中国团队首次发现天然金属铀 样品出自粤北矿床
南都讯 由于在自然界中发现天然的金属铀，来自中国的科研团队将改写全球的化学教科书。此前，人们一直认为铀元素只能以化合物的状态存在，纯净的金属铀必须经人工提取。近日，中核集团核工业北京地质研究院以李子颖研究员为首的团队，向外界披露了关于金属铀的新发现。值得注意的是，首次检测出天然金属铀的矿石来自粤北。李子颖团队的研究文章，已在最新一期的地质学报(英文版)上发表。
全球首次发现金属铀存在
铀元素是重要的核能原料，1789年被科学家首次发现，主要有3种同位素，被广泛应用于核工业的是其中的铀-235。浓度约2%- 5%的铀-235为低浓缩铀，可用以发电。它的特点是化学性质非常活泼，极易氧化，所以在自然界中通常以化合物的状态存在。由于铀的不稳定性，自然界的铀矿石如果在暴露地表或是含氧较多的环境中，很容易氧化。这也是分析发现自然界中存在金属铀的难点之一。
此前，人们从没有在自然界中发现过天然的金属铀。据科研团队首席科学家李子颖介绍，此次研究是以我国南方典型热液铀矿床中的沥青铀矿为研究对象，采用光电子能谱方法，分析了天然沥青铀矿中元素组成、价态及含量，并开展了与人工金属铀和氧化还原铀的对比分析工作，于自然界沥青铀矿中首次发现了零价态金属铀的存在。
2011年已发现金属铀的存在
团队成员黄志章介绍，其实早在2011年，科研人员就开始用光电子能谱方法对沥青铀矿石进行分析，并发现了金属铀的存在。但在当时，这一发现没有经过完全的验证。在之后的4年多时间里，研究团队采集分析了各地的铀矿石，并把探测结果与人工金属铀和氧化还原铀进行反复对比，确认无误后，才于近期将研究成果发表在《地质学报》(英文版)上。
值得注意的是，最初检测出金属铀的沥青铀矿样品，采自我国著名的贵东330铀矿床和诸广302铀矿床。两矿床位于广东省北部，属于南部重要的热液型铀矿床。不过，黄志章也强调，他们在各地铀矿中都发现了天然金属铀的存在，不仅仅是在粤北。“只不过，粤北两处矿床属于我国开发较早、规模较大的花岗岩矿床，早期媒体报道时将其当做了典型。”
初衷只为验证
已有铀成矿理论
事实上，研究团队的初衷，只是为了验证已有的铀成矿理论。据李子颖介绍，团队长期致力于铀成矿理论及深部探测研究，相关工作早在上世纪90年代就已经展开。其中，黄志章、李秀珍两位研究人员都已年近80岁，退休后至今还在坚持工作。铀成矿理论对探矿、采矿有着重要的指导作用。此前，国内对于热液成矿流体迁移的认识，主要来源于国外。该理论认为，含矿热水溶液从地球深部将六价铀化合物带至近地表，其中的铀元素在与氧接触后，被还原为四价化合物。
而李子颖及其团队对此提出了质疑：按理说，越进入地球深部，氧元素越少，为什么铀元素会以六价化合物形态存在？他们认为，热液应该以低价铀的形式进行迁移富集，地球深部的铀元素应当以零价态存在。在这样的理论假设基础上，团队对铀矿石中的铀元素价态展开了研究，而结果证明了之前的猜想。李子颖表示，金属铀的发现，不仅为揭示热液型铀成矿作用机理提供了关键性依据，而且对研究铀的来源、地球热的形成和演化均具有重大意义。
部分研究人员
曾长期待在粤北矿床
值得注意的是，整个研究团队的成员不超过10个。对此黄志章笑称，相关研究涉及理论机密，不能牵涉过多人员，“我们都是偷偷进行的”。这位1961年就开始从事铀成矿理论研究的老人，曾长期待在粤北矿床，积累了大量的取样经验。以至于研究院的后辈拿来粤北的铀矿石样本时，他一眼就能看出这块样本取自哪个区域。
这样丰富的经验，在发现金属铀的过程中也起到了很大作用。“铀矿石的成分、颜色、纹路都有讲究。”黄志章介绍，开展研究的重要保障，是选择合适的铀矿石样本。为此，研究团队常常要下到矿井里。由于铀矿石多少具有放射性，取出样本之后，还要将其仔细包好才能带回北京研究，以防转运中出现泄漏污染。而在黄志章看来，发现金属铀，只是为现有的铀成矿理论提供了一个新的支点，在理论研究方面，中国的地质学界还需要进一步的创新。“地质上有很多理论都是值得怀疑的。”他表示，地球就像一个大烧杯，金属铀的发现只是其中一个很小的化学反应 ，在 烧杯内，还有许多事情需要去探索和验证。
释疑
1.含金属铀的矿石只在粤北有吗？
从空间上看，我国的铀矿床分布在南、北两个大区，北方以伊犁地区和鄂尔多斯地区的砂岩型矿床为代表；南方则以广东、江西的花岗岩型矿床为典型。据了解，粤北有下庄、诸广两个铀矿大基地，目前有翁源铀矿、郴州铀矿等多个厂矿。
虽然首次被检测出金属铀的矿石来自粤北，但李子颖特别指出，各地采集的铀矿石中都有金属铀被发现。考虑到研究的信度问题，经过反复的取样、检测、对比分析，研究团队才确认铀矿石中确实有金属铀存在。
2 .铀矿会不会被人盗挖？
如第一个问题所说，从铀矿石到核燃料需要经过复杂的工艺流程，铀矿石的开采也是如此。据了解，铀矿可能在山上、地表，也可能在地下。目前中国最深的铀矿钻探已达到2800多米，而矿井深度也可深达500米。受地热影响，矿井内温度会随着深度而升高，外国甚至有这样的案例，下井时须携带冰块降温。
即使是地表的铀矿石，没有专业的技术和工具，也难以进行大规模开采。此外，铀矿石也有不同的成色，需要开采者具备足够的经验去判断。最关键的是，铀矿床属于国家财产，受到严格管控，非工作人员禁止出入。想要盗挖，没那么容易。
3 .以后可否大规模工用？
需要注意的是，发现金属铀并不意味着能直接对其大规模工用。将铀转化为核燃料，仍然需要对铀矿石中的铀-235同位素进行提取和浓缩。也就是说，天然金属铀并不能取代现有的人工合成铀。相比之下，研究成果对铀矿理论的影响更为显著。据了解，金属铀的发现，不仅为揭示热液型铀成矿作用机理提供了关键性依据，而且具有重要实际价值，对研究铀的来源、地球热的形成和演化以及寻找深部富大铀矿等均具有重大意义。
李子颖及其团队长期致力于铀成矿理论及深部探测研究。他表示，此次突破说明深部找矿具有较大的前景。近年来我国热液铀的找矿重点已经由表层转移到第二空间，即500-1500米，“将来可能发展到1500米-3000米的第三空间”。不过他也指出，深部空间的铀资源开发还需要考虑经济成本因素。
出品：南方都市报科学新闻工作室 主持：陈养凯
采写：南都记者 程姝雯
实习生 冯群星 刘旭 发自北京