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Technical Report NTB 01-08
Porewater chemistry in compacted re-saturated MX-80 bentonite:Physico-chemical characterisation and geochemical modelling
Des bentonites de différents types sont étudiées dans plusieurs pays en tant que matériel de remplissage pour les futurs dépots de déchets nucléaires de haute activité. Etre capable de comprendre la chimie de l'eau des pores dans la bentonite compactée et les facteurs qui l'influencent est essentiel pour la création de bases de données de sorption et pour la prédiction de la solubilité des radionucléides et donc par voie de conséquence pour les études de sûreté des dépots. Néanmoins, la connaissance quantitative de la chimie aqueuse dans la bentonite compactée est difficile car des échantillons fiables pour les analyses chimiques ne peuvent pas être obtenus même à des pressions excessivement hautes.
Dans ce rapport sont développés des concepts différents de ceux utilisés dans des travaux publiés antérieurement sur l'eau des pores de la bentonite. Des considérations sur la capacité à enfler de la montmorillonite ont mené à la proposition qu'il y avait trois types d'eau associées avec la bentonite compactée et re-saturée. L'eau définie comme l'eau des pores représente seulement une petite fraction du total. Le volume présent dans la bentonite re-saturée ayant des taux de desséchement initiaux différents a été quantifié en utilisant des données de diffusion de CI- à travers le matériau.
Le fonctionnement de la bentonite hautement compactée est considérée comme étant similaire à celui d'une membrane semi-perméable efficace de telle manière qu'une resaturation implique de facon prédominante le mouvement des molécules d'eau et non des molécules dissoutes. Ceci implique que la composition de la phase aqueuse externe saturée est un effet du second ordre. En conséquence, les concentrations de CI- dans les eaux de pore pourraient être calculées en utilisant les valeurs déduites du volume de l'eau de pore et l'inventaire mesuré de CI-.
Le pH d'une eau de pore de bentonite est un paramètre extrèmement important. Les arguments présentés supportent la thèse que le pH initial est fixé dans le matériau compact par la haute capacité de tampon founie par les sites ≡SOH amphotères. Le pH de l'eau de pore dépend directement de l'état de ces sites, c'est à dire de la proportion de sites présents en tant que ≡SOH, ≡SOH2+ et ≡SO-. Dans le rapport, il est expliqué comment cet état est déterminé dans la poudre brute par le procédé de production.
Comme conséquence de la grande capacité d'échange de cation de la montmorillonite, de la grande masse de la montmorillonite et des petits volumes d'eau de pore dans la bentonite hautement compactée et re-saturée, la composition des ions majeurs dans l'eau de pore sera controlée par la montmorillonite et les autres phases solides présentes et sera très fortement tamponnée.
Les considérations ci-dessus sont utilisées en conjonction avec des études de caractérisation physico-chimiques sur MX-SO présentées en Appendice pour calculer la composition initiale des eaux de pore dans les bentonites compactées.
Pour le materiel MX-SO spécifié, les eaux de pore calculées pour des densités initiales sèches entre 1200 et 1600 kg m-3 ont des forces ioniques relativement élevées (0.3 à 0.33 M), des concentrations de cations similaires et un pH égal à s.o. Les eaux de pore passent d'une eau riche en Na2SO4 à 1200 kg m-3 à une eau de type NaCI/Na2SO4 à 1600 kg m-3.