细菌中和矿井水中的铀——科学家首次揭示其机制

在短短 130 天内，矿井水中的铀含量减少了 95%。这项发现发表在《自然·通讯》杂志上，据《НИА «Экология»》报道，为铀矿污染地区的生物修复开辟了道路。对于全球铀产量领先的哈萨克斯坦来说，这是一项具有潜在重要意义的复垦技术。

核心内容简述

• 来自 亥姆霍兹中心（德累斯顿-罗森多夫）、格拉纳达大学以及 Wismut GmbH 公司的科学家们，对德国厄尔士山脉一座被淹没的铀矿中的水进行了实验。
• 在添加甘油作为营养物后，天然细菌在 130 天内将水中溶解铀的含量降低了 95%。
• 关键发现：细菌将铀转化为一种不寻常的五价状态 (U(V))，此前被认为是不稳定的。结果形成了化合物 FeU(V)O₄，即使暴露在大气氧气中也保持稳定。
• 此前，这种化合物仅在克罗地亚受铀弹药污染的土壤中被发现过一次。
• 距离实际应用还有很长的路要走：作者强调需要详细研究生化机制并评估在现场条件下应用的可能性。

试图解决的问题

铀矿开采留下了一份特殊的遗产：被淹没的矿井、尾矿库、露天矿坑——这些都是地下水和地表水被溶解铀化合物缓慢但持续污染的源头。传统的净化方法——化学沉淀、离子交换、反渗透——虽然有效，但成本高昂且需要持续维护。生物方法可能更便宜，也更适用于难以到达的地点。

正因如此，这项研究是与 Wismut GmbH 公司合作进行的，该公司负责德国前铀矿（欧洲最大的铀矿之一，于苏联时期开发）的复垦工作。

五价铀：为何重要

铀主要以两种可溶形式存在：四价 (U(IV)，不溶，稳定) 和六价 (U(VI)，可溶且易迁移——正是这种形式污染水体)。将六价铀转化为四价铀是净化的目标，但这个过程在氧气存在下不稳定：U(IV) 会再次氧化并重新溶解。

德西研究小组的发现打破了这一逻辑。细菌产生的不是 U(IV)，而是中间的五价状态 U(V)——此前被认为是短暂且不稳定的。然而，在与铁结合后，形成了 FeU(V)O₄，即使在氧气作用下也能保持稳定。这与以前的生物方法有根本区别，以前的方法中，净化后的水在曝气时会再次受到污染。

哈萨克斯坦的背景

哈萨克斯坦开采了全球约 43% 的铀——主要采用地下钻孔就地浸出（ISL）法，即向地层注入酸性或碱性溶液，溶解铀后再抽回地表。这种方法对地表的破坏比露天开采小，但会造成特定的地下水污染问题，并需要对含水层进行后续复垦。

除了在运的设施，哈萨克斯坦还拥有大量的苏联时期铀工业遗产：阿克纠宾斯克州、克孜勒奥尔达州和南哈萨克斯坦州的旧矿、尾矿库和受污染地区。它们的复垦是一项长期的生态任务，部分由国家资助。

基于这一发现机制的生物净化方法，未来有望降低复垦成本，并为恢复受污染的含水层提供更多可能性。哈萨克斯坦的环保监管机构和“哈萨克原子能工业公司”应密切关注这一方向的发展——尤其是在该技术接近现场试验阶段时。

作者结论

大自然利用细菌转化重金属已有数千年历史——科学家们才刚刚开始理解其具体机制。发现 FeU(V)O₄ 的形成机制并非当下的应用解决方案，而是一项基础知识，经过几年的研究，它可能会转化为清理铀矿的工作工具。对于拥有全球最大铀矿产业的国家来说，这个方向值得密切关注。