A 133Cs, 29Si, AND 27Al MAS NMR SPECTROSCOPIC STUDY OF Cs ADSORPTION BY CLAY MINERALS: IMPLICATIONS FOR THE DISPOSAL OF NUCLEAR WASTES

On considere presentement un reposoir geologique profond dans une roche plutonique stable pour l'enfouissement a long tenue de dechets nucleaires au Canada. Dans cette etude, nous examinons l'adsorption du Cs + sur des mineraux argileux qui pourraient etre utilises comme barrieres planifiees autour du reposoir ou bien qui se trouvent le long de fractures dans la roche hote. Les experiences sur l'echange ionique montrent que la montmorillonite adsorbe plus de Cs que la vermiculite, tous deux des argiles a couches 2:1. Dans la structure desordonnee de la vermiculite, le Cs devient adsorbe de preference pres de sites tetraedriques, ou l'aluminium peut substituer au Si pour produire un ecart local a l'electroneutralite. La kaolinite, un argile de type 1:1. adsorbe tres peu de cesium sur ses surfaces externes. Une temperature et une pression elevees, semblables aux conditions anticipees dans un reposoir souterrain, n'ont aucun effet sur le taux d'adsorption du Cs + sur la montmorillonite. La spectroscopie MAS NMR du cesium-133 indique que le Cs + est adsorbe dans l'interfeuillet de la montmorillonite en deux stades et deux milieux: la couche de molecules d'H 2 O, dans laquelle le Cs + est entoure de molecules de H 2 O, et la couche plus pres de la surface de l'argile, ou le Cs + serait plus fortement lie aux atomes d'oxygene formant la base des tetraedres. Le premier stade de l'adsorption du cesium est rapide, et implique a la fois la couche d'atomes d'oxygene et la couche de molecules d'H 2 O, dans une proportion de 2:1. La couche de molecules d'H 2 O atteint sa capacite immediatement, et la quantite de cesium adsorbee demeure constante pour jusqu'a sept jours. Toutefois. l'adsorption dans la couche d'atomes d'oxygene a la base des tetraedres augmente apres une heure dans un rapport de 5:1 par rapport au taux dans la couche de molecules de H 2 O, et demeure inchangee pour le reste de la periode d'adsorption.

[1]  R. Ejeckam.  Adsorption of Cs on the fracture filling clay minerals of the Lac du Bonnet batholith, southeastern Manitoba : implications for nuclear fuel waste disposal , 2003 .

[2]  D. A. Brown,et al.  Evaluation of the Effect of Microbial Subsurface Ecosystems on Spent Nuclear Fuel Repositories , 1999 .

[3]  J. A. Rice,et al.  Assessment of Cation Binding to Clay Minerals Using Solid-State NMR , 1998 .

[4]  J. Kirkpatrick,et al.  NMR T1 relaxation study of 133Cs and 23Na adsorbed on illite , 1998 .

[5]  J. Kirkpatrick,et al.  NMR T 1 relaxation study of 133 Cs and 23 Na adsorbed on illite , 1998 .

[6]  J. S. Hartman,et al.  A ^133Cs magic angle spinning nuclear magnetic resonance study of cesium environments in barium hollandites and Synroc , 1998 .

[7]  J M West,et al.  Microbial studies in the Canadian nuclear fuel waste management program. , 1997, FEMS microbiology reviews.

[8]  R. Kirkpatrick,et al.  133Cs NMR study of cesium on the surfaces of kaolinite and illite , 1996 .

[9]  R. Kirkpatrick,et al.  133Cs NMR and XPS investigation of cesium adsorbed on clay minerals and related phases , 1996 .

[10]  B. Sherriff,et al.  LEAD EXCHANGE INTO ZEOLITE AND CLAY MINERALS : A 29SI, 27AL, 23NA SOLID-STATE NMR STUDY , 1993 .

[11]  R. Comans,et al.  Sorption of cesium on illite: Non-equilibrium behaviour and reversibility , 1991 .

[12]  R. Kirkpatrick,et al.  Variations in interlayer cation sites of clay minerals as studied by 133 Cs MAS nuclear magnetic resonance spectroscopy , 1990 .

[13]  R. Kirkpatrick,et al.  The structural environments of cations adsorbed onto clays: 133Cs variable-temperature MAS NMR spectroscopic study of hectorite , 1990 .

[14]  J. Laul,et al.  Colloid formation study of U, Th, Ra, Pb, Po, Sr, Rb, and Cs in briny (high ionic strength) groundwaters , 1989 .

[15]  J. Thompson.  29Si and 27Al nuclear magnetic resonance spectroscopy of 2:1 clay minerals , 1984, Clay Minerals.

[16]  G. Brindley,et al.  Order–Disorder in Clay Mineral Structures , 1980 .

[17]  R. Howie,et al.  An Introduction to the Rock-Forming Minerals , 1966 .