X-ray CT observations of altered bentonite by hyperalkaline-fluids; Dissolution kinetics of montmorillonite in compacted bentonite

高アルカリ性水溶液によるベントナイト変質に関するX線CT観察; 圧縮ベントナイト中でのモンモリロナイトの溶解キネティクス

中林 亮*; Elakneswaran, Y.*; 佐藤 努*; 大竹 翼*; 小田 治恵  ; 米田 哲朗*; 金子 勝比古*

Nakabayashi, Ryo*; Elakneswaran, Y.*; Sato, Tsutomu*; Otake, Tsubasa*; Oda, Chie; Yoneda, Tetsuro*; Kaneko, Katsuhiko*

本研究の目的は、ベントナイトと高アルカリ性水溶液との相互作用を捉えるためのX線CTによる微小構造解析法を開発し、その結果を用いてモンモリロナイトの溶解速度に及ぼす圧密の影響を調べることである。そこで、80Cで0.3M-NaOH水溶液を通水させたベントナイト変質実験(実験期間180日)を行い、X線CTによるその場解析を実施した。この結果、本実験条件ではモンモリロナイトの顕著な溶解は生ぜず、一方、二次鉱物が経時的に生成することをX線CT観察で確認した。また、画像解析によって二次鉱物生成量を定量化することができた。また、分散系で得られているモンモリロナイト溶解速度を用いた地球化学モデルでは、本実験結果を再現することができないが、有効反応表面積と飽和度影響を考慮することによって再現することができた。本研究は、分散系と圧密系とでは、モンモリロナイトの有効反応表面積や溶解速度に与える飽和度影響が異なることを示唆する。

The current study developed developed an in situ microstructural analysis method using X-ray CT to track bentonite/hyperalkaline fluid interactions. An advective alteration experiment was conducted by reacting a compacted bentonite (0.3 Mg/m) with a 0.3M NaOH solution at 80C for 180 days. No significant dissolution of montmorillonite in the bentonite was observed using X-ray CT, although the formation of secondary minerals could be quantified by X-ray CT. A geochemical modeling using the dissolution rate of montmorillonite obtained in a dispersed system did not fit the experimental data, but could provide a satisfactory match to that by changes to the reactive surface area and the inclusion of an empirical term to account for the saturation state of montmorillonite. This implies that there is difference in effective reactive surface area and effect of the saturation state on the dissolution rate between dispersed and compacted systems.