人形峠ウラン鉱山跡地における坑水自然浄化機構の解明

Remediation mechanisms of uranium mill-tailing site at Ningyo-toge, Japan, under the circumneutral condition

川本 圭佑*; 落合 朝須美*; 岳田 彩花*; 中野 友里子*; 横尾 浩輝*; 沖 拓海*; 大貫 敏彦*; 小原 義之; 福山 賢仁; 宇都宮 聡*

Kawamoto, Keisuke*; Ochiai, Asumi*; Takeda, Ayaka*; Nakano, Yuriko*; Yokoo, Hiroki*; Oki, Takumi*; Onuki, Toshihiko*; Ohara, Yoshiyuki; Fukuyama, Kenjin; Utsunomiya, Satoshi*

岡山県に位置する人形峠ウラン鉱山では、現在も坑水中にU, As, Raなどの有害元素が含まれている。坑水中の有害元素は、表流させることで濃度が減少していることが分かっているが、この自然浄化機構は明らかになっていない。本研究では、U, As, Raの収着が期待され、かつ人形峠坑水, 堆積物中に多く存在しているFe, Mn酸化物粒子に注目し、その生成過程, 表面特性, シリカコロイドとの凝集をナノスケールで明らかにすることで、人形峠における坑水の自然浄化機構を解明することを目的とした。価数同定にXAFS、坑水と堆積物の組成同定にICP-AES, MS, FIB, TEM、鉱物の同定にSEM, XRD、ゼータ電位, 粒径の時間変化にDLSを用いた。なお、DLSは坑水サンプルの酸化を最小限にするため現地で行った。地下水集水井において、溶存酸素量(DO)が低い地下坑水(DO=0.18mg/L)が地上に放出されることで、DOが増加し(DO=1.65mg/L)、即座に表面が正に帯びた粒子状ferrihydriteが生じて、坑水中のアニオン種であるAs, U分子を収着した。同時に負に帯電するシリカコロイドもferrihydrite上に付着し、ゼータ電位は徐々に減少して、1日後にはferrihydriteのゼータ電位はシリカコロイドのゼータ電位範囲内の-23mVになった。その後、吸着速度の遅いMnが吸着し、わずかに溶けている酸素により吸着したMnの一部が酸化していた。また、このferrihydrite粒子はDOがさらに増加する下流地点(DO=3.09mg/L)にも流れ、沈殿している。上流地点とは異なり、下流地点ではMnの大部分が酸化され、Ra収着が期待される繊維状のbirnessiteとして凝集していた。本研究で人形峠ではferrihydrite+シリカコロイド凝集体中のFe, Mn酸化物が坑水中のU, As, Raの除去に関与していることが示唆された。

In the Ningyo-toge uranium mine, Okayama, Japan, various toxic elements such as U, As, and Ra are present in the mine wastewaters, of which the concentration except for Ra in the wastewater decrease below the regulatory limit by transport to the slag dumping pond. The mechanisms of decreasing their concentrations in the wastewaters are not fully understood. In order to understand the fundamental processes of natural attenuation at this site, we have investigated the wastewaters and solids from upstream to the pond at the downstream. Wastewater was contacted with oxygenated water and the amount of dissolved oxygen increased. Simultaneously dissolved ferrous iron was oxidized to form ferrihydrite nanoparticles, which are associated with silica colloids, As and U. The ferrihydrite nanoparticles as suspended colloids were transported to the pond in downstream, where the waste stream is completely oxidized. In the slag dumping pond, Mn dioxide, birnessite, dominantly occurs forming a mixture with ferrihydrite + silica colloid, which has a potential to adsorb Ra. Consequently, Fe hydroxides nanoparticles and Mn dioxides in Ningyo-toge play a key role on removing U, As and Ra from the wastewater.