The immobilization of soluble Cs from spent fuel elements by ion exchange and direct chemical reaction with clay minerals or shales was investigated under hydrothermal conditions. Various clay minerals or shales were reacted with likely Cs sources and water at 300 bars pressure and 100°, 200°, and 300°C for 4, 2, and 1 months, respectively. Pollucite was the principal product, but CsAlSiO4 was also observed, along with unreacted or hydrothermally altered aluminosilicates. From Cs concentrations of the product solutions partition of Cs between liquid and solids was found to vary depending on the Cs source, the clay or shale phase, temperature, and run duration. For example, illite-Cs2MoO4 interactions resulted in 19, 32, and 95% fixation of added Cs at 100°, 200°, and 300°C respectively. Fixation of as much as 97% of the Cs in some solids was observed. In addition to Cs-aluminosilicates, Cs was fixed on cation-exchange sites by interlayer collapse in montmorillonite. Reactions with Cs2MoO4 also produced powellite because Ca was available in the reaction mixture. The U6+ from β-Cs2U2O7 was reduced to form uraninite by sulfide- and/or organic-rich shales. (Cs,Na)2(UO2)(Si2O5)3·4H2O, an analog of weeksite, was produced in reactions with β-Cs2U2O7. The reaction products pollucite and uraninite can immobilize much of the Cs and U from spent fuel elements because Cs in pollucite is extremely difficult to exchange and U in uraninite is insoluble.

Путём обмена ионов в прямой химической реакции с глинистыми минералами или сланцевыми глинами исследовалась иммобилизация растворяемого Cs из затраченных элементов топлива в гидротермальных условиях. Разные глинистые минералы или сланцевые глины реагировали с источниками Cs и водой при давлении 300 бар и температуре 100°, 200°, и 300°С в течение 4, 2, и 1 месяцев соответственно. Поллуцит являлся главным продуктом, но наблюдалось также присутствие CsAlSiO4 вместе с непрореагированными или гидротермально измененными алюмосиликатами. На основе концентрации Cs в растворах процукта получено разделение Cs между жидкими и твёрдыми растворами. Это зависало от источника CS, глинистой или сланцевой фазы, температуры и времени реакции. Взаимодействие иллита с Cs2МоО4, например, фиксировало 19, 32, и 95% добавленного Cs соответственно при температурах 100°, 200°, и 300°С. В некоторых твёрдых телах наблюдалась фиксация 97% Cs. Кроме образования Cs-алюмосиликатов, Cs был также зафиксирован в катионообменных местах путём сплющения слоев в монтмориллоните. В результате присутствия Са в смеси, реакции с Сs2МоО4 приводили также к образованию повеллита. U6+ из β-Cs2U2O7 формировал уранинит с помощью сульфида и/или органически богатых сланцевых глин. (Сs,Nа)2(UO2)(Si2O5)3•4H2O, аналог уиксита, был образован в реакции с β-Cs2U2O7. Продукты реакции поллуцит и уранинит могут привести к иммобилизации большого количества Cs и U из затраченных элементов топлива, потому что очень трудно обменять Cs в поллуците, а U в уранините нерастворим. [Е.С.]

Es wurde die Bindung von löslichem Cs aus verbrauchten Brennelementen durch Ionenaustausch und durch direkte chemische Reaktion mittels Tonmineralen und Schiefertonen unter hydrothermalen Bedingungen untersucht. Verschiedene Tonminerale oder Schiefertone wurden mit möglichen Cs-Quellen bei einem Druck von 300 Bar und Temperaturen von 100°, 200°, und 300°C für 4, 2, und 1 Monat zur Reaktion gebracht. Das vorherrschende Produkt war Pollucit. Es wurde aber auch CsAlSiO4 zusammen mit unveränderten oder hydrothermal veränderten Alumosilikaten beobachtet. Aus der Cs-Konzentration der erzeugten Lösungen ergab sich, daß die Cs-Verteilung zwischen der Flüssigphase und den Festphasen sehr stark von der Cs-Quelle abhängt sowie vom Tonmineral oder vom Tonschiefer, von der Temperatur und der Reaktionszeit. Die Illit-Cs2MoO4-Wechselwirkungen ergaben z.B. hei 100°, 200° und 300°C die Bindung von 19, 32, bzw. 95% des zugegebenen Cs. Es wurde die Fixierung von bis zu 97% Cs in einigen Festsubstanzen beobachtet. Zusäzlich zu Cs-Alumosilikaten wurde Cs an Kationenaustauschplätzen durch das Zusammenbrechen der Zwischenschicht in Montmorillonit fixiert. Die Reaktionen mit Cs2MoO4 ergaben auch Powellit, da Ca in den Reaktionsmischungen zur Verfügung stand. Das U6+ aus β-Cs2U2O7 wurde durch Tonschiefer, die reich an Sulfiden und/oder organischen Substanzen waren, reduziert und bildete Uraninit. (Cs,Na)2(UO2)(Si2O5)3·4H2O, ein Analog von Weeksit, wurde bei den Reaktionen mit β-Cs2U2O7 gebildet. Die Reaktionsprodukte Pollucit und Uraninit können einen Großteil des Cs and U aus verbrauchten Brennelementen fixieren, da das Cs in Pollucit sehr schwer auszutauschen und das U in Uraninit unlöslich ist. [U.W.]

On a investigué sous des conditions hydrothermales l'immobilisation par échange d'ions et par réaction chimique directe avec des minéraux argileux ou des shales de Cs soluble d’éléments de fuel brûlé. On a fait réagir des minéraux argileux variés ou des shales avec des sources probables de Cs et de l'eau à 300 bars de pression et 100°, 200°, et 300°C pendant 4, 2, et 1 mois, respectivement. La pollucite était le produit principal, mais CsAlSiO4 a aussi été observé, ainsi que des aluminosilicates qui n'avaient pas réagi, ou altérés hydrothermalement. A partir de concentrations de Cs de solutions produites, la partition de Cs entre liquide et solide a varié de en fonction de la source de Cs, et de la phase argileuse ou de shale, de la température, et de la durée de l'expérience. Les interactions illite-Cs2MoO4, par exemple, ont résulté en la fixation de 19, 32, et 95% de Cs ajouté à 100°, 200°, 300C, respectivement. On a observé jusqu’à 97% de fixation de Cs dans certains solides. En plus des aluminosilicates-Cs, Cs a été fixé sur des sites à échange de cations par effondrement interfeuillet dans la montmorillonite. Des réactions avec Cs2MoO4 ont aussi produit de la powellite parceque Ca était disponible dans le mélange. L'U6+ de β-Cs2U2O7 était réduit par des shales riches en sulfide ou en matière organique pour former de l'uraninite. (Cs,Na)2(UO2)(Si2O5)3·4H2O analogue au weeksite, a été produit dans des réactions avec β-Cs2U2O7. Les produits de réaction pollucite et uraninite peuvent immobiliser beaucoup du Cs et de l'U des éléments de fuel brûlé parceque le Cs dans la pollucite est estrèmement difficile à échanger, et l'U dans l'uraninite est insoluble. [D.J.]