Abstract

Dissolution experiments on freshly cleaved and non-freshly cleaved single crystals of billietite, Ba(H2O)8[(UO2)6O4 (OH)6], were done in HCl solutions of pH 2, in ultrapure water, in 0.1 mol L−1 Na2CO3 solutions of pH 10.5, in 1.0 mol L−1MCl solutions of pH 2 (M = Na, K, Li), in 0.5 mol L−1MCl2 solutions of pH 2 (M = Ca, Sr, Mg) and in a 0.5 mol L−1 Pb(NO3)2 solution of pH 2. Dissolution features on the (001) basal surface of the billietite crystals were examined with atomic-force microscopy, scanning electron microscopy and optical microscopy. Hillocks on the basal surface form in ultrapure water, and a striped pattern of steps occurs on the billietite surface after treatment in a Na2CO3 solution of pH 10.5. Etch pits form only on the basal surface in solutions of pH 2, indicating that their formation is promoted by a higher activity of protons in solution. Symmetry and elongation of etch pits formed in electrolyte solutions of pH 2 can vary with the type of surface (i.e., freshly cleaved versus non-freshly cleaved) and the cation in solution. Etch pits on non-freshly cleaved surfaces commonly display a lower symmetry than the etch pits formed on freshly cleaved surfaces, most likely the result of the degree of alteration of the non-freshly cleaved surfaces. Etch pits elongate parallel to [100] form in aqueous NaCl, KCl and MgCl2 solutions, and etch pits elongate parallel to [010] form in aqueous CaCl2, SrCl2 and Pb(NO3)2 solutions, respectively. A Pb2+-containing phase precipitates on the surface in an aqueous Pb(NO3)2 solution of pH 2. Etch pits formed on billietite in Ca-containing solutions are elongate parallel to the rows of Ca atoms in the bulk structure of becquerelite, Ca(H2O)8 [(UO2)6O4(OH)6], and to the elongation of the becquerelite crystals. The different elongation of etch pits can be explained with an adsorption model involving the cations in solution and specific sites on the basal surface. In the electrolyte solutions, the relief of dissolution features on the basal surface and edges increases in the sequence KCl < Pb(NO3)2 < SrCl2 < NaCl < CaCl2 = MgCl2 = LiCl, suggesting that the relief of the basal surface inversely correlates with the size of the cation in solution.

Abstract

Nous avons étudié la dissolution globale de monocristaux de billietite, Ba(H2O)8[(UO2)6O4(OH)6], fraichement clivés ou non, dans des solutions de HCl de pH 2, dans l’eau ultrapure, dans une solution de Na2CO3, 0.1 mol L−1 d’un pH de 10.5, une solution de MCl (M = Na, K, Li), 1.0 mol L−1, d’un pH de 2, une solution de MCl2 (M = Ca, Sr, Mg), 0.5 mol L−1, d’un pH de 2, et une solution de Pb(NO3)2, 0.5 mol L−1, d’un pH de 2. Les manifestations de la dissolution sur la face (001) des cristaux de billietite ont été examinées par microscopie à force atomique, microscopie électronique à balayage, et microscopie optique. Des amoncellements sur la surface (001) se développent dans l’eau ultrapure, et un agencement rubanné d’échelons se développe sur la surface de la billietite après traitement dans une solution de Na2CO3 d’un pH de 10.5. Les figures de corrosion se développent seulement sur la surface de base dans des solutions de pH 2, indication que leur formation est promue par une activité accrue de protons en solution. La symétrie et l’allongement des figures de corrosion formées dans des solutions d’électrolytes de pH 2 peuvent varier selon la surface, fraichement clivée ou non, et la nature du cation en solution. Les figures de corrosion sur les surfaces non fraichement clivées montrent en général une symétrie plus basse que celles qui sont développées sur les surfaces fraichement clivées, résultat probable du degré d’altération des surfaces vieillies. Les figures de corrosion allongées parallèles à [100] se forment dans des solutions aqueuses de NaCl, KCl et MgCl2, et celles qui sont allongées parallèles à [010] se forment dans des solutions aqueuses de CaCl2, SrCl2 and Pb(NO3)2, respectivement. Un composé de Pb2+ a précipité sur la surface dans une solution aqueuse de Pb(NO3)2 de pH 2. Les figures de corrosion formées sur la billietite dans des solutions contenant le Ca sont allongées parallèles aux rangées d’atomes Ca dans la structure de la becquerelite, Ca(H2O)8[(UO2)6O4(OH)6], et à l’allongement des cristaux de becquerelite. Les différences notées dans l’allongement des figures de corrosion auraient une explication dans l’absorption impliquant les cations en solution et les sites spécifiques sur la surface (001). Dans les solutions d’électrolytes, le relief des figures de dissolution sur cette surface et le long des arêtes augmente selon la séquence KCl < Pb(NO3)2 < SrCl2 < NaCl < CaCl2 = MgCl2 = LiCl, ce qui laisse supposer une corrélation inverse entre le relief et la taille du cation en solution.

(Traduit par la Rédaction)

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