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L'URANIUM et la CÉRAMIQUE
 
Voici à travers quelques extraits d'articles d'auteurs ayant publié des ouvrages sur la céramique (dont certains sont devenus très rares) au cours du XIXème et XXème siècle un aperçu de ce que fût l'utilisation de l'Uranium et de ses composés dans les produits céramiques, essentiellement consacrée à la réalisation de couleurs vitrifiables, de colorants pour émaux, de lustres et de glaçures.
 
Aujourd’hui ces produits font partie de l’histoire de la céramique et n’ont plus cours dans les fabrications actuelles du monde occidental. La toxicité de l’uranium et de ses composés ainsi que leur radioactivité ont placé ces matières sous haute surveillance avec l’interdiction formelle d’en faire le commerce et l’usage.
 
 
Extraits d’articles sur l’usage de l’uranium et de ses composés en céramique :
 
 
1) Dans l’ouvrage "Traité des Arts Céramiques ou des poteries", Alex. Brongniart, Janvier 1854 :
 
L'oxyde d'urane, convenablement préparé, peut donner une couleur jaune orangé d'un grand éclat qu'on obtient que difficilement avec l'antimoniate de potasse.
On obtient les jaunes au moyen de l'antimoniate de potasse et de l'oxyde de plomb. C'est à peu près du jaune de Naples, plus ou moins foncé par des additions variables d'oxyde de zinc, d'oxyde de fer et quelquefois d'oxyde d'étain. On peut encore y ajouter de l'oxyde d'urane pour avoir un jaune plus foncé.
 
Couleur vitrifiable pour porcelaine :
(Le jaune orangé d'urane qui s'emploie pour les fonds)
 
 

Composants

Jaune Orangé n° 45

Fondant rocaille (75% minium, 25% silice)

75

Oxyde pur d'urane

25

 
La préparation de l'oxyde s'effectue a partir de pechblende traitée par des solution acides.
 
 
2) Dans l’ouvrage "Leçons de Céramique", tome 1, Alphonse Salvétat - 1857 :
 
Les oxydes d'urane (U3O8 ou oxyde salin) sont employés en verrerie pour former les tons variés jaunes à reflets verts qu'on nomme dichroïques. Leur usage dans l'art de décorer la porcelaine est assez étendu.
 
Jaune d'Urane vitrifiable pour décoration de la porcelaine dure à 950°C :
 
 

Composants

Jaune d'urane vitrifiable

Fondant n°6

75

Oxyde jaune d'urane (Uranate de sodium)

25

 
Composition du fondant :
 
 

Composants

Fondant n°6

Minium Pb3O4

60

Acide Borique cristallisé

30

Quartz broyé

10

 
 
 3) Dans l’ouvrage "Fabrication industrielle des Porcelaines" tome II par Marc Larchevêque - 1929 :
 
L'oxyde d'uranium et différents composés font partie des colorants artificiels pouvant être employés à 1400°C (montre 14) de même que les métaux, oxydes et composés des éléments suivants : chrome, cobalt, fer, manganèse, nickel, vanadium, tungstène, titane, or, platine, iridium.
Le principal minerai d'uranium est la pechblende qui contient entre 40 et 90% d'oxyde d'urane U3O8, le reste étant constitué par du soufre, de l'arsenic, du fer, du plomb et une quantité infime de radium et autres éléments radioactifs.
L'uranate de sodium (Na2O (UO3)2, 6H2O) est désigné sous le nom impropre de "Oxyde jaune d'urane".
Le nitrate d'uranyle (Sel à cristaux jaune vert clair), est employé dans la préparation de diverses couleurs liquides (lustres).
Autre composés utilisés : uranate d'ammoniaque, uranate de potassium, oxydes d'uranium, uranate de calcium, uranate de magnésium, uranate de fer, uranate de manganèse, uranate de plomb, etc...
 
Recette du jaune d'Urane orangé pour couleur vitrifiable (entre 900°C et 950°C) :
 
 

Composants

Jaune d'urane orangé vitrifiable

Fondant n°1 (nommé aussi fondant rocaille)

75

Uranate d'ammoniaque

25

 
Mélanger, fondre, broyer et sécher.
 
Fondant n°1 :
 
 

Composants

Jaune d'urane orangé vitrifiable

Litharge (PbO)

75 (ou minium Pb3O4, 76.8)

Quartz broyé

25

 
 
4) Dans l’ouvrage "La Bible du Céramiste" Anonyme - Origines de publication inconnues - vers 1965 :
 
Il y a trois oxydes d'uranium importants :
a) le bioxyde d'uranium ou oxyde uraneux UO2, noir, poids moléculaire 270.14.
b) L'uranate d'uranium U3O8, vert olive, poids moléculaire 842.42.
c) Le trioxyde d'uranium ou oxyde d'uranyle UO3, rouge, poids moléculaire 238.14.
 
Tous ces oxydes sont insolubles dans l'eau, solubles dans les acides chlorhydrique et sulfuriques et sont toxiques.
A haute température, le bioxyde d'uranium se change en uranate d'uranium.
Les oxydes d'uranium sont employés principalement comme colorants pour les émaux, le verre et la porcelaine, quoique l'instabilité relative des couleurs limite leur utilisation.
 
a) Le bioxyde d'uranium colore les glaçures en noir, noir de jais ou gris en atmosphère réductrice et jaune en atmosphère oxydante. Il est aussi employé pour préparer des colorants noirs et bruns pour la porcelaine.
 
b) L'uranate d'uranium se comporte d'une manière analogue, en donnant des noirs, des bruns et des gris en atmosphère réductrice et des jaunes ou des rouges selon les circonstances, en atmosphère oxydante.
 
c) Le trioxyde d'uranium donne des coloris verts ou noirs en atmosphère réductrice et jaunes en oxydation.
Cet oxyde est utilisé pour colorer les sous-glaçures et les porcelaines, mais son emploi se limite, en raison de son prix élevé, au verre au plomb auquel il communique un coloris jaune orangé brillant.
Le trioxyde d'uranium est quelquefois utilisé comme agent de cristallisation dans les glaçures colorées cristallines.
On l'emploie en verrerie, seul ou avec du sulfure de cadmium, pour la production de verre intensément coloré en jaune et en orange.
 
Exemples de composition pour glaçures rouge orangé, cuisant à basse température entre cône 08 et cône 06 :
 
 

Composants

Valeurs possibles

Céruse (carbonate de plomb)

64 à 66 %

Silex broyé

18 à 13 %

Oxyde de zinc

4 à 3 %

Oxyde noir d'uranium (bioxyde)

14 à 15 %

Kaolin

0 à 3 %

 
Autre composé de l’uranium : Le Nitrate d'uranium
 
Ce sel jaune citron entre dans la composition de lustres, dont l'un de ceux-ci se prépare avec 2 parties de
savon de résine, 4 parties d'eau chaude, et 1 partie de solution de nitrate d'urane. Le savon d'uranium
obtenu est mélangé avec une huile essentielle.
 
  
5) Dans l’ouvrage "La céramique de A à Z" par J. Rigaud - vers 1975 :
 
Trois formes principales d'oxydes d'uranium sont courantes :
 
1) Oxyde uraneux ou dioxyde d'uranium (UO2 "réducteur") :
L'oxyde uraneux est extrait de la pechblende ou de la carnotite par un traitement à base d'acide nitrique.
 
2) Oxyde uranique ou trioxyde d'uranium (UO3 "oxydant") :
Le trioxyde d'uranium UO3 ou oxyde uranique est obtenu par oxydation à haute température de l'oxyde "salin" U3O8. Il prend la couleur jaune et peut prendre la forme hydratée UO3.H2O ou UO2 (OH)2 hydroxyde d'uranyle.
Il peut former des uranates et des diuranates avec les bases. Ces produits interviennent en verrerie et en céramique dans la coloration des phases vitreuses et la préparation des pigments de grand feu.
Ainsi l'introduction de diuranates alcalins dans les verres conduit à la couleur jaune par transmission, verte par réflexion ; de plus ces verres deviennent dichroïques et fluorescents aux ultraviolets.
En céramique les uranates de métaux lourds (Mn, Fe, Pb, ...) sont à la base de couleurs sous couverte, appelées jaunes d'urane, obtenues en feu oxydant.
 
3) Oxyde d'urane "salin" U3O8 le plus stable :
L'oxyde salin U3O8 ou oxyde d'urane se trouve a l'état naturel dans la pechblende, qui peut en contenir jusqu'à 80%. U3O8 est utilisé en céramique et en verrerie pour former des uranates.
 
 
6) Dans l’ouvrage "Keramic-Glasuren" de Stefanov et Batschwarov - 1988 :
 
Colorants jaunes :
 
L'oxyde d'uramium en présence de silice ou d'alumine permet d'obtenir une teinte jaune, mais ce n'est plus utilisé compte-tenu de la radioactivité.
 
Glaçures jaunes :
 
Les glaçures plombeuses calciques ou zinciques développent une teinte jaune par addition d'oxyde d'uranium. De même que les glaçures plombeuses boraciques peu alcalines qui virent au jaune par addition de 5% d'Uranate de Sodium.
 
Glaçures rouges :
 
Les glaçures plombeuses zinciques contenant soit du calcium ou du bore produisent une teinte rouge intensive par addition de 10% d'oxyde d'uranium.
 
 

Composants :

Glaçure Rouge

Glaçure Rouge orangé

Minium (Pb3O4)

55,5

63,0

Feldspath potassique

9,8

0,0

Silice broyée

18,7

4,0

Uranate de sodium

18,0

0,0

Oxyde d'uranium

0,0

17,0

Oxyde de zinc

0,0

2,0

Kaolin

0,0

4,0

 
Lustre d'uranium :
 
Le lustre d'uranium est obtenu par fusion de la colophane, sur lit de sable, additionnée de 30g d'acétate d'uranyle puis dissoute dans 300 ml d'essence de térébenthine chaude. Après refroidissement le mélange est décanté et conservé deux à trois jours avant la première utilisation.
 
 
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Références :
 
"Traité des Arts Céramiques ou des poteries", Alex. Brongniart, Janvier 1854
"Leçons de Céramique", tome 1, Alphonse Salvétat - 1857
"Fabrication industrielle des Porcelaines" tome II par Marc Larchevêque - 1929
"La Bible du Céramiste" Anonyme - Origines de publication inconnues - vers 1965
"La céramique de A à Z" par J. Rigaud - vers 1975
"Keramic-Glasuren" de Stefanov et Batschwarov - 1988
 
 
 
 
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URANIUM APPAUVRI
 
 Puisque l'uranium agit sur les organes et les tissus du corps comme l'Uranium Appauvri (UA) les résultats et les conclusions des études sur l'uranium sont considérés comme largement applicables à l'UA, et vice versa.
Cependant, dans le cas des effets dus au rayonnement ionisant l'UA est moins radioactif que l'uranium.
 
L’uranium :
 
1-L’uranium est un élément naturel, blanc argenté, brillant, dense et faiblement radioactif. Il est omniprésent dans la nature et on le trouve en quantités variables mais faibles dans les roches, le sol, l’eau, l’air, les plantes, les animaux et les êtres humains.
 
2-Il y a en moyenne dans l’organisme humain aproximativement 90 µg (microgrammes) d’uranium qui proviennent de l’eau, de l’air et des aliments consommés normalement. Environ 66 % se trouvent dans le squelette, 16 % dans le foie, 8 % dans les reins et 10 % dans les autres tissus.
 
3-L’uranium naturel se compose de trois isotopes radioactifs caractérisés par leur masse atomique : 238U (99,27 % de la masse totale), 235U (0,72 %) et 234U (0,0054 %).
 
4-L’utilisation principale de l’uranium se trouve dans les centrales nucléaires. Néanmoins, la plupart des réacteurs fonctionnent avec un uranium enrichi en 235U (3 % environ au lieu de 0,72 % normalement).
 
L’uranium appauvri :
 
1-Après séparation de la fraction enrichie, l’uranium restant contient environ 99,8 % de 238U, 0,25 % de 235U et 0,001 % de 234U. Il est devenu ce que l’on appelle l’uranium appauvri (UA).
 
2-L’UA est faiblement radioactif, la dose de rayonnement étant inférieure de 40 % environ à celle qui serait émise par la même masse d’uranium naturel purifié.
 
3-L’uranium et l’UA ont le même comportement dans l’organisme au plan chimique et radiologique.
 
4-L’uranium utilisé dans les réacteurs nucléaires est parfois retraité dans les unités d’enrichissement de l’uranium naturel. Par conséquent, il arrive que des radio-isotopes créés par ces réacteurs contaminent le matériel de recyclage et par conséquent l’UA. Dans ces conditions, on peut trouver un autre isotope, 236U, et des traces d’éléments transuraniens, plutonium, américium et neptunium, ainsi qu’un produit de fission, le technétium 99. Toutefois, en se basant sur les concentrations de ces isotopes observées dans l’UA, l’augmentation de la dose de rayonnement absorbée par l’organisme humain ne dépasse pas 1 %.
 
Applications de l’uranium appauvri :
 
1-Les principales applications civiles de l’UA sont les suivantes : contrepoids dans les avions, boucliers de protection dans les appareils de radiothérapie et conteneurs pour le transport des matières radioactives.
 
2-A cause de sa forte densité, environ le double de celle du plomb, et de ses autres propriétés, il est utilisé pour les munitions devant transpercer les plaques blindées et pour la protection des véhicules militaires comme les chars d’assaut.
 
Exposition à l’uranium et à l’uranium appauvri :
 
1-On estime que les apports annuels moyens d’uranium pour un adulte sont de 460 µg d’uranium par ingestion et 0.59 µg par inhalation.
 
2-Dans la plupart des situations, l’utilisation de l’UA n’apporte qu’une contribution négligeable à l’intensité du rayonnement radioactif de l’uranium dans l’environnement. Le plus grand risque d’exposition surgit à la suite d’un conflit pendant lequel des munitions à UA sont employées.
 
3-Un rapport récent du Programme des Nations Unies pour l’environnement (PNUE) donne les résultats des mesures faites sur le terrain autour de sites d’impact sélectionnés au Kosovo et montre que la contamination de l’environnement ne dépasse pas quelques dizaines de mètres autour de ces sites. La contamination de la végétation locale et des ressources en eau par des particules d’UA paraît extrêmement réduite. Il en ressort que la possibilité d’une exposition importante des populations locales est très faible.
 
4-Néanmoins, les niveaux en UA peuvent s’élever significativement au-dessus des niveaux naturels au voisinage des événements contaminants. Dans les jours ou les années qui suivent, la contamination se disperse dans l’environnement et les personnes vivant ou travaillant dans les zones touchées peuvent inhaler des particules ou consommer de la nourriture ou de l’eau contaminée.
 
5-Il est possible que les personnes se trouvant à proximité d’un avion qui vient de s’écraser puissent être exposées à des particules d’UA si les contrepoids ont brûlé au cours de l’impact. Néanmoins, les expositions importantes dans ce genre de situation devraient rester rares. Il est possible que le personnel d’urgence et de déblaiement soit lui aussi exposé, mais les mesures normales de protection prises dans ce cadre professionnel devraient empêcher toute exposition importante.
 
Voies d’exposition à l’UA :
 
1-Il n’y a pas de différence entre l’UA et l’uranium naturel : l’exposition survient par inhalation, ingestion, contact cutané ou par des lésions (par exemple lorsqu’il y a des fragments inclus dans la peau).
 
2-Il faut évaluer chacune de ces situations pour déterminer les conséquences potentielles pour la santé.
 
3-La part relative de chacune de ces voies d’exposition dans l’absorption totale d’UA par l’organisme dépend de la nature physique et chimique de l’UA, ainsi que de l’intensité et de la durée de l’exposition.
 
Absorption de l’uranium appauvri :
 
1-Il est ingéré lorsque l’eau de boisson ou les aliments sont contaminés. L’ingestion de terre par les enfants, soit par géophagie (l’habitude de manger de la terre), soit par leur propension à porter la main à la bouche, est également importante dans ce contexte.
 
2-L’inhalation se produit à la suite de l’utilisation de munitions qui en contiennent ou lorsque, après s’être déposé dans l’environnement, l’UA est remis en suspension dans l’atmosphère par le vent ou d’autres perturbations. Elle peut aussi survenir accidentellement à la suite d’un incendie dans un entrepôt, d’un accident d’avion ou de la décontamination de véhicules provenant des zones de conflits ou des sites à proximité.
 
3-L’absorption de l’UA par la peau à la suite d’un contact est très faible et joue un rôle relativement peu important.
 
4-La contamination des lésions cutanées ou la présence de fragments dans les tissus permet à l’UA de passer dans la circulation sanguine.
 
Résorption de l’uranium appauvri :
 
1-La plupart de l’uranium (plus de 95 %) qui pénètre dans l’organisme par inhalation ou ingestion est éliminée dans les fèces.
 
2-Les reins filtrent environ 67 % de l’uranium sanguin et l’excrètent dans les urines en 24 heures. La proportion atteint 90 % en quelques jours.
 
3-L’appareil digestif absorbe en général 2 % des composés solubles d’uranium et 0,2 % des composés insolubles présents dans l’eau et les aliments.
 
Effets de l’exposition à l’uranium appauvri sur la santé :
 
L’UA est à la fois chimiotoxique et radiotoxique : il attaque principalement les reins et les poumons.
 
1-On considère que, dans les reins, le siège principal des lésions potentielles se trouve au niveau des tubes proximaux. Les études à long terme sur les professionnels victimes d’une exposition chronique à l’uranium ont signalé des troubles rénaux dépendant de l’intensité de l’exposition. Certaines données semblent indiquer que ces troubles disparaissent lorsque la source d’exposition excessive est enlevée.
 
2-Un certain nombre d’études sur les mineurs extrayant l’uranium ont montré un accroissement du risque de cancer pulmonaire, mais on a attribué ce phénomène à une exposition aux produits de désintégration du radon. Il se pourrait que les lésions du tissu pulmonaire engendrent un risque tumoral si les composés insolubles d’UA restent assez longtemps dans cet organe (plusieurs années) et émettent un rayonnement d’intensité suffisante.
 
3-L’érythème (inflammation superficielle de la peau) ou d’autres effets cutanés ne semblent pas devoir se produire même au contact de l’UA pendant une longue période (plusieurs semaines). Aucune donnée connue n’indique que le contact avec des particules d’uranium peut provoquer des cancers cutanés.
 
4-Aucun effet indésirable concordant ou confirmé n’a été signalé pour le squelette ou le foie. Quelques études ont cependant été réalisées.
 
5-On n’a pas signalé d’effets sur la procréation ou le développement de l’être humain.
 
6-Bien que l’uranium libéré à partir des fragments inclus dans l’organisme puisse s’accumuler dans les tissus du système nerveux central (SNC) et que certaines études sur l’homme et l’animal indiquent des effets sur les fonctions de cet organe, il est difficile de tirer des conclusions définitives.
 
Doses maximales de rayonnement :
 
Les doses données ci-après, tirées des normes internationales de sécurité de base reconnues par l’OMS en 1996, s’ajoutent à celles de la radioactivité naturelle.
 
1-Les populations ne doivent pas recevoir une dose supérieure à 1 millisievert (mSv) par an. Dans certaines circonstances, la dose effective peut atteindre 5 mSv en une année si la dose moyenne pour cinq années consécutives ne dépasse pas 1 mSv par an. Une dose équivalente pour la peau ne doit pas dépasser 50 mSv par an.
 
2-L’exposition professionnelle ne doit pas dépasser la dose effective de 20 mSv par an en moyenne sur cinq années consécutives ou 50 mSv sur une seule année. La dose équivalente pour les extrémités (mains et pieds) ou la peau ne doit pas dépasser 500 mSv par an.
 
Indications sur l’exposition d’après la chimiotoxicité et la radiotoxicité :
 
L’Organisation mondiale de la Santé (OMS) donne des lignes directrices déterminant les valeurs maximales d’exposition compatibles avec la santé (doses admissibles) pour les substances chimiques. Les doses données ci-dessous s’appliquent à une exposition de longue durée pour toute une population (et pas seulement les professionnels). Des expositions plus fortes peuvent être tolérées sans effets indésirables si elles sont uniques et de courte durée.
 
1-Pour la population en général, la valeur tolérable pour la dose de composés solubles d’UA inhalés ou ingérés se situe à 0,5 ìg par kilo et par jour. Cela donne une concentration dans l’air de 1 µg/m3. Pour l’ingestion, cela revient à environ 11 mg par an pour un adulte de corpulence moyenne.
 
2-Il conviendrait de diminuer à 0,5 µg par kilo et par jour la dose admissible de composés insolubles d’UA de façon à avoir une compatibilité avec la dose limite de rayonnement admise pour l’ensemble d’une population. Lorsque la solubilité des composés d’uranium n’est pas connue, ce qui est souvent le cas lors d’expositions à l’uranium appauvri, il serait prudent d’appliquer à l’exposition orale cette dose plus rigoureuse, c’est-à-dire 0,5 µg par kilo et par jour.
 
3-Les composés d’uranium peu absorbés ont une néphrotoxicité bien moindre et l’on peut appliquer une dose tolérable par ingestion de 5 µg par kilo et par jour.
 
Suivi et traitement des sujets exposés :
 
1-Pour la population en général, ni l’utilisation civile, ni l’utilisation militaire de l’UA ne sont susceptibles d’entraîner des expositions d’une intensité bien supérieure à celle produite par l’uranium naturel. L’évaluation de ces expositions ne sera donc pas requise normalement.
 
2-Lorsqu’on soupçonne qu’une personne a subi une exposition à l’UA bien supérieure à la normale, il pourra s’avérer nécessaire de procéder à une évaluation. Le meilleur moyen d’y parvenir consiste à analyser l’excrétion urinaire quotidienne. On détermine la quantité d’UA dans les urines en établissant le rapport 235U/238U par des techniques sensibles de spectrométrie de masse. Le dosage dans les fèces peut donner des informations utiles si les échantillons sont recueillis peu après l’exposition (quelques jours).
 
3-La mesure du rayonnement externe du thorax, à l’aide d’un détecteur de radiation pour l’ensemble du corps afin de déterminer la quantité d’UA dans les poumons, n’a qu’une application limitée : il faut en effet disposer d’installations particulières et on ne peut doser que des quantités relativement importantes d’UA dans les poumons.
 
4-Il n’existe pas de moyens spécifiques pour diminuer l’absorption de l’uranium au niveau du tube digestif et des poumons ou accroître son excrétion. On peut donc appliquer les méthodes généralement employées pour les intoxications aux métaux lourds. De même, il n’y a pas de traitement spécifique de l’intoxication à l’uranium et le sujet sera traité en fonction des symptômes observés. La dialyse peut s’avérer utile en cas de lésions rénales très importantes.
 
Recommandations :
 
1-Les niveaux de contamination des aliments et de l’eau de boisson peuvent augmenter dans les zones touchées après quelques années. Il convient donc de les contrôler lorsqu’on peut raisonnablement penser que des quantités importantes d’UA sont susceptibles de passer dans l’eau souterraine ou la chaîne alimentaire.
 
2-On entreprendra autant que possible des opérations de dépollution dans les zones d’impact où il reste un grand nombre de projectiles radioactifs, si les spécialistes jugent que les niveaux de contamination sont inacceptables. Si l’on observe de fortes concentrations de particules d’UA ou de fragments métalliques, il pourra s’avérer nécessaire de boucler ces zones jusqu’à ce qu’elles aient été nettoyées.
 
3-L’exposition à l’UA peut être plus forte pour les enfants jouant dans les sites d’impact ou à leur proximité. Portant souvent la main à la bouche, ils peuvent ingérer de grandes quantités d’UA provenant du sol. Il convient alors de prendre des mesures préventives.
 
4-Les personnes qui croient avoir absorbé de trop grandes quantités d’UA doivent consulter leur médecin qui les examinera et traitera les symptômes éventuels. L’OMS n’appelle pas à procéder à un dépistage ou à un contrôle systématique des effets sur la santé des populations vivant dans des zones de conflits où ce métal a été utilisé. L’élimination de l’UA doit suivre les recommandations nationales ou internationales sur l’utilisation des matières radioactives.
 
 
 
 
 
Edouard Bastarache M.D. (Médecin du Travail et de l’ Environnement)
Auteur de « Substitutions de matériaux céramiques complexes »
edouardb@sorel-tracy.qc.ca
http://www.sorel-tracy.qc.ca/;edouardb/
Sorel-Tracy
Quebc
Canada
 
 
 
Référence :
OMS, Uranium appauvri, Aide-Mémoire N° 257, Révisé en avril 2001.
 
 
 
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CONTAMINATION par les CÉRAMIQUES à base d'URANIUM
 
Voici deux articles témoignant des risques encourrus par l'exposition à des céramiques à usage domestique contenant des composés de l'uranium.
 
 1) Contamination accidentelle par des composés d'uranium suite au contact avec des vaisselles en céramique, Résumé de l'article de Ralph W. Sheets, Clifton C. Thompson
 
RÉSUMÉ. L'examen d'échantillons de vaisselles orangées achetées dans des magasins d'antiquité et marchés aux puces a indiqué la présence occasionnelle en surface de composés d'uranium qui sont aisément transférés aux mains et aux habits. Nous avons aussi réussi à mettre en évidence des composés solubles d'uranium à la surface de plats propres en les exposant à du vinaigre domestique ou à de l'eau de javel. Nous estimons que la manipulation d'un plat souillé peut transférer jusqu'à 1-2 becquerels ou plus de composés d'uranium aux mains. La contamination en uranium est inquiétante parce que l'élément est non seulement un émetteur "alpha" mais également une néphrotoxine chimique.
Bien que la quantité d'uranium probablement ingérée en raison de la manipulation occasionnelle puisse être petite, elle pourrait excéder plusieurs fois la quantité se rencontrant dans un régime alimentaire moyen (environ 40 mBq/jour). En outre, puisque des composés nouveaux sont aisément formés en surface, il est possible qu'une personne qui manipule régulièrement ou mange dans de la vaisselle couverte par des glaçures contenant de l'uranium puisse accidentellement ingérer des quantités significatives d'uranium.
 
2) Dégagement d'uranium et émission de rayonnement par des vaisselles couvertes avec des glaçures contenant de l'uranium, Résumé de l'article de Ralph W. Sheets, Sandra L. Turpen
 
RÉSUMÉ. Des échantillons de vaisselles de couleur orange, jaune, beige, ivoire et bleu-verte émaillées avec des émaux contenant de l'uranium ont été examinés. Les mesures faites à la surface de l'émail ont rapporté des taux d'exposition de 3,8-16 mR/h (1-4 uC/kg/h) pour les émaux oranges et des taux de 0,04-1,3 mR/h (0,01-0,3 uC/kg/h) pour les ivoires, beiges, et jaunes. On a estimé que l'exposition au corps entier d'une étagère de 40 plats orangés était de 0,1-0,5 mR/h (0.03-0.13 uC/kg/h), ou jusqu'à 50 fois le niveau de rayonnement de fond de la pièce, à une distance de 1 mètre. Des épreuves de lixiviation de 24 heures ont été réalisées sur des vaisselles orangées, jaunes, et ivoires avec diverses concentrations d'acide acétique et citrique. La concentration en uranium dans les lixiviats de quelques plats orangés a excédé 450 mg/L. L'uranium est une néphrotoxine chimique et l'Agence de Protection de l'Environnement des Etats-Unis (EPA) a proposé un niveau maximum de contaminant pour l'eau potable de 0,020 mg/L. Basé sur cette valeur une personne consommant 2,2 L d'eau potable par jour ingérerait 0,31 mg d'uranium par semaine. Une personne mangeant une fois par semaine dans un plat orangé pourrait facilement ingérer 10 fois ou plus cette quantité.
 

 


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URANIUM and CERAMICS
 
Translated by Edouard Bastarache
edouardb@sorel-tracy.qc.ca
http://www.sorel-tracy.qc.ca/;edouardb/
Sorel-Tracy
Quebec
Canada
 
Here is through some excerpts of articles by authors having published works on ceramics (of which some became very rare) during the 19th. and 20th. century, an outline of what was the primarily use of uranium and compounds in ceramic products, essentially devoted to the manufacture of vitrifiable colors, colouring materials for enamels, lustres and glazes.
 
Nowadays, these products are part of the history of ceramics and are not used anymore in the current manufacture of ceramic wares in the Western world. The toxicity of uranium and compounds and their radioactivity have placed these materials under close scrutiny with a formal ban on their trade and use.
 
 
Excerpts on the use of uranium and compounds in ceramics :
 
 
1) In the book "Traité des Arts Céramiques ou des poteries", Alex. Brongniart, January 1854 :
 
Uranium oxide, suitably prepared, can give a yellow-orange color of a great vividness which one obtains only with difficulty using potash antimoniate.
One obtains yellows by means of potash antimoniate and lead oxide. It is close to the " Yellow of Naples ", more or less darkened by the addition of varying amounts of zinc oxide, iron oxide and sometimes tin oxide. One can still add uranium oxide in order to obtain a darker yellow.
 
Vitrifiable color for porcelain :
(Uranium oxide yellow-orange which is used for backgrounds)
 
 

Components

Yellow-Orange n° 45

" Rocaille " flux (75% minium, 25% silica)

75

Pure uranium oxide

25

 
The preparation of the oxide is carried out by treating pitchblende with acidic solutions.
 
 
2) In the book "Leçons de Céramique", volume 1, Alphonse Salvétat - 1857 :
 
Uranium oxide (U3O8 or saline oxide) is used in glassmaking to produce varied tones of yellow with green glints named " dichroic ". Their use in arts to decorate porcelain is rather important.
 
Vitrifiable uranium oxide yellow for decorating on hard porcelain at 950°C :
 
 

Components

Vitrifiable uranium yellow

Flux n°6

75

Uranium oxide yellow (Sodium Uranate)

25

 
Composition of the flux :
 
 

Components

Flux n°6

Minium Pb3O4

60

Crystallized Boric Oxide

30

Crushed Quartz

10

 
 
3) In the book " Fabrication industrielle des Porcelaines " volume II by Marc Larchevêque - 1929 :
 
Uranium oxide and various compounds make up part of the artificial colouring materials that can be used at 1400°C (cone 14) just as metals, oxides and compounds of the following elements: chromium, cobalt, iron, manganese, nickel, vanadium, tungsten, titanium, gold, platinium, iridium.
The main uranium ore is pitchblende which contains between 40 and 90% of the uranium oxide U3O8, the remainder being made up of sulphur, arsenic, iron, lead and a negligible quantity of radium and other radioactive elements.
Sodium uranate (Na2O (UO3)2.6H2O) is designated by the unsuitable name "Yellow uranium oxide ".
Uranyl nitrate (a salt with light yellow-green crystals), is used in the preparation of various liquid colours (lustres).
Other compounds used : ammonium uranate, potassium uranate, uranium oxides, calcium uranate, magnesium uranate, iron uranate, manganese uranate, lead uranate, etc...
 
Recipe for the uranium oxide yellow-orange for vitrifiable color (between 900°C and 950°C) :
 
 

Components

Vitrifiable uranium yellow-orange

Flux n°1 (also named "rocaille" flux)

75

Ammonium uranate

25

 
To mix, melt, crush and dry.
 
Flux n°1 :
 
 

Components

Flux n°1

Litharge (PbO)

75 (or minium Pb3O4, 76.8)

Crushed quartz

25

 
 
4) In the book "La Bible du Céramiste" Anonymous - about 1965 :
 
 
There are three significant uranium oxides :
 
a) Uranium dioxide or uranous oxide UO2, black, molecular weight 270.14.
b) Uranium uranate U3O8, green olive, molecular weight 842.42.
c) Uranium trioxide or uranyl oxide UO3, red, molecular weight 238.14.
 
All of these oxides are insoluble in water, soluble in hydrochloric and sulphuric acids and are toxic.
At high temperature, the uranium dioxide changes into uranium uranate.
Uranium oxides are used mainly as colouring materials for enamels, glass and porcelain, though the relative instability of the colours restricts their use.
 
a) Uranium dioxide colours glazes in black, jet black or gray in reducing atmosphere and yellow in oxidizing atmosphere. It is also used to prepare black and brown colouring materials for porcelain.
 
b) Uranium uranate behaves in a similar way, by giving blacks, browns and grays in reducing atmosphere and yellows or reds according to circumstances, in oxidizing atmosphere.
 
c) Uranium trioxide gives greens or blacks in reducing atmosphere and yellows in oxidation.
This oxide is used to colour under-glazes and porcelains, but its used is limited, because of its high price, to lead glass to which it gives a vivid orange yellow colour.
Uranium trioxide is sometimes used as an agent of crystallization in crystalline coloured glazes.
One uses it in glassmaking, only or with cadmium sulphide, for the production of glass intensely coloured in yellow and orange.
 
Exemples of recipes for red orange glazes, to be fired at low temperature between cone 08 and cone 06 :
 
 

Components

Possible amounts

Lead carbonate

64 à 66 %

Crushed silex

18 à 13 %

Zinc oxide

4 à 3 %

Black uranium oxide (dioxide)

14 à 15 %

Kaolin

0 à 3 %

 
Another uranium compound : Uranium nitrate
 
This lemon-yellow salt is used in the composition of lustres, of which one of these is prepared with 2 parts of resin soap, 4 parts of hot water, and 1 part of an uranium nitrate solution. The uranium soap obtained is mixed with an essential oil.
 
 
5) In the book "La céramique de A à Z" par J. Rigaud - vers 1975 :
 
There are three current forms of uranium oxides :
 
1)Uranous oxide or uranium dioxide (" reducing " UO2) :
Uranous oxide is extracted from pitchblende or carnotite by a process based on nitric acid.
 
2) Uranic oxide or uranium trioxide ("oxidizing" UO3) :
Uranium trioxide UO3, or uranic oxide, is obtained by oxidation at high temperature of "saline" oxide U3O8. It takes up a yellow color and can take up the hydrated form UO3.H2O or UO2 (OH)2, uranyl hydroxide.
It can form uranates and diuranates with bases. These products intervene in glassmaking and ceramics in the colouring of the vitreous phases and the preparation of pigments for high temperature firing.
Thus the introduction of alkaline diuranates into glasses leads to yellow by transmission, green by reflection; moreover these glasses become dichroic and fluorescent under ultraviolet rays.
In ceramics, the uranates of heavy metals (Mn, Fe, Pb...) are at the base of colors used under glazes, called yellows of uranium oxide, obtained in oxidation firing.
 
3) "Saline" uranium oxide U3O8, the most stable :
Saline oxide U3O8 or uranium oxide is found naturally in pitchblende, which can contain some up to 80%. U3O8 is used in ceramics and glassmaking to make uranates.
 
 
6) In the book "Keramic-Glasuren" by Stefanov et Batschwarov - 1988 :
 
 
Yellow coloring materials :
 
The oxide of uramium in the presence of silica or alumina makes it possible to obtain yellow hues, but it is not used any more taking radioactivity into account.
 
Yellow glazes :
 
Lead/calcium or lead/zinc glazes develop a yellow hue by the addition of uranium oxide. Just as not very alkaline lead/boron glazes become yellow by the addition of 5% of sodium uranate.
 
Red glazes :
 
Lead/zinc glazes containung calcium or boron produce an intensive red hue by addition of 10% of uranium oxide.
 
 

Components :

Red Glaze

Red Orange Glaze

Minium (Pb3O4)

55,5

63,0

Potassium feldspar

9,8

0,0

Crushed silica

18,7

4,0

Sodium uranate

18,0

0,0

Uranium oxide

0,0

17,0

Zinc oxide

0,0

2,0

Kaolin

0,0

4,0

 
 
Uranium lustre:
 

Uranium lustre is obtained by the fusion of rosin (colophony), on a sand bed, added with 30g. of uranyl acetate, then dissolved in 300 ml of hot spirit of turpentine. After cooling the mixture is allowed to settle (and decant) and preserved two to three days before the first use.

 
 
Smart.Conseil / April 2002
smart2000@wanadoo.fr

 

 
 
References :
"Traité des Arts Céramiques ou des poteries", Alex. Brongniart, Janvier 1854
"Leçons de Céramique", tome 1, Alphonse Salvétat - 1857
"Fabrication industrielle des Porcelaines" tome II par Marc Larchevêque - 1929
"La Bible du Céramiste" Anonyme - Origines de publication inconnues - vers 1965
"La céramique de A à Z" par J. Rigaud - vers 1975
"Keramic-Glasuren" de Stefanov et Batschwarov - 1988
 
 
 
 
Summary, French Version
 
On this page : Uranimum and ceramics, Toxicology : Depleted uranium, Articles : Contamination by uranium-containing ceramic wares
 
 
DEPLETED URANIUM
 
 Since uranium acts on body organs and tissues in the same way as Depleted Uranium (DU) the results and conclusions from uranium studies are considered to be broadly applicable to DU, and vice versa.
However, in the case of effects due to ionizing radiation DU is less radioactive than uranium.
 
Uranium :
 
1-Uranium is a silver-white, lustrous, dense, natural, weakly radioactive element. It is ubiquitous throughout the natural environment, and is found in varying but small amounts in rocks, soils, water, air, plants, animals and in all human beings.
 
2-On average, approximately 90 µg (micrograms) of uranium exist in the human body from normal intakes of water, food and air. About 66% is found in the skeleton, 16% in the liver, 8% in the kidneys and 10% in other tissues.
 
3-Natural uranium consists of a mixture of three radioactive isotopes which are identified by the mass numbers 238U(99.27% by mass), 235U(0.72%) and 234U(0.0054%).
 
4-Uranium is used primarily in nuclear power plants. However, most reactors require uranium in which the 235U content is enriched from 0.72% to about 3%.
 
Depleted uranium :
 
1-The uranium remaining after removal of the enriched fraction contains about 99.8% 238U, 0.25% of 235U and 0.001% 234U by mass; this is referred to as depleted uranium or DU.
 
2-DU is weakly radioactive and a radiation dose from it would be about 60% of that from purified natural uranium with the same mass.
 
3-The behaviour of uranium and DU in the body is identical radiologically and chemically.
 
4-Spent uranium fuel from nuclear reactors is sometimes reprocessed in plants used for natural uranium enrichment. Some reactor-created radio-isotopes can consequently contaminate the reprocessing equipment and the DU. Under these conditions another uranium isotope, 236U, may be present in the DU together with very small amounts of the transuranic elements plutonium, americium and neptunium and the fission product technetium-99. However, on the basis of the concentrations of these radio-isotopes found in DU, the increase in radiation dose from uptake by the human body would be less than 1%.
 
Applications of depleted uranium :
 
1-The main civilian uses of DU include counterweights in aircraft, radiation shields in medical radiation therapy machines and containers for the transport of radioactive materials.
 
2-Due to its high density, about twice that of lead, and other properties, DU is used in munitions designed to penetrate armour plate and for protection of military vehicles such as tanks.
 
Exposure to uranium and depleted uranium :
 
1-The average annual intakes of uranium by adults are estimated to be 460 µg from ingestion and 0.59 µg from inhalation.
 
2-Under most circumstances, use of DU will make a negligible contribution to the overall natural background levels of uranium in the environment. The greatest potential for DU exposure will follow a conflict where DU munitions are used.
 
3-A recent United Nations Environment Programme (UNEP) report giving field measurements taken around selected impact sites in Kosovo (Federal Republic of Yugoslavia) indicates that contamination by DU in the environment was localized to a few tens of metres around impact sites. Contamination by DU dusts to local vegetation and water supplies was found to be extremely low. Thus, the possibility of significant exposure to the local populations was found to be very low.
 
4-However, levels of DU may be significantly raised over background levels in close proximity to DU contaminating events. Over the days and years following such an event, the contamination will become dispersed into the wider natural environment. People living or working in affected areas can inhale dusts and can consume contaminated food and drinking water.
 
5-There is a possibility that people near an aircraft crash may be exposed to DU dusts if counterweights were to combust on impact. Significant exposure to people from this situation would be rare. Exposures to clean-up and emergency workers following aircraft accidents are possible, but normal occupational protection measures would prevent any significant exposure occurring.
 
DU exposure pathways :
 
1-Individuals can be exposed to DU in the same way they are routinely exposed to natural uranium, i.e. through inhalation, ingestion, dermal contact or injury (e.g. embedded fragments).
 
2-Each of these exposure situations needs to be assessed to determine any potential health consequence.
 
3-The relative contribution from each of these pathways to the total DU uptake into the body depends on the physical and chemical nature of the DU, as well as the level and duration of exposure.
 
Intake of depleted uranium :
 
1-Intake by ingestion can occur if drinking water or food is contaminated by DU. In addition, the ingestion of soil by children via geophagia (the practice of eating earth, clay, chalk, etc.) or hand-to-mouth activities is also an important pathway.
 
2-Intake by inhalation can occur following the use of DU munitions during or when DU deposits in the environment are re-suspended in the atmosphere by wind or other forms of disturbance. Accidental inhalation may also occur as a consequence of a fire in a DU storage facility, an aircraft crash, or the decontamination of vehicles from within or close to conflict areas.
 
3-Intake by contact exposure of DU through the skin is very low and relatively unimportant.
 
4-Intake from wound contamination or embedded fragments in skin tissues allows DU to enter the systemic circulation.
 
Absorption of depleted uranium :
 
1-Most (>95%) uranium entering the body via inhalation or ingestion is not absorbed, but is eliminated via the faeces.
 
2-Of the uranium that is absorbed into the blood, approximately 67% will be filtered by the kidney and excreted in the urine within 24 hours; this amount increases to 90% within a few days.
 
3-Typical gut absorption rates for uranium in food and water are about 2% for soluble uranium compounds and down to 0.2% for insoluble uranium compounds.
 
Health effects of exposure to depleted uranium :
 
DU has both chemical and radiological toxicity with the two important target organs being the kidneys and the lungs.
 
1-In the kidneys, the proximal tubules are considered to be the main site of potential damage. Long-term studies of workers chronically exposed to uranium have reported impairment of the kidneys that depended on the level of exposure. There is also some evidence that this impairment may return to normal once the source of excessive uranium exposure has been removed.
 
2-In a number of studies on uranium miners, an increased risk of lung cancer has been demonstrated, but this has been attributed to exposure from radon decay products. There is a possibility of lung tissue damage leading to a risk of lung cancer if a high enough radiation dose results from insoluble DU compounds remaining in the lungs over a prolonged period (many years).
 
3-Erythema (superficial inflammation of the skin) or other effects on the skin should not occur even if DU is held against the skin for prolonged periods (weeks). There is no established data to suggest that skin cancer results from skin contact with uranium dusts.
 
4-No consistent or confirmed adverse effects have been reported for the skeleton or liver. However, few studies have been conducted.
 
5-No reproductive or developmental effects have been reported in humans, but studies are limited.
 
6-Although uranium released from embedded fragments may accumulate in the central nervous system (CNS) tissue and some animal and human studies are suggestive of effects on CNS function, it is difficult to draw firm conclusions from the studies.
 
Maximum radiation exposure limits :
 
The following doses, from the International Basic Safety Standards agreed by WHO in 1996, are in addition to those from normal background exposures.
 
1-The general public should not receive a dose of more than 1 millisievert (mSv) in a year. In special circumstances, an effective dose of up to 5 mSv in a single year is permitted provided that the average dose over five consecutive years does not exceed 1 mSv per year. An equivalent dose to the skin should not exceed 50 mSv in a year.
 
2-Occupational exposure should not exceed an effective dose of 20 mSv per year averaged over five consecutive years or an effective dose of 50 mSv in any single year. An equivalent dose to the extremities (hands and feet) or the skin should not surpass 500 mSv in a year.
 
Guidance on exposure based on chemical and radiological toxicity :
 
The World Health Organization (WHO) has guidelines for determining the values of health-based exposure limits or tolerable intakes (TIs) for chemical substances. The TIs given below are applicable to long-term exposure in the general public (as opposed to workers). In single and short-term exposures, higher exposure levels may be tolerated without adverse effects.
 
1-The general public's intake via inhalation or ingestion of soluble DU compounds should be based on a tolerable intake value of 0.5 µg per kg of body weight per day. This leads to an air concentration of 1 µg/m3. For ingestion, this would be about 11 mg/y for an average adult.
 
2-It would be appropriate to reduce the TI for intake of insoluble DU compounds to 0.5 µg per kg of body weight per day so that compatibility is achieved with the public radiation dose limit. When the solubility characteristics of the uranium species are not known, which is often the case in exposure to depleted uranium, it would be prudent to apply the more stringent tolerable intakes, i.e., 0.5 µg per kg of body weight per day for oral exposure.
Uranium compounds with low absorption are markedly less nephrotoxic, and a tolerable intake via ingestion of 5 µg per kg of body weight per day is applicable.
 
Monitoring and treatment of exposed individuals :
 
1-For the general population, neither civilian nor military use of DU is likely to produce exposures to DU much above normal background levels produced by uranium. Therefore, an exposure assessment for DU will normally not be required.
 
2-When an individual is suspected of being exposed to DU at a level significantly above the normal background level, an assessment of DU exposure may be required. This is best achieved by analysis of daily urine excretion. The amount of DU in the urine is determined from the 235U:238U ratio, obtained using sensitive mass spectrometric techniques. Faecal measurement can give useful information on intake if samples are collected soon after exposure (a few days).
 
3-External radiation measurements over the chest, using a whole-body radiation monitor for determining the amount of DU in the lungs, have limited application since they require specialist facilities and can only assess relatively large amounts of DU in the lungs.
 
4-There are no specific means to decrease the absorption of uranium from the gastrointestinal tract or lungs, or increase its excretion. Thus, general methods appropriate to heavy metal poisoning could be applied. Similarly, there is no specific treatment for uranium poisoning and the patient should be treated based on the symptoms observed. Dialysis may be helpful in extreme cases of kidney damage.
 
Recommendations :
 
1-Levels of contamination in food and drinking water could rise in affected areas after some years and should be monitored where it is considered that there is a reasonable possibility of significant quantities of DU entering the ground water or food chain.
 
2-Where possible, clean-up operations in impact zones should be undertaken where there are substantial numbers of radioactive projectiles remaining and where qualified experts deem contamination levels to be unacceptable. If very high concentrations of DU dust or metal fragments are present, then areas may need to be cordoned off until removal can be accomplished. Disposal of DU should come under appropriate national or international
recommendations for use of radioactive materials.
 
3-Young children could receive greater exposure to DU when playing in or near DU impact sites. Typical hand-to-mouth activity could lead to high DU ingestion from contaminated soil. Necessary preventative measures should be taken.
 
4-Individuals who believe they have had excessive intakes of DU should consult their medical practitioner for an examination and treatment of any symptoms. General screening or monitoring for possible DU related health effects in populations living in conflict areas where DU was used is not called for.
 
 
 
Edouard Bastarache M.D. (Occupational & Environmental Medicine)
Author of " Substitutions for raw ceramic materials "
edouardb@sorel-tracy.qc.ca
http://www.sorel-tracy.qc.ca/;edouardb/
Sorel-Tracy
Quebec
Canada
 
  
 
Reference :
The WHO, Depleted Uranium, Fact Sheet N° 257, Revised April 2001
 
 
 
Summary, French Version
 
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CONTAMINATION by URANIUM-CONTAINING CERAMIC WARES
 
1) Accidental contamination from uranium compounds through contact with ceramic dinnerware, by Ralph W. Sheets, Clifton C. Thompson
 
ABSTRACT: Examination of orange-colored dinnerware samples purchased in antique stores and flea markets has revealed the occasional presence of surface uranium compounds that are readily transferred to the hands and
clothing. We have further been able to produce soluble uranium compounds on the surfaces of clean dishes by exposing them to household vinegar or bleach. We estimate that handling of a contaminated dish can transfer up to
1-2 becquerels or more or uranium compounds to the hands. Uranium contamination is of concern because the element is not only an alpha emitter but also a chemical nephrotoxin. Although the amount of uranium likely to
be ingested as a result of casual handling may be small, it could still exceed by several times the amount occurring in the average diet (about 40 mBq/day). Furthermore, since fresh surface compounds are readily formed, it is possible that a person who regularly handles or eats from uranium-glazed dinnerware can accidently ingest significant amounts of uranium.
 
2) Release of uranium and emission of radiation from uranium-glazed dinnerware, by Ralph W. Sheets, Sandra L. Turpen
 
ABSTRACT: Samples of orange, yellow, beige, ivory and blue-green ceramic dinnerware glazed with uranium compounds have been examined. Measurements at glaze surfaces yielded exposure rates of 3.8-16 mR/h (1-4 uC/kgh) for orange glazes and rates of 0.04-1.3 mR/h (0.01-0.3 uC/kgh) for ivory, beige, and yellow glazes. Whole body exposure from a shelf display of 40 orange dishes was estimated to be 0.1-0.5 mR/h(0.03-0.13 uC/kgh), or up to 50 times the room background radiation level, at a distance of 1 meter. Twenty-four hour leaching tests of orange, yellow, and ivory dishes were carried out with various concentrations of acetic and citric acids. Uranium concentration in leachates of some orange dishes exceeded 450 mg/L. Uranium is a chemical
nephrotoxin and the United States Environmental Protection Agency has proposed a maximum contaminant level for drinking water of 0.020 mg/L. Based on this value a person consuming 2.2 L of drinking water per day would ingest 0.31 mg of uranium per week. A person eating once a week from an orange glazed dish could easily ingest 10 or more times this amount.
 
 

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