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Formation of secondary phases during the corrosion of vitrified nuclear waste / Bildung von Sekundaerphasen bei der Korrosion von verglasten Nuklear-Abfaellen

Authors
  • Zimmer, P.
  • Karlsruhe Univ. (T.H.) (Germany). Fakult...
  • karlsruhe, forschungszentrum
Publication Date
Jan 01, 2003
Source
OpenGrey Repository
Keywords
Language
German
License
Unknown

Abstract

Ein Ziel dieser Arbeit war es, die Bildung sowie die Langzeitstabilitaet von Sekundaerphasen zu untersuchen, die sich waehrend eines aquatischen Angriffs aus simulierten, verglasten Nuklear-Abfaellen bilden. Bei den fuer die Untersuchungen verwendeten Glaesern wurden die Actiniden durch Seltene Erden Elemente (als chemische Analoga), die restlichen Radionuklide durch inaktive Isotope ersetzt. Die Identifizierung von waehrend des Glaskorrosionsprozesses gebildeten Sekundaerphasen und die Kenntnis von deren Stabilitaet ist fuer Aussagen ueber die Langzeitsicherheit eines Endlagers von grosser Bedeutung. In zwei endlagerrelevanten Salzloesungen (MgCl_2-reich bzw. NaCl-reich) als Korrosionsmedien stellen - nach 7,5 Jahren Korrosion - Sulfate, Silikate und Molybdate die wichtigsten Mineralneubildungen dar. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Bildung, die Langzeitstabilitaet und die Sorptionseigenschaften dieser Minerale gegenueber den Seltenen Erden (SE) stark vom Korrosionsmedium sowie von der Entwicklung des geochemsichen Milieus im Laufe der Versuchsdauer abhaengen. In beiden Medien wurden mittels der REM/EDX Baryte unterschiedlicher Morphologie mit bis zu 15 Gew.-% Sr ((Ba, Sr)SO_4) als langzeitstabile radionuklidbindende (Sr) Mineralneubildungen identifiziert. Weiterhin wurden in MgCl_2-reicher Loesung reine SE-Sulfate beobachtet. Die Bildung von SE-Sulfaten wurde in der Literatur bisher nicht beschrieben. Die sekundaeren Silikat- und Molybdatbildungen auf den untersuchten Glasoberflaechen unterscheiden sich in den beiden Salzloesungen stark in ihrem Sorptionsverhalten gegenueber den Lanthaniden und bezueglich ihrer Stabilitaet. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag darin, das Verstaendnis der Reaktionsmechanismen der Glaskorrosion bei Anwesenheit von metallischem Eisen zu vertiefen. Einen weiteren wichtigen Punkt im Zusammenhang mit der Mobilisierung bzw. Immobililiserung von aus dem Glas freigesetzten Radionukliden stellt der kolloidgetragene Transport von Radionukliden aus dem Nahfeld eines Endlagers dar. Das Abfallglas selbst kann aufgrund seiner Elementfreisetzung waehrend eines Loesungsangriffes eine Quelle fuer eine Kolloidgeneration sein. (orig.) / The first aim of this work was the examination of the formation and long-term stability of secondary phases that form during an aquatic attack on simulated, vitrified nuclear waste. In the glasses used for the investigations actinides had been replaced by rare earth elements (chemical analogues), other radionuclides by inactive isotopes. For predictions about the long-term safety of nuclear waste disposals it is important to identify secondary phases that have formed during the glass corrosion process and to determine their stability. Two different saline solutions (rich in MgCl_2 and in NaCl, respectively) are relevant as a corrosion medium for waste disposals. It showed that in such an environment sulfates, silicates and molybdates represent the main new formations of minerals after 7.5 years of corrosion. However, the formation, long-term stability and sorption characteristics of those minerals regarding rare earth elements depend to a high degree on the corrosion medium as well as on changes in the geochemical environment in the course of the experiment. By means of SEM/EDX barytes of different morphology with up to 15% w/w Sr ((Ba,Sr)SO_4) were identified in both corrosion media; they were capable of binding long-term stable radionuclides like Sr. Furthermore, pure rare earth (RE) sulfates were observed in the saline solution rich in MgCl_2. This formation of RE-sulfates has not been described in the literature so far. Depending on the saline solution, the secondary silicate and molybdate minerals that formed on the glass surfaces differed noticeably in their sorption characteristics and their stability. Another focus of the work was a more profound understanding of the glass corrosion mechanism in the presence of metallic iron since steel jackets are used as technical barriers for the vitrified nuclear waste in nuclear waste disposals. Another important point in connection with the mobilization and immobilization of radionuclides released during glass corrosion is their colloidal migration out of the vicinity of a nuclear waste disposal; the waste glass itself can be a source for colloid generation due to the release of elements during an aquatic attack. (orig.) / Available from TIB Hannover: ZA5141(6910) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische Informationsbibliothek / SIGLE / DE / Germany

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