Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6046

Geochemische Modellierung der Korrosion von zementierten Abfallprodukten in Salzlösungen - Experimentelle Basis, Methoden und Ergebnisse

Zusammenfassung

Es wird der Stand der Information, der über zementierte Abfallprodukte und ihre Wechselwirkungen mit Salzlösungen in den vergangenen Jahren erarbeitet wurde, aufbereitet, damit diese Ergebnisse im Rahmen der geochemischen (thermodynamischen) Modellierung verwendet, bzw. zur Überprüfung von Modellrechnungen herangezogen werden können. Zur Modellierung der Wechselwirkungen des Zements mit salinaren Lösungen werden international verfügbare Methoden vorgestellt. Die geochemische Modellierung wird hier mit Hilfe des EQ3NR/EQ6 Codes durchgeführt. Es werden verschiedene Fälle berechnet, wie z.B. die Löslichkeit der Calcium-Silikat-Hydrat (CSH) Phasen bei geringer Ionenstärke und das Portlanditgleichgewicht in gesättigter NaCl Lösung bzw. in Q-Lauge. Die mit EQ3NR/EQ6 verfügbare Pitzer Datenbasis wird erweitert und Anwendungsrechnungen mit dieser erweiterten Datenbasis für das Zementsystem in Salzlöungen durchgeführt.

Die Korrosion von zementierten Abfällen in Salzlösungen kann gut vorhergesagt werden, wobei die berechneten Ergebnisse in hinreichender Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden z.B. aus 1:1 Gebindekorrosionsuntersuchungen stehen. Diese 1:1 Gebinde Experimente dauerten etwa 10 Jahre (3110 Tagen), wobei nicht unbedingt angenommen werden kann, daß sich innerhalb der Dauer des Experiments ein Gleichgewicht eingestellt hat. Eine perfekte Übereinstimmung ist nicht zu erwarten, da der Anfangszustand unvollständig bestimmt ist und kinetisch kontrollierte Prozesse stattfinden. Insgesamt liefert die Modellierung die Zusammensetzung bzw. die pH Werte von Korrosionslösungen, welche in einem weiteren Schritt genutzt werden können, um Lösungskonzentrationen von Radionukliden zu berechnen.

Geochemical Modeling of Corrosion of Cemented Waste Forms in Salt Brines
- Experimental Basis, Methods and Results

Abstract

The state of information which was collected during the last years on the field of cemented waste forms and their interactions with salt brines is reported and processed in order to use these results for geochemical modeling or for testing of model calculations. For modeling the interactions of cement with brines internationally available methods are applied. Geochemical modeling is computed by means of the EQ3NR/EQ6 code. Several cases are presented, dissolution of calcium-silicate-hydrate phases at low ionic strength and the equilibrium of portlandite with NaCl brine and Q-brine. The Pitzer database which is available with EQ3NR/EQ6 is extended for the application with the cements salt brine system.

The corrosion of cemented waste forms in salt brines can be predicted well, corresponding sufficiently especially in the case of full scale corrosion experiments. These full scale tests had a duration of 10 yr., but it was not possible to prove that an equilibrium had be reached within this period. An exact agreement could not be expected, because the initial condition was determined incompletely and due to kinetically controlled processes. Altogether modeling results in composition and pH of the corroding brines. These can be used to compute concentrations dissolved of radionuclides in a next step of modeling.