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報告書

河川水と接触したベントナイト鉱床の化学特性変化; 試料採取と分析結果

佐治 慎一*; 伊藤 雅和*; 柴田 雅博; 神徳 敬*; 磯貝 武司*

JNC-TN8400 2005-017, 86 Pages, 2005/09

JNC-TN8400-2005-017.pdf:7.5MB

緩衝材間隙水組成は、高レベル放射性廃棄物処分場のオーバーパックの腐食挙動評価および緩衝材中の核種の溶解度・収着挙動等を決定する最も重要な基礎情報である。第2次取りまとめでは、この間隙水組成をバッチ試験の結果に基づくモデル計算により導出している。しかしながら、実際の間隙水組成は、処分場埋設後、拡散場を確保しつつ時間および空間変化を伴いながら変化すると考えられる。第2次取りまとめ以降、緩衝材間隙水水質の長期の時空間変化の評価を行うため、実験による変化の把握とそれに基づくモデル化を進めている。しかしながら、長期の評価は実験室による短期の試験結果に基づき得られた結果の外挿となるため、一般に天然類似現象の観察結果の比較によるモデルの信頼性確認が必要となる。本研究では、時空間変化モデルの検証データの取得を目的とし、天然類似条件下のベントナイト層からの試料の採取およびその化学特性変化の確認を行った。ベントナイト試料は、河川付け替え工事により、1987年以降ベントナイト層が河川水と接触している地点で深度(河川水との距離)をパラメータとして採取した。化学特性変化の確認は、ベントナイト中の鉱物組成、化学組成、層間陽イオン組成等について実施した。その結果、系統的な変化として河川水との接触による流出の可能性、pHの低下、硫酸イオン濃度の低下が確認されたが、ベントナイト含有率が低い層であったこと、および天然のベントナイト生成時点の不均一性から、明確な傾向の把握までにはいたらなかった。

報告書

ベントナイトの鉱物組成分析

伊藤 雅和*; 岡本 真由美*; 柴田 雅博; 佐々木 康雄; 檀原 徹*; 鈴木 啓三*; 渡辺 隆*

PNC-TN8430 93-003, 119 Pages, 1993/08

PNC-TN8430-93-003.pdf:14.73MB

緩衝材候補材料であるベントナイトについて、基礎データの一つである鉱物組成の分析を行った。ベントナイトは天然に産出する粘土であり、工業的に利用されている材料であることから、利用の観点に立った性質の評価は行われているものの、正確な鉱物組成の分析を行った例は少ない。その理由として、従来の工業的利用のためには厳密な鉱物組成の情報が必要とされていなかったことの他に、次のような技術的な困難さによるものと考えられる。ひとつは、ベントナイトが多くの鉱物の集合体であることから、微量成分の分析の際に、他の鉱物の存在が影響することであり、また、粘土分(2$$mu$$m以下の粒子)を多く含むことが、鉱物の分離や観察を困難にすること等も挙げられる。本報告においては、粒度および鉱物の比重により試料を分画し、X線回折による定量分析、顕微鏡観察によるモード分析等いくつかの分析手法を組み合わせることで、上記の技術的困難さから来る不確実さを低減し、より正確に鉱物組成の分析を行うことを試みた。その結果、各鉱物の含有量を主要成分については数wt%以下の精度で、微量成分については、1wt%程度の精度で定量を行うことができた。さらに、本鉱物組成分析の結果は全岩の化学分析値とよい一致を示した。また、本分析の結果より、本試料中に存在する珪酸鉱物(Sio2)は、そのほとんどが玉髄(Chalcedony)であることなど、新たな知見が得られた。また、現在、緩衝材としてのベントナイトの化学的性質に関する研究を行っているが、ベントナイトは、上述のように多くの鉱物の集合体であるため、ベントナイトの化学的性質について現象理解を行うためには、各構成鉱物の化学的性質を正しく知る必要がある。しかし、ベントナイトの粒子が微細であることおよびベントナイトが吸水性を有していること等から、鉱物の巣離、化学的な不純物の除去は容易ではない。本報告では、ベントナイト中のモンモリロナイトを巣離し、化学的な不純物を除去するとともに、モンモリロナイトのイオン交換サイトの交換性陽イオンをすべてナトリウム型に調整した「純粋ナトリウムモンモリロナイト」の作製を試みた。その結果、水簸、酢酸ナトリウム-酢酸溶液での処理、イオン交換樹脂による処理を行うことで、数百グラム程度の量のほぼ純粋なNaモンモリロナイトを作製することができた。

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