ベントナイトのイライト化のナチュラルアナログ:新潟県西頚城半深成岩による接触変性事例

二口 克人*; 橋本 秀爾*; 桜本 勇治*; 三ツ井 誠一郎; 亀井 玄人

JNC TN8400 2001-007, 52 Pages, 2001/04

JNC-TN8400-2001-007.pdf:2.34MB

熱によるベントナイトのイライト化のナチュラルアナログとして新潟県西頚城地域における第三紀の泥岩とこれに貫入する第四紀の火成岩(ひん岩)を対象に、この貫入岩周辺の粘土鉱物の変化と、貫入岩及びその周辺の熱履歴について検討した。その結果、泥岩中有の主な粘土鉱物は貫入岩に近づくにつれてモンモリロナイトイライト/モンモリロナイト混合層鉱物イライトと変化することが明らかとなった。また貫入岩の冷却史に基づく周辺泥岩の熱的解析の結果、イライト割合75%の条件として、270から15まで冷却するのに約75万年要したことが明らかとなった。モンモリロナイトからイライトへの反応を一次反応としてその活性化エネルギーを求めると、約103kJ/molの値を得た。この値は、従来の天然事例の調査や室内試験において得られている値の範囲にある。

ニアフィールドにおけるアクチニドコロイドの移行に関する研究(V)

長崎 晋也*

JNC TJ8400 2000-004, 32 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-004.pdf:0.69MB

NpO2+のイライトへの吸着平衡ならびに吸着速度をpH=6において測定した。測定した吸着データはLangmuir型ではなく、Langmuir-Freundlich型の吸着等温線でフィッティングできることがわかった。フィッティングパラメータである不均質係数は0.89+-0.05であり、affinity spectraの半値幅(HWHM)はlog単位で0.19であった。このことは、本研究で使用したイライトの表面はNpO2+の吸着に対して比較的不均質性が弱いことを示している。またkinetic spectraから、NpO2+はイライトの外表面に吸着するが、層間には吸着しないことがわかった。kinetic spectraのHWHMは0.18logであった。HWHMがaffinity spectraと同程度であったことは、同じ吸着サイトの影響を受けている可能性を示唆するものである。平度であったことは、同じ吸着サイトの影響を受けている可能性を示唆するものである。平均の吸着速度の温度依存性から、吸着の見かけのエンタルピーとエントロピーはそれぞれ、37+-3kj/molと-69+-7j/mol・Kと評価された。このエンタルピーの値は、吸着プロセスがイライト表面の境膜における拡散律速であることを示している。また、Na型モンモリロナイトへのNpO2+とNp(V)炭酸錯体(主にNpO2CO3-)の吸着平衡と吸着速度についても、同様にaffinity spectraとkinetic spectraを適用して評価を行った。

緩衝材の熱的変質機構の解明(II)

渡辺 隆*

PNC TJ1626 97-001, 102 Pages, 1997/04

PNC-TJ1626-97-001.pdf:3.36MB

スメクタイトの長期安定性評価に資することを目的として、下記の(1)(3)の研究を行った。(1)スメクタイトと鉄の相互作用に関する天然類似試料の評価(2)スメクタイトと鉄の相互作用に関する室内実験(3)イライト化変質に関する長期室内変質実験その結果、それぞれ以下のような結果を得た。(1)天然類似試料への鉄イオンの吸着が認められた。Fe3+は6配位であることが確認されたが、スメクタイトの結晶内(四面体/八面体、層間)への吸着の可能性は低く、ベントナイト中の他の物質への吸着の可能性がある。(2)スメクタイトと鉄の相互作用では磁鉄鉱との混合物を0.1GPa・400で保ったところ、緑泥石様鉱物の生成が認められた。(3)イライト化変質に関する長期室内変質試験では高いK濃度(2000ppm)では熱CaよりKの濃度がイライト化作用進行を制御することが分かった。

火山ガラス及びベントナイトの長期変質挙動に関する調査研究(9)(研究委託内容報告書)

二口 克人*; 桜本 勇治*

PNC TJ1308 96-001, 83 Pages, 1996/03

PNC-TJ1308-96-001.pdf:3.28MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分に係わるナチュラル・アナログ研究の一環として、火山ガラス及びベントナイトの変質性状に関する調査を実施した。火山ガラスについては、兵庫県浜坂地域に分布する鮮新世のアルカリ玄武岩質の火山弾を対象にして、火山ガラスの水和量と希土類の含有量を比較した。ガラスの水和の進行した試料のアルカリ含有量は減少する傾向があるものの、希土類の減少は認められなかった。ベントナイトについては、新潟県西頸城郡のモンモリロナイトを含む堆積岩について、貫入岩による熱変質に関する現地調査及び分析を継続して行い、新潟県中条のベントナイト鉱床を対象にNa型モンモリロナイトのCa型化に関する調査を開始し、南房総嶺岡及び丹沢地域を対象にモンモリロナイトの沸石化に関する調査を行った。新潟県西頸城郡では、続成作用起源のモンモリロナイトを含む地層にひん岩が貫入している露頭付近を調査した。新潟県中条のベントナイト鉱床では、地表面からの距離を基準に試料採取を行い、鉱物組成、水質分析、凝灰岩の理化学特性について調査した。その結果、本地域がNa型モンモリロナイトのCa型化の検討に対して好適であると判断された。南房総嶺岡及び丹沢地域では、既往文献によって高pHの湧水が期待できる地域の湧水の調査を実施したが、いずれの地域においても、モンモリロナイトの沸石化の検討に対しての必要条件である高pHの湧水を露頭で得ることができなかった。

天然事例によるスメクタイトのイライト化変換プロセスに関する研究,3

not registered

PNC TJ1626 95-001, 92 Pages, 1995/04

PNC-TJ1626-95-001.pdf:3.04MB

本研究報告ではつぎの二つのものを報告する。1.新潟第三系の緑泥石鉱物について2.合成実験によるスメクタイトのイライト化 1.は続成作用によるスメクタイトのイライト化がみられる新潟第三系に同時に出現する緑泥石鉱物(含コーレンサイト)の成因について考察した。その結果、つぎの3つのタイプの緑泥石鉱物があることを確認した。(1)局所的な熱水変質作用により生成されたと考えられる自生のコーレンサイト(2)砕屑性と考えられる緑泥石(3)砕屑性と考えられる1:1規則型緑泥石/スメクタイト混合層鉱物・したがってこれらの緑泥石鉱物は続成変質作用とは無関係であると結論された。2.については、K濃度を1000ppmと一定にし、Al濃度を1000ppm、100ppm、10ppm、0ppmと変化させた実験をおこない、スメクタイトにK固定層が時間経過にともない、どのように変化するかを調べた。この実験に加えて、K濃度を0.5N(約2000ppm)と一定にし、Ca濃度をかえ、CaのスメクタイトのK固定に与える影響について調べた。低い圧力ではスメクタイト中へのK層固定に与えるAl濃度の違いの影響は重要でない。1000ppmのK濃度溶液に比べ、1NのK濃度溶液中で合成した試料の方がスメクタイトへのK固定は多い。またCaを加えることによりスメクタイトへのK固定の割合が抑制された。

Effect of crystallochemistry of starting materials on the rate of smectite to illite reaction

佐藤 努; 村上 隆*; 磯部 博志; 大貫 敏彦

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.353, 0, p.239 - 246, 1995/00

高レベル放射性廃棄物の地層処分に用いられるベントナイトは、処分環境下でイライトに変質し、それに伴うバリア性能の劣化が安全評価上問題となっている。したがって、イライト化の速度に対する定量的な解が待たれている。本研究では、熱水変質実験により、産地の異なる2種類のベントナイトの結晶化学的性質がイライト化の速度に及ぼす影響について調べた。出発物質として用いたのは米国ワイオミング産(SWy-1)と山形県月布産(SKu-F)のベントナイトで、SKu-Fのほうが大きな層電荷を持つ。反応生成物の時間変化に伴うイライト化度を調べた結果、両試料には変質速度の異なる2つの段階があり、その1段階目の反応で層電荷の大きいSKu-Fのイライト化が速いことが判明した。これは、層電荷の大きさはイライト化の速度に影響し、層電荷が大きいほどイライト化の速度が速いことを示す。

微小径路内でのアクチニドコロイドの移行に関する研究(3)

not registered

PNC TJ1602 94-001, 60 Pages, 1994/03

PNC-TJ1602-94-001.pdf:1.0MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分の性能評価を実施する場合、解析結果から人工バリア内におけるAmの遅延現象が重要であることが報告されている。この解析結果では、人工バリアの候補材であるベントナイトの性能は変化しないことが仮定されている。しかし、ベントナイトは時間とともにイライトへと変化することが知られている。そして、このベントナイトのイライトへの変化にともない、核種の遅延係数や溶解度なども変化することが予測される。本研究では、人工バリア内におけるAmの移行挙動において、Amの遅延係数などが時間変化した時の影響を解析的に検討することとともに、イライトへのAmの吸着現象について、吸着比のpH依存性や固液比依存性を実験的に検討した。この実験結果から、イライト-水系においてもAmの擬似コロイド形成挙動がAmの地球化学的挙動に重要な影響を及ぼすことが明かとなった。

地質・鉱物

佐藤 努

SMECTITE, 3(1), p.39 - 41, 1993/05

高レベル放射性廃棄物の地層処分においては、緩衝材の主成分であるスメクタイトの長期安定性を保障する必要がある。スメクタイトの長期安定性で最も問題となるのが、スメクタイトのイライトへの変質である。本報告は、現在までに公表された、スメクタイトのイライト化のカイネティクスの研究について紹介し、それぞれの成果をまとめるとともに、問題点を指摘したものである。

スメクタイト-イライト変質過程における放射性CsおよびSrの収着形態の変化;動的および静的条件下での違い

大貫 敏彦; 村上 隆; 佐藤 努; 磯部 博志

日本原子力学会誌, 34(12), p.1139 - 1142, 1992/12

https://doi.org/10.3327/jaesj.34.1139

スメクタイト-イライト変質過程におけるSr及びCsの再分配を熱水変質実験により検討した。その結果、変質により収着形態が変化する元素(Cs)と、変化しない元素(Sr)があることが明らかとなった。Csでは、スメクタイトの変質により6M=HCl溶液で脱離されない部分が増加した。このことは、Csの一部が層間のいわゆる「窪み」に固定されたことを示唆している。

Natural analogue study on the long-term durability of bentonite; Time-temperature condition and water chemistry on illitization at the Murakami deposit

亀井 玄人; 湯佐 泰久; 佐々木 憲明

PNC TN8410 91-253, 8 Pages, 1992/01

PNC-TN8410-91-253.pdf:0.37MB

高レベル廃棄物の処分システムに用いる緩衝材の候補材であるベントナイトの長期耐久性を、天然の変質事例を調査することによって評価した。新潟県の村上鉱床におけるベントナイトのイライト化変質を対象に、XRD分析、全岩化学分析、放射年代測定 鉱床地域の温度分布履歴計算、水/岩石反応試験などをおこない、イライト化変質のための(1)温度-時間条件と、(2)化学的環境条件(水質)の推定を試みた。その結果、温度が340Cから100Cまで低下するのに350万年要し、イライト化率は80%であることがわかった。同様に240Cから100Cまで低下するのに300万年要し、イライト化率は40%、160Cから100Cまで低下するのに200万年要し、イライト化率は0%であった。水質は、海水に類似しているものと推定された。なお、本資料は1991年フランス、ストラスブールで開催されたEMRS, Fall Meetingの論文集に投稿したものである。