L'estrazione di uranio dall'acqua di mare
Pubblichiamo un articolo di Giorgio Nebbia sull'estrazione dell'uranio dall'acqua di mare che era apparso nel 1970 su "Il Giorno". L'articolo è interessante non tanto dal punto di vista tecnico dato che, ovviamente, a distanza di quasi 40 anni le linee di ricerca descritte sono ormai totalmente obsolete. E' interessante, tuttavia, come un documento di un epoca della quale non è rimasto quasi nulla che sia rintracciabile su internet. Evidentemente, già in quegli anni di grande espansione dell'industria nucleare già si percepiva la scarsità di uranio minerale e si riteneva importante lanciarsi nell'impresa, difficile e mai tentata prima, di estrarre uranio dall'acqua di mare. L'impresa, in effetti, si è rivelata molto difficile, quasi impossible. A 40 anni di distanza da quei primi tentativi, siamo ancora a dei test di fattibilità che hanno permesso di estrarre circa 1 kg di uranio dal mare in quasi un anno di filtraggio. Non molto, considerando che le attuali centrali nucleari consumano circa 65.000 tonnellate di uranio all'anno. Non tutto quello che è teoricamente possibile fare lo è anche in pratica e, oggi, la scarsità di uranio minerale si fa sentire molto di più di quanto non facesse negli anni '70. Ma è anche vero che, se la strada è in salita, non si possa trovare il modo di percorrerla. Un commento sulla situazione attuale dell'estrazione di uranio dal mare si trova sul blog di aspoitaila.
(Ugo Bardi)
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Uranio dall'acqua di mare
Giorgio NebbiaQuesto indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Il Giorno, 25 agosto 1970
Ripubblicato su www.aspoitalia.net, dicembre 2007
Se le previsioni tecniche sono credibili, nei prossimi decenni l'energia nucleare contribuirà in proporzioni crescenti ai fabbisogni energetici dell'uomo e, soprattutto, ai fabbisogni di energia termoelettrica. L'atttuale tecnologia che utilizza come materia prima l'uranio, si evolverà probabilmente verso soluzioni nelle quali una crescente proporzione dei sottoprodotti radioattivi che si formano nei reattori nucleari potrà servire, a sua volta, come "combustibile". In questo caso il consumo di “nuovo” uranio per unità di energia prodotta sarà inferiore rispetto ai valori attuali, ma l'uranio sarà sempre la materia prima di base per l'energia nucleare (la soluzione della fusione, che richiederebbe come materia prima deuterio, cioè idrogeno “pesante", non sembra presentarsi come applicabile su larga scala almeno nei prossimi venti o trenta anni).
La produzione di uranio sarà sempre più importante nei prossimi anni e si calcola che nel solo ambito del Mercato Comune nei prossimi 30 anni occorreranno almeno 500.000 tonnellate di uranio. Le riserve di uranio nei paesi della Comunità sono valutate di appena 60.000 tonnellate e sono per lo più situate in Francia, il paese che attualmente (1970) produce circa 1600 tonnellate allanno di uranio naturale, per cui i paesi della Comunità dovranno rivolgersi all' estero per il loro approvvigionamento e, in queste condizioni, possono diventare attraenti anche fonti di uranio relativamente povere come l'acqua di mare.
Benché il contenuto di uranio dell’acqua di mare sia di appena 3 milligrammi per ogni 1000 litri, il contenuto totale di uranio di tutti i mari è di circa 4 miliardi di tonnellate e costituisce perciò una riserva tale da coprire i fabbisogni di tutto il mondo per un numero enorme di anni.
A causa della bassa concentrazione, però, l'estrazione di uranio dall'acqua di mare pone seri problemi tecnici ed economici. Basta pensare che per estrarre un chilogrammo di uranio bisogna lavorare circa 350 milioni di litri di acqua marina; se si calcola che il valore dell'uranio, sotto forma di ossido, può aggirarsi sulle 10.000 - 20.000 Lire al chilogrammo, si vede ohe ooccorre lavorare da 2 a 3 milioni di litri di acqua per ricavare uranio per un valore di 100 Lire.
Eppure nonostante queste difficoltà, nei venti anni passati sono stati condotti numerosi studi e tentativi di laboratorio per ottenere dal mare l’utile metallo. Una delle prime idee è stata quella di far adsorbire l'uranio su idrato ferroso, ma il processo era poco efficiente. Successivamente si è scoperto che portando l'acqua di mare a contatto con idrato di titanio allo stato solido gl'anulare, l'uranio viene adsorbito e fissato da questo reagente e questo processo è stato usato sia dagli Inglesi che dai Giapponesi.
I ricercatori del'a Commissione inglese per l'energia atomica hanno messo a punto un processo consistente nel portare l'acqua di mare, tenuta in moto turbolento, a contatto con un sottile strato di idrato di titanio. Si ottiene quindi una pasta che presenta una concentrazione di uranio 10.000 volte superiore a quella dell' acqua di mare e confrontabile, quindi, con quella di un minerale povero, già. lavorabile con le tecniche note di preparazione dell'ossido di uranio commerciale.
Uno degli inconvenienti è costituito dal grande consumo di energia necessaria per muovere grandi volumi di acqua di mare per portarla a contatto con il "letto” di materiale adsorbente. Per risolvere il problema è stato proposto di utilizzare il moto delle maree, quale si verifica in un estuario, col che i consumi di energia sarebbero grandemente ridotti. Sta di fatto, comunque. che finora il problema dell' estrazione dell'uranio dall’acqua di mare non è ancora uscito dalla fase di ricerca di laboratorio.
Un notevole vantaggio rispetto ai metodi attuali si avrebbe partendo da soluzioni concentrate di acqua marina: una concentrazione dell'acqua di mare si verifica spontaneamente nelle saline in cui il sale è ottenuto facendo evaporare l'acqua sotto l'azione del calore solare, una delle poche applicazioni commerciali su larga scala dell'energia solare. In queste saline --- molte si trovano in Italia (Margherita di Savoia, Cervia, in varie località della Sicilia e della Sardegna) e in molti altri paesi del mondo --- l'acqua di mare viene dapprima inviata, mediante potenti pompe, in una serie di vasche dove, in seguito all'evaporazione solare dell'acqua, la concentrazione salina passa dall'originale 3,5 % fino al 15 % circa. A questo punto, a mano a mano che aumenta la concentrazione, precipita il solfato di calcio e la precipitazione continua fino a che la soluzione non raggiunge una concentrazione salina del 25 %. Finita la precipitazione del solfato di calcio, in seguito all'ulteriore evaporazione dell'acqua, comincia a separarsi il cloruro di sodio, cioè il sale commerciale; una parte del cloruro di sodio, insieme ai sali di calcio, potassio e magnesio, più solubili, ritorna nel mare sotto forma di soluzione concentrata ("salamoia”) contenente complessivamente dal 35 al 38 % di sali.
Per poter pensare ad un eventuale sfruttamento di questo gigantesco processo naturale di concentrazione dell'acqua di mare al fine di ricavare uranio su scala industriale bisognava sapere esattamente dove va a finire l'uranio durante la lenta e complessa serie di evaporazioni e precipitazioni. Il problema è stato chiarito di recente dal prof. Mario Dall’Aglio del Comitato Nazionale per l'Energia Nucleare (CNEN) che ha reso noti i risultati di una serie di indagini condotte nelle saline statali di Margherita di Savoia, in Provincia di Foggia (1).
Queste saline, tra le più grandi del mondo, possono trattare fino a 40 miliardi di litri di acqua di mare all'anno per ricavarne fino a 700.000 tonnellate all'anno di sale: 40 miliardi di litri di acqua di mare contengono circa 120 chilogrammi di uranio, una quantità non grande, ma neanche disprezzabile e la “miniera” di uranio renderebbhe disponibile la stessa quantità ogni anno.
Le indagini hanno mostrato che meno del 3 % dell'uranio originariamente presente nell'acqua di. mare va a finire nel sale, circa il 3 % viene trascinato dal solfato di calcio durante la sua precipitazione e resta sul fondo delle vasche; più del 90 % dell'uranio, resta disciolto nelle salamoie che ritornano nel mare e che presentano una concentrazione di uranio circa 10 volte superiore a quella dell'acqua di mare “di partenza", cioè circa 30 milligrammi di uranio per ogni 1000 litri di salamoia.
Si tratta ancora di una concentrazione molto bassa, ma comunque tale da far considerare queste salamoie una materia prima più interessante dell'acqua di mare per l'applicazione di uno dei processi di estrazione dell’uranio finora sperimentati sull'acqua di mare tale e quale. Almeno da un punto di vista teorico, si può pensare che consumi di energia, consumi di reagenti e costi possano risultare ridotti, se non di dieci volte, almeno di alcune volte.
Si tratta, naturalmente, appena di un'indicazione e di un inizio di una lunga strada; occorrono ricerche e tentativi prima che si possa pensare ad una produzione industriale di uranio dalle salamoie delle saline solari.
Le ricerche di Dall’Aglio, oltre ad indicare nuove prospettive nel campo del1'ottenimento di una materia prima strategica per il futuro energetico dell'umanità, presentano interesse perché allargano le conoscenze sul destino dell'uranio nei grandi processi geochimici di evaporazione dei mari interni nelle ere geologiche passate. Una salina, pur nel breve ciclo di evaporazione di un anno, costituisce un modello di fenomeni che, sullo stesso principio, hanno richiesto migliaia di secoli.
(1) Si riferisce alle ricerche di M. Dall’Aglio e E. Casentini, “The distribution of uranium between precipitates and brines in the solar salt plant of Margherita di Savoia”, Boll. Soc. Geol. Ital., 89, 475-484 (1970) <www.mario.dallaglio.it/Mario_files>.
(Ugo Bardi)
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Uranio dall'acqua di mare
Giorgio Nebbia
Il Giorno, 25 agosto 1970
Ripubblicato su www.aspoitalia.net, dicembre 2007
Se le previsioni tecniche sono credibili, nei prossimi decenni l'energia nucleare contribuirà in proporzioni crescenti ai fabbisogni energetici dell'uomo e, soprattutto, ai fabbisogni di energia termoelettrica. L'atttuale tecnologia che utilizza come materia prima l'uranio, si evolverà probabilmente verso soluzioni nelle quali una crescente proporzione dei sottoprodotti radioattivi che si formano nei reattori nucleari potrà servire, a sua volta, come "combustibile". In questo caso il consumo di “nuovo” uranio per unità di energia prodotta sarà inferiore rispetto ai valori attuali, ma l'uranio sarà sempre la materia prima di base per l'energia nucleare (la soluzione della fusione, che richiederebbe come materia prima deuterio, cioè idrogeno “pesante", non sembra presentarsi come applicabile su larga scala almeno nei prossimi venti o trenta anni).
La produzione di uranio sarà sempre più importante nei prossimi anni e si calcola che nel solo ambito del Mercato Comune nei prossimi 30 anni occorreranno almeno 500.000 tonnellate di uranio. Le riserve di uranio nei paesi della Comunità sono valutate di appena 60.000 tonnellate e sono per lo più situate in Francia, il paese che attualmente (1970) produce circa 1600 tonnellate allanno di uranio naturale, per cui i paesi della Comunità dovranno rivolgersi all' estero per il loro approvvigionamento e, in queste condizioni, possono diventare attraenti anche fonti di uranio relativamente povere come l'acqua di mare.
Benché il contenuto di uranio dell’acqua di mare sia di appena 3 milligrammi per ogni 1000 litri, il contenuto totale di uranio di tutti i mari è di circa 4 miliardi di tonnellate e costituisce perciò una riserva tale da coprire i fabbisogni di tutto il mondo per un numero enorme di anni.
A causa della bassa concentrazione, però, l'estrazione di uranio dall'acqua di mare pone seri problemi tecnici ed economici. Basta pensare che per estrarre un chilogrammo di uranio bisogna lavorare circa 350 milioni di litri di acqua marina; se si calcola che il valore dell'uranio, sotto forma di ossido, può aggirarsi sulle 10.000 - 20.000 Lire al chilogrammo, si vede ohe ooccorre lavorare da 2 a 3 milioni di litri di acqua per ricavare uranio per un valore di 100 Lire.
Eppure nonostante queste difficoltà, nei venti anni passati sono stati condotti numerosi studi e tentativi di laboratorio per ottenere dal mare l’utile metallo. Una delle prime idee è stata quella di far adsorbire l'uranio su idrato ferroso, ma il processo era poco efficiente. Successivamente si è scoperto che portando l'acqua di mare a contatto con idrato di titanio allo stato solido gl'anulare, l'uranio viene adsorbito e fissato da questo reagente e questo processo è stato usato sia dagli Inglesi che dai Giapponesi.
I ricercatori del'a Commissione inglese per l'energia atomica hanno messo a punto un processo consistente nel portare l'acqua di mare, tenuta in moto turbolento, a contatto con un sottile strato di idrato di titanio. Si ottiene quindi una pasta che presenta una concentrazione di uranio 10.000 volte superiore a quella dell' acqua di mare e confrontabile, quindi, con quella di un minerale povero, già. lavorabile con le tecniche note di preparazione dell'ossido di uranio commerciale.
Uno degli inconvenienti è costituito dal grande consumo di energia necessaria per muovere grandi volumi di acqua di mare per portarla a contatto con il "letto” di materiale adsorbente. Per risolvere il problema è stato proposto di utilizzare il moto delle maree, quale si verifica in un estuario, col che i consumi di energia sarebbero grandemente ridotti. Sta di fatto, comunque. che finora il problema dell' estrazione dell'uranio dall’acqua di mare non è ancora uscito dalla fase di ricerca di laboratorio.
Un notevole vantaggio rispetto ai metodi attuali si avrebbe partendo da soluzioni concentrate di acqua marina: una concentrazione dell'acqua di mare si verifica spontaneamente nelle saline in cui il sale è ottenuto facendo evaporare l'acqua sotto l'azione del calore solare, una delle poche applicazioni commerciali su larga scala dell'energia solare. In queste saline --- molte si trovano in Italia (Margherita di Savoia, Cervia, in varie località della Sicilia e della Sardegna) e in molti altri paesi del mondo --- l'acqua di mare viene dapprima inviata, mediante potenti pompe, in una serie di vasche dove, in seguito all'evaporazione solare dell'acqua, la concentrazione salina passa dall'originale 3,5 % fino al 15 % circa. A questo punto, a mano a mano che aumenta la concentrazione, precipita il solfato di calcio e la precipitazione continua fino a che la soluzione non raggiunge una concentrazione salina del 25 %. Finita la precipitazione del solfato di calcio, in seguito all'ulteriore evaporazione dell'acqua, comincia a separarsi il cloruro di sodio, cioè il sale commerciale; una parte del cloruro di sodio, insieme ai sali di calcio, potassio e magnesio, più solubili, ritorna nel mare sotto forma di soluzione concentrata ("salamoia”) contenente complessivamente dal 35 al 38 % di sali.
Per poter pensare ad un eventuale sfruttamento di questo gigantesco processo naturale di concentrazione dell'acqua di mare al fine di ricavare uranio su scala industriale bisognava sapere esattamente dove va a finire l'uranio durante la lenta e complessa serie di evaporazioni e precipitazioni. Il problema è stato chiarito di recente dal prof. Mario Dall’Aglio del Comitato Nazionale per l'Energia Nucleare (CNEN) che ha reso noti i risultati di una serie di indagini condotte nelle saline statali di Margherita di Savoia, in Provincia di Foggia (1).
Queste saline, tra le più grandi del mondo, possono trattare fino a 40 miliardi di litri di acqua di mare all'anno per ricavarne fino a 700.000 tonnellate all'anno di sale: 40 miliardi di litri di acqua di mare contengono circa 120 chilogrammi di uranio, una quantità non grande, ma neanche disprezzabile e la “miniera” di uranio renderebbhe disponibile la stessa quantità ogni anno.
Le indagini hanno mostrato che meno del 3 % dell'uranio originariamente presente nell'acqua di. mare va a finire nel sale, circa il 3 % viene trascinato dal solfato di calcio durante la sua precipitazione e resta sul fondo delle vasche; più del 90 % dell'uranio, resta disciolto nelle salamoie che ritornano nel mare e che presentano una concentrazione di uranio circa 10 volte superiore a quella dell'acqua di mare “di partenza", cioè circa 30 milligrammi di uranio per ogni 1000 litri di salamoia.
Si tratta ancora di una concentrazione molto bassa, ma comunque tale da far considerare queste salamoie una materia prima più interessante dell'acqua di mare per l'applicazione di uno dei processi di estrazione dell’uranio finora sperimentati sull'acqua di mare tale e quale. Almeno da un punto di vista teorico, si può pensare che consumi di energia, consumi di reagenti e costi possano risultare ridotti, se non di dieci volte, almeno di alcune volte.
Si tratta, naturalmente, appena di un'indicazione e di un inizio di una lunga strada; occorrono ricerche e tentativi prima che si possa pensare ad una produzione industriale di uranio dalle salamoie delle saline solari.
Le ricerche di Dall’Aglio, oltre ad indicare nuove prospettive nel campo del1'ottenimento di una materia prima strategica per il futuro energetico dell'umanità, presentano interesse perché allargano le conoscenze sul destino dell'uranio nei grandi processi geochimici di evaporazione dei mari interni nelle ere geologiche passate. Una salina, pur nel breve ciclo di evaporazione di un anno, costituisce un modello di fenomeni che, sullo stesso principio, hanno richiesto migliaia di secoli.
(1) Si riferisce alle ricerche di M. Dall’Aglio e E. Casentini, “The distribution of uranium between precipitates and brines in the solar salt plant of Margherita di Savoia”, Boll. Soc. Geol. Ital., 89, 475-484 (1970) <www.mario.dallaglio.it/Mario_files>.