La restauración ambiental en la fábrica de uranio de Andújar

La restauración ambiental
en la fábrica de uranio de Andújar
JUAN L. SANTIAGO ALBARRÁN
Jefe del Departamento de Proyectos de ENRESA
RESUMEN
ENRESA ha desmantelado una fábrica de concentrados de uranio y
restaurado el emplazamiento entre los años 1991 y 1994.
La planta que estuvo en operación desde 1959 y 1981 se diseñó para
tratar mineral de uranio de baja ley (0,15% de U3O8) y producir concentrado del 80% en forma de uranato sódico y amónico, con una
producción de 60 a 80 toneladas por año. Durante el periodo de explotación se trataron 1,2 millones de toneladas para producir 1.350
toneladas de U3O8 con una pureza del 80-85%. La recuperación del
uranio implicaba lixiviación con ácido sulfúrico seguido de intercambio iónico o extracción con aminas. Los residuos sólidos producidos
se almacenaron en un dique que cubría un área de 9,4 Ha con un volumen de aproximadamente un millón de metros cúbicos. La construcción fue de tipo anillo con alturas de 20 m en su parte central y
oriental y 10 m en su parte occidental, cuyos taludes tenían pendientes entre 25 y 35 grados.
El plan de restauración llevado a cabo consistió en la estabilización y
consolidación de los estériles de fabricación y de los materiales contaminados "in situ". Los equipos de la planta, instalaciones y edificios
fueron desmantelados y demolidos y los residuos metálicos y productos de demolición resultantes se incorporaron dentro del dique de estériles, que fue reconfigurado suavizando los taludes y colocando un
sistema de cobertura.
La vegetación sobre el dique y la plantación de árboles y arbustos en
el resto del emplazamiento han permitido integrar el conjunto en el
entorno.
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0.
ANTECEDENTES
La Fábrica de Uranio de Andújar (FUA) fue explotada por la Junta de Energía Nuclear desde 1959 hasta 1981, año en que cesaron las actividades de fabricación de concentrados de Uranio.
Con fecha de 13/12/85 el Ministerio de Industria y Energía dispuso que la Junta de
Energía Nuclear y ENRESA estableciesen el correspondiente convenio con el fin de que
esta última se hiciese cargo en cumplimiento del Decreto 1.522/82 del acondicionamiento definitivo y seguro de los estériles.
1.
INTRODUCCIÓN
El proceso de fabricación de concentrado de uranio (Yellow Cake), consiste básicamente en el ataque ácido o básico del mineral de uranio triturado, y posterior lavado en contracorriente, extracción-reextracción, precipitación y calcinación. El mineral
triturado y los líquidos ácidos utilizados en el ataque (estériles) se envían a un embalse para su almacenamiento. Básicamente los embalses son de tipo anillo, formados por
diques perimetrales, o bien formados por un dique que cierra una vaguada sobre la que
se van depositando los estériles en forma de pulpa.
Durante la operación de la fábrica en cuestión los estériles van decantando en el
embalse, y al final de la vida útil de la fábrica o bien al agotar la capacidad del embalse, comienza el proceso natural de desecación al dejar de verter líquidos.
El resultado final es la formación de una escombrera con unas características geotécnicas precarias en general desde el punto de vista de la estabilidad y con los problemas asociados de la radiactividad presente en los estériles debido a los descendientes del uranio.
Además hay que considerar el hecho de la existencia de unas instalaciones fabriles
fuera de uso, contaminadas durante su funcionamiento, cuyo destino debe tratarse conjuntamente con el de los estériles, mediante la demolición y desmantelamiento de dichas instalaciones y su incorporación a la masa de estériles.
Los riesgos derivados de las escombreras de estériles sin estabilizar ni proteger pueden resumirse como sigue:
1. Pérdida de estabilidad de los taludes bien por variación de las condiciones de
equilibrio actuales, o por defecto de un sismo, o bien por licuefacción, dispersando los estériles.
2. Difusión por el viento y el agua de los estériles.
3. Difusión de Radón.
4. Erosión por el viento y el agua de la escombrera, con dispersión de estériles y
pérdida de estabilidad.
5. Contaminación de aguas subterráneas.
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La restauración ambiental de la fábrica de uranio de Andújar
En la Figura 1 se resumen los riesgos potenciales, que constituyen los principales
aspectos a considerar en el diseño de cualquier alternativa de estabilización y protección a largo plazo, de una escombrera de este tipo.
Figura 1.
2.
Riesgos potenciales.
LA FÁBRICA DE URANIO DE ANDÚJAR
La Fábrica de Uranio de Andújar fue diseñada para beneficiar minerales de uranio de baja Ley (1,5 por mil de U 3O8) y obtener como producto final un concentrado de uranio con un contenido en U 3O8 del 80% en forma de uranato sódico o
amónico.
Durante el período de explotación se trataron 1.2181.098 t de mineral de uranio de
diferentes procedencias, con una ley media de 1,23 por mil de U3O8, para producir
1.354 t de U3O8 con un grado de pureza comprendido entre el 80-85%, a un ritmo de
producción anual de 60-80 t/año.
El proceso de fabricación consistía en la lixiviación ácida del mineral, y posterior
recuperación del uranio solubilizado por cambio de ión o extracción por aminas. Los
residuos sólidos producidos se almacenaban en diques donde decantaban los sólidos,
mientras que los líquidos se enviaban al río Guadalquivir una vez tratados.
En el Figura 2 se muestra la implantación de la Fábrica dentro de un recinto trapezoidal de unas 18 Ha.
Las características de los diques de estériles son las siguientes:
Superficie ocupada en planta …………………………………………90.600 m2
Montera dique viejo ……………………………………………………31.700 m 2
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Montera dique nuevo…………………………………………………
15.700 m2
Taludes dique viejo …………………………………………………
34.800 m2
Taludes dique nuevo …………………………………………………
14.300 m2
Altura dique viejo ……………………………………………………
19,5 m
Altura dique nuevo …………………………………………………
10,4 m
Pendiente media taludes dique viejo ………………………………
43,9 %
Pendiente media taludes dique nuevo ………………………………
59,6 %
Volumen aproximado ocupado por los estériles…………………… 980.000 m3
Cantidad total de mineral tratado ………………………………… 1.218.098 t
3.
CRITERIOS DE DISEÑO
Los criterios de diseño adoptados para el Plan de Restauración de la Fábrica de uranio de Andújar son los siguientes:
1. Evitar la dispersión de estériles y materiales contaminados.
2. Garantizar la durabilidad (200 años mínimo y 1.000 años como objetivo de diseño).
3. Controlar las emisiones de gas radón a la atmósfera (flujo promedio inferior a
20 rCi/m2 seg).
4. Proteger las aguas subterráneas de forma que a largo plazo se restablezca el fondo natural de la zona o que la concentración de actividad en dichas aguas sea
inferior a:
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1,2 Bq/l de U-238 + U-234.
0,18 Bq/l de Ra-226 + Ra-228.
0,5 Bq/l de actividad alfa total, excluyendo radón y uranio.
Al final de un período de verificación de 10 años la concentración de U-238 +
U-234 en las aguas subterráneas deberá ser inferior a:
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6,15 Bq/l en los límites del emplazamiento.
3,5 Bq/l en los pozos existentes cercanos al emplazamiento.
5. Restaurar los terrenos contaminados en las proximidades del emplazamiento de
manera que las concentraciones residuales de Ra-226 en suelos sean inferiores a
5 rCi/gr en los primeros 15 cm de profundidad y a 15 rCi/gr en las siguientes
capas de 15 cm de espesor.
6. Minimizar la necesidad de mantenimiento a largo plazo.
7. Realizar la obra sin riesgos no admisibles para los trabajadores, la población y el
medio ambiente.
8. Integrar el conjunto restaurado en el entorno próximo.
Con objeto de garantizar el cumplimiento de los objetivos de diseño, se han incorporado al Plan de Restauración los siguientes elementos:
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Objetivos de Diseño
Elementos del Diseño
Garantía de estabilidad y durabilidad.
Utilización exclusiva de materiales probada durabilidad.
Diseño frente a sucesos extraordinarios,
como precipitación máxima probable,
avenida máxima probable y terremoto
máximo creíble.
Utilizar sistemas de cobertura múltiples
y redundantes.
Control de dispersión e intrusión.
Incorporar barreras de protección contra
la erosión.
Incorporar barreras de biointrusión.
Limpieza de suelos contaminados.
Retirada de los suelos e incorporación al
dique de estériles.
Control de radón.
Incorporar barrera de radón de materiales.
Protección de las aguas subterráneas.
Limitar la infiltración a través de la cubierta.
Incorporar sistemas múltiples de la cobertura que incluyan elementos evapo-transpirativos (suelo/vegetación), elementos
drenantes (drenes) y barreras de infiltración (arcillas de baja permeabilidad).
Minimización del Mantenimiento.
Incorporación de vegetación autóctono
en cubierta.
4.
DISEÑO BÁSICO DEL PLAN DE RESTAURACIÓN
El diseño básico adoptado consiste en la estabilización de los estériles en su emplazamiento actual, incorporando los productos de desmantelamiento de equipos y demolición de edificios a un dique adyacente al de estériles, y consolidando el conjunto
dotándolo además de una protección contra la acción de los agentes externos.
A continuación se discuten los aspectos fundamentales considerados en el diseño.
4.1.
Confinamiento de estériles y materiales contaminados
En primer lugar, se efectuará un corte y perfilado de los taludes actuales para alcanzar pendientes de 5 (H):1(V) que confieran suficiente estabilidad estática y dinámica al conjunto. Los productos de desmantelamiento de las instalaciones de proceso se
confinarán en una matriz de hormigón y se incorporarán al dique principal de estériles. Los productos de demolición de edificios y estructuras se confinarán asimismo en
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el dique principal de estériles. Los suelos contaminados excavarán de un emplazamiento
actual y se incorporarán a la cumbrera del dique principal. La configuración final del
dique de estériles (Figura 2), se ha diseñado de manera que se minimice el movimiento de estériles y el tamaño de la zona a ocupar.
Figura 2.
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A continuación, el conjunto estabilizado (dique principal y adosado), se protegerá
con una cubierta constituida por un conjunto de capas de diferentes materiales y espesores (ver Figura 3) en cumbrera y taludes. Cada una de las capas cumple una función determinada:
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Capa de arcilla: Tiene una doble función, por un lado actúa reduciendo la infiltración a valores de diseño (aproximadamente 3 mm/año), y por otro reduce la
emanación de gas radón a la atmósfera a valores medios inferiores a 20 ρCi/m2/s.
Se caracteriza por una permeabilidad saturada de 10-7 y un espesor de 60 cm.
Drenaje: Constituida por una capa de arena de 25 cm de espesor, ejerciendo funciones de dren y de protección ante la desecación de la capa de arcilla. Se caracteriza por una permeabilidad saturada de 10º cm/s.
Barrera contra biointrusión/erosión: Se caracteriza por un diámetro medio de 10
cm y un espesor de 30 cm.
Capa de filtro: Se caracteriza por cumplir condiciones de filtro entre el suelo y la
barrera contra la biointrusión, dado el gran contraste que existe entre las granulometrías del suelo y la barrera contra la biointrusión. Tiene un espesor de 25
cm.
Suelo vegetal: Su característica básica es la de permitir el desarrollo de una comunidad vegetal sobre él, con un espesor de 50 cm.
Suelo grava: (en cumbrera) Constituida por una mezcla de suelo y gravilla cuya
finalidad es por una parte amortiguar el efecto erosivo del impacto de la lluvia
(componente gravilla), y por otra compensar las pérdidas superficiales de suelo
que se pudieran producir a lo largo de la vida útil de la obra.
Protección contra la erosión: (en talud) Sus características básicas son su composición (estructuras sólidas de gravas gruesas con los poros rellenos de suelo) y
el tamaño medio de las piedras 15 cm.
Tierra vegetal o suelo (pedido): (en talud) Su espesor es de 2-5 cm con el fin de
facilitar el agarre inicial de la vegetación.
Cubierta vegetal: Está constituida por herbáceas y gramíneas de la zona.
Este sistema multicapa que se muestra en la Figura 3, permite limitar la infiltración
debido al aprovechamiento efectivo de la evapotranspiración, protege a la barrera de infiltración de la desecación y contribuye a reducir el impacto visual de los diques mediante el establecimiento de vegetación.
4.2.
Estabilidad e integridad a largo plazo
Para alcanzar estabilidad suficiente a largo plazo, las obras de clausura prevén la remodelación de los taludes actuales de los diques hasta alcanzar pendientes del 20%
5(H):1(V) en toda su superficie lateral y del 4% en su cumbrera superior.
La comprobación de la estabilidad de la configuración definitiva se ha realizado tanto para condiciones estáticas a corto (final de la construcción) y largo plazo, como para
condiciones dinámicas bajo la excitación del terremoto máximo de diseño. Los cálculos de estabilidad efectuados, tanto por los métodos de equilibrio límite como por elementos finitos, proporcionan coeficientes de seguridad suficientes que permiten asegurar la estabilidad bajo condiciones extremas.
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Finalmente se ha analizado las condiciones de deformabilidad de los diques como
consecuencia del movimiento de estériles que se realizará durante su remodelación. En
particular en los diques bajos, como consecuencia de su recrecimiento hasta cota definitiva, se producirá una consolidación bajo carga que generará asentamientos importantes en el tiempo que podrían afectar a la integridad de las capas de cobertura que
se colocarán sobre ellos. Para evitar este fenómeno, se efectuará, al inicio de las obras;
una precarga de los diques bajos, y no se dispondrán las capas de cobertura sobre ellos
hasta que no se ha producido la consolidación de los mismos.
El estudio de consolidación, se ha efectuado a través de un ensayo de precarga real
a partir del cual se ha obtenido los parámetros de deformabilidad bajo carga de los estériles. Posteriormente, mediante un modelo de elementos finitos, se ha simulado las
condiciones de recrecimiento definitivas, evaluando los asientos en superficie de diques
y las deformaciones que se transmitían a la barrera de infiltración/radón. Los resultados indican deformaciones de tracción solamente en la zona próxima a la unión cumbrera/talud y su magnitud es siempre inferior a las máximas permisibles por rotura,
quedando asegurada la integridad de la barrera frente a agrietamientos.
4.3.
Protección contra la erosión
El conjunto estabilizado se protege contra la erosión del viento y el agua con una
capa granular en cumbrera, taludes y pie del dique, que sirve además como barrera de
intrusión.
La definición de las características de la capa granular de protección contra la erosión se ha llevado a cabo analizando en detalle las fuerzas erosivas de mayor magnitud
que pueden esperarse en el emplazamiento: avenidas de muy alto período de retorno
circulantes por el próximo río Guadalquivir, avenida por una eventual rotura de presa
aguas arriba del emplazamiento y escorrentías procedentes de la cuenca adyacente a la
escombrera.
Se ha establecido como avenida de diseño, la situación más desfavorable, correspondiente a un caudal de 48.445 m3/s, asociado a una velocidad media de 4,3 m/s y un
calado, en el pie del dique de 5,5 m (cota de lámina: + 206,5).
Estos parámetros de diseño han conducido a la definición de un conjunto de protección contra la erosión constituido por los siguientes elementos:
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Una capa, distinta en cumbrera y taludes, de material granular capaz de resistir
exclusivamente por peso la fuerza de arrastre del agua circulante sobre y a través
de ella (D50 = 3,5 cm en cumbrera y 10,5 cm en taludes), protegiendo a la vez
contra avenidas en la cuenca del dique o en el cauce del río Guadalquivir y contra la precipitación sobre el propio dique.
Una protección de pie de dique, realizada a base de escollera para evitar posibles
efectos de socavamiento de la capa de material granular de los taludes, por efecto de las avenidas en el cauce del río Guadalquivir.
Una cuneta perimetral que se extiende por los límites este, sur y oeste y aleja del
pie del dique la circulación de los caudales ordinarios.
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Figura 3.
Capas de coberturas.
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4.4.
Protección de las aguas subterráneas
Desde el punto de vista de la protección de las aguas subterráneas, las obras de estabilización de los diques de estériles tienen el objeto de disminuir de forma drástica la
infiltración de agua a través del dique, lo que provocará un descenso en la tasa de lixiviación de posibles contaminantes desde la escombrera al acuífero subyacente. De esta
forma, se pretende que con el paso del tiempo se produzca la restauración natural del
acuífero en lo referente a los compuestos lixiviados por la escombrera.
La reducción de la infiltración del agua de lluvia a través de los diques se efectúa
mediante la construcción de una cubierta multicapa.
El estudio global del sistema cubierta-dique-acuífero comprende la modelización del
flujo de agua a través de la cubierta y del dique de estériles, y el análisis de la evolución de las concentraciones en el acuífero de la FUA.
Los resultados obtenidos permiten extraer las siguientes conclusiones:
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El sistema multicapa adoptado proporciona una infiltración a través de la misma
del orden de los 2,5 mm/año. Este valor no se alcanza inmediatamente en la base
de los estériles, sino que existe un transitorio de infiltración desde la colocación
de la cubierta hasta el establecimiento de un régimen permanente. El transitorio
de infiltración depende de las condiciones actuales de los diques y condiciona la
evolución de la concentración de uranio en el acuífero.
La cubierta elegida permite alcanzar una drástica reducción de la concentración
de uranio en el acuífero. Los pozos cercanos a la instalación alcanzan valores muy
próximos al fondo natural de la zona en 15 años. Las concentraciones de uranio
en puntos del límite del emplazamiento disminuyen más lentamente al estar muy
próximos a los diques. En dichos puntos, se alcanzan valores inferiores a los límites establecidos en los criterios de diseño, en un período de 20 a 25 años.
A largo plazo, el efecto de la cubierta da lugar a reducciones del 95% de las concentraciones actuales tanto en los pozos del límite de la propiedad, como en pozos cercanos a la instalación.
En definitiva, el diseño de cubierta previsto permite alcanzar el objetivo de protección de las aguas subterráneas y conseguir a largo plazo de restauración natural del acuífero en lo referente a compuestos lixiviados de los diques de estériles.
4.5. Control de radón
El control del flujo de radón procedente de los estériles se confía a una capa de arcilla de 60 cm de espesor colocada directamente sobre los estériles, llama barrera de radón.
Para la determinación de las características de esta capa de arcilla, en cuanto a su
composición y colocación en obra, se ha realizado un estudio completo de caracterización de los estériles y de los posibles préstamos de arcillas próximos al emplazamiento.
Esta caracterización se ha llevado a cabo mediante la recogida de muestras y determinación de los parámetros más representativos que gobiernan el mecanismo de gene-
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ración y difusión de radón a través de medios porosos, como son: actividad específica
de Ra-226, coeficientes de emanación y difusión de radón de los estériles, coeficiente
de difusión, porosidad y humedad a largo plazo en arcillas.
Además se han realizado diferentes ensayos de cubiertas de arcilla a escala real en
los diques de estériles de la FUA, midiendo el flujo de radón con periodicidad mensual
en un conjunto de 20 puntos, distribuidos estratégicamente en las capas de ensayo que
ocupaban una superficie aproximada de unos 5.000 m2.
El programa de medidas se ha mantenido operativo durante un período aproximado de tres años, y ha servido para verificar el funcionamiento de este tipo de barreras,
calibrar el programa de cálculo de espesores utilizado en el diseño, y comprobar la aptitud de diferentes tipos de capas granulares para proteger la capa de arcilla contra los
agentes atmosféricos.
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