Investigations for the influence of geochemical parameters on the sorption and desorption of lanthanides and uranium onto opalinus clay as potential host rock for a repository

Die Entwicklung von Endlagerstätten von radioaktiven Abfällen in tiefen geologischen Formationen, ist eine wichtige Aufgabe für die Zukunft. Um eine Sicherheit für mehrere hundert Tausend Jahre zu gewährleisten, müssen die Prozesse der Wechselwirkung zwischen den eingelagerten Stoffen und der umgebenden Formation verstanden und eingeschätzt werden. Diese Arbeit leistet ihren Beitrag zu diesem Verständnis, in dem sie Wechselwirkungen zwischen den Lanthanoiden Europium, Gadolinium und Terbium (Homologe zu den Actiniden Americium, Curium und Berkelium) sowie Uran zum Wirtsgestein Opalinuston unter dem Einfluss von Organik darstellt und interpretiert. Die Wechselwirkungen des sehr komplexen Systems aus Aquifer, Opalinuston und Metall-Ionen wird in drei binäre Systeme unterteilt. - Wechselwirkungen zwischen Lanthanoiden / Uran und Organik - Wechselwirkungen zwischen Lanthanoiden / Uran und Ton - Wechselwirkungen zwischen Organik und Ton Durch geochemische Parameter (pH, Ionenstärke, Konkurrenzkationen) können diese stark beeinflusst werden. Die Untersuchung der Lanthanoide und ihrer Sorption / Desorption am Ton erfolgt mit Hilfe der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma. Wechselwirkungen zwischen den Lanthanoiden und der Organik werden über eine Kopplung aus Kapillarelektrophorese und ICP-MS untersucht. Unter den gewählten Bedingungen fördert die Modellorganik Huminsäure die Sorption und damit den Rückhalt der Metalle, während die kleineren organischen Verbindungen im Opalinuston zu einer Mobilisierung der Lanthanoide führen. Da die Organik im Opalinuston durch kleine organische Verbindungen dominiert wird, werden die Metall-Ionen hier schlechter vom Ton zurück gehalten und können sich so ausbreiten.The development of a disposal in deep geological formations for radioactive waste is a very important task for the future. The safety assessment for more than a hundred thousand years needs a full understanding of all processes of interaction between the radioactive waste and the surrounded formations. This work contributes to this understanding. The interaction between lanthanides (homologues of the actinides americium, curium and berkelium) / uranium and the host rock opalinus clay under influence of organic substances (NOM) have been analyzed and discussed. The complex system was split into 3 binary basic systems with the following interactions - Interactions between lanthanides / uranium and NOM - Interactions between lanthanides / uranium and the opalinus clay - Interactions between NOM and opalinus clay All binary systems can be influenced by geological parameters like pH, ion strength and competing cations. The sorption / desorption of the lanthanides onto the opalinus clay is analyzed via inductively coupled plasma mass spectrometry. For the investigation of the complexation behavior of metals with NOM we used capillary electrophoresis coupled with inductively coupled plasma mass spectrometry. Under these conditions the chosen model organic humic acid affected the sorption of the lanthanides onto opalinus clay favorably. The smaller organic compounds, which dominate in the composition of the clay organics, remobilized the metals after sorption onto clay and the sorption can be inhibited by NOM. Due to the reduced metal sorption onto Opalinus clay by NOM, a migration through the clay may be possible