provoque un aumento de aproximadamente diez veces en los recursos medidos a lo largo del tiempo. ^{[ 62 ]}

Los recursos convencionales conocidos son aquellos cuya existencia se conoce y que son fáciles de extraer. ^{[ 60 ]} En 2006, había aproximadamente 4 millones de toneladas de recursos convencionales. ^{[ 63 ]} En 2011, esta cifra aumentó a 7 millones de toneladas. La exploración de uranio ha aumentado: de 1981 a 2007, los gastos anuales de exploración crecieron modestamente, de 4 millones de dólares estadounidenses a 7 millones de dólares estadounidenses. Esta cifra aumentó a 11 millones de dólares estadounidenses en 2011. ^{[ 64 ]}

^{Los mayores depósitos de uranio del mundo se encuentran en tres países. Australia posee algo más del} 30 % de los recursos mundiales razonablemente asegurados e inferidos de uranio, aproximadamente 1,673 megatones (3,69 × 10⁹ lb ) . ^{[ 49 ]} Kazajistán posee alrededor del 12 % de las reservas mundiales, o aproximadamente 651 kilotones (1,4 × 10⁹ ^lb ) . ^{[ 65 ]} Canadá posee 485 kilotones (1100 × 10⁶ lb ) de uranio, lo que representa aproximadamente el 9 ^% . ^{[ 49 ]}   

Los recursos convencionales no descubiertos son aquellos que se cree que existen pero que no han sido extraídos. ^{[ 60 ]} Se requerirá un esfuerzo significativo de exploración y desarrollo para localizar los depósitos restantes y comenzar su explotación. Sin embargo, dado que la geografía de la Tierra no ha sido explorada en busca de uranio en la actualidad, aún existe el potencial de descubrir recursos explotables. ^{[ 66 ]} El Libro Rojo de la OCDE cita áreas aún abiertas a la exploración en todo el mundo. Muchos países están realizando estudios radiométricos completos de gradiómetro aeromagnético para obtener una estimación del tamaño de sus recursos minerales no descubiertos. Combinados con un estudio de rayos gamma, estos métodos pueden localizar depósitos de uranio y torio no descubiertos. ^{[ 67 ]} El Departamento de Energía de los Estados Unidos realizó la primera y única evaluación nacional de uranio en 1980: el programa de Evaluación Nacional de Recursos de Uranio (NURE). ^{[ 68 ]}

Los recursos secundarios de uranio se recuperan de otras fuentes, como armas nucleares, inventarios, reprocesamiento y re-enriquecimiento. Dado que los recursos secundarios tienen costos de descubrimiento extremadamente bajos y costos de producción muy bajos, han desplazado una parte significativa de la producción primaria. ^{[ 69 ]} En 2017, alrededor del 7 % de la demanda de uranio se cubrió con recursos secundarios. ^{[ 70 ] [ 71 ]}

Debido a la reducción de las reservas de armas nucleares, una gran cantidad de uranio procedente de antiguas armas se destinó a reactores nucleares civiles. Como resultado, a partir de 1990, una parte significativa de las necesidades de energía nuclear se cubrió con uranio procedente de antiguas armas, en lugar de uranio recién extraído. En 2002, el uranio extraído solo cubrió el 54 % de las necesidades de energía nuclear. ^{[ 72 ]} Pero a medida que se agotaron las reservas de uranio procedente de antiguas armas, la minería aumentó, de modo que en 2012, la minería cubrió el 95 % de las necesidades de los reactores, y el Organismo de Energía Nuclear de la OCDE y el Organismo Internacional de Energía Atómica proyectaron que la brecha de suministro se eliminaría por completo en 2013. ^{[ 73 ] [ 74 ]}

Los recursos no convencionales son sucesos que requieren tecnologías novedosas para su explotación y/o uso. A menudo, los recursos no convencionales se presentan en bajas concentraciones. La explotación del uranio no convencional requiere esfuerzos adicionales de investigación y desarrollo para los cuales no existe una necesidad económica inminente, dada la gran base de recursos convencionales y la opción de reprocesar el combustible gastado. ^{[ 88 ]} Los fosfatos, el agua de mar, las cenizas de carbón uranífero y algunos tipos de esquistos bituminosos son ejemplos de recursos de uranio no convencionales.

ceniza de carbón uranífero

Según un estudio del Laboratorio Nacional de Oak Ridge , el potencial energético máximo teórico (cuando se utiliza en reactores reproductores ) del uranio y el torio traza en el carbón supera la energía liberada por la combustión del propio carbón. ^{[ 100 ]} Esto ocurre a pesar de la muy baja concentración de uranio en el carbón, de tan solo unas pocas partes por millón en promedio antes de la combustión.

Entre 1965 y 1967, Union Carbide operó una planta en Dakota del Norte , Estados Unidos, donde se quemaba lignito uranífero _y se extraía uranio de las cenizas. La planta produjo aproximadamente 150 toneladas métricas de U₃O₈ _antes de su cierre. ^{[ 101 ]}

Un consorcio internacional se ha propuesto explorar la extracción comercial de uranio de cenizas de carbón uranífero de centrales termoeléctricas ubicadas en la provincia de Yunnan, China. ^{[ 88 ]} La primera cantidad a escala de laboratorio de uranio en forma de concentrado de uranio recuperada de cenizas de carbón uranífero se anunció en 2007. ^{[ 102 ]} Las tres centrales termoeléctricas de Xiaolongtang, Dalongtang y Kaiyuan han acumulado sus cenizas residuales. Las pruebas iniciales de la pila de cenizas de Xiaolongtang indican que el material contiene (160–180 partes por millón de uranio), lo que sugiere que se podrían recuperar un total de 2,085 kilotoneladas (4,60 × 10 ^ ⁶ lb) de U ₃ O ₈ solo de esa pila de cenizas. ^{[ 102 ]} 

Un reactor reproductor produce más combustible nuclear del que consume y, por lo tanto, puede extender el suministro de uranio. Normalmente convierte el isótopo dominante en el uranio natural, el uranio-238, en plutonio-239 fisionable. Esto resulta en un aumento de cien veces en la cantidad de energía que se produce por unidad de masa de uranio, porque el uranio-238, que comprende el 99,3% del uranio natural, no se utiliza en los reactores convencionales, que en su lugar utilizan uranio-235 (que comprende el 0,7% del uranio natural). ^{[ 104 ]} En 1983, el físico Bernard Cohen propuso que el suministro mundial de uranio es prácticamente inagotable y, por lo tanto, podría considerarse una forma de energía renovable . ^{[ 59 ] [ 58 ]} Afirma que los reactores reproductores rápidos , alimentados con uranio-238 de reposición natural extraído del agua de mar, podrían suministrar energía al menos durante el tiempo que se espera que dure el sol, cinco mil millones de años. ^{[ 59 ]}

Hay dos tipos de reactores reproductores: reproductores rápidos y reproductores térmicos. Los esfuerzos por comercializar reactores reproductores han sido en gran medida infructuosos, debido a los mayores costos y complejidad en comparación con los reactores de agua ligera (LWR), así como a la oposición política. ^{[ 105 ]} Existen algunos reactores reproductores comerciales. En 2016, el reactor reproductor de neutrones rápidos ruso BN-800 comenzó a producir comercialmente a plena potencia (800 MWe), uniéndose al anterior BN-600 . A partir de 2020El reactor chino CFR-600 se encuentra en construcción tras el éxito del reactor rápido experimental chino , basado en el BN-800. Actualmente, estos reactores generan principalmente electricidad en lugar de combustible nuevo, ya que la abundancia y el bajo precio del óxido de uranio extraído y reprocesado hacen que la producción de combustible no sea rentable; sin embargo, pueden cambiar a la producción de combustible nuevo y cerrar el ciclo según sea necesario. El reactor CANDU , diseñado para ser alimentado con uranio natural, es capaz de utilizar combustible gastado de reactores de agua ligera, dado que contiene más material fisionable que el uranio natural. La investigación sobre "DUPIC" (uso directo de combustible gastado de reactores de agua a presión en reactores tipo CANDU) está en curso y podría aumentar la utilidad del combustible sin necesidad de reprocesamiento. ^{[ 106 ]}

Según Cameco Corporation, la demanda de uranio está directamente relacionada con la cantidad de electricidad generada por las centrales nucleares. Actualmente, la capacidad de los reactores crece lentamente y estos operan de forma más productiva, con mayores factores de capacidad y niveles de potencia. Un mejor rendimiento de los reactores se traduce en un mayor consumo de uranio. ^{[ 118 ]}

Las centrales nucleares con una capacidad de generación eléctrica de 1000 megavatios requieren alrededor de 200 toneladas (440 × 10³ ^lb ) de uranio natural al año. Por ejemplo, Estados Unidos cuenta con 103 reactores en funcionamiento con una capacidad de generación promedio de 950 MWe que demandaron más de 22 kilotones (49 × 10⁶ ^lb ) de uranio natural en 2005. ^{[ 119 ]} A medida que aumenta el número de centrales nucleares, también aumenta la demanda de uranio.  

Dado que la construcción de centrales nucleares lleva mucho tiempo y la recarga de combustible se realiza a intervalos esporádicos y predecibles, la demanda de uranio es bastante predecible a corto plazo. También depende menos de los ciclos económicos de auge y caída a corto plazo, ya que la energía nuclear tiene una de las relaciones de costes fijos a costes variables más altas (es decir, los costes marginales de funcionamiento, en lugar de dejar inactiva una central ya construida, son muy bajos en comparación con los costes de capital de la construcción) y, por lo tanto, casi nunca es aconsejable dejar una central nuclear inactiva por razones económicas. Sin embargo, la política nuclear puede provocar fluctuaciones a corto plazo en la demanda, como lo demuestra el abandono gradual de la energía nuclear en Alemania , que fue decidido por el gobierno de Gerhard Schröder (1998-2005) y revertido durante el segundo gabinete de Merkel (2009-2013), para luego revertirse como consecuencia del accidente nuclear de Fukushima , que también provocó el cierre temporal de varias centrales nucleares alemanas.

En general, las fluctuaciones a corto plazo en el precio del uranio preocupan más a los operadores y propietarios de minas y depósitos potencialmente lucrativos que a los operadores de centrales eléctricas. Debido a su alta densidad energética , el uranio es fácil de almacenar en forma de reservas estratégicas y, por lo tanto, un aumento a corto plazo en los precios puede compensarse accediendo a esas reservas. ^{[ 129 ]} Además, muchos países tienen reservas de facto en forma de uranio reprocesado ^{[ 130 ]} o uranio empobrecido que todavía contienen una parte de material fisible que puede hacer que el re-enriquecimiento valga la pena si las condiciones del mercado lo requieren. ^{[ 131 ]} El reprocesamiento nuclear del combustible gastado se realiza —desde la década de 2020— comercialmente principalmente para usar el material fisible que aún contiene el combustible gastado. El proceso PUREX comúnmente empleado recupera uranio y plutonio que luego se pueden convertir en combustible MOX para su uso en los mismos reactores de agua ligera que produjeron el combustible gastado. La economía del reprocesamiento es objeto de mucho debate y depende en parte de supuestos sobre el precio del uranio y el costo de la eliminación mediante un depósito geológico profundo o transmutación nuclear . ^{[ 132 ] [ 133 ] [ 134 ]} Los reactores que pueden funcionar con uranio natural consumen menos uranio extraído por unidad de energía producida, pero pueden tener mayores costos de capital para construir debido a la necesidad de agua pesada como moderador . ^{[ 135 ]} Además, deben ser capaces de recargar combustible en línea porque el grado de quemado alcanzable con uranio natural es menor que el alcanzable con uranio enriquecido; tener que apagar todo el reactor para cada recarga de combustible haría rápidamente que dicho reactor no fuera económico. ^{[ 136 ]} Los reactores reproductores también se vuelven más económicos a medida que aumentan los precios del uranio y fue, entre otras cosas, una disminución de los precios del uranio en la década de 1970 lo que llevó a una disminución del interés en la tecnología de reactores reproductores. ^{[ 137 ] [ 138 ]} El ciclo del combustible de torioes una alternativa adicional si y cuando los precios del uranio se mantienen en un nivel alto sostenido y, en consecuencia, el interés en esta alternativa a la tecnología actual de reactores de agua ligera "convencional" depende en gran medida de los precios del uranio. ^{[ 139 ]}

A pesar de los esfuerzos realizados para limpiar los sitios de uranio, hoy en día persisten problemas significativos derivados del legado del desarrollo del uranio en el territorio de la Nación Navajo y en los estados de Utah, Colorado, Nuevo México y Arizona. Cientos de minas abandonadas no se han limpiado y presentan riesgos ambientales y para la salud en muchas comunidades. ^{[ 168 ]} A solicitud del Comité de Supervisión y Reforma Gubernamental de la Cámara de Representantes de los Estados Unidos en octubre de 2007, y en consulta con la Nación Navajo, la Agencia de Protección Ambiental (EPA), junto con la Oficina de Asuntos Indígenas (BIA), la Comisión Reguladora Nuclear (NRC), el Departamento de Energía (DOE) y el Servicio de Salud Indígena (IHS), desarrollaron un Plan Quinquenal coordinado para abordar la contaminación por uranio. ^{[ 169 ]} Esfuerzos de coordinación interinstitucional similares están comenzando también en el estado de Nuevo México. En 1978, el Congreso aprobó la Ley de Control de Radiación de Residuos de Molinos de Uranio (UMTRCA), una medida diseñada para ayudar en la limpieza de 22 sitios de procesamiento de mineral inactivos en todo el suroeste. Esto también incluyó la construcción de 19 sitios de disposición final para los relaves, que contienen un total de 40 millones de yardas cúbicas de material radiactivo de bajo nivel. ^{[ 170 ]} La Agencia de Protección Ambiental estima que hay 4000 minas con producción documentada de uranio y otros 15 000 lugares con presencia de uranio en 14 estados del oeste, ^{[ 171 ]} la mayoría ubicados en el área de las Cuatro Esquinas y Wyoming. ^{[ 172 ]}

La Ley de Control de Radiación de Residuos de Molinos de Uranio es una ley ambiental de los Estados Unidos que enmendó la Ley de Energía Atómica de 1954 y otorgó a la Agencia de Protección Ambiental (EPA) la autoridad para establecer estándares de salud y ambientales para la estabilización, restauración y disposición de los residuos de molinos de uranio . El Título 1 de la Ley requería que la EPA estableciera estándares de protección ambiental consistentes con la Ley de Conservación y Recuperación de Recursos , incluidos límites de protección de aguas subterráneas ; que el Departamento de Energía implementara los estándares de la EPA y proporcionara mantenimiento perpetuo para algunos sitios; y que la Comisión Reguladora Nuclear revisara las limpiezas y otorgara licencias de sitios a los estados o al Departamento de Energía para su mantenimiento perpetuo. ^{[ 173 ]} El Título 1 estableció un programa de acción correctiva para molinos de uranio financiado conjuntamente por el gobierno federal y el estado. ^{[ 174 ]} El Título 1 de la Ley también designó 22 sitios inactivos de molinos de uranio para su remediación, lo que resultó en la contención de 40 millones de yardas cúbicas de material radiactivo de bajo nivel en celdas de almacenamiento del Título 1 de la UMTRCA. ^{[ 175 ]}

Hay alrededor de 40  billones de toneladas de uranio en la corteza terrestre, pero la mayor parte se distribuye en bajas concentraciones traza de partes por millón en toda su superficie.3 × 10 ¹⁹  toneladas de masa. ^{[ 51 ] [ 52 ]} Las estimaciones de la cantidad concentrada en minerales asequibles para extraer por menos de $130/kg pueden ser menos de una millonésima parte de ese total. ^{[ 53 ]}

Un estudio de ciclo de vida muy criticado ^{[ 179 ]} realizado por Jan Willem Storm van Leeuwen sugirió que por debajo de 0,01–0,02% (100–200 ppm) en el mineral, la energía requerida para extraer y procesar el mineral para suministrar el combustible, operar los reactores y desecharlo adecuadamente se acerca a la energía obtenida al usar el uranio como material fisionable en el reactor. ^{[ 180 ]} Sin embargo, los investigadores del Instituto Paul Scherrer que analizaron el artículo de Jan Willem Storm van Leeuwen han detallado la cantidad de supuestos incorrectos de Jan Willem Storm van Leeuwen que los llevaron a esta evaluación, incluyendo su supuesto de que toda la energía utilizada en la minería de Olympic Dam es energía utilizada en la minería de uranio, cuando esa mina es predominantemente una mina de cobre y el uranio se produce solo como un subproducto, junto con oro y otros metales. ^{[ 179 ]} El informe de Jan Willem Storm van Leeuwen también supone que todo el enriquecimiento se realiza en la tecnología de difusión gaseosa más antigua y que consume más energía , mientras que la tecnología de centrifugación de gas, que consume menos energía, ha producido la mayor parte del uranio enriquecido del mundo durante varias décadas.

En los inicios de la industria nuclear, se creía que el uranio era muy escaso, por lo que se necesitaría un ciclo de combustible cerrado . Se requerirían reactores reproductores rápidos para crear combustible nuclear para otros reactores productores de energía. En la década de 1960, nuevos descubrimientos de reservas y nuevas técnicas de enriquecimiento de uranio disiparon estas preocupaciones. ^{[ 64 ]} Una evaluación de la energía nuclear realizada por un equipo del MIT en 2003, y actualizada en 2009, afirmó que: ^{[ 181 ]}

La mayoría de los analistas concluyen que es posible un crecimiento ininterrumpido durante medio siglo, especialmente porque los recursos que cuestan varios cientos de dólares por kilogramo (no estimados en el Libro Rojo) también serían económicamente utilizables  ... Creemos que el suministro mundial de mineral de uranio es suficiente para abastecer la instalación de 1000 reactores durante el próximo medio siglo.

En el pasado se han realizado numerosas predicciones sobre el pico de producción de uranio. En 1943, Alvin M. Weinberg y otros creían que existían serias limitaciones para la energía nuclear si solo se utilizaba ^{235U como combustible para centrales nucleares. [ 185 ]} Concluyeron que era necesario el reprocesamiento para dar paso a la era de la energía prácticamente ilimitada. En 1956, M. King Hubbert declaró que las reservas mundiales de uranio fisionable eran suficientes al menos para los próximos siglos, suponiendo que el reprocesamiento se convertiría en procesos económicamente viables. ^{[ 186 ]} En 1975, el Departamento del Interior de los Estados Unidos , Servicio Geológico, distribuyó el comunicado de prensa «Las reservas de uranio conocidas de EE. UU. no satisfarán la demanda». Se recomendó que EE. UU. no dependiera de las importaciones extranjeras de uranio. ^{[ 185 ]}

Predicciones pesimistas

Muchos analistas predijeron un pico de uranio y el agotamiento de sus reservas en el pasado o en un futuro próximo. Edward Steidle, decano de la Facultad de Industrias Minerales del Pennsylvania State College , predijo en 1952 que las reservas de elementos fisionables eran demasiado pequeñas para sustentar la producción de energía a escala comercial. ^{[ 188 ]} Michael Meacher , exministro de Medio Ambiente del Reino Unido (1997-2003), informa que el pico de uranio se produjo en 1981. También predice una importante escasez de uranio antes de 2013, acompañada de acaparamiento y un aumento de su valor hasta alcanzar los niveles de los metales preciosos. ^{[ 189 ]} MC Day proyectó en 1975 que las reservas de uranio podrían agotarse tan pronto como en 1989, pero, de manera más optimista, se agotarían para 2015. ^{[ 187 ]} Jan Willem Storm van Leeuwen , analista independiente de Ceedata Consulting, sostiene que los suministros del mineral de uranio de alta calidad necesario para alimentar la generación de energía nuclear durarán, a los niveles actuales de consumo, hasta aproximadamente 2034. Después, espera que el costo de la energía para extraer el uranio supere el precio de la energía eléctrica suministrada. ^{[ 190 ]} El Energy Watch Group ha calculado que, incluso con precios elevados del uranio, la producción de uranio habrá alcanzado su pico para 2035 y que solo será posible satisfacer la demanda de combustible de las centrales nucleares hasta entonces. ^{[ 191 ]}

Varias agencias han intentado estimar cuánto durarán estos recursos. La Comisión Europea dijo en 2001 que al nivel actual de consumo de uranio, los recursos conocidos de uranio durarían 42 años. Si se suman las fuentes militares y secundarias, los recursos podrían extenderse a 72 años. Sin embargo, esta tasa de uso supone que la energía nuclear continúa proporcionando solo una fracción del suministro energético mundial. Si la capacidad eléctrica se multiplicara por seis, entonces el suministro de 72 años duraría solo 12 años. ^{[ 183 ]} Según los grupos de la industria OCDE , NEA y OIEA , los recursos mundiales medidos actuales de uranio, económicamente recuperables a un precio de US$130/kg, son suficientes para durar 100 años al consumo actual. ^{[ 73 ]} Según la Asociación Australiana del Uranio , otro grupo de la industria, suponiendo que la tasa actual de consumo mundial de 66.500 toneladas de uranio por año y los recursos mundiales medidos actuales de uranio (4,7 Mt) son suficientes para durar 70 años. ^{[ 65 ]}

A medida que disminuye la producción de uranio, cabría esperar que los precios del uranio aumentaran. Sin embargo, el precio del uranio representa solo el 9 % del coste de funcionamiento de una central nuclear, mucho menor que el coste del carbón en una central termoeléctrica de carbón (77 %) o el del gas natural en una central termoeléctrica de gas (93 %). ^{[ 196 ] [ 197 ]}

El uranio se diferencia de los recursos energéticos convencionales, como el petróleo y el carbón, en varios aspectos clave. Estas diferencias limitan los efectos de la escasez de uranio a corto plazo, pero la mayoría no influyen en su eventual agotamiento. Algunas características clave son:

• El mercado del uranio es diverso y ningún país tiene una influencia monopólica sobre sus precios.
• Gracias a la altísima densidad energética del uranio, es factible almacenar combustible para varios años.
• Existen importantes reservas secundarias de uranio ya extraído, entre las que se incluyen armas nucleares desmanteladas, restos de uranio empobrecido aptos para el re-enriquecimiento y reservas existentes.
• En el agua de mar se encuentran enormes cantidades de uranio, aproximadamente 800 veces superiores a las reservas conocidas de uranio extraído, en concentraciones extremadamente diluidas.
• La introducción de reactores de neutrones rápidos aumentaría la eficiencia del uso del uranio en aproximadamente 100 veces. ^{[ 198 ]}

Una alternativa al uranio es el torio , que es tres veces más común que el uranio. No se necesitan reactores reproductores rápidos. En comparación con los reactores de uranio convencionales, los reactores de torio que utilizan el ciclo del combustible de torio pueden producir aproximadamente 40 veces más energía por unidad de masa. ^{[ 199 ]} Sin embargo, crear la tecnología, la infraestructura y el conocimiento necesarios para una economía basada en el combustible de torio no es rentable a los precios actuales y previstos del uranio.