Modificaciones microestructurales, mineralógicas y geoquímicas en bentonitas sometidas a cambios térmicos e hidráulicos

Resumen

El almacenamiento geológico profundo es una de las soluciones más estudiadas ante el problema que suponen la generación y acumulación de residuos radiactivos de alta actividad. Dentro del concepto global de almacenamiento geológico profundo, uno de los campos de estudio se enfoca en el empleo de un material natural que actuaría como barrera de seguridad de los residuos almacenados y que es conocido como bentonita. Para verificar la validez de este material se requiere del estudio de su comportamiento a largo plazo en las condiciones impuestas en la situación de un almacenamiento de este tipo. En este trabajo se realiza una evaluación del comportamiento termo-hidro-mecánico y geoquímico de dos bentonitas (MX-80 y FEBEX), con el fin contribuir a la valoración para su empleo en el contexto mencionado. Para ello se realizaron una serie de ensayos analizando distintos aspectos. Por un lado, se llevaron a cabo ensayos termo-hidráulicos en laboratorio con una duración entre 500 y más de 2.700 días, en los cuales las condiciones de temperatura y humedad aplicadas eran próximas a las que afectarían a la bentonita en una situación de almacenamiento real. Durante la realización de estos ensayos, parámetros como la humedad relativa y la temperatura a la que estaba siendo sometida la bentonita fueron monitorizados, y tras su finalización se realizaron determinaciones como la humedad y densidad seca de la bentonita, análisis microestructural, identificación mineralógica, análisis químicos, etc. Por otro lado, se realizaron una serie de ensayos en bentonitas compactadas con el objetivo principal de analizar su microestructura mediante porosimetría por intrusión de mercurio y difracción de rayos X, asociando los cambios en ésta a propiedades de la bentonita como la presión de hinchamiento o la curva de retención. En general, los resultados obtenidos mostraron cambios en las bentonitas tras los tratamientos termo-hidráulicos, por ejemplo, variaciones en la composición del agua de poro, evolucionando de tipo bicarbonatada sódica a sulfatada sódica y clorurada sódica en función del grado de hidratación de la bentonita compactada y de la duración del tratamiento. El complejo de cambio de la interlámina de la esmectita también se ve modificado con estos tratamientos, principalmente con un incremento del Ca2+ como catión de cambio en detrimento del Na+. Estas modificaciones en la interlámina se pueden relacionar con procesos de disolución/precipitación de distintas fases minerales, y a su vez a la cantidad de agua presente en la bentonita compactada y la migración de esta a través de ella. Se determinaron también fenómenos de disolución coloidal de la esmectita en la bentonita MX-80 con el incremento de la humedad y duración del tratamiento. Sin embargo, no se observó la movilización de los coloides a favor del flujo de agua inyectada. Mineralógicamente se observó un pequeño incremento del porcentaje de illita en el interestratificado I/S en la bentonita MX-80 tras los ensayos termo-hidráulicos, favorecido por el incremento de la humedad y la mayor duración del tratamiento. El estudio de la microestructura reveló modificaciones en la misma asociada a los cambios en la humedad y en la densidad seca de la bentonita, viéndose alterada la relación de los distintos tipos de poros y la cantidad de agua adsorbida en la interlámina de la esmectita. Por su parte, la presión de hinchamiento que se genera asociada a los altos grados de saturación de la bentonita compactada redujo los poros en el rango de la mesoporosidad, siendo este un proceso reversible. Los cambios mencionados debidos al tratamiento termo-hidráulico no causaron una reducción de la capacidad de hinchamiento ni de sellado de la bentonita. En general, ninguno de los efectos observados de los tratamientos termo-hidráulicos muestran alteraciones que limiten el uso de estos materiales como barrera en un almacenamiento geológico profundo.