粘土中の鉄の腐食および鉄腐食生成物の化学的挙動

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高レベル放射性廃棄物の地層処分では、処分後、粘土(Na型ベントナイト)緩衝材中の炭素鋼製容器(オーバーパック)が徐々に腐食し、そこから溶出したFe^<2+>イオンがベントナイトの主たる構成鉱物であるモンモリロナイトをNa型からFe型に変質させる可能性がある。このようなFe型への変質反応は、膨潤能などの緩衝材性能を劣化させると懸念される一方で、Fe型化したモンモリロナイトあるいは鉄腐食生成物が特定の放射性核種を固定化して、移行を遅延させる性能向上の効果も期待される。そこで、本研究では、粘土中の鉄の腐食および鉄腐食生成物の化学的挙動の解明を目的として、Fe型化したベントナイトの調製およびその特性評価に関連した研究を行った。本年度は、塩化第2鉄溶液を用いたイオン交換法によって調製したFe(III)型モンモリロナイト試料を、電気炉内で加熱処理し、その際の粘土層間のFe^<3+>イオンの安定性を調べた。実験の結果、Fe^<3+>イオンは、190℃までは安定であるものの、それ以上の温度では酸化物を形成し、層間距離が減少することを確認した。一方、イオン交換水で飽和した圧縮Fe(III)モンモリロナイト試料を用いた非定常拡散実験を行い、そこでのHTO、Na^+イオンおよびCl^-イオンの見かけの拡散係数を決定した。Fe(III)型試料では、Na型に比べて膨潤能が著しく低下するにもかかわらず、得られた見かけの拡散係数は、Na型モンモリロナイト中の値と同程度であり、見かけの拡散係数に及ぼすイオン交換の影響は低いことが示された。