Urânio

O urânio foi descoberto em 1789 pelo químico analítico M. H. Klaproth quando estudava o mineral de pechblenda. O elemento descoberto recebeu, o nome de uranit em homenagem ao planeta Uranus, recém descoberto em 1781, e em seguida passou a ser chamado de uranium. Em 1896 o químico francês Antonie H. Becquerel descobriu a radioatividade e na primeira metade do século XX, o comportamento dos radioisótopos foi estudado, sistematicamente, com o desenvolvimento da física atômica.

Quando se considera a distribuição global de urânio nas diferentes camadas da Terra, nota-se que, de acordo com o modelo meteorítico diferenciado, ele está enriquecido

cerca de 230 vezes na crosta terrestre e 3 vezes no manto superior e está empobrecido 3 vezes no manto inferior e 25 vezes no núcleo central (com relação ao material primordial), demostrando que o urânio é um elemento litófilo que migra do núcleo para a crosta. Na crosta terrestre, a distribuição do urânio está relacionada com as atividades magmáticas que causaram sua mobilização desde a formação da Terra. De acordo com a predominância dos fatores atuantes, ele se encontra retido nos principais minerais formadores de rochas, incorporado nos minerais acessórios ou concentrado, formando seus próprios minerais (Bonotto, 1986).

Em arenitos, o urânio se encontra em dois tipos de depósitos, o “roll,” formado na interface do arenito oxidado - não oxidado, e o peneconcordante, com corpos tabulares de arenito mineralizado, posicionados quase paralelamente ao arenito circundante (Gabelman, 1977).

A prospecção sistemática de minerais de urânio no Brasil teve início em 1952, a cargo do Conselho Nacional de Pesquisas - CNPq, revelando os primeiros indícios uraníferos em Poços de Caldas (MG), Jacobina (BA) e Araxá (MG). Hoje, o país possui a quinta reserva de urânio do mundo, com 301.409 t de U3O8, distribuídos em oito jazidas (Javaroni & Maciel,

1985).

Localizado no grupo 3B, na série dos actinídios da tabela periódica, o urânio tem número atômico 92, peso atômico 238,0289, configuração eletrônica 5f e estado de oxidação variando de +2 a +6. Os números de oxidação +4 a +6 ocorrem, naturalmente, na crosta terrestre e, como agente redutor, pode liberar hidrogênio da água nas duas valências menores (Krauskopf, 1972; Firestone, 1996).

A transição do estado de oxidação 4+ para 6+ é conseqüência da exposição do urânio às condições intempéricas, constituindo o íon uranila (UO22+) (Osmond & Cowart,

1976). A reação tem potencial de óxi-redução (Eº) de 0,33 volts e ocorre na natureza de acordo com a equação:

U4+ + 2H2O UO22+ + 4H+ + 2e-.

Presente em minerais ígneos primários, o íon uranoso (U4+) tem raio iônico 1,05 Å, próximo ao do cálcio e terras raras trivalentes (Goldschmidt, 1954). Nesse estado, o íon é considerado primário, sendo o dióxido (UO2) ou silicato (USiO4.nH2O) os principais

Mas, oxidação incipiente e perda de urânio por decomposição radioativa podem aumentar a relação oxigênio/urânio e com isso, a composição pode aproximar-se de U3O8 (Krauskopf,

1972).

O urânio que ocorre na natureza compreende três isótopos: o 238U, 235U e 234U. Quando em equilíbrio radioativo, a abundância relativa numa mistura corresponde, respectivamente, a 99,28%, 0,72% e 0,0054% (Bonotto, 1982).

O urânio é um elemento instável, sendo que seus dois isótopos naturais 238U e 235U dão origem às séries de decaimento radioativo 4n+2 e 4n+3, respectivamente. A “série do urânio” é iniciada pelo 238U e a “série do actínio” pelo 235U. A série do urânio torna-se estável após 14 transformações, sendo 8 do tipo alfa (α) e 6 do tipo beta (β-), quando é atingido o seu último membro 206_{Pb. A série do actínio torna-se estável após 11 transformações, sendo 7 do}

tipo alfa (α) e 4 do tipo beta (β-), quando é atingido o seu produto final, 207Pb. O isótopo 234U é radiogênico, tem abundância média na crosta de 2 a 3 x 10-8 %, sendo gerado na série do urânio 238U após o decaimento de dois nuclídeos, o 234Th, com meia-vida de 24,1 dias e o

234_{Pa, com meia-vida de 1,18 minutos (Figura 08).}

A ocorrência de urânio é mais acentuada em rochas graníticas, pegmatitos graníticos e em sienitos, principalmente em minerais acessórios, onde a uraninita (UO2 a

U3O8), o mineral de urânio mais abundante na crosta terrestre, se distribui irregularmente,

tendo como paragêneses os minerais de tório, terras raras, nióbio, tântalo, turmalina e zircão (Betejtin, 1970).

Nos sedimentos arenosos, os níveis de urânio são geralmente menores que 1 µg/g, devido à facilidade com que é lixiviado. Entretanto, quando tais sedimentos são derivados de rochas ígneas enriquecidas de U e Th, concentrações anormais desses elementos podem ser encontradas (Bonotto, 1996).

A grande tendência do urânio em se oxidar para íons de U6+, que é bastante solúvel, permite-lhe maior mobilidade nas camadas superficiais ou subterrâneas oxidantes até ambientes redutores, onde se precipita na forma de pechblenda ou cofinita (USiO4.nH2O)

(Krauskopf, 1972; Osmond & Cowart, 1976).

Os fatores que afetam a distribuição do urânio nas águas naturais são: o teor de urânio na rocha matriz, sedimentos ou solos e sua lixivialidade; o grau de isolamento hidráulico da água em relação à diluição pelas águas superficiais; efeitos climáticos, a variabilidade sazonal e a influência da evapotranspiração; o pH e o estado de oxidação da água; as concentrações de carbonato, fosfato, vanadato, fluoreto, sulfato, silicato, cálcio,

potássio e outras espécies que podem formar complexos uraníferos ou minerais insolúveis de urânio; a presença de materiais adsorventes de urânio como matéria orgânica, argilas, óxi- hidróxidos de ferro, manganês e titânio (Langmuir, 1978).

Com relação à adsorção do urânio, durante o intemperismo das rochas, a água, contendo substâncias húmicas, atua como poderoso agente na mobilização de íons metálicos, adsorvendo-os, especialmente os da série de transição, portadores de potenciais iônicos intermediários e orbitais-d parcialmente preenchidos (Bonotto, 1986).

A acumulação desse elemento ocorre após a decomposição das plantas, quando a lignita se transforma, parcialmente, em ácido húmico insolúvel durante o processo de humificação (Bonotto, 1986).

As concentrações de urânio solúvel geralmente variam de 0,1 a 10 ppb em rios, lagos e águas subterrâneas (Osmond & Cowart, 1976). Os teores de urânio nas águas subterrâneas variam bastante, dependendo da litologia e/ou proximidade das jazidas desse elemento, considerando-se muitas vezes como anômalos os valores acima de 4 µg/L (Bowie & Plant, 1983).

O fracionamento do 234U com relação ao 238U é muito comum na natureza, e vários mecanismos interpretativos do fracionamento têm sido apontados por diversos pesquisadores, depois que Cherdyntsev et al. (1955), observaram tal fenômeno em minerais secundários. Entre esses mecanismos, estão:

* Destruição das redes cristalinas vizinhas ao nuclídeo, no momento do primeiro decaimento alfa, deixando o 234U mais acessível à lixiviação (Bonotto, 1982);

* Comportamento químico diferente dos filhos intermediários (234Th e 234Pa, Figura 08), que são menos móveis e possuem meias-vidas curtas (Gomes, 1978);

* Auto-oxidação ou oxidação diferencial do 234U. A forma oxidada é mais móvel que a reduzida. O 234U é mais vulnerável à oxidação que o 238U e os nuclídeos intermediários,

234_{Th e} 234_{Pa, necessitam de menos elétrons em seus orbitais de valência que o urânio, sendo}

que o decaimento beta do 234Th para 234U produz, automaticamente, um estado de oxidação (Gomes, 1978);

Estes três processos causam passivos fracionamentos, pois, dependem fundamentalmente da lixiviação para produzir um excesso de 234U (Gomes, 1978);

* O quarto processo é mais dinâmico e não depende da lixiviação para enriquecer em 234_{U as soluções em percolação. O recuo do} 234_{Th, resultando em sua expulsão}

através da interface sólido-líquido, poderia enriquecer em 234U as soluções vizinhas aos grãos de minerais com urânio, por decaimentos posteriores do 234Th (Thurber apud Gomes, 1978).

U

Pa

Th

Ac

Ra

Fr

Rn

At

Po

Bi

Pb

Ti

Figura 08. Cadeia natural de decaimento radioativo do Urânio (4n+2) (Adaptado de Ku, 1976).

4. ASPECTOS GERAIS DA ÁREA DE ESTUDO