Caso alguém sofra desse problema, Eu só precisava forçar o grub a reconfigurar (eu supus que isso acontecesse como parte da nova instalação do kernel). Então
grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg
Então o novo kernel de 64 bits apareceu e eu pude arrancar a partir dele. Depois disso, uma consulta de uname -a realmente retornou x86_64