Havs- och vattenmyndigheten har tagit fram bedömningsgrunder för ekologisk status av ytvatten. Vid bedömning av ekologisk ytvattenstatus tas hänsyn till så kallade särskilt förorenade ämnen (SFÄ), ett av dessa ämnen är uran. Enligt Miljöbalkens andra kapitel om allmänna hänsynsregler ska en verksamhetsutövare motverka att verksamheten medför skada eller olägenhet för människors hälsa eller för miljön. LKAB är ett statligt ägt gruvbolag som bedriver brytning och förädling av järnmalm i Kiruna, Malmberget och Svappavaara. Denna studie gäller LKABs verksamhet i Kiruna. Gruvbrytningen och förädlingen av järnmalm är vattenkrävande processer. Vatten som pumpas upp från gruvan går till processen och huvuddelen av vattnet recirkulerar inom verken. Utgående vatten från verk går till dammarna och vidare till klarningsmagasin. Från klarningsmagasinet returpumpas sedan delar av vattnet tillbaka till processen. Överskottsvatten bräddas efter sedimentering och klarning. Bräddningen sker till sjön Mettä Rakkurijärvi och vidare till Kalix älv via Rakkurisystemet. Det vatten som bräddas har uranhalter överskridande gällande bedömningsgrunder för särskilt förorenade ämnen (SFÄ). På grund av detta ligger det i LKABs intresse att undersöka uran i LKABs process, detta för att i förlängningen eventuellt kunna minska de förhöjda halterna i recipienten. Uran är ett radioaktivt metalliskt grundämne som tillhör gruppen aktiniderna i periodiska systemet och ett redoxelement på grund av dess förmåga att byta oxidationstal. De vanligaste förekommande oxidationstalen för uran i kemiska föreningar är (IV) och (VI). Ett ämnes biotillgänglighet och egenskaper i ett vatten styrs till viss del av vilken speciering ämnet har, partikulär, kolloidal eller löst fas. I oxiderade miljöer kontrolleras den totala urankoncentrationen av U(VI) och mobiliteten relateras till kolloidala fraktionerna. I vatten med högt karbonatinnehåll förekommer uran ofta som uran-karbonatkomplex vilket gör uran mer mobilt och minskar dess förmåga att adsorberas på andra partiklar. Komplexbildning och sorption därmed två viktiga processer som påverkar urans mobilitet och biotillgänglighet. Tidigare utredningar har visat på att uranyljonerna som finns i processvattnet främst förekommer som de lösta komplexen Ca2UO2(CO3)3(aq) och CaUO2(CO3)32- och att den höga halten av karbonater och kalcium i LKABs processvatten påverkar den kemiska specieringen. Syftet med detta examensarbete är att undersöka hur halten uran i vattnet förändras i processen från gruva till dammar. För att uppnå målet har studien strukturerats utifrån följande frågeställningar: • På vilka platser i processen syns förändringar i uranhalten och kan det förklaras av den teori som finns om urans biogeokemi i vatten? • Ses samband mellan uranhalten och andra ämnen eller parametrar i processen och kan dessa förklaras av den teori som finns om urans biogeokemi i vatten? Denna studie är en sammanställning och utvärdering av befintliga mätdata som LKAB insamlat under tidsperioden 2015-2019. Förslag på fortsatt arbete är att utföra adsorptionsmodelleringar för uran i processvattnet. Vidare skulle en ytterligare avgränsning av detta arbete kunna utföras, till exempel att enbart kolla på anrikningsverk eller dammar där det enligt denna studie sker förändringar i uranhalten / Waterface-Environmental Forensics

The determination of uranium in samples of the enviroment was considered for liquadeted chemical toxicity of uranium and it is impossible to leave out a potential occurrence in drinking water. The purpose of this diploma thesis was the monitoring of preselected public water supplies in the South Moravia and post action analysis of those samples. That was all on the basis of the requierement of the Regional Hygiene Station. For determination of trace concentrations of uranium in drinking waters the method ICP-MS (Inductively Coupled Plasma with Mass Spectrometry) was chosen. All of the results were then summarized and evaluated. At the end are proposed feasible solutions and precautions for public water supplies operators.

The Caledonian alum shales of Sweden host a vast number of economically interesting metals. In Fetsjön, Västerbotten, the shales contain significant amounts of rare-earth elements, vanadium, molybdenum and uranium. As metals with a multitude of high-technological applications, the former rare-earth elements (REEs) are particularly attractive in a world where the supply may be exhausted as the demand continuously increase while new deposits are not being discovered fast enough. Meanwhile, the latter uranium notably constitutes as an unwanted secondary product during the extraction of rare-earth elements. As the mineral association of the REEs in Fetsjön is unknown, the intent of this study is to analyze and thus determine their mineralogical expression. The assumed REE-bearing mineral apatite was confirmed to host the rare-earths in the Fetsjön shales after microscopy and spectrometry analyses.

Auf der Grundlage umfangreicher Originaldokumente aus staatlichen Archiven in Prag und Wien zeichnen die Autoren anhand zahlreicher Briefe, Aktennotizen und weiterer Aufzeichnungen die Rolle der Joachimstaler Uranbergwerke bei der Bereitstellung von Pechblende nach, die als Mineral M. und P. Curie die Entdeckung des Elementes Radium ermöglichten. Bürokratische Eitelkeiten, akademische Vorurteile und sich überschneidende Interessen der K.u.K. Verwaltung in Wien haben die durchaus denkbare Entdeckung des Radiums in österreichischen Laboratorien erfolgreich verhindert.

Title: U in metastable systems: structure, magnetism, and superconductivity Author: Volodymyr Buturlim Department / Institute: Department of Condensed Matter Physics, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University Supervisor of the doctoral thesis: Doc. RNDr. Ladislav Havela, CSc., Department of Condensed Matter Physics, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University, Prague, The Czech Republic Abstract: This thesis presents studies of U-Nb and U-Ti alloys and hydrides synthesized via different technological paths. Investigation of the microstructure of the alloys with different concentrations of Ti (Nb) allowed to find the optimum setting for stabilization of the metastable bcc U allotrope. Ultra-fast cooling accompanied by alloying leads to retention of materials with high degree of atomic disorder apparent from the studies of their transport properties. The alloys exhibit a weakly paramagnetic ground state and low-temperature superconductivity, the critical temperature of which has only moderate variations with Ti (Nb) concentrations and which has very high upper critical fields. Interaction with hydrogen allows to stabilize two distinctive forms of hydride: β-UH3 and UTi2Hx. β-UH3 alloyed by Ti (Nb) orders ferromagnetically with transition temperatures exceeding 170 K, weakly influenced...

The macrophytes have the ability accumulating multiple metals/metalloids species from the terrestrial and aquatic environments. The environmental-friendly phytoremediation technologies via these plant species have been applied for non-degradable pollutants removal. The macrophytes derived rhizofiltration is a major and efficient technology for metals/metalloids removal, especially in aquatic environments (e.g. wetland). Comparing with the common metals/metalloids often studied, aquatic U rhizofiltration via macrophytes has been just considered recently. In this study, the field investigation in a U tailing basin wetland showed that the rhizofiltration was crucial for aquatic U retention via Phragmites australis Trin ex Steud. (water to root bioconcentration factor (BCF): 670 to 1556). The aquatic U retention efficiency in aboveground biomass of P. australis was insufficient (BCF: 0.4 to 5.3), comparing with the rhizofiltration. However, the high productivity (1.2 to 1.9 kg•m-2 per growing season) of P. australis still resulted in a notable yearly U accumulation in the areal total aboveground biomass (0.04 to 0.35 mg•m-2 per growing season). It was potentially promoted by the enhanced aquatic U rhizofiltration. The U within aboveground biomass could be released to submerse soil with the degradable or recalcitrant fallen litters. It enhanced the organic carbon supply in rhizosphere together with the root litter, and potential water to root U translocation within mobilized organic compounds. Hence the rhizofiltration stood in the crucial position of the plant-litter-water-soil U recycling in aquatic environment. The results from field investigation and mesocosm experiment further suggested that the Fe plaque (IP) on root surface was crucial for aquatic U rhizofiltration. The IP contained most of root retained U in both environments (proportion of U within IP: 55.8 to 82.6% in field and 66.7 to 86.0% in mesocosm). However, the efficiency of IP assisted aquatic U rhizofiltration was affected by the redox state gradient (-179 to 220 mV) related redox processes. Field investigation suggested that high content of dissolved oxygen (up to 8.2 mg•l-1) was capable to rapidly oxidize soluble Fe(II) as sparingly soluble Fe(III) oxides precipitated in subhydric soil. It consequently limited the aquatic Fe availability for root uptake and precipitation as IP. However, the strong oxidation ability also relatively increased aquatic U(VI) availability incorporated with inorganics and degradable organic matters. It was adverse for controlling the aquatic U concentration (66.7 to 92.0 μg•l-1 in field). On the other hand, it also benefited the U uptake by inner root tissue and upward translocation to aboveground biomass of P. australis. The different inorganic N species also significantly influenced IP assisted aquatic U rhizofiltration. The aquatic NH4+ sustained the reduction and acidification (via nitirification) potential for Fe(III) and U(VI) bioreduction in rhizosphere (-87 to 21 mV in NH4+ cultured mesocosm pots). It improved the root uptake (mainly within IP) of Fe and U (2992.9 to 5010.7 mg•kg-1 Fe and 45.7 to 62.8 mg•kg-1 U in NH4+ cultured root). On the contrary, the NO3- depended strong oxidation ability (23 to 224 mV in NO3- cultured mesocosm pots) inhibited the IP formation and the related aquatic U rhizofiltration efficiency (1568.5 to 2569.5 mg•kg-1 Fe and 26.2 to 49.6 mg•kg-1 U in NO3- cultured root). The aquatic U availability in rhizosphere was also increased via NO3- depended oxidation processes (aquatic U concentration in mesocosm: 1.6 to 589.3 μg•L-1 (NO3-) vs. 1.4 to 58.2 μg•L-1 (NH4+)). The sufficient nitrogen supply is also a significant driving force for high biomass productivity of P. australis. The higher biomass of P. australis increased the U accumulation capacity for root and aboveground tissues. The nitrogen related high biomass accumulation of P. australis also potentially enhanced the share of organic bound U in subhydric soil via plant litters supply. The IP assisted aquatic U rhizofiltration was also affected by the co-existing metals/metalloids in rhizosphere. The field investigation indicated that high As availability (aquatic As/U ratio: 0.7 to 1.6) inhibited the U retention within IP through the competitive absorption, due to its high affinity to IP. The Ca improved the aquatic U(VI) availability by forming the soluble Ca-uranyl-carbonate compounds. The Ca also potentially competed with hydrated Fe(III) oxides within IP by incorporating with U and encourage the U retention within inner root tissue. The P was beneficial for U retention within IP possibly in form of U-Fe-phosphate complexes. However, it was still need to be proofed in further studies. Despite of the biogeochemical conditions in rhizosphere, the aboveground transpiration of P. australis also affected the IP formation and related aquatic U rhizofiltration. The higher transpiration rate (TR) of P. australis (3.3±1.2 mm•d-1 in field, 4.5±2.0 mm•d-1 (NH4+)/5.0±2.2 mm•d-1(NO3-) in mesocosm) increased the aquatic nutrient/non-essential elements availability for root uptake. For this reason, the aquatic U rhizofiltration of P. australis (21.8±3.1 mg•kg-1 in field, 62.1±1.0 mg•kg-1 (NH4+)/47.6±1.8 mg•kg-1 (NO3-) in mesocosm) was enhanced under higher TR. The higher TR also promoted the formation of IP and its U retention capacity. Furthermore, the U translocation from root to above ground biomass (mainly in leaves) of P. australis was also enhanced under higher TR. It was potentially benefited by the increased transpirational pull and root uptake of other active mediator (e.g. Ca). The effect of transpiration was also coupled with the different N species on IP assisted aquatic U rhizofiltration. The higher TR depended strong root uptake and assimilation of N increased the biomass accumulation of P. australis. Furthermore, the higher TR also potentially increased the share of root in biomass partition of P. australis. Consequently, the stronger transpiration resulted in the higher aquatic U accumulation in area related root biomass (up to 84.0±3.6 mg•m-2 (NH4+) and 86.4±5.8 mg•m-2 (NO3-) U per season in mesocosm). In conclusion, it was possible for eutrophic P. australis stands to retain the aquatic U via rhizofiltration. The IP on root surface was a crucial mediator contributing the aquatic U rhizofiltration, especially in iron rich milieu. The efficiency of IP assisted aquatic U rhizofiltration could be further improved under suitable environmental conditions. In this study, these conditions might include: i) reductive rhizosphere environment with active reducers (e.g. NH4+) encouraging Fe(II) generation for IP formation and U retention within it; ii) limited competitive elements (e.g. As and Ca) co-existed with Fe and U in rhizosphere; iii) sufficient nutrients (e.g. N) supply and related high biomass productivity of plant; iv) strong transpiration effect improved the nutrient assimilation of root and also the aquatic U/Fe availability for root uptake. By adjusting these conditions (also include other potential factors not discussed in this study), an effective rhizofiltration technology was supposed to be applied for aquatic U removal.

Die Mechanismen von Immobilisierungsprozessen radioaktiver Schwermetall-Ionen innerhalb von Biofilmen sind noch weitgehend unerforscht. Das liegt an der Komplexität der Biofilme, welche häufig diskrete geochemische Mikromilieus bilden, die sich vom umgebenden Milieu („Bulk Solution“) in Bezug auf dessen Biozönose (der mikrobiellen Diversität), den darin herrschenden geochemischen Bedingung (z.B. Red/Ox-Potential u./o. gelöster Sauerstoffmenge), aber auch in der Konzentration möglicher Komplexbildner (z.B. Metaboliten u./o. EPS-Komponenten) deutlich unterscheiden. Alle diese Faktoren können die Speziation der Radionuklide verändern und damit auch deren Transportverhalten. Für ein besseres Prozessverständnis zu den Wechselwirkungen von Radionukliden mit natürlichen, in Uran-kontaminierten Milieus lebende Mikroorganismen und den damit verbunden Stoffen wurde die Biozönose in Biofilmen und im Grubenwasser des ehem. WISMUT-Uranbergwerkes Königstein nach klassischen mikrobiologischen- und molekularbiologischen Methoden bestimmt. Aus einem Vergleich der Chemie im Biofilm mit der Chemie der umgebenden Lösung wird der Einfluss der Biofilme auf das Migrationsverhalten von Radionukliden in der Natur beurteilt. Die Identifizierung und Quantifizierung von Prokaryoten erfolgte u.a. mit der CARD FISH Methode. Die selektive Visualisierung der EPS-Komponenten in der Matrix der Biofilme wurde mit Hilfe der Konfokalen Laser Scanning Mikroskopie (CLSM) bewerkstelligt. Zur Untersuchung der Speziation von fluoreszierenden Schwermetall-Ionen wie U(VI) kam die zeitaufgelöste, laser-induzierte Fluoreszenzspektroskopie (TRLFS) zum Einsatz. Um diese Methode auch im mikroskopischen Bereich anwenden zu können, wurde sie weiter zum CLSM hin entwickelt: Da ein 80-MHz-MaiTai-Laser zur Verfügung stand, wurde durch im kHz-Bereich alternierendes Beugen des Anregungslaserstrahls von der Probe weg (und wieder zu ihr hin) mittels akusto-optischem Modulator (AOM) eine quasi-gepulste Laseranregung im kHz-Bereich erreicht. Durch Einbindung von Frequenzvervielfachern („Harmonixx“ von APE Berlin und „Inspire“ von Spectra-Physics) konnte so eine gepulste Anregung innerhalb eines breiten Wellenlängenbereiches (ca. 230-1090 nm) ermöglicht werden. Für die Auswertung des als äußerst schwach zu erwartenden Fluoreszenzsignales (entsprechend des mikroskopisch kleinen Anregungsraumes) wurde die Time-Correlated Single-Photon Counting Methode (TCSPC) – auch „zeitbezügliche Einzelphotonenzählungs-Methode“ – an das Laser-Anregungssystem angepasst. Die Fluoreszenzlebenszeitkurve des Fluoreszenzsignals von U(VI) Species, die sich an der Oberfläche von den Protozoen Euglena Mutabilis befanden, konnte z.B. auf diese Art mit Hilfe der TCSPC ermittelt werden.

Teil A: Es wurde gezeigt, dass das Transportverhalten von Uran in der Umwelt und an den ehemaligen Uranabbaustätten stark von der Anwesenheit und Aktivität natürlich vorkommender Mikroorganismen abhängt. Die Untersuchungen zeigten, dass die Isolate eine hohe Toleranz gegenüber Uran aufweisen und in der Lage sind, relativ hohe Mengen an Uran zu immobilisieren und aus der umgebenden Lösung zu entfernen. Durch anaerobe Versuche konnte gezeigt werden, dass die mikrobielle Reduktion von Uran(VI) allein durch die Zugabe von 10 mM Glycerin bei zukünftigen Anwendungen als in situ Biosanierungsapplikationen genutzt werden könnte. Die Ergebnisse dieser Arbeit konnten die Wechselwirkungsmechanismen zwischen natürlich vorkommenden Mikroorganismen und Uran im Detail beschreiben und neue Zusammenhänge zwischen aktivem und inaktivem Stoffwechsel der Mikroorganismen zeigen. Zusammenfassend können diese einen wertvollen Beitrag zur Entwicklung von Biosanierungsansätzen für die Behandlung von Radionuklid-kontaminierten Standorten aus der ehemaligen Bergbauindustrie leisten. Teil B: Im Speichel dominiert neben einem kleinen Bindungsanteil an dem Enzym alpha-Amylase die Komplexierung mit anorganischen Liganden, im Magen dominiert aufgrund des sauren pH-Wertes das Eu- bzw. Cm-Aquo-Ion, und im Darm dominiert neben anorganischen Komplexen die Bindung der Metallionen an das Glycoprotein Mucin. Die starke Komplexfähigkeit von Mucin gegenüber dreiwertigen f-Elementen könnte die Absorption dieser im menschlichen Körper unterdrücken und deren Exkretion fördern. Die Ergebnisse dieser Arbeit geben neue Einblicke in das biochemische Verhalten dreiwertiger f-Elemente und können zudem zur Einschätzung von Gesundheitsrisiken nach der Inkorporation von Radionukliden und der Entwicklung von Dekontaminationstherapien beitragen.

In the leading part of this work I presented general information on the kingdom of fungi and fungal ecology focused on marofungi (macromycetes). Furthermore, I reviewed the phenomenon of trace elements accumulation in macrofungal fruit-bodies, particularly focused on uranium and its biogeochemistry. In the experimental part, results of my own research are presented. I determined concentrations of uranium, thorium, silver and lead by use of HR- ICP-MS and ENAA. The macrofungal samples were collected 1/ in clean areas with diverse geological bedrock, 2/ in uranium-polluted area in vicinity of Příbram (Central Bohemia, Czech Republic). Furthermore, selected trace elements were determined also in underlying soils by use of the both analytical methods. For investigation of trace elements mobility, the BCR sequential extraction was applied.

Die Uran-Ganglagerstätte Schlema-Alberoda wurde, abgesehen von mehreren Altbergbauaktivitäten auf ihrem Territorium und der Nutzung ihrer radioaktiven Wässer im früheren Radiumbad Oberschlema, de facto erst nach dem Zweiten Weltkrieg entdeckt. Sie hat sich im Verlaufe ihrer Erkundung und des Abbaus als eine der größten Lagerstätten ihres Typs auf der Erde erwiesen. Die Lagerstätte Schlema-Alberoda liegt regionalgeologisch gesehen in der erzgebirgisch streichenden Lößnitz-Zwönitzer Synklinale im Kreuzungsbereich mit der NW-SO gerichteten Gera-Jáchymov-Störungszone. Bedeutsamstes tektonisches Element dieser Störungszone ist der »Rote Kamm«, der die Uranlagerstätte Schlema-Alberoda von der sich südwestlich anschließenden Wismut-Kobalt-Nickel-Silber-Uran-Lagerstätte Schneeberg trennt. In der Lößnitz-Zwönitzer Synklinale sind vorwiegend oberordovizisch-silurisch-devonische Gesteine, die so genannte »produktive« Serie, in unterordovizische Schiefer der Erzgebirgs-Nordrandzone eingefaltet. Dabei sind die Erzgänge in den Bereichen ausgebildet, in denen die Gesteine der Lößnitz-Zwönitzer Synklinale im Exokontakt des varistisch-postorogenen Auer Granitmassivs liegen. Tektonische Störungen, Spalten und Gangstrukturen durchsetzen in einer außergewöhnlichen Vielzahl die Gesteine des Lagerstättengebietes. Sie wurden teilweise mehrfach aktiviert und dienten zirkulierenden hydrothermalen Lösungen als Bewegungsbahnen bzw. ermöglichten den Absatz ihres Mineralinhaltes. Die Mineralisation der Gänge der Lagerstätte Schlema-Alberoda ist insgesamt als eine komplizierte mehrphasige, überwiegend hydrothermal gebildete Folge von Gangformationen verschiedenen Alters anzusehen. Bergbaulich von wesentlicher Bedeutung waren insbesondere die uranführenden Karbonatgänge der spätvaristischen kku-Formation sowie der postvaristischen mgu- und biconi-Formation. Dabei stellen die Quarz-Calcit-Pechblende-Gänge der kku-Formation mit einem Pechblende-Alter von ca. 275 Mio. Jahren die primären Uranerzgänge der Lagerstätte dar. Die aus umfangreichen mineralogisch-geochemischen Untersuchungen in der Lagerstätte abgeleiteten minerogenetischen Aussagen lassen bezüglich der Herkunft des Urans mehrere mögliche Quellen bzw. Modellvorstellungen zu. Der Absatz erfolgte bei stetig abklingender Temperatur, wobei die Bildung der Uranparagenesen im Bereich von 200 - 100 °C und bei sehr variierenden Druckverhältnissen vor sich ging. Teufenbezogen lag die Hauptvererzung im Intervall von -390 m bis -1125 m. Darunter nahm die Uranvererzung, die in erster Linie lithologisch kontrolliert wird, mit zurückgehender Verbreitung der »produktiven« Gesteine der Lößnitz-Zwönitzer Synklinale ab, war allerdings auch noch auf der tiefsten aufgefahrenen Sohle der Grube (-1800-m-Sohle) vorhanden. Der Abbau auf den vererzten Gangflächen erfolgte in der Regel im Firstenstoßbau. Die vor allem auf den tagesnahen Sohlen des Zentralfeldes von Oberschlema betriebene rigorose Abbauführung auf allen Gängen mit nachgewiesener Uranvererzung hatte nicht nur gravierende bergtechnische Probleme untertage, sondern auch intensive Bruch- und Senkungserscheinungen an der Oberfläche zur Folge. Insgesamt sind von 1946 bis Anfang 1991 etwa 80.000 t Uran gewonnen worden. Dabei lassen die intensiven und umfassenden Untersuchungs- und Erkundungsarbeiten die Schlussfolgerung zu, dass die Lagerstätte bis auf geringe Restvorräte abgebaut ist. Seit 1991 erfolgen die Arbeiten zur Verwahrung und Sanierung der bergbaulichen Anlagen und Flächen. Auf Grund des enormen Umfangs, der Intensität und Komplexität des getätigten Bergbaus sind diese Arbeiten sehr umfangreich, kompliziert und vielschichtig; sie werden voraussichtlich etwa 2010 abgeschlossen sein.