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Jun 22, 2023

Efectos de los productos de corrosión del hierro sobre la degradación de la estructura y propiedades de la bentonita.

npj Materials Degradation volumen 7, Número de artículo: 66 (2023) Cite este artículo 181 Accesos Detalles de métricas La bentonita es un material clave para diseñar barreras para prevenir aguas subterráneas y nucleidos.

npj Materials Degradation volumen 7, Número de artículo: 66 (2023) Citar este artículo

181 Accesos

Detalles de métricas

La bentonita es un material clave para la ingeniería de barreras destinadas a prevenir la migración de aguas subterráneas y nucleidos en el sistema de barreras múltiples de eliminación geológica de desechos radiactivos de alto nivel (HLW). Sin embargo, su propiedad de barrera se degradará bajo la acción de los productos de corrosión del hierro de los contenedores de eliminación de acero. En este artículo, se investigaron los efectos de los productos de corrosión del hierro sobre la degradación de la estructura y las propiedades de la bentonita en entornos simulados para la eliminación geológica de HLW. Los resultados mostraron que el Fe2+/Fe3+ disuelto del polvo de hierro podría ingresar a la capa intermedia de montmorillonita (Mt) y sustituir parte de Na+, lo que provocó la disminución del volumen y el espaciamiento entre capas de Mt, y la integridad estructural de Mt fue destruida. Macroscópicamente, la absorción de agua y la propiedad de hinchamiento de la bentonita disminuyeron significativamente. El mecanismo de degradación de la estructura de Mt fue principalmente que el Fe2+/Fe3+ generado por la corrosión del hierro entró en el dominio de la capa intermedia de Mt para compensar el déficit de carga de la capa intermedia.

La mayoría de los países aceptan generalmente la eliminación geológica profunda como el único plan viable para tratar los desechos radiactivos de alto nivel (HLW), que adopta principalmente el sistema de barreras múltiples para aislar permanentemente los HLW del entorno vivo1,2,3. En el sistema de barreras múltiples, el contenedor a base de hierro y el material de amortiguación/relleno son los materiales de ingeniería clave para evitar la fuga de nucleidos4. Entre ellos, la resistencia a la corrosión del contenedor a base de hierro es el elemento central para lograr la estabilidad y durabilidad del sistema de depósito5. Para el material de amortiguación/relleno relleno entre la roca circundante y el contenedor de metal, debe tener propiedades mecánicas y capacidad de amortiguación apropiadas6,7. Su función principal es aliviar la presión de la roca circundante sobre los contenedores metálicos. Cuando el contenedor falla debido a una perforación por corrosión, también puede bloquear eficazmente la migración de radionucleidos al entorno circundante8. Por lo tanto, en la eliminación geológica profunda de HLW, el sistema de material de amortiguación/relleno desempeña un papel crucial en la barrera de ingeniería, la barrera hidráulica y la barrera química, así como en la conducción y disipación del calor procedente de la desintegración de residuos radiactivos, y es una garantía eficaz para la seguridad y estabilidad a largo plazo del depósito geológico de HLW9,10. Sin embargo, se enfrentará a la amenaza de desestabilización y degradación con la eliminación, lo que puede acelerar la fuga de nucleidos y luego causar un gran daño a la salud pública internacional y al medio ambiente ecológico.

Muchos países han seleccionado la bentonita como material amortiguador para el depósito geológico de HLW debido a su conductividad del agua extremadamente baja y sus buenas propiedades de adsorción de nucleidos11. La montmorillonita (Mt) es el principal componente mineral que se hincha cuando la bentonita absorbe agua o soluciones12. La estructura cristalina de Mt pertenece al sistema monoclínico, y cada capa unitaria está compuesta por una lámina octaédrica de Al-O y dos láminas tetraédricas de Si-O. La superficie de la capa laminar de Mt está cargada negativamente debido a la sustitución isomórfica de Mg2+/Fe2+ por Al3+ en la lámina octaédrica y/o Al3+ por Si4+ en la lámina tetraédrica, y la carga negativa puede equilibrarse mediante cationes entre capas como Na+, K+, Ca2+ o Mg2+12,13. Estos cationes entre capas comúnmente están hidratados e intercambiables, por lo que la bentonita tiene una fuerte capacidad de hinchamiento del agua, capacidad de adsorción de cationes y capacidad de intercambio catiónico (CEC)14,15. El agua subterránea generalmente contiene cationes como K+, Ca2+ y Na+, que tienen un impacto importante en la estructura y el rendimiento amortiguador del monte. Egloffstein informó que el Ca2+ en la solución salina puede sustituir fácilmente al Na+ de las capas intermedias de Mt en la bentonita, disminuyendo así el espaciamiento entre capas y capacidad de hinchamiento de Mt16. Karnland et al. descubrieron que el Mt podría disolverse con un valor de pH alto (pH 12) y generar minerales que no se hinchan17,18,19. Además, la porosidad y la permeabilidad de la bentonita aumentaron, mientras que el rendimiento de la barrera amortiguadora disminuyó20. Cuando la concentración de estos cationes en la solución es demasiado alta, la carga negativa de las partículas coloidales de bentonita disminuye bajo la acción de la neutralización eléctrica y la repulsión mutua disminuye, lo que resulta en la agregación y sedimentación de las partículas coloidales de bentonita21. Este efecto corresponde simplemente a la disminución del espesor de la doble capa eléctrica con el aumento de la fuerza iónica, y la influencia de la fuerza iónica en la estructura y propiedades del Mt merece más estudio. Mientras tanto, la capacidad de adsorción de cationes de la bentonita también disminuirá significativamente. Además, el colapso de la capa intermedia de Mt puede dificultar aún más el intercambio catiónico.

En el proceso de eliminación geológica a largo plazo, el rendimiento amortiguador de la bentonita no sólo está relacionado con la composición y concentración de cationes en el agua subterránea, sino que también depende en gran medida de la cantidad de productos de corrosión del hierro (Fe2+/Fe3+) generados por la corrosión de sus componentes internos. recipiente a base de hierro22. Las propiedades físicas/químicas y el rendimiento amortiguador de la bentonita se ven inevitablemente afectados por los productos de corrosión generados en la interfaz recipiente a base de hierro/bentonita a medida que el recipiente se corroe23,24. Además, la proporción de productos de corrosión del hierro en la bentonita a diferentes distancias de los contenedores a base de hierro varía, lo que tiene diferentes efectos sobre el rendimiento amortiguador de la bentonita. Estudios anteriores se centraron principalmente en la reacción entre minerales arcillosos y hierro, y encontraron que las propiedades de los productos de reacción estaban relacionadas con condiciones experimentales como la temperatura de reacción, las propiedades iniciales de los minerales arcillosos y la relación sólido/líquido25. Lanténois et al. estudiaron Mts con diversas composiciones químicas cristalinas y descubrieron que solo el Mt dioctaédrico se desestabilizaba en presencia de hierro26. La presencia de iones Na+ en las capas intermedias de Mt y los mayores contenidos de Fe3+ estructural en las láminas octaédricas pueden promover la alteración de Mt. Además, el mayor valor de pH (pH>7) fue más favorable para la ocurrencia de tales alteraciones. Perronet et al. propusieron que la heterogeneidad de la estructura entre capas, la carga entre capas y la energía superficial de Mt también pueden afectar la velocidad de reacción27. Sin embargo, todavía no está claro cómo las características, la estructura y la capacidad de hinchamiento de la bentonita se ven afectadas por los productos de corrosión disueltos en los contenedores a base de hierro. Además, tampoco existe una conclusión unificada sobre la aparición del estado de oxidación del Fe3+/Fe2+ producido por la corrosión del hierro en la estructura del Mt, si solo se adsorben en la superficie del Mt y entran en la capa intermedia del Mt28,29,30, o si migran aún más hacia la superficie del Mt. sitio octaédrico de Mt como Fe3+ natural en Mt26,31,32,33 rico en hierro. Por lo tanto, es necesario llevar a cabo esta investigación basándose en el esquema de disposición geológica profunda de HLW en China y las características del agua subterránea del sitio preseleccionado.

El almacenamiento de residuos nucleares se iniciará en condiciones aeróbicas debido a la presencia de atmósfera durante el período de construcción del repositorio. Con el cierre del repositorio, se convirtió en un ambiente anóxico. Para simular el proceso de evolución del entorno de eliminación de HLW, se mezclaron minuciosamente polvo de hierro, bentonita y agua subterránea simulada de Beishan en diferentes proporciones para formar sistemas experimentales. Con el tiempo, las trazas de oxígeno residuales en la muestra mezclada se consumieron gradualmente y el sistema experimental pasó a una condición anóxica. El objetivo principal de este trabajo es estudiar los efectos de los productos de corrosión del hierro sobre la composición mineral, la microestructura y el rendimiento amortiguador de la bentonita circundante. Al combinar con las variaciones de los parámetros del contenido de cationes intercambiables entre capas de Mt, la composición mineral, el espaciado entre capas, el estado de aparición del hierro en Mt, la absorción de agua y la capacidad de hinchamiento, se revela el mecanismo de degradación de la estructura de Mt. Los resultados de la investigación proporcionan una base teórica importante para la formulación del plan de eliminación geológica de HLW de China.

La Figura 1 muestra los patrones de XRD del producto de corrosión después de que la bentonita/polvo de hierro reaccionara 1:1 con un contenido de agua del 15% y del 30% (B1_I1_W15, B1_I1_W30) durante 90 días. Se puede observar que los productos de corrosión del hierro de la muestra B1_I1_W15 son principalmente Fe3O4/γ-Fe2O3 y α-FeOOH. Además, también se detectan los picos de difracción del hierro metálico, lo que indica que todavía había polvo de hierro en la muestra mezclada después de 90 días de reacción. Por el contrario, también se detecta γ-FeOOH en los productos de corrosión del hierro de la muestra B1_I1_W30, lo que ilustra que el contenido de agua durante la reacción de bentonita/polvo de hierro tiene una gran influencia en las composiciones químicas de los productos de corrosión. Mientras tanto, también se detectan picos de difracción de minerales como Mt25,34,35 y cuarzo36,37, lo que significa que todavía hay una pequeña cantidad de minerales de bentonita en los productos de corrosión.

Los patrones XRD de los productos de corrosión de las muestras B1_I1_W15 y B1_I1_W30 reaccionaron durante 90 días.

La Figura 2 muestra la morfología de la corrosión y los espectros Raman de los productos de corrosión de las muestras B1_I1_W15 y B1_I1_W30 que reaccionaron durante 90 días. Como se muestra en la Fig. 2, las muestras B1_I1 anteriores constan de dos tipos de agregados: productos de corrosión del hierro negro y bentonita degradada de color marrón/marrón rojizo. El espectro Raman del punto A en la Fig. 2b muestra bandas típicas correspondientes a Fe3O4 (308 cm-1, 396 cm-1, 548 cm-1, 675 cm-1)38,39,40. En comparación, los espectros Raman del punto B en la Fig. 2b1 muestran bandas típicas de α-FeOOH (207 cm-1, 298 cm-1, 383 cm-1)39,41, γ-FeOOH (218 cm-1, 252 cm−1)41,42, y Fe3O4 (470 cm−1, 679 cm−1)38,43.

a Macromorfología, b Espectro Raman de los puntos A y B.

Los resultados Raman obtenidos para los productos de corrosión en la Fig. 2 son básicamente consistentes con los resultados de XRD en la Fig. 1. La única diferencia es que α-FeOOH no se encuentra en la Fig. 2b, esto se debe a que solo muestra el espectro de corrosión. productos correspondientes a los puntos verdes en la Fig. 2a. Además, se puede inferir que el Fe3O4 es el principal producto de corrosión generado en la reacción bentonita/polvo de hierro, y que el γ-FeOOH también se produce con el aumento del contenido de agua. Entre ellos, α-FeOOH y γ-FeOOH pueden producirse mediante oxidación electroquímica y/u oxidación química de productos de corrosión ferrosos como Fe(OH)2, Fe2(OH)2CO3, Fe6(OH)12CO3 y Fe6(OH). 12SO444,45. Además, el α/γ-FeOOH parcial (en particular el γ-FeOOH que es más reactivo) puede reducirse a Fe3O4 en condiciones anóxicas46,47,48,49.

La Tabla 1 muestra que los contenidos de Na+ y Fe2+/Fe3+ en la capa intermedia de Mt de la bentonita Na GMZ original son 43,7·10–2 mol kg−1 y 0,2·10–2 mol kg−1, respectivamente. Las trazas de hierro que existen originalmente en la bentonita son principalmente Fe3+, que puede reducirse a Fe2+ al reaccionar con hierro metálico50. Después de que reaccionara bentonita/polvo de hierro 100:1 con un contenido de agua del 15 % (B100_I1_W15) durante 30 días, 60 días y 90 días, el contenido de Na+ en la capa intermedia de Mt es 43,2·10–2 mol kg−1, 41,9·10–2 mol kg−1 y 41,5·10–2 mol kg−1, respectivamente. Mientras tanto, los contenidos de Fe2+/Fe3+ son 0,2·10–2 mol kg−1, 0,9·10–2 mol kg−1 y 1,3·10–2 mol kg−1, respectivamente. A medida que el contenido de agua aumenta al 30% (B100_I1_W30), el contenido de Na+ en la capa intermedia de Mt disminuye a 42,1·10–2 mol kg−1, 39,4·10–2 mol kg−1 y 37,5·10–2 mol kg−1, mientras que los contenidos de Fe2+/Fe3+ aumentan a 0,9·10–2 mol kg−1, 2,6·10–2 mol kg−1 y 3,2·10–2 mol kg−1 respectivamente. Para bentonita/polvo de hierro 1:1, los contenidos de Na+ en la capa intermedia de Mt son 41,5·10–2 mol kg−1, 25,7·10–2 mol kg−1 y 24,3·10–2 mol kg−1 después de 30 días, 60 días y 90 días de reacción con un contenido de agua del 15% (B1_I1_W15), y los contenidos de Fe2+/Fe3+ son 1,2·10–2 mol kg−1, 9,9·10–2 mol kg−1 y 10,7·10–2 mol kg− 1, respectivamente. Cuando el contenido de agua aumenta al 30% (B1_I1_W30), el contenido de Na+ en la capa intermedia de Mt disminuye a 35,2·10–2 mol kg−1, 18,1·10–2 mol kg−1 y 16,2·10–2 mol kg−1, mientras que los contenidos de Fe2+/Fe3+ aumentan a 4,5·10–2 mol kg−1, 14,3·10–2 mol kg−1 y 15,7·10–2 mol kg−1, respectivamente. En comparación, se encuentra que con el aumento del tiempo de reacción, la proporción de polvo de hierro y el contenido de agua, los contenidos de Na+ de la capa intermedia de Mt en bentonita degradada disminuyen gradualmente, mientras que los contenidos de Fe2+/Fe3+ aumentan, lo que sugiere que parte del Na+ en la capa intermedia de Mt se sustituido por Fe2+/Fe3+.

El espaciado entre capas de Mt está determinado por el valor d001 del espaciado interplanar de la difracción del plano basal más fuerte (001). Por lo tanto, el pico de difracción del plano cristalino de Mt (001) se suele utilizar como pico característico de Mt51,52. La Figura 3 muestra la posición del pico de difracción (2θ) del plano cristalino de Mt (001) en las muestras de bentonita Na GMZ original y bentonita degradada (B100_I1_W15, B100_I1_W30, B1_I1_W15 y B1_I1_W30 que reaccionaron durante 90 días, y después de la eliminación del polvo de hierro/hierro. productos de corrosión) son 5,87°, 6,07°, 6,11°, 6,26° y 6,56°, respectivamente. Según la ecuación de Bragg: 2dsinθ = λ (λ = 0,15406 nm), los valores de espaciado entre capas (d) de Mt en las muestras de bentonita anteriores son 1,50 nm, 1,45 nm, 1,44 nm, 1,41 nm y 1,35 nm, respectivamente. Esto muestra que en el proceso de reacción de bentonita/polvo de hierro, el espacio entre capas de Mt disminuye gradualmente con el aumento del contenido de agua y la proporción de polvo de hierro. Además, la intensidad del pico de difracción de Mt disminuye y el pico se amplía, lo que puede deberse a la disminución de la cristalinidad de Mt53,54. Para comprender mejor la influencia de los productos de corrosión del hierro en la estructura del monte, se realizaron los espectros FITR de bentonita GMZ original y bentonita degradada.

Patrones de XRD de bentonita Na original GMZ y bentonita degradada (las muestras B100_I1_W15, B100_I1_W30, B1_I1_W15 y B1_I1_W30 reaccionaron durante 90 días y después de la eliminación del polvo de hierro/productos de corrosión del hierro).

La Figura 4 muestra los espectros FTIR de la bentonita Na original de GMZ y la bentonita degradada (las muestras B100_I1_W15, B100_I1_W30, B1_I1_W15 y B1_I1_W30 reaccionaron durante 90 días y después de la eliminación del polvo de hierro/productos de corrosión del hierro). Las diferencias obvias entre los espectros FTIR de bentonita degradada y la bentonita Na GMZ original se manifiestan principalmente en las regiones de bandas de absorción relacionadas con las vibraciones de los iones octaédricos. En la región del grupo funcional (4000–1330 cm-1), la intensidad de la banda de estiramiento de AlAlOH (~3622 cm-1) en bentonita degradada muestra una disminución significativa, mientras que la de la banda de estiramiento de AlMgOH (~3432 cm-1) solo muestra una ligera disminución25. Esto puede estar relacionado con la desprotonación de los grupos OH y el colapso parcial o destrucción de la estructura octaédrica del Monte25,26. En la región de las huellas dactilares (1330–400 cm-1), la variación de las intensidades de las bandas de estiramiento de AlAlOH (~915 cm-1) y AlMgOH (~848 cm-1) son consistentes con las de la región de grupos funcionales25,26. Mientras tanto, las intensidades de flexión de las bandas de Si-O (~1090 cm-1, ~1035 cm-1, ~797 cm-1), Al-O (~620 cm-1), Si-O-Al (~519 cm-1) y Si-O-Si (~470 cm-1) también disminuyen, lo que puede atribuirse a la disolución parcial o destrucción de la capa de Mt25. También se puede encontrar que con el aumento del contenido de agua y la proporción de polvo de hierro, las intensidades de estas bandas de estiramiento y bandas de flexión disminuyen, lo que indica que la reacción de desprotonación de los grupos OH de Mt y el grado de disolución o destrucción de la estructura de Mt se agravan. . Además, se detecta una banda de flexión de Si-O-Fe en la longitud de onda de 420 cm-1 de los espectros FTIR en muestras de bentonita degradadas en la Fig. 4, lo que sugiere que se generó silicato que contiene Fe, que puede estar compuesto de Fe2+/Fe3+. adsorbido en la superficie del Mt y Si-O- en la estructura del Mt.

Patrones FTIR de bentonita Na original GMZ y bentonita degradada (las muestras B100_I1_W15, B100_I1_W30, B1_I1_W15 y B1_I1_W30 reaccionaron durante 90 días y después de la eliminación del polvo de hierro/productos de corrosión del hierro).

La Figura 5a muestra la imagen TEM de la bentonita Na GMZ original seca, y su principal componente mineral, Mt, tiene una estructura laminar con un valor de espaciado entre capas de 0,96 nm. La difracción de electrones muestra que la muestra está en la dirección [001]. Las Figuras 5b yc muestran las imágenes TEM de la bentonita Na GMZ original y la bentonita degradada (la muestra B100_I1_W30 reaccionó durante 90 días y después de la eliminación del polvo de hierro/productos de corrosión del hierro) dispersadas con agua y acetona, respectivamente. Se puede ver que la estructura laminar de Mt en la bentonita Na GMZ original está intacta y el valor de espaciado entre capas es de 1,10 nm, lo que demuestra que el valor de espaciado entre capas de Mt aumenta después de que la bentonita Na GMZ se dispersa con agua y acetona. . La estructura general de Mt en bentonita degradada no sufrió ninguna transformación fundamental, pero como se muestra en el área de puntos rojos en la Fig. 5c, el borde de la lámina de Mt colapsa, lo que significa que la estructura del borde de Mt está parcialmente destruida. Además, en comparación con la bentonita Na GMZ original, el valor de espaciamiento entre capas de Mt en bentonita degradada es de 0,97 nm, lo que confirma aún más que el espaciamiento entre capas de Mt disminuye después de que la bentonita se degrada.

Bentonita Na GMZ original seca (a), bentonita Na GMZ original y dispersada con agua y acetona (b) y la bentonita degradada (la muestra B100_I1_W30 reaccionó durante 90 días, y después de eliminar el polvo de hierro/productos de corrosión del hierro) dispersada con agua y acetona (c).

La Figura 6 muestra los espectros de 57Fe Mössbauer de la bentonita Na GMZ original y la bentonita degradada (la muestra B1_I1_W30 reaccionó durante 90 días y después de la eliminación del polvo de hierro/productos de corrosión del hierro). Con base en los resultados de la medición de CIC de las capas intermedias de Mt en la Tabla 1, se puede calcular que el contenido de iones de hierro en la bentonita Na original de GMZ es solo del 0,01%, muy por debajo del nivel de detección del espectro de Mössbauer31. Por lo tanto, la resonancia obtenida del espectro de 57Fe Mössbauer en la Fig. 6a está desordenada. El espectro de Mössbauer permite diferenciar inequívocamente los estados químicos del Fe2+ y del Fe3+29. Para la bentonita degradada, el espectro experimental de Mössbauer en la Fig. 6b muestra la resonancia amplia típica de Fe3+ observada para la mayoría de los Mts, y las intensidades de los picos componentes de esta resonancia son definitivamente asimétricas55.

La muestra original de bentonita Na GMZ (a) y bentonita-B1_I1_W30 degradada reaccionaron durante 90 días y después de eliminar el polvo de hierro/los productos de corrosión del hierro (b).

En términos generales, los espectros de Mössbauer de óxidos e hidróxidos de hierro suelen constar de seis líneas de división magnéticas30. Sin embargo, no se distinguen seis líneas de división magnética en la figura 6b. Mientras tanto, las fases de hierro, óxidos e hidróxidos de hierro no se detectaron en los patrones XRD correspondientes de bentonita degradada en la Fig. 3. Por lo tanto, es seguro que el Fe3+ en la bentonita degradada ingresa a la capa intermedia de Mt o a los sitios octaédricos de Al-O. Si Fe3+ ocupa los sitios octaédricos de Al-O, el número de coordinación de saturación alrededor del Fe debería ser 6, la simetría es muy alta y el valor de división del cuadrupolo eléctrico (Δ) debería ser muy pequeño. Sin embargo, el valor Δ de Fe3+ en la Fig. 6b es grande, lo que indica que la carga parcial de Fe no está completamente equilibrada por el (número de) ligandos unidos. Por lo tanto, es más probable que el Fe3+ sea absorbido en la superficie del laminado de Mt y entre en la capa intermedia de Mt29,30. Esto es consistente con los resultados de TEM y XRD de que el espacio entre capas de Mt disminuye después de la reacción de bentonita/polvo de hierro. Además, no se espera que la difusión en la capa de cationes divalentes (como se demostró para Ni2+) en la lámina octaédrica de arcilla (la llamada Hofmann-Klemen) ocurra por debajo de 50 °C56. El Ni2+ es similar al Fe2+/Fe3+ en términos de radio iónico y afinidad hacia la estructura de arcilla57,58, y los experimentos se realizaron a temperatura ambiente, lo que confirma aún más que los iones de hierro generados por la corrosión del hierro ingresan principalmente al dominio entre capas del Monte.

La Figura 7 muestra las curvas tiempo-historia de la fuerza de hinchamiento en volumen constante de muestras compactadas de bentonita Na GMZ original (1#), bentonita original/polvo de hierro (B100_I1 2#, B10_I1 5#, B1_I1 8#) y su reacción a 15 %, 30% de contenido de agua (B100_I1_W15 3#, B100_I1_W30 4#, B10_I1_W15 6#, B100_I1_W30 7#, B1_I1_W15 9#, B1_I1_W30 10#) durante 90 días. Se puede observar que las curvas tiempo-historia de la fuerza de hinchamiento de las muestras 1–3# presentan una característica típica de doble pico59, es decir, la fuerza de hinchamiento de la muestra aumenta rápidamente después de absorber agua, disminuye ligeramente después de alcanzar el valor máximo. , luego aumenta nuevamente y finalmente tiende a estabilizarse. Sin embargo, las curvas tiempo-historia de la fuerza de hinchamiento de 4 a 10# muestras muestran una característica típica de un solo pico, es decir, la fuerza de hinchamiento de la muestra aumenta rápidamente después de absorber agua, luego disminuye gradualmente después de alcanzar el valor máximo y finalmente se vuelve estable. El proceso de evolución de la fuerza de hinchamiento de la bentonita y el polvo de bentonita/hierro (antes y después de la degradación) bajo condiciones de volumen constante es esencialmente el proceso de acumulación de la fuerza de "cuña" formada entre las capas de cristal y los laminados debido a la restricción del proceso de espesamiento de la película de agua de unión entre capas de cristal y la doble capa eléctrica difusa entre laminados60. Esta fuerza de "cuña" acumulada disminuirá debido a la grieta de los laminados y el colapso de los poros entre los agregados y luego aumentará nuevamente con la continua absorción de agua y el hinchamiento de los laminados agrietados61. Macroscópicamente, muestra la forma de pico doble o único de la curva tiempo-historia de la fuerza de hinchamiento. Por lo tanto, la fuerza de hinchamiento puede considerarse como el resultado de la superposición de la fuerza de "cuña" acumulada Ps+ causada por el hinchamiento de la capa de cristal y la doble capa eléctrica y la fuerza de "cuña" disipada Ps- causada por el agrietamiento de la laminación y el poro. colapso entre agregados62.

Bentonita Na original de GMZ (a), bentonita original/polvo de hierro (100:1 (b), 10:1 (c), 1:1 (d)) y reaccionaron con un contenido de agua del 15 %, 30 % durante 90 días. .

La Tabla 2 muestra los parámetros de fuerza de hinchamiento de 1 a 10 muestras en el proceso de absorción de agua. Se puede encontrar que el valor máximo, el valor final y el tiempo necesario para alcanzar el valor máximo de la bentonita Na GMZ original (1#) son mayores que los de las muestras de bentonita/polvo de hierro (2–10#). Esto se puede atribuir al mayor contenido de bentonita y a la mejor capacidad de hinchamiento de la muestra compactada de bentonita Na original de GMZ. Además, no ha sido degradado por los productos de corrosión del hierro y tiene mejor estabilidad coloidal y capacidad de hinchamiento. Para las muestras que contienen polvo de hierro con diferentes proporciones (2–4#, 5–7#, 8–10#), el valor máximo, el valor final y el tiempo necesario para alcanzar el valor máximo de la fuerza de hinchamiento disminuyen ya sea antes o después. después de la degradación de la bentonita. Con base en los resultados de las secciones 2.2 a 2.4, las razones de la disminución del rendimiento de hinchamiento de la bentonita degradada se pueden resumir de la siguiente manera: (1) El Fe2+/Fe3+ producido por la corrosión del hierro migra a la capa cristalina de Mt y sustituye al Na+, lo que conduce a a la disminución de la capacidad de hidratación de los cationes y del espaciamiento entre capas53. (2) La destrucción de la integridad estructural del Mt puede provocar la disminución del contenido de Mt en la bentonita. (3) La adsorción de Fe2+/Fe3+ en la superficie del laminado de Mt puede neutralizar la carga negativa de Mt, reduciendo así la fuerza repulsiva de la doble capa eléctrica difundida en la superficie del laminado16. Además, con la disminución de la fuerza de hinchamiento de la bentonita y la formación de productos de corrosión del hierro, la porosidad y la permeabilidad de la bentonita aumentan y se acorta el tiempo necesario para alcanzar el valor máximo de la fuerza de hinchamiento.

La Figura 8 muestra la absorción de agua después de humedecer durante 10.000 minutos de 1 a 10 # de muestras compactadas. Se puede ver que la absorción de agua (% en peso) de la muestra compactada de bentonita Na original de GMZ (1#) es del 31,03%, que es mayor que la de las muestras de bentonita/polvo de hierro (2–10#). Esto se puede atribuir al alto contenido de Mt, el gran espacio entre capas y la fuerte capacidad de absorción de agua de la bentonita Na original de GMZ. Para bentonita/polvo de hierro 100:1, la absorción de agua de muestras de 2 a 4# disminuye gradualmente de la siguiente manera: 30,04 %, 29,30 % y 27,44 %, respectivamente. Esto se relaciona principalmente con la disminución de la capacidad de absorción de agua de la bentonita causada por la disminución del contenido de Mt, el volumen de laminación y el espaciamiento entre capas. Mientras tanto, los poros entre los agregados de bentonita aumentan, lo que conduce a un aumento de agua libre que ingresa a la bentonita62. Por lo tanto, la absorción de agua de la muestra depende en última instancia de su capacidad de absorción de agua y de los poros entre los agregados. Para bentonita/polvo de hierro 10:1, la absorción de agua de las muestras 5# y 6# es 27,38% y 25,82% respectivamente, mostrando una tendencia decreciente, que es similar a la de las muestras 2–4#. En comparación con las muestras 5# y 6#, la tasa de absorción de agua de la muestra 7# aumenta al 28,33%, lo que indica que la absorción de agua de la muestra 7# se ve afectada principalmente por el aumento de poros entre los agregados. Para bentonita/polvo de hierro 1:1, la absorción de agua de muestras de 8 a 10# aumenta gradualmente de la siguiente manera: 28,71%, 29,37% y 29,44%, respectivamente, que es similar a la de la muestra de 7#. Además, la existencia de polvo de hierro y productos de corrosión del hierro también puede aumentar la porosidad de la muestra y tiene una gran influencia en su absorción de agua.

Absorción de agua después de humedecer durante 10,000 minutos de muestras compactadas de bentonita Na original GMZ, bentonita original/polvo de hierro (100:1, 10:1, 1:1) y reaccionaron con un contenido de agua del 15 %, 30 % durante 90 días.

Como principal componente mineral de la bentonita, las variaciones en la estructura del Mt y las propiedades fisicoquímicas son los factores clave que afectan el rendimiento de la barrera amortiguadora de la bentonita. En condiciones ligeramente ácidas (aireadas), los protones en la solución son abundantes, por lo que el Mt no participa directamente en la corrosión del hierro metálico26. Sin embargo, en condiciones alcalinas, los protones existen principalmente en la estructura de Mt en forma de grupos OH, y la desprotonación puede ocurrir tanto en la capa intermedia como en los sitios de borde de Mt. Por lo tanto, en el entorno alcalino débil del agua subterránea simulada de Beishan (pH = 8,15), es muy probable que la desprotonación de los grupos OH en la estructura del Mt participe en el proceso de corrosión de los contenedores a base de hierro para la eliminación de HLW. Se ha reconocido que la alta afinidad del hierro metálico por el Mt y la interacción resultante son las causas de la corrosión de las tuberías de acero cuando se utilizan fluidos de perforación que contienen arcilla63. La presencia de hierro metálico puede inducir la desprotonación de los grupos OH del Mt octaédrico, mientras que el hierro metálico pierde electrones y se corroe aún más. Por tanto, con el paso del tiempo, el hierro metálico se corroe continuamente y el Mt se degrada progresivamente.

Para la bentonita degradada, las intensidades de las bandas de estiramiento de AlAlOH y AlMgOH en FTIR disminuyen, lo que ilustra que el grupo OH en la estructura Mt participó en la reacción de desprotonación25. Además, la formación de la banda de flexión de Si-O-Fe y los resultados de CEC, espectro de Mössbauer, XRD y TEM indican además que el Fe2+/Fe3+ generado por la corrosión del hierro ingresó principalmente al dominio de capa intermedia de Mt (directamente o mediante sustitución con capa intermedia de baja densidad). -cationes valencianos). Por lo tanto, como se muestra en la Fig. 9, se propone un modelo conceptual de desestabilización y degradación de la estructura de Mt: (a) La actividad del polvo de hierro reducido puede promover la desprotonación del grupo OH del Mt octaédrico y el aumento del pH, lo que aceleró aún más la ionización de AlAlOH y AlMgOH, libera H+ para formar AlAlO- y AlMgO-. Mientras tanto, el Fe2+/Fe3+ se disuelve a partir de la corrosión del hierro metálico. (b) La formación de AlAlO- y AlMgO- hace que Fe2+/Fe3+ sea adsorbido en la superficie del laminado de Mt y luego entre en la capa cristalina de Mt (directamente o mediante sustitución con cationes de baja valencia entre capas) para compensar la capa intermedia. déficit de carga. (c) Con el tiempo, el hierro metálico se disuelve continuamente, la cantidad de Fe2+/Fe3+ que ingresa a la estructura de Mt aumenta y el espaciado entre capas de Mt disminuye gradualmente.

a AlAlOH y AlMgOH se ionizan y liberan H+ para formar AlAlO− y AlMgO−, b Fe2+/Fe3+ entran principalmente en la capa intermedia de Mt para compensar el déficit de carga de la capa intermedia. c Con el tiempo, la cantidad de Fe2+/Fe3+ que ingresa a la estructura de Mt aumenta y el espaciado entre capas de Mt disminuye gradualmente.

En resumen, el análisis de microestructura muestra que el Fe2+/Fe3+ disuelto del polvo de hierro reducido podría adsorberse en la superficie del laminado de montmorillonita (Mt) y sustituir parte de Na+ en la capa intermedia de Mt, lo que provocó la disminución del volumen y el espaciado entre capas de Mt. Mientras tanto, la integridad estructural del monte en bentonita quedó destruida. En términos de propiedades macroscópicas, el Fe2+/Fe3+ generado por la corrosión del hierro disminuyó significativamente la absorción de agua y la capacidad de hinchamiento de la bentonita. Además, la degradación de la estructura y propiedades de la bentonita se agravó con el aumento de la proporción de polvo de hierro, el contenido de agua y el tiempo de reacción. Se propuso el mecanismo de desestabilización y degradación de la estructura del Mt en bentonita: Fe2+/Fe3+ generado por la corrosión del hierro entró en el dominio de la capa intermedia de Mt (directamente o mediante sustitución con cationes de baja valencia entre capas) para compensar el déficit de carga entre capas.

La composición mineral de la bentonita Na GMZ en Mongolia Interior es: montmorillonita, 75 ± 1%; cuarzo, 12 ± 1%; cristobalita, 7 ± 1%; feldespato, 4 ± 1%; caolinita, 1 ± 1%; calcita, 1 ± 1%64. Antes del experimento, el polvo de bentonita se secó en un horno a 105 ± 3 °C (en condiciones ambientales) durante 8 horas para eliminar el agua absorbida naturalmente en la bentonita. La solución de agua subterránea simulada de Beishan se preparó en condiciones aeróbicas de acuerdo con la composición de la muestra de agua subterránea del pozo BS03 en la sección del pozo antiguo del área de Beishan49, y los componentes específicos se proporcionan de la siguiente manera: NaSO4, 1,5777 g L-1; NaCl, 1,4876 g L-1; CaCl2, 0,5792 g L-1; MgSO4·7H2O, 0,5716 g L-1; NaHCO3, 0,1384 g L-1; NaNO3, 0,0372 g L-1; KCl, 0,0382 g L-1.

La solución simulada preparada se congeló a -40 °C, se trituró con una trituradora de hielo y se tamizó para obtener hielo en polvo ultrafino con un tamaño de partícula de <10 μm. Para explorar la influencia del grado de corrosión de los contenedores a base de hierro en la estructura y propiedades de la bentonita, se mezclaron minuciosamente polvo de hierro, bentonita y hielo en polvo y se agitaron en diferentes proporciones (ver Tabla 3) a la baja temperatura de -40ºC. °C, luego se selló al vacío y reaccionó a temperatura ambiente. A través del análisis de los productos de corrosión del hierro, combinado con las variaciones de los parámetros del contenido de cationes intercambiables de la capa intermedia de Mt, la composición mineral, el espaciado de las capas intermedias, el estado de aparición del hierro en Mt, la absorción de agua y la capacidad de hinchamiento para revelar el mecanismo de degradación de la estructura de Mt.

El proceso de preparación de productos de corrosión del hierro/bentonita degradada para análisis XRD (ídem para las otras técnicas) fue el siguiente: (1) las muestras B1_I1_W15 y B1_I1_W30 reaccionaron durante 90 días en condiciones anóxicas selladas; (2) Las muestras mezcladas después de la reacción se colocaron en una caja con guantes, se secaron con nitrógeno de alta pureza (>99,999%), se molieron, tamizaron y se sellaron al vacío; (3) El polvo de hierro/productos de corrosión del hierro y la bentonita degradada se separaron de las muestras mezcladas mediante un imán de campo fuerte.

Se utilizaron difracción de rayos X (XRD, Cu-K-alpha, Smartlab 9 kW, Rigaku, Japón) y espectroscopía Raman (HR800, Horiba Jobin-Yvon, Francia) para caracterizar la composición de fases de los productos de corrosión del hierro. La prueba XRD se llevó a cabo con Cu ka (λ = 0,15406 nm) a 50 kv-250 mA, y el rango y la velocidad de escaneo se establecieron en 5–70° y 10° min-1 respectivamente. Los resultados fueron analizados cualitativamente mediante el software Jade 6.0. Para el análisis del espectro Raman, se adoptó como rayo láser una fuente de luz He-Ne con una longitud de onda de 632,8 nm, el tamaño del punto fue 1 μm2 y el objetivo utilizado para enfocar el haz fue x50LWD. Además, la potencia del láser siempre se mantuvo por debajo de 1 mW para evitar que la composición de los productos de corrosión cambiara mediante el calentamiento del láser, y el tiempo de acumulación fue de 30 s. Los resultados fueron analizados cualitativamente con base en la literatura publicada38,39,40,41,42,43.

Para investigar el efecto de Fe2+/Fe3+ disuelto de la corrosión del hierro en la CIC de las capas intermedias de Mt en bentonita Na GMZ, se empleó espectroscopía de emisión de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES, iCAP 7000, Thermo Fisher, Singapur) para medir el Na+ y el Fe2+. /Contenido de Fe3+ de la capa intermedia de Mt en bentonita GMZ original y bentonita degradada (las muestras B100_I1_W15, B100_I1_W30, B1_I1_W15 y B1_I1_W30 reaccionaron durante 30 días, 60 días y 90 días, y después de la eliminación del polvo de hierro/productos de corrosión del hierro). Antes de la medición de ICP-OES, la bentonita se enjuagó varias veces con agua desionizada en condiciones anóxicas en una caja con guantes para eliminar la solución salina adsorbida en la superficie de la muestra y luego se secó con nitrógeno de alta pureza, se molió, se tamizó y se selló. para almacenamiento. La CIC en la capa intermedia de Mt se midió mediante el método NH3·H2O-NH4Cl65 y la fórmula de reacción se proporcionó de la siguiente manera:

Se aplicó XRD para analizar la composición mineral de la bentonita Na original de GMZ y la bentonita degradada (las muestras B100_I1_W15, B100_I1_W30, B1_I1_W15 y B1_I1_W30 reaccionaron durante 90 días y después de la eliminación del polvo de hierro/productos de corrosión del hierro). La prueba XRD se llevó a cabo con Cu ka (λ = 0,15406 nm) a 50 kv-250 mA, y el rango y la velocidad de escaneo se establecieron en 5–40° y 10° min-1 respectivamente. Los resultados fueron analizados cualitativamente mediante el software Jade 6.0.

Se empleó espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR, EQUINOX 55, Bruker, Europa) para detectar los enlaces químicos y grupos funcionales de la estructura molecular de la bentonita, y la transmitancia se midió con la técnica de disco prensado de KBr (1 mg de muestra y 200 mg de KBr )25,26. Para cada muestra, se registraron 16 escaneos con una resolución de 2 cm-1. El rango de medición de la longitud de onda infrarroja fue de 4000 a 400 cm-1 y las manipulaciones espectrales se realizaron utilizando el paquete de software OMNIC25.

Se utilizó un microscopio electrónico de transmisión con corrección de aberración esférica (TEM, Titan G2 60–300, FEI, EE. UU.) para analizar la microestructura de Mt en la bentonita Na original de GMZ y la bentonita degradada (la muestra B100_I1_W30 reaccionó durante 90 días y después de su eliminación del polvo de hierro/productos de corrosión del hierro). Antes de la medición TEM, la bentonita se dispersó en una solución de acetona en una proporción de 1:50 y luego la muestra se pescó con una red de cobre de malla 230. Además, vale la pena señalar que la diferencia de espesor promedio entre las muestras TEM de microcristales de Monte no se vio afectada por la humedad25,66,67.

Se utilizó la espectroscopía de Mössbauer para caracterizar el estado de aparición del hierro en la bentonita Na original de GMZ y en la bentonita degradada (la muestra B1_I1_W30 reaccionó durante 90 días y después de la eliminación del polvo de hierro/productos de corrosión del hierro). Se utilizó el espectrómetro Mössbauer (fuente de 57Co (Rh), MFD-500AV, Topologic, Japón) para registrar espectros de 57Fe Mössbauer a temperatura ambiente (RT, 298 K). La escala de velocidad se calibró con referencia a α-Fe, definiendo el punto medio del espectro hiperfino del hierro la velocidad cero. El análisis de datos y el ajuste del espectro de 57Fe Mössbauer se llevaron a cabo mediante el software Mosswinn 4.0. Para eliminar los efectos del espesor del absorbente, todas las muestras del absorbente contenían entre 7 y 10 mg de Fe cm-2 29.

Se empleó un aparato de compactación de bentonita de desarrollo propio para preparar muestras compactadas de bentonita Na GMZ original y bentonita/polvo de hierro 100:1, 10:1 y 1:1 (antes/después de la degradación). Antes de la preparación de la muestra, el polvo de bentonita original se secó en un horno a 105 ± 3 °C (en condiciones ambientales) durante 8 h. Las muestras mixtas de bentonita/polvo de hierro reaccionadas se secaron con nitrógeno de alta pureza en una caja con guantes a temperatura ambiente (en condiciones anóxicas) hasta que el peso permaneció estable. La Tabla 4 muestra los parámetros de prueba relevantes de diferentes muestras de bentonita compactada descritas anteriormente. El aparato mecánico totalmente automatizado de carga de motor (YUC.YJZPZ-1, tecnología Yuchuang, China) se utilizó para monitorear en tiempo real la fuerza de hinchamiento de volumen constante de diferentes muestras compactadas en el proceso de absorción de agua. La prueba de fuerza de hinchamiento adoptó el modo de carga de deformación constante, la velocidad de carrera fue de 0,1 mm min-1 y el período de prueba duró 10.000 min. La absorción de agua de muestras compactadas de bentonita GMZ original y bentonita/polvo de hierro (antes/después de la degradación) se calculó mediante la siguiente fórmula:

W0 es el peso inicial de la muestra, W1 el peso de la muestra después de la absorción de agua.

Los datos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles a través de los autores correspondientes previa solicitud razonable.

Johnson, L. & King, F. El efecto de la evolución de las condiciones ambientales en la trayectoria evolutiva de la corrosión en un depósito de combustible gastado y desechos de alta actividad en arcilla opalinus. J. Nucl. Madre. 379, 9-15 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Montes, HG, Fritz, B., Clement, A. & Michau, N. Modelado de reacciones geoquímicas e intercambio catiónico experimental en bentonita MX 80. J. Medio Ambiente. Administrar. 77, 35–46 (2005).

Artículo de Google Scholar

Zhang, F., Ye, W., Wang, Q., Chen, Y. y Chen, B. Una visión de la presión de hinchamiento de la bentonita GMZ01 teniendo en cuenta los efectos de la solución salina. Ing. Geol. 251, 190-196 (2019).

Artículo de Google Scholar

Guo, X., Gin, S. y Frankel, GS Revisión de las interacciones de corrosión entre diferentes materiales relevantes para la eliminación de desechos nucleares de alta actividad. npj Mater. Degradar. 4, 34–50 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Smart, NR, Reddy, B., Rance, AP, Nixon, DJ y Diomidis, N. La corrosión anaeróbica del acero al carbono en bentonita compactada saturada en el concepto de repositorio suizo. Corros. Ing., Ciencias. Tecnología. 52, 113-126 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Zhang, Z., Ye, W., Liu, Z., Wang, Q. y Cui, Y. Comportamiento mecánico de mezclas de pellets de bentonita GMZ en un amplio rango de succión. Ing. Geol. 264, 105383–105391 (2020).

Artículo de Google Scholar

Xu, L., Ye, W., Chen, B., Chen, Y. & Cui, Y. Investigaciones experimentales sobre las propiedades termohidromecánicas de la mezcla compactada de bentonita y arena GMZ01 utilizando como materiales amortiguadores. Ing. Geol. 213, 46–54 (2016).

Artículo de Google Scholar

Lee, JO, Lim, JG, Kang, IM y Kwon, S. Presiones de hinchazón de cabentonita compactada. Ing. Geol. 129–130, 20–26 (2012).

Artículo de Google Scholar

Wang, Q., Meng, Y., Su, W., Ye, W. y Chen, Y. Comportamiento de agrietamiento y sellado de la bentonita compactada al llenar los vacíos tecnológicos. Ing. Geol. 292, 106244–106255 (2021).

Artículo de Google Scholar

Wei, X. y col. Estudio sobre el comportamiento de corrosión de acero bajo en carbono bajo diferentes condiciones de agua en bentonita de China-Mock-Up. Aplica. Ciencia de la arcilla. 167, 23-32 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Cui, S., Zhang, H. & Zhang, M. Características de hinchazón de mezclas compactadas de bentonita y arena GMZ como material amortiguador/de relleno en China. Ing. Geol. 141-142, 65-73 (2012).

Artículo de Google Scholar

Sun, D., Zhang, J., Zhang, J. & Zhang, L. Características de hinchamiento de la bentonita GMZ y sus mezclas con arena. Aplica. Ciencia de la arcilla. 83–84, 224–230 (2013).

Artículo de Google Scholar

He, H., Ma, Y., Zhu, J., Peng, Y. & Qing, Y. Organoarcillas preparadas a partir de montmorillonitas con diferente capacidad de intercambio catiónico y configuración tensioactiva. Aplica. Ciencia de la arcilla. 48, 67–72 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Ye, W., Chen, Y., Bao, C., Wang, Q. y Ju, W. Avances en el conocimiento de las propiedades de amortiguación/relleno de la bentonita GMZ fuertemente compactada. Ing. Geol. 116, 12-20 (2010).

Artículo de Google Scholar

Bergaya, F., Theng, BKG y Lagaly, G. Desarrollos en la ciencia de la arcilla. Manual de ciencia de la arcilla 1, 1224 (2006).

Google Académico

Egloffstein, TA Bentonitas naturales: influencia del intercambio iónico y la desecación parcial sobre la permeabilidad y la capacidad de autocuración de las bentonitas utilizadas en GCL. Geotexto. Geomembranas 19, 427–444 (2001).

Artículo de Google Scholar

Ramírez, S., Cuevas, J., Vigil, R. & Leguey, S. Alteración hidrotermal de bentonita "La Serrata" (Almería, España) por soluciones alcalinas. Aplica. Ciencia de la arcilla. 21, 257–269 (2002).

Artículo CAS Google Scholar

Karnland, O., Olsson, S., Nilsson, U. y Sellin, P. Presiones de hinchamiento e interacciones geoquímicas determinadas experimentalmente de bentonita de Wyoming compactada con soluciones altamente alcalinas. Física. Química. Tierra 32, 275–286 (2007).

Artículo de Google Scholar

Fernández, R., Cuevas, J. & Mäder, Reino Unido Modelado de resultados experimentales de difusión de soluciones alcalinas a través de una barrera de bentonita compactada. Cem. Concr. Res. 40, 1255-1264 (2010).

Artículo de Google Scholar

Chen, B., Zhang, H. y Chen, P. Influencia de la infiltración de una solución hiperalcalina en la estructura de poros microscópicos de la bentonita GMZ compactada. Universidad J. Zhejiang. (Eng. Sci.) 47, 602–608 (2013).

CAS Google Académico

Zahrim, AY y cols. Las nanopartículas mejoraron la coagulación del lixiviado biológicamente digerido. Nanotecnología. Tratamiento de aguas residuales. 205–241. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813902-8.00011-3 (2019).

Carlson, L. y col. Estudios experimentales de las interacciones entre el hierro que se corroe anaeróbicamente y la bentonita. Física. Química. Tierra 32, 334–345 (2007).

Artículo de Google Scholar

Bennett, DG & Gens, R. Descripción general de los conceptos europeos para la eliminación de residuos de alta actividad y combustible gastado con referencia especial a la corrosión de los contenedores de residuos. J. Nucl. Madre. 379, 1–8 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Kaufhold, S., Hassel, AW, Sanders, D. & Dohrmann, R. Corrosión de botes de hierro de desechos radiactivos de alto nivel en contacto con bentonita. J. Nucl. Madre. 285, 464–473 (2015).

CAS Google Académico

Osacky, M., Sucha, V., Czimerova, A. & Madejova, J. Reacción de esmectitas con hierro en una atmósfera de nitrógeno a 75 °C. Aplica. Ciencia de la arcilla. 50, 237–244 (2010).

Artículo CAS Google Scholar

Lantenois, S., Lanson, B., Muller, F., Bauer, A. y Planon, A. Estudio experimental de la interacción de la esmectita con el metal Fe a baja temperatura, 1. Desestabilización de la esmectita. Arcillas Clay Miner 53, 597–612 (2005).

Artículo CAS Google Scholar

Perronnet, M. et al. Hacia un vínculo entre las heterogeneidades energéticas de las caras marginales de las esmectitas y su estabilidad en un contexto de corrosión metálica. Geochim. Cosmochim. Acta 71, 1463-1479 (2007).

Artículo CAS Google Scholar

Helsen, JA Caracterización de montmorillonita y hectorita intercambiadas con hierro (II) y hierro (III) mediante el efecto Mössbauer. Minero de arcilla 18, 117-125 (1983).

Artículo CAS Google Scholar

Diamant, A. & Pasternak, M. Caracterización del hierro adsorbido en montmorillonita mediante espectroscopia de Mössbauer. Arcillas Clay Miner 30, 63–66 (1982).

Artículo CAS Google Scholar

Bartonkova, H. et al. Estudio de Mössbauer de montmorillonita modificada con óxido de hierro. Interacción hiperfina 165, 221–225 (2005).

Artículo de Google Scholar

Johnston, JH Sustitución de hierro en montmorillonita, illita y glauconita mediante espectroscopia de 57Fe Mössbauer. Arcillas Clay Miner 35, 170-176 (1987).

Artículo CAS Google Scholar

Heller-Kallai, L. & Rozenson, I. El uso de la espectroscopia de hierro de Mössbauer en la mineralogía de las arcillas. Física. Química. Minero. 7, 223–238 (1981).

Artículo CAS Google Scholar

Gracia, M., Gancedo, JR, Marco, JF, Franco, MJ & Pajares, JA Mössbauer Estudio de remoción de hierro en una montmorillonita. Interacción hiperfina 46, 629–634 (1989).

Artículo de Google Scholar

Lounis, Z., Saddouki, S. y Djafri, F. Eliminación de iones Pb2+ en fase acuosa mediante una montmorillonita sódica. J.Anal. Ciencia. Tecnología. 3, 104-112 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Xian, Z., Hao, Y., Bai, H., Zhao, Y. & Song, S. Correlación de la exfoliación de montmorillonita con cationes entre capas en la preparación de nanohojas bidimensionales. RSC Avanzado. 7, 41471–41478 (2017).

Artículo de Google Scholar

Wei, X., Dong, J., Chen, N., Yadav, AP y Ke, W. Efectos del contenido de bentonita en la evolución de la corrosión del acero con bajo contenido de carbono en un entorno de eliminación geológica simulada. J. Mater. Ciencia. Tecnología. 66, 45–56 (2020).

Google Académico

Zhang, C. y col. Nuevos conocimientos sobre los comportamientos de hidroxilación de la superficie del cuarzo α (101) y sus efectos sobre la adsorción de oleato de sodio. Minerales 9, 450–468 (2019).

Artículo de Google Scholar

Dunnwald, J. y Otto, A. Una investigación de las transiciones de fase en capas de óxido mediante espectroscopia raman. Corros. Ciencia. 29, 1167-1176 (1989).

Artículo de Google Scholar

DeFaria, DLA, Silva, SV & DeOliveira, MT Microespectroscopia Raman de algunos óxidos y oxihidróxidos de hierro. J. Raman Spectrosc. 28, 873–878 (1997).

3.0.CO;2-B" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291097-4555%28199711%2928%3A11%3C873%3A%3AAID-JRS177%3E3.0.CO%3B2-B" aria-label="Article reference 39" data-doi="10.1002/(SICI)1097-4555(199711)28:113.0.CO;2-B">Artículo CAS Google Scholar

Verble, JL Estudios de dispersión de luz dependientes de la temperatura de la transición de Verwey y desorden electrónico en magnetita. Física. Rev. B 9, 5236–5248 (1974).

Artículo CAS Google Scholar

Oh, SJ, Cook, DC y Townsend, HE Caracterización de óxidos de hierro comúnmente formados como productos de corrosión en acero. Interacción hiperfina. 112, 59–65 (1998).

Artículo CAS Google Scholar

Ohtsuka, T. y Tanaka, S. Monitoreo del desarrollo de capas de óxido en acero desgastado mediante espectroscopia Raman in situ en condiciones cíclicas húmedas y secas. J. Electroquímica de estado sólido. 19, 3559–3566 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Hart, TR y cols. Actas de la tercera conferencia internacional sobre dispersión de luz en sólidos, Flammarion, París. 254–258 (1976).

Refait, P., Benali, O., Abdelmoula, M. & Genin, JMR Formación de 'óxido verde férrico' y/o ferrihidrita por oxidación rápida de óxido verde de hidroxicloruro de hierro (II-III). Corros. Ciencia. 45, 2435–2449 (2003).

Artículo CAS Google Scholar

Xue, F. y col. Efecto del oxígeno disuelto residual sobre el comportamiento a la corrosión del acero con bajo contenido de carbono en una solución de NaHCO3 0,1 M. J. Mater. Ciencia. Tecnología. 34, 1349-1358 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Wei, X. y col. Influencia de los sedimentos de bentonita deteriorados en el comportamiento a la corrosión de aceros de baja aleación NiCu. Acta Metall. Pecado. (Lett. inglés) 35, 1011–1022 (2021).

Artículo de Google Scholar

Wei, X. y col. Efectos de las condiciones aeróbicas y anóxicas sobre el comportamiento a la corrosión del acero de baja aleación NiCu en las soluciones simuladas de agua subterránea. Acta Metall. Pecado. (Lett. inglés) 36, 745–757 (2023).

Artículo CAS Google Scholar

Revie Winston, Manual de corrosión de R. Uhlig, John Wiley and Sons, Inc, (2011).

Sun, Y. et al. Comprender el papel de las aleaciones de Ni y Cu en la mejora de la resistencia a la corrosión del acero de baja aleación en el agua subterránea simulada de Beishan. J. Mater. Ciencia. Tecnología. 130, 124-135 (2022).

Artículo CAS Google Scholar

Samper, J., Lu, C. & Montenegro, L. Modelo de transporte reactivo de interacciones de productos de corrosión y bentonita. Física. Química. Tierra 33, 306–316 (2008).

Artículo de Google Scholar

Brigatti, MF, Colonna, S., Malferrari, D., Medici, L. & Poppi, L. Adsorción de mercurio por montmorillonita y vermiculita: un estudio combinado de XRD, TG-MS y EXAFS. Aplica. Ciencia de la arcilla. 28, 1–8 (2005).

Artículo CAS Google Scholar

Li, Y., Wang, X. & Wang, J. Intercambio catiónico, espaciado entre capas y análisis térmico de montmorillonita Na/Ca modificada con iones de metales alcalinos y alcalinotérreos. J. Terma. Anal. Calorim. 110, 1199-1206 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Ferrage, E., Lanson, B., Sakharov, BA y Drits, VA Investigación de las propiedades de hidratación de la esmectita mediante el modelado de patrones experimentales de difracción de rayos X. Parte I. Propiedades de hidratación de la montmorillonita. Soy. Mineral. 90, 1358-1374 (2005).

Artículo CAS Google Scholar

Ferrage, E. y col. Investigación de las propiedades de hidratación de la esmectita dioctaédrica mediante modelado de perfiles de difracción de rayos X: influencia de la carga de la capa y la ubicación de la carga. Soy. Mineral. 92, 1731-1743 (2007).

Artículo CAS Google Scholar

Johnstoni, JH & Cardile, CM 57Fe Mössbauer estudio espectroscópico de montmorillonitas: una nueva interpretación. Arcillas Clay Miner 34, 307–313 (1986).

Artículo de Google Scholar

Muller, F., Besson, G., Manceau, A., Drits, VAJP & Minerals, CO Distribución de cationes isomorfos dentro de láminas octaédricas en montmorillonita de Camp-Bertaux. Física. Química. Minero. 24, 159-166 (1997).

Artículo CAS Google Scholar

Chaves, LHG, Curry, JE, Stone, DA, Carducci, MD y Chorover, J. Incorporación de níquel en óxido verde de hidroxisulfato de Fe (II, III): efecto sobre el espaciado de la red cristalina y los productos de oxidación. Rev. Bras. Ciencia. Solo 33, 1115-1123 (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Génin, J.-MR Royas verdes hidroxisal de Fe (II-II); desde la corrosión hasta la mineralogía y desde las reacciones abióticas hasta las bióticas mediante espectroscopía de Mössbauer. Interacción hiperfina. 156-157, 471-485 (2004).

Artículo de Google Scholar

Villar, MV & Lloret, A. Influencia de la densidad seca y el contenido de agua en el hinchamiento de una bentonita compactada. Aplica. Ciencia de la arcilla. 39, 38–49 (2008).

Artículo CAS Google Scholar

Sí, WM et al. Efectos de la temperatura sobre la presión de hinchamiento y la conductividad hidráulica saturada de la bentonita GMZ01 compactada. Reinar. Ciencia de la Tierra. 68, 281–288 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Pusch, R. Interacciones mineral-agua y su influencia en el comportamiento físico de la bentonita Na altamente compactada. Poder. Geotecnología. J. 19, 381–387 (1982).

Artículo CAS Google Scholar

Ye, W. et al. Características y modelado de curvas de evolución temporal de la presión de hinchamiento de bentonita. Mentón. J. Geotecnología. Inglés 42, 29–36 (2020).

Google Académico

Cosultchi, A., Rossbach, P. y Hernandez-Calderon, I. Análisis XPS de la adherencia de las tuberías de pozos de petróleo. Navegar. Interfaz Anal. 35, 239–245 (2003).

Artículo CAS Google Scholar

Chen, L. y col. Investigación del comportamiento térmico-hidromecánico (THM) de la bentonita GMZ en la prueba de maqueta de China. Ing. Geol. 172, 57–68 (2014).

Artículo de Google Scholar

Xiang, GS, Fang, Y. & Xu Y, F. Características de hinchazón de la bentonita GMZ01 afectadas por la reacción de intercambio catiónico. Universidad J. Zhejiang. (Eng. Sci.) 51, 931–936 (2017).

Google Académico

Mystkowskl, K., rodon, JS & Elsass, F. Espesor medio y distribución de espesor de cristalitos de esmectita. Minero de arcilla 35, 545–557 (2000).

Artículo de Google Scholar

Osacý, M. et al. Propiedades mineralógicas y físico-químicas de las bentonitas de la Formación Jastrabá (Montes Kremnické vrchy, Cárpatos occidentales). Geol. Carpatica 70, 433–445 (2019).

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Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (No. 52173304, No. U1867216 y No. 51701222) y un importante proyecto de I+D de la provincia de Liaoning (2020JH1/10100001).

Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad de Ciencia y Tecnología de China, Shenyang, 110016, China

Yupeng Sol

Laboratorio Nacional de Ciencia de Materiales de Shenyang, Instituto de Investigación de Metales, Academia de Ciencias de China, Shenyang, 110016, China

Yupeng Sun, Yangtao Zhou, Xin Wei, Junhua Dong, Nan Chen y Qiying Ren

Centro de Espectroscopía Avanzada de Mössbauer, Centro de Datos del Efecto Mössbauer, Instituto Dalian de Física Química, Academia China de Ciencias, 457 Zhongshan Road, Dalian, 116023, China

Junhu Wang

Centro de Corrosión Ambiental de Materiales, Instituto de Investigación de Metales, Academia China de Ciencias, Shenyang, 110016, China

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YS: metodología, investigación, análisis formal, redacción - borrador original, redacción - revisión y edición. YZ: análisis formal. XW: adquisición de financiación, metodología, análisis formal, redacción - revisión y edición. JD: adquisición de financiación, conceptualización, redacción - borrador original, redacción - revisión y edición. NC: análisis formal. QR: análisis formal. JW: análisis formal. WK: conceptualización.

Correspondencia a Xin Wei o Junhua Dong.

El autor no declara intereses en competencia.

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Reimpresiones y permisos

Sun, Y., Zhou, Y., Wei, X. et al. Efectos de los productos de corrosión del hierro sobre la degradación de la estructura y propiedades de la bentonita. npj Mater Degrad 7, 66 (2023). https://doi.org/10.1038/s41529-023-00380-3

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Recibido: 15 de marzo de 2023

Aceptado: 23 de julio de 2023

Publicado: 11 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41529-023-00380-3

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