35C及び60Cにおける水酸化カリウム水溶液によるモンモリロナイトの変質

Montmorillonite alteration in KOH solutions at 35C and 60C

上田 麻衣*; 中林 亮*; 木嶋 達也*; 佐藤 努*; 米田 哲朗*; 大竹 翼*; 小田 治恵  

Ueda, Mai*; Nakabayashi, Ryo*; Kijima, Tatsuya*; Sato, Tsutomu*; Yoneda, Tetsuro*; Otake, Tsubasa*; Oda, Chie

モンモリロナイトを主要鉱物とするベントナイトは放射性廃棄物の地層処分における緩衝材として用いられる。KOHやNaOHを含む高アルカリ性のセメント反応水によってモンモリロナイトの変質が生じ、緩衝材に適したベントナイトの特性にも影響が及ぶ可能性がある。本研究では、Kが豊富な高アルカリ性環境下ではモンモリロナイトの変質過程の一つとしてイライト化が懸念されるため、KOH水溶液中でのモンモリロナイトのイライト化を調べることとし、35C及び60Cでのバッチ式反応実験を最大270日まで行った。反応後の試料の分析には、X線回折(XRD)分析及び原子間力顕微鏡(AFM)観察を用いた。XRD分析結果からイライト/スメクタイト混合層鉱物の生成及び層電荷の上昇が認められ、イライト化が示唆された。また、AFM観察結果からは、分散粒子の厚みの増加と粒子径の減少が明らかにされ、イライト化がモンモリロナイトの溶解と同時に進行したことが示唆された。

Montmorillonite-rich bentonite is expected to be used as a buffer material in the geological disposal of radioactive wastes. Cement used for the construction of the disposal facility will generate highly alkaline leachates dominated by KOH and NaOH, which may act to cause the alteration of montmorillonite and the loss of the properties of bentonite suitable for the buffer material. In the current study, the illitization of montmorillonite in KOH solutions, which is considered as one of possible alteration processes, was investigated by conducting batch-type reaction experiments at 35 and 60C for up to 270 days. Based on XRD analyses and AFM observations for the reaction products, the formation of illite/smectite interstratified minerals, the increase in the layer charge, and the increase in hight and the decrease in basal area of the dispersed flat particles were recognised. These results indicate that illitization proceeded simultaneously with dissolution of montmorillonite.