Förbättrad uran-bioleaching i bräckta miljöer via mikrobiellt konsortium med RSM-baserad modellering och optimering

Varför saltvatten och små hjälpare spelar roll

När högkvalitativ uranmalm blir svårare att hitta och sötvatten blir knappare söker gruvbolag renare och billigare sätt att utvinna detta viktiga bränsle för kärnkraft. En lovande metod är att låta mikrober göra jobbet: vissa bakterier kan långsamt lösa upp metaller ur berg i en process som kallas bioleaching. Men det finns ett problem—dessa mikrober trivs vanligtvis inte i salta, bräckta vatten, som ofta är det enda vatten som finns i torra gruvområden. Denna studie undersöker en smart lösning: att kombinera en saltstark bakterie med en jäst så att de tillsammans kan ta upp uran från låggradig malm i bräckta förhållanden.

Låta mikrober bryta ned berget

I stället för att använda höga temperaturer eller starka kemikalier förlitar sig bioleaching på mikroorganismer som hämtar energi genom att omvandla järn och svavel i malmen. Genom detta skapar de en sur, oxiderande miljö som omvandlar fasta uranmineral till lösta former som kan återvinnas ur lösningen. Forskarna arbetade med en låggradig uranmalm från centrala Iran och odlade en halotolerant bakterie, Acidithiobacillus ferrooxidans stam THA4, i ett laboratoriemedium innehållande kontrollerade mängder salt, krossad malm och luft. Genom noggranna mätningar av hur mycket uran som hamnade i vätskan under olika förhållanden kunde de se hur väl mikroberna ”bröt” malmen.

Test av saltvatten och malmhalt

En nyckelfråga var hur mycket salt och fast material bakterierna klarade innan deras prestation sjönk. Med en statistisk metod kallad responsytmetodik (response surface methodology) varierade teamet salthalt, malmkoncentration (pulp density), kontakttid och startmängd mikrober över dussintals experiment. De fann att högre salthalt och mer fast malm båda minskade uranåtervinningen: salt orsakade osmotisk stress för mikroberna, medan täta slurryer begränsade syretillgången och gjorde det svårare för cellerna att nå mineralytorna. Att förlänga lakningstiden hjälpte upp till ungefär tio dagar, vilket gav bakterierna tid att växa och producera oxiderande ämnen, men efter det försämrades resultaten, sannolikt eftersom näringsämnen tog slut och avfallsprodukter ackumulerades.

Lägga till en partner för tuffa förhållanden

För att öka utvinningen i bräckt vatten introducerade forskarna en andra mikroorganism: jästen Rhodotorula toruloides stam IR-1395, som tål både surhet och salt. I stället för att konkurrera spelar de två arterna olika roller. Bakterien livnär sig på oorganiskt järn och svavel och är beroende av koldioxid, medan jästen använder organiskt material och frigör koldioxid tillbaka i vätskan. När båda var närvarande i noggrant utvalda mängder blev systemet mer robust. Den optimerade kombinationen av bakterier och jäst ökade uranåtervinningen med cirka 24 procent jämfört med bara bakterien under liknande salina förhållanden, och lösningen blev mer oxiderande och mer sur—båda gynnsamma för att lösa upp uran.

Följa mikrobernas uppbyggnad av gruvsamhällen

Teamet använde också svepelektronmikroskopi kombinerat med elementanalys för att direkt studera hur organismerna koloniserade malmen. Inom några dagar observerade de individuella bakterieceller fästa vid mineralpartiklar. Efter 16 dagar visade prover med både bakterie och jäst täta mikrobiella lager—biofilmer—som täckte berget, tillsammans med mineralkrustor som jarosit på ytan. Dessa biofilmer hjälper till att hålla cellerna i nära kontakt med malmen, där de kontinuerligt kan producera kemikalier som angriper mineralet och hålla uranet i lösning. De visuella bevisen stödde mätningarna: konsortiet inte bara överlevde utan omformade också aktivt bergytan i den salta miljön.

Vad detta betyder för framtida uranudvinning

Sammanfattningsvis visar studien att ett genomtänkt partnerskap mellan olika mikrober kan övervinna ett av bioleachings huvudproblem: känslighet för salt. Genom att para ihop en saltstark bakterie med en kompatibel jäst och använda statistiska verktyg för att finslipa salthalt, malmbelastning, mikrobedoser och tid skapade forskarna ett effektivt system för uranlakning som fungerar i bräckt vatten och på låggradig malm. För allmänheten är slutsatsen att små organismer kan fungera som miljövänliga gruvarbetare, och att rätt sammansättning av dem kan hjälpa till att återvinna värdefulla metaller där rent vatten och rika malmfyndigheter inte längre finns tillgängliga.

Citering: Shoja, M., Mohammadi, P., Tajer-Mohammad-Ghazvini, P. et al. Improved uranium bioleaching in brackish environments via microbial consortium using RSM based modelling and optimization. Sci Rep 16, 9697 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39700-3

Nyckelord: bioleaching, uranutvinning, saliniskt vatten, mikrobiella konsortier, biomining