Dissolution of montmorillonite in compacted bentonite by highly alkaline aqueous solutions and diffusivity of hydroxide ions

圧密ベントナイト中における水酸化物イオンの拡散及び高アルカリ水溶液によるモンモリロナイトの溶解

中山 真一 ; 坂本 好文; 山口 徹治 ; 赤井 政信; 田中 忠夫 ; 佐藤 努*; 飯田 芳久 

Nakayama, Shinichi; Sakamoto, Yoshifumi; Yamaguchi, Tetsuji; Akai, Masanobu; Tanaka, Tadao; Sato, Tsutomu*; Iida, Yoshihisa

放射性廃棄物処分場で用いられるセメントに起因する高アルカリ環境は、ベントナイト系緩衝材の主要鉱物であるモンモリロナイトを変質させ、これが緩衝材の長期性能を劣化させる可能性が指摘されている。緩衝材に最も期待される性能の一つである止水性能に及ぼすアルカリ環境の影響を定量的に予測するために、圧密成型したベントナイト-砂混合中におけるアルカリ(水酸化物イオン)の拡散及びアルカリ水によるモンモリロナイトの溶解に関する実験を行った。溶解実験はpH 1314,温度90170Cで行い、変質速度の時間依存性及び温度依存性を得た。また、拡散実験は、変質の影響を排除して拡散現象だけを観察できるように、1050Cの低温で行い、1010m/sの値を得た。これらのデータは今後長期予測のためにモデルが開発される、化学反応-物質輸送連成解析に用いられる。

Alkaline environments induced by cement in radioactive waste repositories are likely to alter montmorillonite, the main constituent of bentonite buffer materials. Over long time periods, the alteration may cause the physical and/or chemical properties of the buffer to deteriorate. For the purpose of acquiring numerical data to quantify the effect of alteration on permeability of bentonite buffer, dissolution rates of montmorillonite and diffusivity of hydroxide ions in compacted sand-bentonite mixture specimens have been measured under highly alkaline, simulated groundwater conditions. The dissolution rate of montmorillonite was given by the linear dependence on time under the employed experimental conditions of pH 13 to 14 and temperatures of 90 to 170C. The diffusivity of hydroxide ions was obtained in through-diffusion experiments combined with a pore diffusion model. The experiments were performed under relatively low temperatures of 10 to 50C to minimize the effect of alteration of bentonite. The effective diffusivity was on the order of 10 to 10 m/s.