Uran(VI)-Sorption an Ton in An- und Abwesenheit von Huminsäure

Die Endlagerung radioaktiver Abfälle steht im Mittelpunkt vieler politischer Debatten. Neben Salzstöcken (Gorleben, Asse) kommen in Deutschland auch Ton und Granit als Wirtsgestein für ein Endlager in Frage. Ton und Salz werden favorisiert und für eine bessere Entscheidungsfindung werden die Untersuchungen am Ton derzeit intensiviert. Schwerpunkt unserer Untersuchungen ist die Wechselwirkung von Uran(VI) mit Ton (Referenzton: Kaolinit; natürlicher Ton: Opalinuston, Mont Terri, Schweiz). Natürliche Tone können organische Substanzen, wie z. B. Humin- und Fulvinsäuren, enthalten. Aufgrund dessen wird in unseren Versuchen der Einfluss von Huminsäure auf die Uran(VI)-Ton-Wechselwirkung untersucht.

Zunächst wurde der Einfluss des Elektrolyten auf die Uran(VI)-Sorption an Kaolinit erforscht. Neben dem bisher in unseren Experimenten verwendeten NaClO4 [1], wurde synthetisches Opalinustonporenwasser (I = 0.42 M, pH 7.6) [2] untersucht. Es zeigte sich, dass bei Verwendung von Opalinustonporenwasser weniger Uran(VI) an Kaolinit sorbiert. Dieses Verhalten kann mit der Uran(VI)-Speziation erklärt werden. Der im Opalinustonporenwasser bei pH 7.6 vorliegende neutrale Ca2UO2(CO3)3-Komplex sorbiert schlechter als die in 0.42 M NaClO4-Lösung gebildeten geladenen Uranspezies UO2(CO3)34-, (UO2)2CO3(OH)3- und UO2(CO3)22-. Bei Anwesenheit von Huminsäure wird weniger Uran(VI) im NaClO4-System sorbiert, da es durch die Bildung von Uran(VI)-Humat-Komplexen mobilisiert wird und die Huminsäure mit dem Uran(VI) um Bindungsplätze auf dem Ton konkurriert. Durch Huminsäuresorption auf dem Ton stehen wiederum zusätzliche Uran(VI)-Bindungsstellen zur Verfügung und die Menge an sorbiertem Uran(VI) steigt mit steigender Huminsäurekonzentration. Im Opalinustonporenwassersystem ist jedoch kein signifikanter Einfluss von Huminsäure auf die Menge an sorbiertem Uran(VI) zu beobachten, da die Huminsäure keinen Einfluss auf die Uranspeziation in Opalinustonporenwasser bei pH 7.6 nimmt. Weiterhin wurden Kaolinit und Opalinuston hinsichtlich ihres Uran(VI)-Sorptionsvermögens in Opalinustonporenwasser verglichen. Es zeigt sich, dass mehr Uran(VI) an Kaolinit (2.8 ± 0.2 µg/m2) sorbiert als an Opalinuston (0.049 ± 0.002 µg/m2). Dieses Ergebnis ist unerwartet, da Opalinuston einerseits eine größere spezifische Oberfläche als Kaolinit besitzt, andererseits mehr Eisenminerale enthält, die sehr gut Uran(VI) sorbieren [3] können (Opalinuston: BET = 42 m2/g, 5 Gew.-% Fe; Kaolinit: BET = 11.7 m2/g, 0.27 Gew.-% Fe [1]). Der Grund für diesen Unterschied scheint somit im Anteil an Uran(VI) schlecht sorbierenden Mineralen im Opalinuston zu liegen, möglicherweise an Quarz [3].

[1] A. Křepelová et al., Radiochim. Acta 2007, 94, 825. [2] F.J. Pearson, PSI Internal Report TM-44-98-07 1998, Paul Scherrer Institut, Villigen, Schweiz. [3] K. Schmeide et al., Radiochim. Acta 2000, 88, 723.