Effect of aqueous aluminium and silica concentrations on smectite dissolution kinetics at hyperalkaline conditions

高アルカリ性溶液中のアルミニウム濃度あるいはシリカ濃度がスメクタイトの溶解挙動に及ぼす影響

千野 大輔*; 佐藤 努*; 大谷 祐介*; 中林 亮*; 小田 治恵  ; 米田 哲朗*

Chino, Daisuke*; Sato, Tsutomu*; Otani, Yusuke*; Nakabayashi, Ryo*; Oda, Chie; Yoneda, Tetsuro*

溶液中のAl濃度あるいはSi濃度が異なる条件下でスメクタイトの溶解速度を求めるため、攪拌反応容器を使用したフロースルー試験を実施した。温度は70Cでインプット溶液として0.3M-NaOHを使用し、インプット溶液中のアルミニウム濃度及びシリカ濃度を変化させた。排出溶液中の定常状態のSi濃度あるいはAl濃度からスメクタイトの溶解速度を求めた。また、排出溶液中のSi濃度あるいはAl濃度がインプット溶液中のSi濃度あるいはAl濃度より低くなっているケースがあり、その場合には、スメクタイトを反応器から取り出し、AFM観察を行い、スメクタイトの溶解速度を決定した。フロースルー試験及びAFM観察の結果から、溶液中のSi及びAlの存在によってスメクタイトの溶解速度が小さくなっていると解釈できた。しかしながら、スメクタイトの溶解速度には溶液中のSi及びAlの溶解阻害性のみではなく、平衡からのずれ具合も影響している。そこで測定した溶解速度をGrで整理すると、Cama, et al. (2000)と同様のギブス自由エネルギーと溶解速度の非線形な関係が得られた。

Steady-state dissolution rates of smectite were determined as function of aqueous Al and Si concentrations using a stirred-flow-through reactor at 70 degrees in 0.3M-NaOH solution to obtain the reliable dissolution rates of smectite at hyperalkaline condition and to formulate the effect of deviation from equilibrium on smectite dissolution rate. The dissolution rates were calculated based from the dissolved Si or Al concentrations of the output solutions or from ex situ AFM observations. Results of the flow-through dissolution experiments and ex situ AFM observations suggest that the dissolved Si and Al concentrations in the solutions appear to be retarding the dissolution rate of smectite. If we assume the decrease is attributed by the effect of deviation from equilibrium on dissolution rate, the dissolution rate of smectite can be expressed in a non-linear function of the Gibbs free energy. This non-liner relationship is nearly same as that obtained by Cama, et al. (2000).