High level nuclear waste glass corrosion in synthetic clay pore solution and retention of actinides in secondary phases

The corrosion of the simulated high level waste glass GP WAK1 in synthetic clay pore solution was studied in batch-type experiments at 323 and 363 K with special focus on the effect of high carbonate concentration in solution. The corrosion rate after 130 days was < 10(-4) g m(-2) d(-1) - no significant effect of the carbonate was identified. During glass corrosion, crystalline secondary phases (powellite, barite, calcite, anhydrite and clay-like Mg(Ca,Fe)-silicates) were formed. To obtain a molecular level picture of radionuclide speciation within the alteration layer, spectroscopic methods have been applied including grazing incidence X-ray absorption spectroscopy (XAS) to study the structural changes in the coordination of uranyl upon alteration layer formation. The number of equatorial oxygen atoms increases from 4 in the bulk glass to 5 in the alteration layer. Furthermore, reduced coordination symmetry was found. Hectorite, a frequently observed secondary clay mineral within the glass alteration layer, was synthesized in the presence of trivalent f-elements (e.g. Eu) and structurally characterized using time-resolved laser fluorescence spectroscopy. Structural incorporation into the octahedral layer is indicated. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved

Langzeitsicherheit der Endlagerung radioaktiver Abfaelle: Entwicklung und Charakterisierung eines Glasprodukts fuer den HAWC der WAK

Neben dem SiO_2, B_2O_3, Al_2O_3, Erdalkali und Alkaligehalt wurde insbesondere die Wirkung von Mischalkalien Li und Na auf die Glaseigenschaften untersucht. Die Ergebnisse des Untersuchungsprogramms zeigten, dass Li-Na-Mischalkaliglaeser einen hoeheren spezifischen elektrischen Widerstand, niedrigere Viskositaet, eine geringere Neigung der Viskositaetskurve und eine hoehere Auslaugbestaendigkeit aufweisen als Glaeser mit nur einem Alkalioxid und dass der elektrische Widerstand der Mischalkaliglaeser linear mit dem Gesamtalkaligehalt abnimmt. Aus den Ergebnissen geht ferner hervor, dass durch Erniedrigung sowohl des Alkali- als auch des SiO_2-Gehalts und durch Erhoehung des B_2O_3-Gehalts der elektrische Widerstand der Glaeser erhoeht und dabei deren Viskositaet konstant gehalten werden kann. Als Endergebnis des Untersuchungsprogramms wurde eine Glasrezeptur fuer den HAWC der WAK ermittelt, die bei 16 Gew.-% HAWC-Beladung die gestellten Anforderungen weitgehend erfuellt. Im Rahmen des HAWC-Technologieprogramms, Glasproduktuntersuchungen, wurden die Eigenschaften der Glasfritte und des Glasprodukts mit 13, 16 und 19 Gew.-% HAWC-Oxiden untersucht und ein Satz physikalisch-chemischer Daten ermittelt. Untersuchungsergebnisse und Daten liegen vor zur Viskositaet, spezifischen elektrischen Widerstand, Kristallisationsverhalten, Auslaugverhalten im Soxhlet, Transformations- und Erweichungstemperatur, thermischen Ausdehnungskoeffizient, Dichte bei RT und Dichte der Glasschmelze als Funktion der Temperatur, Verdampfungsverlust der Glasschmelze als Funktion der Zeit und Temperatur, Waermeleitfaehigkeit, spezifischen Waerme und vor allem Ergebnisse zum Langzeitkorrosionsverhalten des Glasprodukts in Salzlaugen. (orig./DG)The results of the experimental work show that the Li and Na containing, mixed-alkali glasses have a higher electrical resistance, a lower viscosity, a higher leach resistance and show a slower increase in viscosity with decreasing temperature than glasses with only one alkali ion. The mixed-alkali effect is highest when the molar ratio of Li_2O/(Na_2O+Li_2O) is in the range of about 0.5. Further, the specific electrical resistance of the glasses decreases roughly linearly with increasing total alkali content. By decreasing the alkali content and the SiO_2 content as well and by increasing the B_2O_3 content, glasses can be prepared with a higher electrical resistance but nearly constant viscosity values. As a result of the glass development work a range of optimum glass compositions was determined. The composition of the final glass depends on the composition of the HLW and on the waste loading. In the frame of a HLW technology program the glass frit and the glass product with 13, 16 and 19 wt.% HLW oxides were investigated and a list of relevant physical-chemical data established. Investigation results and data are available of the viscosity, the specific electrical resistance, crystallization behaviour, leaching behaviour in the Soxhlet, transformation and softening temperature, thermal expansion coefficient, density at RT and density of the glass melt as a function of temperature, evaporation loss of the melt as a function of temperature and time, thermal conductivity, specific heat and especially results to the long-term corrosion behaviour of the glass product in brines. (orig./DG)SIGLEAvailable from TIB Hannover: ZA 5141(5825) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman