Published January 31, 2000 | Version v1
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Compared study of the local structure of alteration products of SON 68 glass and natural gels

Description

This study is a contribution in the understanding of the long time behavior of alteration products of the glass SON 68, used to simulate the nuclear glass R7T7. The local structure around Zirconium and iron has been probed using X-ray absorption spectroscopy in altered surface layer of glass SON 68. Alteration products of this glass have been prepared for short (3 hours to 7 days) and long (17 months) time, using various indexes of saturation for the leaching solution with respect to the Si content of the glass (from 0 to 90 %). The evolution of the local structure around Fe has also been studied in recent and old natural ferric gels. Zr, Fe- L2,3 XANES and Zr, Fe-K EXAFS spectroscopies have shown that, in the pristine glass, these elements are connected to the polymeric network. Zr is found in an environment close to that of a zircon-silicate containing Na and Ca. Trivalent Fe is a network former. The leached layer of glass SON 68 is constituted of poorly ordered Zr-and Fe-(oxi-hydr)oxides that may have been formed by a mechanism of dissolution/precipitation; a relict phase with the same Zr local structure as that observed in the pristine glass, probably obtained thanks to in-situ solid condensation. The structural characteristics of the leached layer are observed from the first steps of alteration for Zr and Fe. Conversely to Fe, the structural status of Zr depends on the leaching kinetic as well as the contents of Ca and Si in the solid. Fe-K EXAFS results in recent natural ferri-hydrides present a clear structural similarity with that determined in glass SON 68 leached products. The study of old paleosols (between 1,800 and 200,000 years) has demonstrated the long time stability of ferric gels, although an increase of medium range order around Fe is seen. (author)

Abstract (French)

Cette etude a pour objectif de comprendre le comportement a long terme des produits d'alteration du verre inactif SON 68, simulant le verre de dechets nucleaires de haute activite R7T7. Pour ce faire, la structure locale autour du zirconium et du fer a ete sondee par spectroscopie d'absorption des rayons X dans des pellicules d'alteration du verre SON 68. Des produits d'alteration de ce verre ont ete prepares a court (3 heures a 7 jours) et long (17 mois) terme, en faisant varier l'indice de saturation de la solution alterante vis-avis de la teneur en Si du verre (de 0 a 90 %). De plus, l'evolution de la structure locale autour du fer a egalement ete suivie dans des gels ferriques naturels actuels et anciens. Les spectroscopies XANES aux seuils L2,3 et EXAFS au seuil K de Zr et Fe ont montre que, dans le verre, ces deux elements sont connectes au reseau polymerique. Le zirconium se trouve dans un environnement proche de celui d'un zirconosilicate sodique et calcique. Le fer trivalent est formateur de reseau dans le verre SON 68. La pellicule d'alteration du verre SON 68 est constituee d'une part, d'(oxyhydr)oxydes desordonnes de Zr et de Fe qui pourraient etre formes par un mecanisme de dissolution/precipitation et d'autre part, d'une phase residuelle conservant la structure locale du Zr observee dans le verre, pouvant provenir d'une condensation solide in-situ. Les caracteristiques de la pellicule alteree sont acquises des les premiers stades d'alteration pour Zr et Fe. Contrairement a celui de Fe, le statut structural de Zr depend de la vitesse d'alteration ainsi que de la teneur en Ca et Si dans le solide. La spectroscopie EXAFS au seuil K de Fe d'une ferrihydrite naturelle actuelle presente une analogie structurale claire avec l'environnement du fer dans les pellicules alterees du verre SON 68. L'etude des paleosols anciens (entre 1.800 et 200.000 ans) a demontre la stabilite a long terme des gels ferriques, malgre une augmentation de l'ordre a moyenne distance autour du fer. (auteur)

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Original title (English)
Etude comparee de la structure locale des produits d'alteration du verre SON 68 et de gels naturels

Publishing Information

Imprint Pagination
193 p.
Report number
CEA-R--5929

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