Met chemisch gemodificeerde textielvezels kun je uranium winnen uit zeewater, en het is nog betaalbaar ook. Chien Wai uit Moscow, Idaho, presenteerde onlangs trots zijn eerste vijf gram yellowcake.

Het zou een interessant alternatief kunnen zijn voor de bestaande uraniummijnen. Geschat wordt dat de oceanen 4 miljard ton uranium bevatten, 500 maal zo veel als alle bekende ertslagen bij elkaar. Maar dan heb je het nog steeds over concentraties van slechts 3 ppb, grotendeels in de vorm van prima oplosbaar uranylcarbonaat (UO₂(CO₃)).

Uit Wais octrooiaanvraag (US 2017/0355621) blijkt dat hij uitgaat van commerciële acrylvezels, beter bekend als Orlon sinds DuPont ze in 1941 onder die naam op de markt zette. Zulke vezels zijn een copolymeer van acrylonitril (ongeveer 85 %) en een acrylester naar keuze.

Wai laat die esters ongemoeid maar van de nitrilgroepen (-CN) converteert hij eerst een gedeelte in amidoxim, door ze te behandelen met hydroxylamine (NH₂OH). Van het restant converteert hij dan nog een deel in carboxylgroepen, door ze te behandelen met (natron-)loog. Uiteindelijk krijg je dus een polymeer dat vier verschillende zijgroepen bevat (ester, nitril, carboxyl en amidoxim) en volgens het octrooi is het vooral de kunst om de verhouding tussen die vier te optimaliseren.

Belangrijk is ook dat je voorkomt dat de amidoximgroepen niet met elkaar reageren tot cyclische imidedioximgroepen. Anders adsorberen de vezels meer vanadium dan uranium uit het water. Het is sowieso niet helemaal te voorkomen dat er ook andere metaalionen meekomen, maar in de praktijk lijken de vezels redelijk selectief voor uranium.

Dat je met amidoximgroepen uranium kunt adsorberen, is al veel langer bekend. Dat je dit kunt verbeteren door ook andere zijgroepen toe te voegen is eveneens oud nieuws; hoe het precies komt is overigens nog niet helemaal duidelijk, en de juiste verhouding kun je vooralsnog alleen proefondervindelijk vaststellen.

Vezels gebruiken als dragers is ook al vaker geprobeerd, leggen Wai en collega’s uit in de octrooiaanvraag. Maar ze lijken wél de eersten te zijn die daarbij slim gebruik maken van de chemische samenstelling van commerciële vezels. Eerdere uitvinders gebruikten polyetheen, dat chemisch inert is en moest worden gebombardeerd met gammastraling om er überhaupt zijtakken aan te kunnen hangen. Dat maakte het proces onaangenaam duur. Bovendien was daarna nog een nabehandeling met kaliloog nodig om die zijtakken te activeren, en waren de mechanische eigenschappen van de resulterende vezels niet optimaal.

Wai en collega’s hebben het bedacht toen ze nog voor het Battelle-instituut werkten. Inmiddels runnen ze een startup genaamd LCW Supercritical Technologies die een licentie hoopt te verwerven van Battelle. De eerste tests zijn gedaan bij Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), en daar kwam uit dat deze vorm van uraniumwinning uiteindelijk zou moeten kunnen concurreren met ertswinning uit een mijn. Ook al moest Wai voor die eerste vijf gram uranium driemaal een kilogram vezels in een badkuip leggen, waar hij een maand lang in hoog tempo zeewater doorheen pompte.

LCW hoopt nu op subsidie voor een veel grotere proef in de Golf van Mexico, waar de adsorptie driemaal zo snel zou moeten verlopen omdat het zeewater er veel warmer is.

bron: PNNL