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Technischer Bericht NTB 91-14
Untersuchungen zum Verhalten von Bentonit in Kontakt mit Magnetit und Eisen unter Endlagerbedingungen
La présente conception du dépôt final pour déchets de haute radioactivité vitrifiés prévoit leur stockage dans des conteneurs en acier entourés de bentonite fortement compactée. Au contact de l'eau contenue dans la bentonite, les conteneurs en acier se corroderont, formant de la magnétite et de l'hydrogène.
Ce rapport présente les résultats d'investigations réalisées en vue d'étudier l'influence de la magnétite et du fer sur le comportement au gonflement de la bentonite au sodium MX-80 et de celle au calcium, Montigel. Les expériences ont été menées dans des conditions présumées devoir régner dans un dépôt final. Les investigations comprenaient l'étude de la capacité d'échange de cations, des cations échangeables et du comportement au gonflement de la bentonite au Na MX-80 et de celle au Ca, Montigel. Comme conditions d'essais on a admis une température de 80°C sous atmosphère anoxique (essentiellement de l'hydrogène sous forme gazeuse). On a en outre étudié le comportement du fer(III) dans l'espace entre couches dans la montmorillonite. On a réalisé à cet effet des bentonites de forme fer(III). Avant d'entreprendre les essais, après les tests de gonflement et le stockage dans les conditions admises pour le dépôt final, on a déterminé les charges des couches intermédiaires, la capacité d'échange et les cations échangeables.
Ces investigations ont confirmé que sous ces conditions, le contact entre le fer et la bentonite formait essentiellement de la magnétite et de l'hydrogène. La montmorillonite ne capte pas de fer par échange de cations, que cela soit au contact de magnétite ou de fer. Le fer(III) n'est pas stable dans l'espace entre couches de montmorillonite. Il est essentiellement échangé avec de l'aluminium. On n'observe pas de modification de la charge entre couches à cette occasion. On peut donc admettre que l'aluminium des arêtes des particules d'argile est absorbé dans l'espace entre couches, mais aucune formation de chlorite n'a toutefois été observée à cette occasion.
Aux températures de 80°C et 150°C, les pressions de gonflement des échantillons fortement compactés de bentonite-fer, rapportées à la densité sèche des bentonites, correspondaient approximativement aux pressions de gonflement des bentonites non traitées. La pression de gonflement de bentonites au Fe(III) était comparativement supérieure d'environ 50 %. On suppose que ce sont essentiellement les énergies d'hydratation élevées des ions de fer et d'aluminium qui furent déterminantes.