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Technical Report NTB 90-36

On the problem of silicia solubility at high pH

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Le système Na2O-H2O-SiO2 joue un rôle important lorsque les eaux des pores fortement alcalines du ciment utilisé pour le stockage des déchets faiblement radioactifs pénétrent la roche environnante du stockage final. Dans de telles conditions, des quantités inconnues de silice peuvent se dissoudre. Afin d'étudier la solubilité de la silice et du quartz en fonction du pH, la variation d'un paramètre en utilisant le code géochimique (MINEQL/EIR) a été examiné. Les valeurs de la solubilité de la silice dans une solution d'hydroxyde de sodium à 25 et 90°C publiées dans la literature furent ensuite comparées aux résultats obtenus à partir de quatre modèles en utilisent différentes valeurs de constantes d'équilibre. L'intérèt principal était la question de savoir si la solubilité de la silice dans un environnement de pH élevé peut être expliquée par la présence unique des species différentes monomériques ou si des species polymériques additionnelles furent consideré. L'influence de la formation. de la paire ionique silice-sodium dans ces conditions extrêmes a également étudié.

La solubilité de la silice amorphe à 25°C est bien comprise jusqu'à un pH d'environ 10.5. Elle est déterminée par le produit de solubilité et la première constante de dissociation de l'acide silicique monomérique. En millieu plus alcalins, la solubilité totale augmente fortement. Cette propriété est moins bien comprise car les constantes de la seconde déprotonation et de polymérisation sont incertaines. En dépit de ces incertitudes, il a été démontré que la cause la plus probable de l'augmentation de la solubilité des silices amorphes lorsque l'on considère des valeurs pH comprises entre 10.5 et 11.3 est due à la formation de polymères dimériques, trimériques et tétramériques. Cependant, lorsque la concentration de silice totale est inférieure à 0.01 M et le pH ≤ 10.0, la polymérisation semble être insignifiante.

La solubilité du quartz n'a pas seulement été étudiée à basse température en utilisant de la silice amorphe mais aussi dans des solutions contenant du NaOH à 90°C. A coté des études de la silice amorphe à basse température, la solubilité du quartz à 90°C dans des solutions contenant du NaOH a été mesuré. Les valeurs de la seconde constante de dissociation à 90°C obtenues sont fortement disparates, comme ce fut le cas pour ces valeurs reportées à basses températures. Quoiqu'il ne fut pas possible d'extraire la valeur de la seconde constante de dissociation à partir de quelques données analytiques, lorsque la concentration de soude caustique n'excéde pas 0.1 M, seules les silices monomériques sont stables. Par conséquent, la tendance que des monomères forme de polymères décroît fortement avec la température. Il y a de surcroît que dans les solutions de NaOH concentrées à températures élevées, les complexes de paires ioniques silice-sodium gagnent en importance.

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