Geochemical study of processes, relevant to safety assessment of deep geological repository: Uranium forms and enrichment scenario in a sedimentary system at the Ruprechtov natural analogue site

Abstract

U migration was studied in order to better understand to processes of safety relevant elements, particularly U. The rock sequence on the site can be analogous to a potential rock overburden of deep geology repositories. A multidisciplinary approach was undertaken in order to identify and characterise U mobilisation/immobilisation processes within sedimentary clayey rocks with organic matter enriched interlayers. Both conventional methods and modern sophisticated spectroscopic methods were combined. Sequential extraction, wet chemical method and even spectroscopic methods proved that U prevailed in the U(IV) form in low-oxidised samples. It moved towards more easily releasable fractions with sample ageing (oxidation). The combination of SE, µ-XRF and µ-XAFS results proved U to be unexpectedly associated with As and P, leading to the presumption that U(VI) from groundwater was reduced to U(IV) on As pyrite. The evaluation of the hydrogeochemical conditions and isotope analyses then brought the results into broader context: Sedimentary organic matter within the sedimentary layers was microbially oxidised, releasing dissolved organic matter and providing H+ in order to dissolve sedimentary inorganic carbonates. SO4 2- could be reduced under reducing groundwater conditions, thus causing FeS2 formation....

i Abstrakt Studium migrace U v přírodním prostředí představuje významný příspěvek pro poznání procesů významných pro hodnocení bezpečnosti hlubinného úložiště jaderného odpadu. V případě přírodního analogu Ruprechtov lze sedimentární horniny považovat za analogii pokryvných útvarů nad hostitelskými masivy hlubinného úložiště. K identifikaci a charakterizaci procesů mobilizace a imobilizace U v prostředí jílových hornin s obsahem organické hmoty byl využit multidisciplinární přístup. Sekvenční extrakce, chemická analýza na mokré cestě i spektroskopické metody prokázaly, že v málo oxidovaných vzorcích se U vyskytuje převážně ve formě U(IV). Při oxidaci vzorku s časem se U přesunuje směrem ke snáze uvolnitelným formám. Současně metody prokázaly asociaci U s As a P. Tento výsledek vedl k teorii, že se U(VI) z podzemní vody redukoval na U(IV) na povrchu pyritu pokrytém precipitovaným As. Analýza hydrogeologických, hydrogeochemických dat a analýzy stabilních izotopů pomohly zařadit výše uvedené výsledky do obecného konceptu imobilizace U: Oxidace organické hmoty probíhá za mikrobiální katalýzy a vytváří redukční prostředí v blízkosti vrstev bohatých oganickou hmotou. Oxidovatelné látky (např. SO4 2- ) v podzemní vodě jsou redukovány, čímž je umožněn vznik pyritu FeS2. Na jeho povrchu se sráží povlak As, na jehož...