Technical Report NTB 04-02

Experimental and Modelling Investigations on Na-Illite: Acid-Base Behaviour and the Sorption of Strontium, Nickel, Europium and Uranyl

Cette étude systématique a permis de déterminer les caractéristiques physico-chimiques, les paramètres de réaction acido-basique et de sorption du Sr(II), du Ni(II), de l’ Eu(III) et de l’U(VI) sur une illite. Ces réactions ont été modélisées sur une large échelle de pH, de concentrations d’élément sorbable et de NaClO4.

Les échantillons d’illite du Puy, prélevés dans la région du Puy-en-Velay en France, ont d’abord été conditionnés en échangeant les cations compensateurs avec du Na avant d’être caractérisés physico-chimiquement. Les titrations potentiométriques des suspensions d’illite sodique ont été effectuées en batch par titration réversible sous atmosphère inerte d’une boîte à gants en solution électrolytique de 0.01, 0.1 et 0.5 M NaClO4 et de pH ~2 à ~12. Les teneurs en K, Mg, Ca, Sr, Si, Al, Fe and Mn de la solution aqueuse ont ensuite été analysés après chaque titration.

On a également déterminé la variation du coefficient de distribution, Rd,, du Sr, du Ni, de l’Eu et de l’U sur une illite sodique, en fonction du pH à force ionique fixe pour différentes concentrations de NaClO4 en conditions anoxiques (CO2 ≤ 2 ppm, O2 ≤ 2 ppm.). De plus, on a mesuré dans des conditions similaires les isothermes d’adsorption du même groupe de radionucléides sur une illite sodique dans des suspensions de 0.1 M NaClO4 et à pH fixe.

Par la suite, les données de titration ont été simulées par un modèle de complexation de surface sans terme électrostatique comprenant deux sites acido-basiques amphotères (=SW1OH et =SW2OH). A l’aide de ce modèle et des données de titration on a déterminé les constantes de dissociation et les capacités d’adsorption de l’illite sodique. Les résultats des expériences de sorption ont ensuite été modélisés à l’aide de deux sites d’adsorption, un site fort (=SSOH) et un site faible (=SW1OH), tous deux ayant les mêmes constantes de dissociation. L’adsorption par échange cationique était également prise en compte dans chaque simulation. Un modèle analogue de sorption qui comprend l’adsorption, la réaction acido-basique sur deux sites de surface sans terme électrostatique ainsi que l’échange cationique avait été développé auparavant pour la montmorillonite. Il a permis de décrire ici avec succès les caractéristiques de sorption du Sr, du Ni, de l’Eu et de l’U sur une illite sodique dans une large échelle de conditions.

La capacité d’échange cationique, les capacités d’adsorption des sites forts et faibles et les constantes de dissociation sont indiquées de même que les constantes d’adsorption et les cœfficients de sélectivité pour le Sr, le Ni, l’Eu et l’U sur une illite sodique.

Dans une solution de 0.01 M NaClO4 et pH < 8 le mécanisme de sorption dominant dans le cas du Sr, Ni, Eu et de l’U est l’échange cationique. L’interdépendance importante entre sorption et pH qu’on observe dans ces conditions est due aux effets compétitifs du Ca et de l’Al sur la sorption. Les coefficients de sélectivité du Ca et de l’Al par rapport au Na ont été déduits sur la base de ces mesures.