Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Bentonite Erosion, Laboratory Studies
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE), Chemistry.
2009 (Swedish)Report (Other academic)
Abstract [en]

This report covers the laboratory studies that have been performed at Nuclear Chemistry, KTH in the project “Bentonite Erosion”. Many of the experiments in this report were performed to support the work of the modelling group and were often relatively simple.

One of the experiment series was performed to see the impact of gravity and concentration of mono- and di-valent cations. A clay suspension was prepared in a test tube. A net was placed in contact with the suspension, the test tube was filled with solutions of different concentrations and the system was left overnight to settle. The tube was then turned upside down and the behaviour was visually observed. Either the clay suspension fell through the net or stayed on top. By using this method surprisingly sharp determinations of the Critical Coagulation (Flocculation) Concentration (CCC/CFC) could be made. The CCC/CFC of Ca2+ was for sodium montmorillonite determined to be between 1 and 2 mM.

An artificial fracture was manufactured in order to simulate the real case scenario. The set-up was two Plexiglas slabs separated by 1 mm thick spacers with a bentonite container at one side of the fracture. Water was pumped with a very low flow rate perpendicular to the bentonite container and the water exiting the fracture was sampled and analyzed for colloid content. The bentonite used was treated in different ways. In the first experiment a relatively montmorillonite rich clay was used while in the second bentonite where only the readily soluble minerals had been removed was used.

Since Plexiglas was used it was possible to visually observe the bentonite dispersing into the fracture. After the compacted bentonite (1,000 kg/m3) had been water saturated the clay had expanded some 12 mm out into the fracture. As the experiment progressed the clay expanded more out into the fracture and seemed to fractionate in two different phases with less material in the outmost phase. A dark rim which was later analyzed to contain mostly feldspar developed at the border between the two phases.

After 45 weeks the clay had expanded some 20 cm into the fracture. The colloid content in the outlet solution was however stable and less than 200 mg/l. The size of the colloids was however much smaller than that obtained when MX-80 is dispersed in water. The development of the clay profile into the fracture and the colloid content in the outlet solutions were the same in both experiments.

In one of the fracture experiments the fracture was tilted, inclining some 2–3 degrees with the higher end at the water outlet. A relatively thick gel accumulated at the inlet side of the fracture, i.e. the clay sedimented towards the water flow, clearly showing that gravity plays a big role in this system.

Abstract [sv]

Den här rapporten avhandlar de försök som gjorts på avdelningen Kärnkemi, KTH, i projektet ”Bentonite Erosion”. Mycket av arbetet skedde i nära samarbete med projektets modelleringsgrupp och många försök var relativt enkla och gjordes för att testa olika parametrars inverkan på systemet bentonit-vatten.

I ett av försöken undersöktes påverkan av gravitation och koncentration av mono- och di-valenta katjoner. En lersuspension framställdes i ett provrör och ett nät som hölls på plats mha en o-ring placerades direkt ovanför suspensionen. Provröret fylldes med lösningar med olika koncentrationer av katjoner och lämnades därefter. Dagen efter vändes provröret upp-och-ner. Antingen föll leran genom nätet inom 5–15 minuter eller annars stannade den kvar under längre tider (några prover observerades upp till två månader). Denna metod gav överraskande tydliga svar. Den s.k. kritiska koaguleringskoncentrationen (”Critical Coagulation (Flocculation) Concentration”, CCC/CFC) kunde för kalciumjoner bestämmas vara mellan 1 och 2 mM för ren natrium-montmorillonit.

En försöksuppställning med en konstgjord spricka byggdes för att simulera det verkliga scenariot. Uppställningen bestod av två plexiglasskivor som hölls skilda av ett antal 1 mm tjocka plastbrickor. På ena sidan av sprickan fanns en bentonitbehållare. Vatten pumpades vinkelrätt mot bentonitbehållaren genom sprickan med en mycket låg flödeshastighet och vatten från utloppet analyserade med avseende på kolloidkoncentration. Bentoniten som användes var förbehandlad på olika sätt. I det första försöket användes en montmorillonitrik lera medan en lera där bara lättlösliga mineraler hade tagits bort användes i det andra försöket.

Eftersom plexiglas användes kunde man visuellt observera hur bentoniten trängde ut i sprickan. Efter att den kompakterade bentoniten (1 000 kg/m3) hade vattenmättats, vilket gjordes via en kanal på bentonitbehållarens baksida, hade leran trängt ut ca 12 mm i sprickan. Vatten började sedan pumpas genom sprickan och leran expanderade ut alltmer. Man kunde observera att leran tycktes fraktionera i två olika faser med en fas som avgjort hade lägre lerhalt längs ut. En svart rand, som senare analyserades till att bestå av mestadels fältspat, byggdes upp mellan de två faserna.

Efter 45 veckor hade leran expanderat ca 20 cm ut i sprickan. Kolloidhalterna i vattnet som lämnade sprickan var dock konstanta genom hela försöket och mindre än 200 mg/l. Storleken på kolloiderna var dock avsevärt mindre än storleken som erhålls när man dispergerar MX-80 bentonit i vatten. Man kunde inte se någon skillnad mellan de två försöken avseende hur profilen byggdes upp i sprickan och hur mycket kolloider som kom ut ur sprickan.

I det andra försöket lutades sprickan 2–3 grader med den högre änden vid vattnets utlopp. En relativt tjock gel av lera ackumulerades vid sprickans inlopp, dvs. leran sedimenterade mot vattenflödet, vilket klart visar att gravitationen spelar en relativt stor roll i det här systemet.

Place, publisher, year, edition, pages
Svensk kärnbränslehantering , 2009. , 33 p.
Series
SKB Technical Report, ISSN 1404-0344 ; TR-09-33
National Category
Chemical Process Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-48557OAI: oai:DiVA.org:kth-48557DiVA: diva2:458006
Note
QC 20111123Available from: 2011-11-23 Created: 2011-11-21 Last updated: 2011-11-23Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

SKB Publikationer

Search in DiVA

By author/editor
Jansson, Mats
By organisation
Chemistry
Chemical Process Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 66 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf