Tietopankki

Työraportti 2014-2

Takaisin

Nimi:

Cyprus Natural Analogue Project (CNAP) Phase IV Final Report

Raportin kirjoittaja:

Alexander, W., R., Milodowski, A., E.

Kieli:

Englanti

Sivumäärä:

232

Tiivistelmä:

CNAP- projektin (Cyprus Natural Analogue Project) tarkoitus on toimia  loppusijoitustilan bentoniittipuskurin ja sementtimäisten suotovesien tutkimiseksi tehtävien laboratoriokokeiden ja mallinnustöiden tukena. Vaikka tiedetäänkin, että OPC- sementin korkean pH:n (12,5–13) suotovedet heikentävät bentoniitin toi­min­takykyä, on epäselvää, käykö näin myös matalan pH:n sementtien (pH 10–11) suoto­vesillä. Meneillään olevissa laboratorio- ja URL -tutkimusohjelmissa työtä vaikeuttavat reaktioiden hidas kinetiikka ja lyhytikäisten metastabiilien faasien muodostuminen, ja siksi yksiselitteisten tulosten saaminen näillä menetelmillä saattaa kestää vuosi­kymmeniä. Ongelmaa vaikeuttavat entisestään termodynaamisten tietokantojen puut­teellisuus bentoniitti- ja matalan pH:n sementti -suotovesi välisen reaktion kannalta tärkeiden mineraalien osalta. Sen vuoksi päätettiin perustaa bentoniitin ja alhaisen pH:n sementin suotovesien välisiin reaktioihin keskittyvä luonnonanalogiaprojekti hank­kimaan merkkejä todennäköisimmistä pitkäaikaisista reaktiotuotteista ja reaktiopoluista ja täten antamaan palautetta edellä mainituille lyhyen aikavälin tutkimuksille ja selvittää, jos jokin kriittinen polku tarvitsee lisää T & K työtä.

Tässä raportissa esitetään tutkimus, jossa tarkasteltiin Parsatan alueella Kyproksella sijaitsevien luonnon bentoniittien (analogiana teollisille bentoniiteille loppu­sijoi­tustilojen teknisissä vapautumisesteissä) reaktiota niiden alla olevan, luonnollisesti emäksisen, pohjaveden (analogiana matalan pH:n sementin suotovedelle) kanssa. Nämä vedet syntyvät reaktiossa Troodos ofioliitin mafisten ja ultramafisten kivien kanssa. Raportissa esitetään kahden erillisen tarkastelun tulokset ja ne molemmat viittaavat siihen, että alueen pohjavesisysteemi on ollut toiminnassa, ainakin ajoittain noin 105 - 106 vuotta. Bentoniitin pohjakerroksissa on havaittavissa merkkejä reaktiosta pohjaveden kanssa. Tämän oletetaan olevan peräisin pitkäaikaisesta reagoinnista bentoniitin alla olevan emäksisen pohjaveden kanssa, kuitenkin niin että reaktiolla on hyvin rajoittunut alueellinen ulottuvuus. Muuttuneen bentoniitin (montmorilloniitistä palygorskiittiin) tilavuus on selvästi alle 1% koko bentoniitin tilavuudesta.  

Yleisesti ottaen tässä raportissa (ja aikaisemmissa CNAP- raporteissa) esitetyt analyysitulokset viittaavat siihen, että bentoniitin ja emäksisen pohjaveden välinen kemiallinen reaktio on ollut hyvin rajallista 105 - 106 vuotta kestäneellä jaksolla. Tämä näyttäisi osoittavan, että bentoniitin reaktio alhaisen pH:n sementin suotovesien kanssa on merkityksetön.

Kenties yhtä merkittävää on se, että vertailtaessa suurinta osaa olemassa olevia luonnonanalogia-, laboratorio- ja URL- tutkimuksia bentoniitin reaktioista emäksisissä liuoksissa, CNAP lähestyy ensimmäistä kertaa asiaa siten että kenttäolosuhteet simuloivat odotettuja loppusijoitustilan olosuhteita:

  • bentoniittia on riittävän suuri määrä, toisin kuin pienissä laboratoriokokeissa
  • sopiva emäksien suotovesi pystyy reakoimaan bentoniitin pinnan kanssa, samaan tapaan kuin on oletettu tapahtuvan loppusijoitustilan EBS:ssä
  • suotoveden ja bentoniitin välistä reaktiota ohjaa liuenneiden aineiden (erityisesti OH ja Ca) diffuusio bentoniittiin  bentoniitti/suotovesi rajapinnalta, aivan kuten on oletettu tapahtuvan loppusijoitustilassa
  • havaittiin joitakin äärimmäisiä tapauksia (loppusijoitustilan odotetun kehityksen kannalta), joissa kulkeutuminen tapahtuu rakoja pitkin, tämä mahdollistaa vertailun diffuusivisen systeemin kanssa
  •  yllä mainitut asiat merkitsevät sitä, että suotovesi/bentoniitti suhde on realistinen (verrattaessa loppusijoitustilan odotettuun kehitykseen), toisin kuin suurimmassa osassa laboratorio ja luonnonanalogia tutkimuksia
  • reaktiolämpötilat ovat myös todenmukaisia
  • reaktioajat ovat paljon todenmukaisempia kuin kiihdytetyissä laboratorio- ja URL- tutkimuksissa.

Yleisesti ottaen bentoniitti -analogia ofioliittisessa pohjavesiympäristössä ja teollinen bentoniitti loppusijoitustilan teknisissä vapautumisesteissä altistuneena matalan pH:n sementille ovat fysikaalisesti samankaltaisia ja siten reaktion voidaan olettaa olevan rajallinen myös loppusijoitusolosuhteissa.

Avainsanat:

Luonnonanalogia, Kypros, bentoniitti, alkali reaktio, matala alkalisen sementin suotovesi.

Tiedosto(t):

Cyprus Natural Analogue Project (CNAP) Phase IV Final Report (pdf) (22.7 MB)


Takaisin


Jaa artikkeli: