地層処分模擬環境下でのセレンの溶解度に関する実験的研究

Experimental study on the solubility of selenium under simulated disposal conditions

立川 博一*; 北尾 秀夫*; 桂井 清道*; 柳澤 一郎*; 柴田 雅博 ; 陶山 忠宏*; 油井 三和

Tachikawa, Hirokazu*; Kitao, Hideo*; Katsurai, Kiyomichi*; Yanagisawa, Ichiro*; Shibata, Masahiro; Suyama, Tadahiro*; Yui, Mikazu

高レベル放射性廃棄物処分の核種移行評価では、Se-79が重要な核種の一つとなっている。しかしながら、Seの溶解度および溶解度制限固相に関しては、不明な点が多い状況にある。そこで、処分場環境を考慮して、還元雰囲気で、Fe、ベントナイト、黄鉄鉱等を共存させたの条件で、過飽和側からのSeの溶解度実験を行った。また、その際の沈殿固相についても評価を行い、処分環境における溶解度制限固相に関する考察を行った。その結果、60において、Fe(II)溶液、Se溶液を混合した系においては、Se含有固相として、FeSe2(Ferroselite)およびSe(cr.六方晶系)が認められた。また、S(-II)を添加した系においては、SeSが認められた。ベントナイト共存および黄鉄鉱共存系でSe溶解度を求めたところ、中性域で10-8mol/lとなり、pH9では、10-6mol/lとなった。黄鉄鉱共存系での試験における、Se含有固相はSe(cr.六方晶系)を主として、一部FeSe2も確認された。また、侵漬した黄鉄鉱表層部には、Auger分析によりFe(S,Se)固溶体生成の可能性も示唆された。さらに、試験温度を60から80に上げ、Se含有固相の変遷を確認する試験を試みた。その結果、沈殿固相は、Se(cr.六方晶系)からFeSe2およびFeSeのFe-Se系固相へ変遷することが確認され、これにともなって、液相Se濃度は、経時的に減少し、3ヶ月後には、ICP-MSの検出下限(410-9mol/l)以下となるケースがあった。このことから、長期の地層処分環境条件においては、熱力学的に最も安定なFeSe2(Ferroselite)が溶解度変遷固相となる可能性が示唆された。なお、一連の実験環境での硫酸塩還元細菌(SRB)の存在の可能性を調べ、SRBは存在していないことを確認した。

In an evaluation of high level waste (HLW) repository performance, Se-79 is one of important elements to be analyzed. Selenium solubility and solubility limiting solid phase is not clear. Then, we performed solubility measurement tests from over saturation direction under reducing conditions considering the repository conditions in deep underground. In some cases, bentonite (Kunigel V1) or pyrite coexisted in the experimental system to simulate the repository conditions. Se bearing solids were determined by XRD analysis, and solubility limiting solid phase was discussed. FeSe (Ferroselite) and Se (hexagonal) were identified in the simple condition test, in which Fe(II) solution and Se solution were mixed. SeS was also identified when S(-II) solution was added. The Se concentrations in aqueous phase were approximately 10 mol/l at neutral pH and approximately 10 mol/l at pH9 in the bentonite coexisting tests and pyrite coexisting tests. The solid phases identified in the pyrite coexisting tests were mainly Se(hexagonal) and FeSe (Ferroselite) in one of the samples. Further, the possibility of Fe(S,Se) solid solution formation was presumed on the pyrite surface dipping in the test solutions. In addition, we performed another selenium solubility measurement to accelerate the transformation of Se bearing solid phase at elevated temperature (80C). The concentration of Se decreases with time and reached to the detection limit of ICP-MS (410 mol/1) in 3 months. At first, Se(hexagonal) is dominant in the precipitation, however this solid phase was gradually transformed to Fe-Se solids (FeSe, FeSe) with time. Therefore it is strongly suggested that FeSe which is the thermodynamically most stable phase will be a solubility limiting solid phase under repository conditions in long term. As the experimental system was confirmed as sulfate reducing bacteria free, it should be noted that whole observed reactions ...