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鉄型化ベントナイト水熱試験; 低酸素雰囲気での高温条件下における鉄型化ベントナイトの変化の同定

Hydrothermal experiments using Fe-bentonite; Identification of change of Fe-bentonite under low oxygen and high temperature conditions

陶山 忠宏*; 柴田 雅博 ; 笹本 広   

Suyama, Tadahiro*; Shibata, Masahiro; Sasamoto, Hiroshi

処分システムの長期挙動の把握の一つとして炭素鋼腐食生成物-ベントナイト相互作用の理解は重要である。既往の研究から鉄と接触したベントナイトは層間に鉄を取り込み鉄型化することがわかっている。しかしながら、それ以上の変化は現在のところ明確ではない。したがって、本試験では鉄型化スメクタイトを出発物質として、その後に発生する鉱物学的変化を確認することを目的とした実験を実施した。雰囲気制御グローブボックス(酸素濃度1ppm以下,Ar雰囲気)内において、Na型ベントナイト(クニピアF)にFeCl$$_{2}$$溶液を混合することにより鉄型化ベントナイトを作成した。この鉄型化ベントナイトと蒸留水を金チューブに入れて、オートクレーブを用いて反応を加速することを目的として処分環境で想定されている温度より高い温度(250$$^{circ}$$C)で各任意期間(1か月及び6か月)静置した。その結果、250$$^{circ}$$Cで6か月間静置した試料においては7${AA}$に非膨張粘土鉱物(バーチェリン)と思われるピークが確認できた。さらに、試料250$$^{circ}$$Cで6か月間静置した粉末試料に1MのNaCl溶液を加えることによりベントナイトの再調整を行った。この試料の湿度制御条件下でのX線回折分析結果は、Na型ベントナイトに戻った結果となったことから、250$$^{circ}$$Cで6か月間静置した試料の大部分は単にスメクタイト層間の陽イオン交換反応に留まり、大きなスメクタイト構造の変化や特性の変化までは至っていないことが確認できた。

In previous experiment, we studied about interaction bentonite and Fe by the laboratory experiment that bentonite mixed with iron powder was kept for 6 years at room temperature in the glove box (O$$_{2}$$ $$<$$ 1 ppm). It was shown that bentonite was not influenced about its property, but change to Fe-bentonite. In this experiment, it is aimed to confirm mineralogical change of start substance, which is Fe-bentonite changed from Na-bentonite beforehand, by accelerating reactions on high temperature. Fe-bentonite was prepared by mixing Na-bentonite (Kunipia F) and FeCl$$_{2}$$ solution in the glove box (Ar, O$$_{2}$$ $$<$$ 1 ppm). Fe-bentonite samples were put into Au-tubes, and they were kept at 250$$^{circ}$$C in autoclave for 1 month and 6 months. 6 months sample was confirmed the peak of a iron-containing 7AA non-expandable clay mineral (i.e. berthierin). For the confirmation of reversibility of ion-exchange, 6 months sample was mixed with 1M-NaCl solution. XRD analysis for the treated sample under humidity controlled condition showed a same result with that of Na-bentonite. This means that a change of the sample was only ion-exchange reaction in the bentonite inter-layer, and bentonite properties was not changed.

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