李子颖团队野外照片——左三：李子颖，左四(前)：唯一女性研究者李秀珍千亿国际，右三：黄志章。
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。
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。
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。”
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。
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。
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。
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。
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。
加拿大驻华大使赵朴１５日说，加拿大作为世界第二大铀生产国，将向中国出口更多天然铀以满足中国不断扩大的核能需求。他并透露，中加核能企业正在合作开发可使用回收铀和钍为替代燃料的第三代重水堆技术，以提高铀利用率。
中核集团地质矿产事业部主任杜运斌今称，随着世界核电的发展，其主要原料天然铀产业将逐渐迎来新一轮上升周期。随着全球核电市场的发展，各国对核电主要原料－－铀的需求也越来越大。
7日下午14:00-15:00，中央人民广播电台中国之声两会特别访谈《做客中央台》专访全国人大环资委委员，中国核工业集团公司董事长、党组书记孙勤。核电主要烧铀资源，天然铀资源有保障，后面的加工制造浓缩等环节，我们的水平应该是站在国际上同等先进水平。
