The Effect of iron on montmorillonite stability, 2; Experimental investigation

モンモリロナイトの安定性に及ぼす鉄の影響,2; 実験的研究

Wilson, J.*; Cressey, G.*; Cressey, B.*; Cuadros, J.*; Ragnarsdottir, K. V.*; Savage, D.*; 柴田 雅博 

Wilson, J.*; Cressey, G.*; Cressey, B.*; Cuadros, J.*; Ragnarsdottir, K. V.*; Savage, D.*; Shibata, Masahiro

鉄製容器とモンモリロナイトが接触する地層処分システムにおけるモンモリロナイトの安定性を調べるために、水熱条件下でモンモリロナイトを金属鉄やマグネタイトと共存させた2種類の試験を実施した。1)NaCl溶液にNaモンモリロナイトと鉄を混合し(マグネタイトand/or方解石を混合するケースも実施)、250Cで約100日間反応させた。2)FeCl溶液に、Naモンモリロナイトと金属鉄を混合し、温度を80250Cとして、約90日間反応させた。1)の試験では、金属鉄を十分量添加した条件でのみ、モンモリロナイトはFeスメクタイトに変化した。Fe(II)スメクタイトが生成し、大気に晒らされることで、Fe(III)に酸化した。反応生成物のエチレングリコール処理による膨張性は、出発物質に比べて劣る。TEM像では、部分的に4面体層が失われ、7の繰り返し構造の生成物となっていた。膨張性の低下は、この構造変化によるものと考えられる。溶液の活量は、Fe(II)サポナイトの安定領域であった。2)の試験では、スメクタイトの顕著な変質は250Cでのみ認められ、反応生成物は7の繰り返し構造を持つ。溶液の活量はバーチェリンの安定領域であった。これらの試験から、鉄とベントナイトの接触境界では、モンモリロナイトの変質により、ある程度の膨張性の低下は想定されるものの、それでもなおベントナイトが緩衝材/埋め戻し材として好ましいことを示している。

This work investigates montmorillonite stability in the presence of metal iron, magnetite under hydrothermal conditions. Two series of experiments were conducted. In the first, mixtures of Na-montmorillonite, native Fe, (magnetite, calcite,) and NaCl solutions were reacted at 250C for about 100 days. In the second, mixtures of Na-montmorillonite, native Fe and FeCl solutions were reacted at 80250C for about 90 days. In the first series, the starting montmorillonite was transformed to Fe(II)-rich smectite only when the Fe metal was predominantly added. The reaction product was oxidised to Fe(III)-rich form on exposure to air. The expansion of this material on ethylene glycol solvation was much reduced compared to the starting montmorillonite. TEM imaging shows that partial loss of tetrahedral sheets, resulting in adjacent layers becoming H-bonded with a 7 angstrom repeat. Solute activities corresponded to the approximate stability field for Fe(II)-saponite. In the second series, significant smectite alteration was only observed at 250C and the product contained a small proportion of a 7 repeat structure, observable by XRD. In these experiments, solute activities coincide with berthierine.