Untersuchungen zur Rückhaltung von drei-, fünf- und sechswertigen Actiniden/Lanthaniden an Tonmineralien in salinaren Systemen

Im Kontext eines tiefengeologischen, nuklearen Endlagers ist die Rückhaltung von
Actiniden an Tonmineraloberflächen ein wichtiger Rückhaltemechanismus, welcher in
den letzten Jahrzehnten intensiv untersucht wurde (z.B. [1], [2]). Allerdings wurden
diese Untersuchungen meist nur bei geringen Elektrolytkonzentrationen (Imax ~ 0.1 M)
durchgeführt. In den Jura- bzw. Unterkreidetonlagerstätten in Norddeutschland sind
allerdings deutlich höhere Salzkonzentrationen zu erwarten [3]. Die Anwendbarkeit
eines in der Literatur beschriebenen und bisher nur auf niedrige Ionenstärke
angewandten Sorptionsmodells für Tone (2SPNE SC/CE) [4] muss auch für höhere
Ionenstärken (I > 1.0 M) überprüft werden.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Sorptionsuntersuchungen von drei-, fünf- und
sechswertigen Actiniden bzw. deren dreiwertigen Analoga aus der Lanthanidenreihe
(Eu(III), Cm(III), Np(V), U(VI). Die Arbeiten wurden an zwei wichtigen natürlichen
Hintergrundelektrolytkonzentration und -zusammensetzung (NaCl, MgCl2 bzw. CaCl2)
durchgeführt. Die experimentell erhaltenen Sorptionsdaten zeigen einen überraschend
geringen Einfluss der Salinität auf die resultierenden log KD Werte. ... mehrWährend bei der
pH-abhängigen Sorption des Eu(III) noch ein signifikanter Effekt der Ionenstärke vor
allem in niedrigen pH-Bereich (Kationenaustausch ist der dominierende
Sorptionsmechanismus) zu beobachten ist, zeigt die Sorption der yl-Ionen (Np(V),
U(VI)) ein nahezu ionenstärkeunabhängiges Verhalten. Neben Eu(III) und Cm(III) wird
auch für die untersuchten U(VI) Systeme im umweltrelevantesten pH Bereich (8 < pH <
11) unter den gegebenen Bedingungen (CO2 Ausschluss) eine quasi quantitative
Rückhaltung (> 99.5%) erhalten. Eine signifikante Sorption des Np(V) (> 50%) ist ab
einem pH-Wert von ~ 8 zu beobachten und wird ab pH-Werten > 10 praktisch
quantitativ. Unter Berücksichtigung des Pitzer-Ansatzes (Anpassung der
Aktivitätskoeffizienten der Lösungsspezies und Aktivitäten des Wassers) für höhere
Ionenstärken und Verwendung des 2SPNE SC/CE Sorptionsmodells können die
experimentellen Daten gut beschrieben werden.