Different lead sources in an abandoned uranium mine (Urgeirica - Central Portugal) and its environment impact - isotopic evidence

Different lead sources were identified in a large uranium tailings deposit (5Mton) in the Central Region of Portugal using lead isotopic ratios obtained by ICP-QMS. These ratios helped to clarify the different sources of Pb within the tailings deposit and the impact of the tailings on the surroundings. Ten depth profiles were used for isotopic characterization of the tailings deposit; the lead background signature was evaluated in seven regional rocks (granites) and was defined as being 28 +/- 1 mg kg(-1) for Pb bulk concentration and with isotopic ratios of 1.264(2) for Pb-206/Pb-207 and 1.962(7) for Pb-208/Pb-206. In order to understand Pb isotope distribution within the tailings deposit, simple mixing/mass balance models were used to fit experimental data, involving: (1) the background component; (2) uranium ores (pitchblende) characterized by the ratios Pb-206/Pb-207 of 1.914(3) and Pb-208/Pb-206 of 1.235(2); and (3) an unknown Pb source (named 'Fonte 5') characterized by the ratios Pb-206/Pb-207 of 3.079(7) and Pb-208/Pb-206 of 0.715(1). This unknown source showed high radiogenic ratios found in the water of some tailings depth profiles located in a very specific position in the dump. In terms of isotopic characterization, 69% of the deposit material resulted from the background source, 25% from uranium minerals and only 6% from other uranium mines in the region. Finally, the environment impact revealed that the pollution was focused only in the beginning of the stream and not in the surroundings, nor in the groundwater system. The lead in the water was found only in colloidal form with a clear pitchblende signature. Those data revealed possible remobilization phenomena along the bedside and margins of the watercourse.

Redox front geochemistry and weathering: theory with application to the Osamu Utsumi uranium mine, Poços de Caldas, Brazil

Numerical calculations describing weathering of the Poços de Caldas alkaline complex (Minas Gerais, Brazil) by infiltrating groundwater are carried out for time spans up to two million years in the absence of pyrite, and up to 500,000 years with pyrite present. Deposition of uranium resulting from infiltration of oxygenated, uranium bearing groundwater through the hydrothermally altered phonolitic host rock at the Osamu Utsumi uranium mine is also included in the latter calculation. The calculations are based on the quasi-stationary state approximation to mass conservation equations for pure advective transport. This approximation enables the prediction of solute concentrations, mineral abundances and porosity as functions of time and distance over geologic time spans. Mineral reactions are described by kinetic rate laws for both precipitation and dissolution. Homogeneous equilibrium is assumed to be maintained within the aqueous phase. No other constraints are imposed on the calculations other than the initial composition of the unaltered host rock and the composition of the inlet fluid, taken as rainwater modified by percolation through a soil zone. The results are in qualitative agreement with field observations at the Osamu Utsumi uranium mine. They predict a lateritic cover followed by a highly porous saprolitic zone, a zone of oxidized rock with pyrite replaced by iron-hydroxide, a sharp redox front at which uranium is deposited, and the reduced unweathered host rock. Uranium is deposited in a narrow zone located on the reduced side of the redox front in association with pyrite, in agreement with field observations. The calculations predict the formation of a broad dissolution front of primary kaolinite that penetrates deep into the host rock accompanied by the precipitation of secondary illite. Secondary kaolinite occurs in a saprolitic zone near the surface and in the vicinity of the redox front. Gibbsite forms a bi-modal distribution consisting of a maximum near the surface followed by a thin tongue extending downward into the weathered profile in agreement with field observations. The results are found to be insensitive to the kinetic rate constants used to describe mineral reactions.

Final environmental impact statement for the Jackpile-Paguate Uranium Mine Reclamation Project : Laguna Indian Reservation, Cibola County, New Mexico /

"BLM-NM-ES-86-018-4134."

Genotoxicity in humans and indicator species exposed to uranium wastes

Os riscos dos resíduos provenientes da extração do urânio estão associados ao seu conteúdo em metais e radionuclídeos, o que levanta preocupações às autoridades governamentais e à população em geral. As populações humanas e outras espécies animais que vivem em zonas de exploração de urânio poderão estar expostas à radiação através de resíduos e poeiras radioactivase também através de água e alimentos contaminados. A determinação dos riscos deste tipo de contaminantes é feita, principalmente, através da análise química de amostras ambientais, dando-se menos importância à determinação de efeitos biológicos. A determinação de efeitos biológicos causados pela exposição a poluentes, tem-se revelado muito importante para uma avaliação da qualidade ambiental, de modo a providenciar indicações acerca dos efeitos negativos nos seres vivos e também para complementar a informação dada pelas análises químicas de amostras ambientais. Este facto levou ao estabelecimento de biomarcadores, que consistem em respostas biológicas adversas que são específicas de uma exposição a toxinas ambientais, para serem usadas como ferramentas de avaliação da qualidade ambiental. Neste trabalho foram analisadas respostas a nível molecular e celular, em minhocas, ratinhos do campo e humanos, a fim de determinar o risco químico e radiológico dos resíduos provenientes da mina de urânio da Cunha Baixa. Este trabalho teve também como objectivo a clarificação das respostas subjacentes à exposição a metais e radionuclídeos, a fim de permitir o desenvolvimento de potenciais novos biomarcadores moleculares. Durante este trabalho foram efectuados ensaios com minhocas, em que estas foram expostas durante 56 dias a solo contaminado proveniente da mina de urânio da Cunha Baixa, em laboratório e in situ. Durante a exposição foram analisados vários parâmetros, como o crescimento, reprodução, bioacumulação de metais e radionuclídeos, histopatologia, danos no DNA, citotoxicidade e perfil de expressão genética. Para além disso, foram amostrados ratinhos do campo na mina de urânio da Cunha Baixa e numa área de referência para determinação de danos no DNA, níveis de expressão e mutações em genes supressores de tumores e também bioacumulação de metais. Por fim, foram recolhidas amostras de sangue em voluntários saudáveis pertencentes à população da aldeia da Cunha Baixa, para determinação de danos no DNA, imunofenotipagem e quantificação de metais no sangue. Os resultados revelaram que as minhocas assim como os ratinhos do campo foram negativamente afetados pela exposição aos resíduos mineiros em todos os níveis de organização biológica aqui analisados, o que faz destes organismos bons indicadores para a determinação do risco destas áreas contaminadas, evidenciando o potencial risco da exposição a estes contaminantes. Para além disso, o estudo feito à população da Cunha Baixa revelou danos no ADN e diminuição de populações importantes de células imunitárias (nomeadamente linfócitos T e NK), o que poderá resultar da exposição aos resíduos da mina, tornando as pessoas mais susceptíveis ao desenvolvimento de processos de carcinogénese. O presente estudo contribuiu significativamente para a caracterização dos riscos da exposição a resíduos provenientes de minas de urânio abandonadas, evidenciando os seus efeitos negativos a nível molecular e celular, que potencialmente poderão causar instabilidade genómica e aumentar o risco de desenvolvimento de doenças genéticas.

Removal of radionuclides from acid mine waters by retention on adsorbing materials

This study proposes a method for decontamination of acid drainage water from a uranium mine, as an alternative process to lime treatment. The research embodied the recovery of uranium with an ion-exchange resin, treatment of effluent resin with lime, or with inorganic adsorbents and biosorbents. The uranium decontamination level using the resin process was 94% and allowed the recovery of this element as a commercial product. Among the inorganic adsorbents studied, phosphogypsum was effective for Ra-226, Ra-228, and Pb-210 removal. Among the biosorbents, Sargassum sp.was superior in relation to its specific capacity to accumulate and remove Ra-226.

Molecular characterization of Acidithiobacillus ferrooxidans and A-thiooxidans strains isolated from mine wastes in Brazil

Nineteen strains of Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans, including 12 strains isolated from coal, copper, gold and uranium mines in Brazil, strains isolated from similar sources in other countries and the type strains of the two species were characterized together with the type strain of A. caldus by using a combination of molecular systematic methods, namely ribotyping, BOX- and ERIC-PCR and DNA-DNA hybridization assays. Data derived from the molecular fingerprinting analyses showed that the tested strains encompassed a high degree of genetic variability. Two of the Brazilian A. ferrooxidans organisms (strains SSP and PCE) isolated from acid coal mine waste and uranium mine effluent, respectively, and A. thiooxidans strain DAMS, isolated from uranium mine effluent, were the most genetically divergent organisms. The DNA-DNA hybridization data did not support the allocation of Acidithiobacillus strain SSP to the A. ferrooxidans genomic species, as it shared only just over 40% DNA relatedness with the type strain of the species. Acidithiobacillus strain SSP was not clearly related to A. ferrooxidans in the 16S rDNA tree.

Determination of in situ speciation of manganese in treated acid mine drainage water by using multiple diffusive gradients in thin films devices

Acid mine drainage (AMD) is a serious environmental problem that creates acidic solution with high Mn concentrations. The speciation of residual Mn from AMD after an active treatment involving the addition of a neutralizing agent can reliably evaluate the treatment efficiency and provide knowledge of the Mn species being inputted into the environment. The aim of this study was to evaluate the in situ lability and speciation of Mn using the diffusive gradients in thin films (DGT) technique with treated drainage water from a uranium mine (TAMD). DGT devices with different binding phases (Chelex-100 and P81 and DE81membranes) were used to perform the in situ speciation of Mn. A comparison of the results from deploying DGT in the laboratory and in situ shows that the speciation of Mn in TAMD should be performed in situ. Linear deployment curves (from in situ experiments) indicate that the DGT device containing the Chelex-100 binding phase can be used to evaluate Mn lability in TAMD. The labile Mn fraction (from in situ measurements) obtained using the device containing the Chelex-100 resin ranged from 63 to 81% of the total Mn concentration and, when compared to the speciation obtained using the CHEAQS software, indicated that this device was capable of uptaking the free Mn2+ and a portion of the MnSO4(aq). The values obtained using the DGT technique were compared to those from on site solid phase extraction, and a good agreement was found between the results. The amount of negative Mn species sampled by DE81 device was insignificant (<1.5%) for all of the sites. Sites containing a relatively small amount of Ca (<40mgL-1) and measured using devices containing the P81 membrane agreed with the concentration predicted by the CHEAQS software for positive Mn species (Mn2+ and Mn(OH)+). Nevertheless, the speciation obtained using the CHEAQS software indicated that the concentrations of positive Mn species were underestimated for sites with relatively high Ca concentrations (>150mgL-1), which take place due to the saturation of binding sites in the P81 membrane. © 2013 Elsevier B.V.

Assessment of a UASB reactor for the removal of sulfate from acid mine water

A bench-scale Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor was used to study the treatment of acid mine drainage through the biological reduction of sulfate. The reactor was fed with acid mine drainage collected at the Osamu Utsumi uranium mine (Caldas, MG, Brazil) and supplemented with ethanol as an external carbon source. Anaerobic granular sludge originating from a reactor treating poultry slaughterhouse wastewater was used as the inoculum. The reactor's performance was studied according to variations in the chemical oxygen demand (COD)/SO42- ratio, influent dilution and liquid-phase recirculation. The digestion of a dilution of the acid mine drainage resulted in a 46.3% removal of the sulfate and an increase in the effluent pH (COD/SO42- = 0.67). An increase in the COD/SO42- ratio to 1.0 resulted in an 85.6% sulfate reduction. The reduction of sulfate through complete oxidation of the ethanol was the predominant path in the reactor, although the removal of COD was not greater than 68% in any of the operational stages. The replenishment of the liquid phase with tap water positively affected the reactor, whereas the recirculation of treated effluent caused disequilibrium and decreased efficiency. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Gene expression in understanding mechanisms of toxicity in amphibians

De uma forma geral os anfíbios são conhecidos como organismos que apresentam uma grande sensibilidade a vários tipos de contaminantes. Contudo existem casos, como o de Pelophylax perezi (rã-verde), em que estes organismos habitam áreas extremamente contaminadas. Este facto verifica-se na mina de urânio desactivada, da Cunha Baixa (Viseu, centro de Portugal), em que uma população destas rãs habita na lagoa de efluente ácido mineiro (M). Estudos ecotoxicológicos anteriores com estes organismos revelaram apenas efeitos de toxicidade ténues levantando algumas questões. Com o objectivo de elucidar quais os mecanismos que permitem a P. perezi permanecer neste local, sem sofrer aparentemente efeitos perniciosos, encetamos este trabalho. Numa primeira abordagem, avaliámos o sistema de defesa antioxidante de rãs adultas, bem como o conteúdo em metais de alguns órgãos. Desta forma verificámos alterações enzimáticas, principalmente no pulmão e acumulação de metais nos vários órgãos. Posteriormente foi realizado um estudo de expressão genética diferencial, também em organismos adultos e desta feita foram sugeridos alguns mecanismos de protecção basal que estarão por detrás da capacidade de suportar este ambiente extremamente contaminado. Numa etapa seguinte abordámos os efeitos em fases larvares, fazendo inicialmente uma exposição in situ, a vários efluentes, caracteristicamente diferentes, do complexo mineiro. Avaliámos o crescimento, a acumulação de metais e a actividade de alguns biomarcadores de stress oxidativo. Como resultado pudemos constatar que nas fases larvares para além de alguma mortalidade existe acumulação de metais bem como algumas alterações a nível de biomarcadores de stress oxidativo. Numa última abordagem realizamos uma exposição crónica dos girinos a efluente da mina com diversos níveis de pH para distinguir os efeitos da toxicidade do pH, dos efeitos da toxicidade pelo conteúdo de metais. Para tal avaliámos novamente biomarcadores de stress oxidativo, crescimento, acumulação de metais e efectuamos ainda um estudo de expressão genética diferencial. Esta última aproximação permitiu verificar que a toxicidade do efluente resulta primariamente do pH ácido, assumindo a contaminação por metais um papel secundário. Contudo o crescimento dos girinos de P. perezi apresenta-se estimulado por pHs mais baixos. São apontados ainda alguns mecanismos, em girinos, para lidar com o stress causado pela contaminação por metais.De uma forma geral pôde-se constatar que quer anfíbios adultos quer girinos expostos ao efluente apresentam valores altos de metais acumulados. Os biomarcadores de stress oxidativo na sua maioria não apresentaram respostas coerentes mediante as várias exposições. Este trabalho apresentase como um contributo importante para a ecotoxicologia de anfíbios, aumentando os níveis actuais de conhecimento sobre o efeito de contaminação proveniente de efluentes mineiros, sugerindo ainda mecanismos de resistência quer em larvas, quer para adultos.

Mortalidade por neoplasias malignas na população residente próximo de minas de urânio em Portugal : Epidemiologia

RESUMO - Introdução: O encerramento das minas de urânio em Portugal tem suscitado preocupação no que respeita aos eventuais efeitos que as radiações emitidas e os agentes químicos presentes terão na saúde das populações. Para esclarecer a existência de tal efeito foi delineado um programa de investigação em que o presente estudo se enquadra. Sendo conhecido que as populações expostas a minas de urânio, nomeadamente os mineiros, têm risco acrescido de sofrer de neoplasias, especialmente de «neoplasias da traqueia, dos brônquios e do pulmão», foi este o grupo de neoplasias seleccionado para constituir a hipótese principal do estudo. Assim, o estudo pretendeu verificar se existe associação entre exposição a minas de urânio e suas escombreiras (especialmente à mina da Urgeiriça, no concelho de Nelas) e a mortalidade por alguns grupos de neoplasias malignas, nomeadamente as «neoplasias malignas da traqueia, dos brônquios e do pulmão». Material e métodos: Trata-se de um estudo «ecológico» em que se consideraram «expostos» os residentes no concelho de Nelas, bem como no conjunto de concelhos com minas de urânio, e «não expostos» os residentes nos restantes concelhos das NUTS Dão-Lafões e Beira Interior Norte e Serra da Estrela. A análise centrou-se no cálculo, para cada concelho ou grupo de concelhos, das razões padronizadas de mortalidade (RPM) por «neoplasias malignas da traqueia, dos brônquios e do pulmão», por «neoplasia maligna do estômago» e por «todas as neoplasias malignas » no período de vinte anos compreendido entre 1980 e 1999. Resultados: Tomando os dois sexos em conjunto, o concelho de Nelas teve a RPM mais elevada para as «neoplasias malignas da traqueia, dos brônquios e do pulmão» (RPM = 133; p = 0,003). Teve também o valor mais elevado no sexo masculino (RPM = 126, não significativo) e o segundo mais elevado no sexo feminino (RPM = 142, não significativo). A razão das RPM concelho de Nelas/concelhos limítrofes de Nelas foi 1,46, p = 0,002 (homens: 1,50 p = 0,003; mulheres: 1,27, não significativo). As razões das RPM concelho de Nelas/concelhos com minas (1,94, p = 0,001) e concelho de Nelas/concelhos sem minas (1,57, p = 0,001) foram claramente superiores a 1. Pelo contrário, as RPM por «neoplasia maligna do estômago » foram sobretudo elevadas nos concelhos da NUTS Beira Interior Norte, que inclui grande parte do distrito da Guarda, (Trancoso: 154, p = 0,000; Sabugal: 146, p = 0,000), embora se tenham observado valores elevados em alguns concelhos da NUTS Dão-Lafões (Vila Nova de Paiva: 154, p = 0,001). Saliente-se que os dois valores mais baixos ocorreram nos concelhos de Tábua (RPM = 57; p = 0,000) e de Nelas (RPM = 60; p = 0,000). Para o conjunto de «todas as neoplasias malignas» as RPM dos vários concelhos variaram entre 62 e 100 sem que a distribuição desses valores sugerisse qualquer associação positiva relevante. Discussão: Os resultados mostraram que a população do concelho de Nelas teve, no período estudado, um risco acrescido de morrer por «neoplasias malignas da traqueia, dos brônquios e do pulmão» quando comparado com a dos concelhos limítrofes e restantes concelhos das NUTS estudadas. A existência da mina da Urgeiriça e da sua escombreira é uma possível causa desse excesso de mortalidade. Ele poderá ter sido gerado, por um lado, através da existência de uma percentagem elevada de ex-mineiros, bem como, por outro lado, através de uma exposição ambiental geral, facto este que é sustentado pela ocorrência de excesso de mortalidade tanto em homens como em mulheres. O excesso de mortalidade por aquele grupo de neoplasias pode ainda ter origem noutras exposições cujo potencial papel é discutido.

Determinação de manganêsem águas no entorno de minerações de urânio

The studies of this work aimed to determine the labile fractions of manganese (Mn) in natural and drainage water samples collected around the Osamu Utsumi uranium mine, located in the municipality of Caldas, south-central region of Poços de Caldas- MG, using the technique of diffusion gradient in thin films (DGT). The DGT devices were mounted with Chelex-100 resin, polyacrylamide-agarose hydrogel (conventional porosity) and cellulose acetate membrane. The device were deployed up to 48 hours in six water samples collected from different areas around the uranium mine (075, 076, 022-E, 025-E, 014, and 041). The DGT devices immersed in each sample were gradually removed after 4, 8, 12, 24 and 48 hours. The pH of the samples ranged from 3.0 to 10.5, which influenced the lability and the sampling of the analyte by the Chelex-100 resin. The results showed a linear relationship between accumulated mass and sampling time (immersion curve) for samples 014 and 025-E (pH between 6 and 8) suggesting the ability of the DGT technique for sampling the analyte. The results obtained for samples 075 and 076 (pH<5) and samples 041 and 022-E (pH around 10) were characterized by nonlinear relationships. The values obtained by DGT were compared with Solid Phase Extraction (SPE) technique using Chelex-100. For samples 014 and 025-E, there was a good agreement between the results obtained by both techniques

U, FE, AND LI ISOTOPE RATIOS IN THE MINERALIZED AND BARREN AREAS OF THE KOMBOLGIE BASIN

The Paleo- to Meso-Proterozoic Jabiluka unconformity related uranium mine is located within the Alligator River Uranium Field, found in the Northern Territories, Australia. The uranium ore is hosted in the late middle Paleoproterozoic Cahill Formation, which is unconformably overlain by a group of unmetamorphosed conglomerates known as the Kombolgie subgroup. The Kombolgie subgroup provided the source for oxidized basinal brines, carrying U as the mobile form U(VI), which interacted with reducing lithologies in the Cahill formation, thus reducing U(VI) to the solid U(IV), and leading to the precipitation of uraninite (UO2). In order to characterize fluid interaction with the ore body and compare that to areas without mineralization, several isotopic tracers were studied on a series of clay samples from drill core at Jabiluka as well as in barren areas throughout the ARUF. Among the potential tracers, three were selected: U (redox sensitive and recent fluid mobilization), Fe (redox sensitive), and Li (fractionated by hydrothermal fluids and adsorption reactions). δ238U values were found to be closely linked to the mineralogy, with samples with higher K/Al ratios (indicating high illite and low chlorite concentrations) having higher δ238U values. This demonstrates that 235U preferentially absorbs onto the surface of chlorite during hydrothermal circulation. In addition, δ234U values lie far from secular equilibrium (δ234U of 30‰), indicating there was addition or removal of 234U from the surface of the samples from recent (<2.5Ma) interactions of mobile fluids. δ57Fe values were found to be related to lithology and spatially to known uranium deposits. Decreasing δ57Fe values were found with increasing depth to the unconformity in a drill hole directly above the ore zone, but not in drill holes in the barren area. Similarly to δ238U, δ7Li is found to correlate with mineralogy, with higher δ7Li values associated with samples with more chlorite. In addition, higher δ7Li values are found at greater depth throughout the basin, indicating that the direction of the mineralizing fluid circulation was upwards from the Cahill formation to the Kombolgie subgroup.

Silica reduces the toxicity of aluminium to a tropical freshwater fish (Mogurnda mogurnda)

The toxicity of aluminium (Al) to fish in acidic waters has been well documented. It was therefore expected that Al toxicity would be significant in fish communities in Gadjarrigamarndah (Gadji) Creek, a seasonally flowing stream in tropical northern Australia. This creek receives acidic groundwater containing elevated concentrations of Al from earlier land irrigation of treated mine tailings water from the former Nabarlek uranium mine. It was hypothesised that Al toxicity was reduced by high levels of silica (Si) in the water, and the subsequent formation of Al-silicate complexes. This prompted a laboratory assessment of the toxicity of Gadji Creek water to sac-fry of the native fish, Mogurnda mogurnda, followed by more detailed investigation of the toxicity of Al and the influence of Si in reducing Al toxicity. No mortality of M. mogurnda sac-fry was observed in two toxicity tests using Gadji Creek water collected in August 1997 and September 1998. The majority of Al (80-95%) was calculated to be complexed with humic substances and sulfate, with <1% being complexed with silicate. Assessment of the influence of silica on the acute toxicity of Al in the absence of natural organic complexants (i.e. in reconstituted freshwater, pH 5) revealed that Si reduced Al toxicity. As the molar ratio of Si:Al was increased, the percent survival of M. mogurnda sac-fry increased until there was no significant (P > 0.05) difference from the controls. However, speciation modelling again predicted that little (<3%) Al complexed with silicate, with the speciation and bioavailability of Al remaining constant as the molar ratio of Si:Al increased. Therefore, the original hypothesis that Al-silicate complexes in solution reduced the toxicity of Al to M. mogurnda could not be supported. This potential mechanism, and an alternative hypothesis, that Si competes with Al for binding sites at the fish gill surface, requires further investigation. Crown Copyright (C) 2002 Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.