Brug af en mineralsk svamp til at fange uran

Et team af forskere fra Sandia, Lawrence Berkeley og Pacific Northwest nationale laboratorier testede et "svampelignende" mineral, der kan "opsuge" uran ved en tidligere uranmølle nær Rifle, Colorado.

Forskerne fandt ud af, at mineralet, calciumapatit, opsuger og binder uran fra grundvandet, reducere det med mere end ti tusinde gange.

"Apatitteknologien har med succes reduceret koncentrationen af ​​uran, vanadium og molybdæn i grundvandet på riffelstedet, " sagde Mark Rigali, Sandia geokemikeren, der leder projektet. "I øvrigt, niveauerne af uran har holdt sig under Energiministeriets målkoncentration i mere end tre år."

Det forurenede møllested nær Rifle er omkring 180 miles vest for Denver. Siden 2002 har DOE's Office of Legacy Management har brugt webstedet til at teste en række forskellige uran-saneringsteknologier.

Alle former for uran er radioaktive, og det er giftigt ved indtagelse. Molybdæn og vanadium, på den anden side, er gavnlige ved meget, meget lave niveauer, men er giftige ved høje koncentrationer. Mens riffelteststedet er fjernt, der er tusindvis af steder rundt om i verden, der på samme måde er forurenet med radioaktive grundstoffer og tungmetaller, der truer grundvandet, overfladevand og fødevareforsyning.

Calciumapatit er et mineral, der almindeligvis anvendes i gødning og er også en vigtig bestanddel af knogler og tænder. Forskerne dannede en "svamp" i jorden ved at injicere to billige og ugiftige kemikalier, calciumcitrat og natriumphosphat, ind i en brønd, der er specielt designet til at injicere opløsninger under jorden ved den tidligere uranmølle.

En gang i jorden, hjælpsomme jordbakterier spiste calciumcitratet og udskilte calcium i en form, der gør det muligt for det hurtigt at reagere med natriumphosphatet for at danne calciumapatit, som har belagt sand og jordpartikler under jorden, danner svampen. Apatitsvampen fanger forurenende stoffer, såsom uran, da det dannes på jordpartiklerne omkring injektionsbrønden, og bagefter som grundvandet strømmer gennem den ru svamp. Når først det er dannet, apatitten er utrolig stabil, og kan holde på opfangede forurenende stoffer i årtusinder.

Opsuger halvdelen af ​​det periodiske system

"Den apatit-baserede tilgang til uran-sanering har været langt den mest effektive og langvarige uden væsentlige negative bivirkninger, " sagde Ken Williams, miljøsanering og vandressourceprogram ledet hos Lawrence Berkeley. "Det har dybest set været en win-win-win situation. Den første sejr er den nemme betjening med kun en indsprøjtning nødvendig. Den næste gevinst er uran, der fjernes til utroligt lave niveauer. Den tredje sejr er manglen på betydelige skadelige konsekvenser."

Williams har testet forskellige uran-saneringsteknikker på Rifle-stedet i mere end et årti, siden han var kandidatstuderende. Som studerende, han var involveret i et projekt på stedet, hvor de fodrede jordbakterier med eddike for at afhjælpe uran, der havde nogle uheldige bivirkninger.

Apatitsaneringsteknologien blev opfundet af den tidligere Sandia-kemiingeniør Robert Moore. Det er blevet brugt på DOE's Hanford Site i det sydøstlige Washington til at beskytte Columbia River mod strontium-90, en anden radioaktiv isotop.

Geologer ved, at apatit kan fange grundstoffer fra mere end halvdelen af ​​grundstoffernes periodiske system, Rigali sagde, men holdet gennemførte indledende laboratoriebaserede tests for at bekræfte, at apatit ville binde opløst uran. Disse test blev udført af Jim Szecsody, en geokemiker ved Pacific Northwest National Laboratory.

Ud over at reducere mængden af ​​uran i grundvandet mere end ti tusinde gange, Williams og Rigali fandt ud af, at apatitten reducerede mængden af ​​vanadium med mere end hundrede gange. Vanadium er en anden forurening, der er tilbage fra formaling af uran, sammen med molybdæn, selen og arsen. heldigvis, den apatitbaserede afhjælpningsteknologi fanger også disse andre giftige kemikalier, de sagde.

Fremtiden for apatitsanering

Computermodellering af Sandia geovidenskabsmand Pat Brady tyder på, at uranet vil forblive indeholdt i apatitmineralet i titusinder af år - muligvis længere end møllens oversvømmelsesslette vil forblive på sin nuværende placering ved siden af ​​Colorado-floden. sagde Rigali.

Williams vil fortsætte med at måle mængden af ​​forurenende stoffer i grundvandet nedstrøms for apatitsvampen hver måned, indtil svampen er "fuld". Dette vil give forskerholdet mulighed for at lære, hvor meget uran og andre forurenende stoffer apatitten kan indeholde, og når svampen skulle "forfriskes" med mere apatit, han sagde.

Apatitteknologien overvejes til brug på flere andre forurenede steder, både føderalt styret og privatejet, sagde Rigali. Forøgelse af den potentielle anvendelighed af apatitsanering er også, at den kan "tunes" til at fange forskellige forurenende stoffer, der giver anledning til bekymring, herunder bly og arsen.

"Apatitfamilien af ​​mineraler er meget stor, " tilføjede han. "Og de har alle forskellige evner til at fange og opbevare forurenende stoffer. Du kan bogstaveligt talt justere strukturen af ​​apatit til at gå efter specifikke forurenende stoffer, der giver anledning til bekymring."

Kobberapatit, for eksempel, er en fantastisk svamp til arsenik.

"Dette har været et af de mest givende projekter, jeg har fået til at arbejde på hos Sandia, " Sagde Rigali. "Det er fantastisk at have den slags muligheder, fordi du føler, at du gør noget, der løser et problem og gør en forskel. Jeg ved, at denne teknologi kan bruges på snesevis af steder til uranrensning."