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Technical Report NTB 13-03

Redox properties of iron-bearing clays and MX-80 bentonite – Electrochemical and spectroscopic characterization

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Afin de pouvoir évaluer les réactions rédox dans des environnements naturels ou artificiels tels que des dépôts profonds pour déchets radioactifs, il est particulièrement important de caractériser les propriétés rédox des minéraux contenant du fer en fonction de la présence ou de l'absence de Fe2+. Dans le cadre de cette étude, nous avons élaboré une méthode électro­chimique faisant intervenir des médiateurs de transfert d'électrons organiques solubles, ce qui nous a permis de mesurer les propriétés rédox de minéraux argileux contenant du fer, de la bentonite MX-80 et de différentes combinaisons de minéraux argileux, d'oxydes de fer et de Fe2+ dissous. Par le biais de procédés d'oxydation et de réduction électrochimiques, il a été possible d'étudier le comportement donneur et accepteur d'électrons de la smectite ferrugi­neuse SWa-1, de la montmorillonite du Wyoming SWy-2 et de la bentonite MX-80 dans un milieu au pH 7.5. On a constaté que l'ensemble du fer structural des minéraux argileux avait une activité rédox, au contraire du fer présent dans d'autres phases de la bentonite MX-80, qui n'ont pas été précisément définies. Les matériaux étudiés avaient une activité rédox couvrant un spectre très large de valeurs EH, à savoir que le rapport Fe2+/Fetotal variait de 0 to 100 % entre +600 and -600 mV (SHE). Les propriétés rédox dépendaient beaucoup des structures transmissives liées aux modifications structurales des minéraux, comme l'a montré la comparaison des minéraux argileux dans leur état original et après des cycles répétés de réduction/réoxydation. Toutefois, on a constaté moins de modifications structurales irréver­sibles dans les matériaux dont la teneur totale en fer était plus basse, comme dans le cas de la bentonite MX-80 et de la SWy-2. Les systèmes qui contenaient au départ des mont­morillonites (SWy-2 ou MX-80), de la goethite et du Fe2+ dissous étaient aussi capables de tamponner un potentiel rédox EH de l'ordre de 0 et -300 mV. Quel que soit l'état d'oxydation du fer, les minéraux contenant du fer ont une activité rédox qui couvre un large spectre. Ils peuvent donc être pris en compte comme tampons rédox ayant une influence sur le comportement des radionucléides et métaux à activité rédox dans les dépôts géologiques pour déchets radioactifs.

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