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地下水水質形成モデル開発のための鉱物溶解速度データの整備 研究内容報告書

Investigation of leaching rate on minerals for development of groundwater quality evolution model

田中 晧*

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地下水生成モデルの研究において必要な鉱物の溶解速度について研究を行った。成果概要を以下にまとめる。1.鉱物の溶解速度データの調査溶解速度データが整備されていない黄鉄鉱、緑泥石、緑簾石、菱鉄鉱の4種類の鉱物についてDIALOGによる文献調査を実施した。成果の概要を以下にまとめる。(1)黄鉄鉱Linらにより、酸素濃度による反応速度定数kが定義されている。1-(1-x)1/3=k[O2]1/2・t(x:反応したFeSのモル数、[O2]:溶存酸素酸素濃度、t:時間)また、その温度依存性についてk-=2.2$$times$$109exp(-9140/T)を示している。pHによる影響についてはCiminelliらにより、溶解中性$$sim$$アルカリ性で黄鉄鉱の溶解速度はpHとほぼ線型に増加することが示されている。(2)緑泥石Swoboda-Colbergらにより、2.7$$sim$$6.7$$times$$10-12mol/m2/s(pH3$$sim$$4.5)の値が示されている。また、Rossらにより溶解反応のメカニズムは拡散律速であり、陽イオンの溶解量に化学量論的な関係があることが示されている。(3)緑簾石Roseにより、pH1$$sim$$11において10-14$$sim$$10-13mol/cm2/sの値が示されている。(4)菱鉄鉱Greenbergらにより:脱酸素水中において9.93$$times$$10-6mol/m2/s値が示されている。2.鉱物-水反応試験による反応速度データの取得(1)黄鉄鉱還元雰囲気及び大気平衡状態の蒸留水中における黄鉄鉱の溶解速度を測定した。Linらの式に従って、大気平衡の蒸留水中での溶解速度定数kを評価した結果、10-4$$sim$$10-3(cm3・mol-1)1/2・h-1と評価された。(2)緑泥石蒸留水中での緑泥石の溶解速度を測定した。溶解は放物線溶出反応にあることが確認された。Rossらの式に従って、溶解速度定数kを評価した結果、10-15$$sim$$10-14の範囲であった。$$alpha$$2=kt($$alpha$$:溶解した鉱物量と初期存在量の比、t:時間)

1. Survey on leaching rate of pyrite, chlorite, epidote and siderite. (1) Pyrite Reaction rate (K) is depended on dissolve O$$_{2}$$ concentration in Lin's literature. 1 - (1-x) $$^{1/3}$$ = k [O$$_{2}$$] $$^{ 1/2}$$ ・t (x: Mole number of dissolved FeS$$_{2}$$ , [O$$_{2}$$]: Dissolve O$$_{2}$$ concentration. T:Time) Reaction rate is changed by temperature. k = 2.2 $$times$$ 10$$^{9}$$ exp(-9140/T) (2) chlorite Reaction rate is measured 2.7 $$sim$$ 6.7 $$times$$ 10$$^{-12}$$ mol/m$$^{2}$$/s(pH3 $$sim$$ 4.5) by Swoboda-Colberg et al. Reaction rate is controlled by inner diffusion. (3) Epidote Reaction rate is measured 10$$^{-14}$$ $$sim$$ 10$$^{-13}$$ mol/cm$$^{2}$$/s in pH1 $$sim$$ 11 by Rose. (4) Siderite Reaction rate is measured 9.93 $$times$$ 10$$^{-6}$$ mol/m$$^{2}$$/s in O$$_{2}$$-free solution by Greenberg et al. 2. Experimental study on leaching rate of minerals. (1) Measurement of leaching rate of minerals. Leaching rate of pyrite was measured in distilled waster under redox condition. Reaction rate (K) was estimated 10$$^{-4}$$ $$sim$$ 10$$^{-3}$$ (cm$$^{3}$$・mol$$^{-1}$$) 1/2・h$$^{-1}$$ by Lin's rate equation. At 56 days in the experiments. Alterated layer could not be found in SEM and EDX observation. (2) Measurement of leaching rate of chlorite Leaching rate of chlorite was measured in distilled waster under air condition. Disolution process of chloric was parabolic Stage, and reaction rate (K) was estimated order of 10$$^{-15}$$ $$sim$$ 10$$^{-14}$$ by Ross's rate equation. $$alpha$$$$^{2}$$ = kt [ $$alpha$$ : disoleved mineral amount / intial mineral amount, t : time(sec) ] At 56 days in the experiments, alterated layer could not be found in SEM and EDX observation.

使用言語

 :

Japanese

報告書番号

 :

PNC TJ1211 95-007

ページ数

 :

117 Pages

発行年月

 :

1995/02

特許データ

 :

PDF

 :

PNC-TJ1211-95-007.pdf:5.29MB

論文URL

 :

キーワード

 :

黄鉄鉱; 温度依存性; 水素イオン濃度; 地下水; 地中処分; 濃度依存性; 菱鉄鉱; 放射性廃棄物; 溶解速度; 緑れん石; 緑泥石

使用施設

 :

広報プレスリリース

 :

論文解説記事
(成果普及情報誌)

 :

受委託・共同研究相手機関

 :

三菱マテリアル

他機関報告書番号

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Access

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