Alteration of montmorillonite by KOH solutions

KOH水溶液によるモンモリロナイトの変質

上田 麻衣*; 中林 亮*; 木嶋 達也*; 佐藤 努*; 米田 哲朗*; 大竹 翼*; 小田 治恵  

Ueda, Mai*; Nakabayashi, Ryo*; Kijima, Tatsuya*; Sato, Tsutomu*; Yoneda, Tetsuro*; Otake, Tsubasa*; Oda, Chie

セメント由来の高アルカリ性条件におけるモンモリロナイトの変質は、低レベル放射性廃棄物の地層処分施設に使われるモンモリロナイトを主成分とするベントナイト緩衝材の長期性能に関する重要課題である。本研究では、35及び60Cの条件で、0-3.0MのKOH水溶液とモンモリロナイトのバッチ式反応実験を行い、KOHによるモンモリロナイトのイライト化の可能性を調べた。反応時間は最大270日である。反応後の固相について、X線回折分析(XRD)を用いた底面間隔測定及びアルキルアンモニウム法による層電荷測定、並びに原子間力顕微鏡観察(AFM)を実施し、イライト化について考察を行った。底面間隔測定結果からは、0.1M及び3.0Mでそれぞれ10及び35%のイライト化(不規則型混合層)したと算定されたが、判定に用いられたピーク強度がモンモリロナイトの溶解によって著しく低下していたため、イライト化率算定値には不確実性があった。一方、層電荷測定及びAFM観察からは明確なイライト化は示されなかった。これより、本実験条件ではイライト化を示す直接的な証拠はないと判断された。低い温度条件のKOH水溶液中では、モンモリロナイトのイライト化は溶解に比べて重要ではないと考えられる。

In the current study, the promoted illitization of montmorillonite in KOH solutions was investigated. Montmorillonite was added to 0, 0.1, 0.5, 1.0, and 3.0 M KOH solutions, which were then sealed and kept at 35 or 60 C for up to 270 days. Reaction products were analyzed by XRD to check the expandability, an empirical determination of layer charge and observation by AFM. 10 and 35% of illite layer in randomly interstratified illite/smectite minerals were estimated by XRD for 0.1 M and 3.0 M solutions, respectively. Changes in the peak intensities obtained from the XRD patterns could be assigned to the dissolution of montmorillonite, but with some uncertainty affected the reliability of the quantification of illite. No significant illitization was observed based on the results of layer charge and AFM observation. Consequently, there is no direct evidence for significant illitization of montmorillonite in KOH solutions under the experimental conditions of the current study.