Ett team av forskare från Sandia, Lawrence Berkeley och Pacific Northwest nationella laboratorier testade ett "svampliknande" mineral som kan "suga upp" uran vid en före detta uranfabrik nära Rifle, Colorado.

Forskarna fann att mineralet, kalciumapatit, suger upp och binder uran från grundvattnet, minska den med mer än tiotusenfaldigt.

"Apatitteknologin har framgångsrikt minskat koncentrationen av uran, vanadin och molybden i grundvattnet vid gevärsplatsen, sa Mark Rigali, Sandia-geokemisten som leder projektet. "Dessutom, Nivåerna av uran har legat under energidepartementets målkoncentration i mer än tre år."

Den förorenade kvarnplatsen nära Rifle ligger cirka 280 mil väster om Denver. Sedan 2002, DOE:s Office of Legacy Management har använt webbplatsen för att testa en mängd olika tekniker för uransanering.

Alla former av uran är radioaktiva, och det är giftigt vid förtäring. Molybden och vanadin, å andra sidan, är fördelaktiga på mycket, mycket låga nivåer, men är giftiga vid höga koncentrationer. Medan gevärstestplatsen är avlägsen, det finns tusentals platser runt om i världen som på liknande sätt är förorenade med radioaktiva ämnen och tungmetaller som hotar grundvattnet, ytvatten och livsmedelsförsörjning.

Kalciumapatit är ett mineral som vanligtvis används i gödningsmedel och är också en viktig komponent i ben och tänder. Forskarna bildade en "svamp" i marken genom att injicera två billiga och giftfria kemikalier, kalciumcitrat och natriumfosfat, i en brunn speciellt utformad för att injicera lösningar under jord vid det före detta uranbruket.

Väl i marken, hjälpsamma jordbakterier åt kalciumcitratet och utsöndrade kalcium i en form som gör att det snabbt kan reagera med natriumfosfatet för att bilda kalciumapatit, som täckte sand och jordpartiklar under jord, bildar svampen. Apatitsvampen fångar upp föroreningar, som uran, när det bildas på jordpartiklarna runt injektionsbrunnen, och efteråt när grundvattnet rinner genom den grova svampen. När den väl har bildats, apatiten är otroligt stabil, och kan hålla på fångade föroreningar i årtusenden.

Att suga upp hälften av det periodiska systemet

"Den apatitbaserade metoden för uransanering har varit den i särklass mest effektiva och långvariga utan några betydande negativa biverkningar, sa Ken Williams, programmet för miljösanering och vattenresurser leder vid Lawrence Berkeley. "Det har i grund och botten varit en win-win-win-situation. Den första vinsten är den enkla driften med endast en injektion som behövs. Nästa vinst är att uran avlägsnas till otroligt låga nivåer. Den tredje vinsten är avsaknaden av betydande skadliga konsekvenser."

Williams har testat olika tekniker för uransanering på Rifle-platsen i mer än ett decennium, sedan han var doktorand. Som student, han var involverad i ett projekt på platsen där de matade jordbakterier med vinäger för att sanera uran som hade några olyckliga biverkningar.

Apatitsaneringstekniken uppfanns av Sandias före detta kemiingenjör Robert Moore. Den har använts på DOE:s Hanford-plats i sydöstra delstaten Washington för att skydda Columbia River från strontium-90, en annan radioaktiv isotop.

Geologer vet att apatit kan fånga grundämnen från mer än hälften av det periodiska systemet för grundämnen, Rigali sa, men laget genomförde initiala laboratoriebaserade tester för att bekräfta att apatit skulle binda upplöst uran. Dessa tester utfördes av Jim Szecsody, en geokemist vid Pacific Northwest National Laboratory.

Förutom att minska mängden uran i grundvattnet mer än tiotusenfaldigt, Williams och Rigali fann att apatiten minskade mängden vanadin med mer än hundra gånger. Vanadin är en annan förorening som blir över från uranmalning, tillsammans med molybden, selen och arsenik. Lyckligtvis, den apatitbaserade saneringstekniken fångar även upp dessa andra giftiga kemikalier, sa de.

Framtiden för apatitsanering

Datormodellering av Sandia-geoforskaren Pat Brady tyder på att uranet kommer att förbli inneslutet i apatitmineralet i tiotusentals år – möjligen längre än att översvämningsslätten för kvarnplatsen kommer att förbli på sin nuvarande plats intill Coloradofloden, sa Rigali.

Williams kommer att fortsätta att mäta mängden föroreningar i grundvattnet nedströms apatitsvampen varje månad tills svampen är "full". Detta kommer att tillåta forskargruppen att lära sig hur mycket uran och andra föroreningar apatiten kan hålla, och när svampen skulle behöva "fräschas upp" med mer apatit, han sa.

Apatittekniken övervägs för användning på flera andra förorenade platser, både federalt förvaltade och privatägda, sa Rigali. Också att öka den potentiella användbarheten av apatitsanering är det faktum att den kan "justeras" för att fånga upp olika föroreningar av oro, inklusive bly och arsenik.

"Apatitfamiljen av mineraler är mycket stor, ", tillade han. "Och de alla har varierande förmåga att fånga och lagra föroreningar. Du kan bokstavligen ställa in apatitstrukturen så att den går efter specifika föroreningar av oro."

Kopparapatit, till exempel, är en bra svamp för arsenik.

"Detta har varit ett av de mest givande projekt som jag har fått jobba med på Sandia, ", sa Rigali. "Det är fantastiskt att ha den här typen av möjligheter eftersom du känner att du gör något som löser ett problem och gör skillnad. Jag vet att den här tekniken kan användas på dussintals platser för uransanering."