Effect of exchangeable cations on apparent diffusion of Ca ions in Na- and Ca-montmorillonite mixtures

Na/Ca混在型モンモリロナイト中におけるCaイオンの見かけの拡散に与える交換性陽イオンの影響

小崎 完*; 澤口 拓磨 ; 藤島 敦; 佐藤 正知*

Kozaki, Tamotsu*; Sawaguchi, Takuma; Fujishima, Atsushi; Sato, Seichi*

モンモリロナイトを主成分とする圧縮ベントナイトは、高レベル放射性廃棄物の地層処分において緩衝材の候補材とされている。処分場において想定されるベントナイトの変質の一つとして交換性陽イオンであるNaのCaへの部分的な置換が考えられる。Caはセメント系材料から溶出し、緩衝材内に拡散する。本研究では、ベントナイト緩衝材の性能を低下させる可能性のある上記変質を評価するため、種々のCaイオン当量分率に調整したNa/Ca混在型モンモリロナイトを用いた非定常一次元拡散試験を行い、HTOとCaイオンの見かけの拡散係数を決定した。乾燥密度1.0Mg mにおけるHTOの見かけの拡散係数はCaイオン当量分率が増加するに従い、わずかに増加した。しかしながら、同乾燥密度におけるCaの見かけの拡散係数及び拡散の活性化エネルギーはCaイオン当量分率に依存しなかった。この結果より、おもに間隙水中を拡散すると想定されるHTOとは異なり、Caイオンの拡散は層間で支配的に起こっていると考えられる。

Compacted Na-bentonite, of which the major mineral is montmorillonite, is a candidate buffer material for the geological disposal of high-level radioactive waste. A potential alteration of the bentonite in a repository is the partial replacement of the exchangeable cations of Na with Ca. The Ca cations could be released from cementitious materials and diffuse into the buffer material in the repository. In this study, to evaluate the alteration that could reduce the performance of the bentonite buffer, the apparent diffusion coefficients of HTO and Ca ions were determined from non-steady, one-dimensional diffusion experiments using Na- and Ca-montmorillonite mixtures with different ionic equivalent fractions of Ca ions. The apparent diffusion coefficient of HTO at a dry density of 1.0 Mg m slightly increased with an increase in the ionic equivalent fraction of Ca ions. However, the apparent diffusion coefficient of Ca and the activation energy for diffusion at the same dry density were independent of the ionic equivalent fraction of Ca ions. These findings suggest that unlike HTO, which can be postulated to diffuse mainly in pore water, Ca ion diffusion could occur predominantly in interlayer spaces.