Mechanisms of accelerated mineral carbonation through self-promoting reactions

通过自促进反应加速矿物碳酸化的机制

• 批准号: 22K18994
• 负责人: 宇野 正起
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18994/
• 关键词: 鉱物炭酸塩化; 反応誘起破壊; 透水率; ブルース石; マグネサイト; 蛇紋岩; 自己促進反応; かんらん岩・蛇紋岩; 二酸化炭素地層貯留

本年度はペリクレース(Mg0)およびペリクレースを吸水させて生成したブルース石（Mg(OH)2)を用いた反応透水実験，および天然のブルース石に富む蛇紋岩，および通常の蛇紋岩のバッチ式反応実験をおこなった．反応透水実験では封圧20MPa，流体圧約10MPa,200℃の条件下で超臨界CO2を試料に注入した．その結果，無水状態（MgO）では反応はほとんど進まないのに対して，含水状態(Mg(OH)2)では劇的に反応が加速しマグネサイト(MgCO3)が生成することが明らかになった．また，含水状態(Mg(OH)2)では，反応により固相の体積が増加し空隙が減少したにも関わらず，透水性が反応とともに向上する傾向がみられた．これは，ブルース石(Mg(OH)2)の空隙サイズが1 um以下と小さいのに対して，反応後のマグネサイト(MgCO3)は粗粒であり空隙サイズが10 um以上と大きくなっていることが原因と考察された．さらに，含水部分であるブルース石の分布が不均一であるサンプルでは，ブルース石が選択的に炭酸塩化することにより亀裂が生成し，透水性が向上することが明らかになった．バッチ式反応実験では，試料を90-200℃において，10 MPa CO2飽和水および蒸気圧下の1M NaHCO3水溶液と反応させた．その結果，NaHCO3水溶液では高温ほど反応量が増加すること，CO2飽和水では高温ほどブルース石の溶解が抑制され蛇紋石の反応性が向上することが明らかになった．さらにNaHCO3水溶液では，150℃および200℃において顕著な巨視的な亀裂生成が観察された．これは蛇紋岩の炭酸塩化反応実験で，明瞭な巨視的な亀裂を生成した初めての報告である．試料の詳細な解析により蛇紋岩の炭酸塩化における亀裂生成プロセスが明らかになりつつある．

This year's は ペ リ ク レ ー ス (Mg0) お よ び ペ リ ク レ ー ス を bibulous さ せ て generated し た ブ ル ー ス stone (Mg (OH) 2) を い た anti 応 permeable be 験, お よ び natural の ブ ル ー ス stone に rich む serpentinite, お よ び usually の serpentinite の バ ッ チ type anti 応 be 験 を お こ な っ た. Reverse 応 water permeation test で で seal at 20MPa, fluid pressure at approximately 10MPa, and で supercritical CO2を test material に injected at 200℃ <s:1> conditions た. そ の results, anhydrous state (MgO style) で は anti 応 は ほ と ん ど into ま な い の に し seaborne て, hydrated (Mg (OH) 2) で は drama に anti 応 が accelerate し マ グ ネ サ イ ト (MgCO3) が generated す る こ と が Ming ら か に な っ た. ま た, moisture state (Mg (OH) 2) で は, anti 応 に よ り solid-phase の が raised plus が し gap to reduce volume し た に も masato わ ら ず, permeability が anti 応 と と も に upward す る tendency が み ら れ た. こ れ は, ブ ル ー ス stone gap (Mg (OH) 2) の サ イ ズ が below 1 um と small さ い の に し seaborne て, after the 応 の マ グ ネ サ イ ト (MgCO3) は coarse で あ り gap サ イ ズ が above 10 um と big き く な っ て い る こ と が reasons と tour さ れ た. さ ら に, water cut part で あ る ブ ル ー ス stone が の distribution heterogeneity で あ る サ ン プ ル で は, ブ ル ー ス stone が sentaku に carbon acid salt of す る こ と に よ り growing crack が generated し, permeability が upward す る こ と が Ming ら か に な っ た. バ ッ チ type anti 応 be 験 で は, sample を 90-200 ℃ に お い て, 10 MPa CO2 saturated water お よ び steamed 気 圧 の under 1 m NaHCO3 solution と anti 応 さ せ た. そ の results, NaHCO3 solution で は high-temperature ほ ど が raised against 応 quantity add す る こ と, CO2 saturated water で は high-temperature ほ ど ブ ル ー ス stone の dissolved が inhibit さ れ serpentine の anti 応 sex が す upward る こ と が Ming ら か に な っ た. さ ら に NaHCO3 solution で は, 150 ℃ お よ び 200 ℃ に お い て 顕 the な the macroscope な growing crack generated が 観 examine さ れ た. こ れ は serpentinite の carbon acid salt chemical anti 応 be 験 で, clear な な of macroscope crack growing を generated し た early め て の report で あ る. Detailed sample な analysis によ によ serpentine <s:1> carbonation における fissure formation プロセスが light ら にな にな にな ある ある ある ある.

项目成果

蛇紋岩化反応における鉄の分配と水素生成に対するシリカの影響

二氧化硅对蛇纹石化反应中铁分配和产氢的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 田中修平;岡本敦;吉田一貴;丹羽尉博;木村正雄;宇野正起;藤井昌和
• 通讯作者: 藤井昌和

Slab-derived fluid storage in the crust elucidated by earthquake swarm

地震群阐明了地壳中板片衍生的流体储存

• DOI: 10.1038/s43247-022-00610-7
• 发表时间: 2022
• 期刊: Communications Earth & Environment
• 影响因子: 7.9
• 作者: Yusuke Mukuhira;Masaoki Uno;Keisuke Yoshida
• 通讯作者: Keisuke Yoshida

Olivine vs orthopyroxene:controls on iron partitioning during serpentinization

橄榄石与斜方辉石：蛇纹石化过程中铁分配的控制

• 发表时间: 2022
• 作者: Shuhei Tanaka;Atsushi Okamoto;Kazuki Yoshida;Yasuhiro NIwa;Masao Kimura;Masaoki Uno;Kazumasa;Fuji
• 通讯作者: Fuji

Rupture of serpentinized mantle wedge by self-promoting carbonation: insights from Sanbagawa metamorphic belt

自促进碳化作用导致蛇纹石化地幔楔破裂：来自三八川变质带的见解

• 发表时间: 2022
• 作者: Atsushi Okamoto;Ryosuke Oyanagi;Kazuki Yoshida;Masaoki Uno;Hiroyuki Shimizu;Madhusoodhan Satish-Kumar
• 通讯作者: Madhusoodhan Satish-Kumar

Continental arc-derived eclogite in the Zavkhan Terrane, western Mongolia: Implications for the suture zone in the northern part of the Central Asian Orogenic Belt

• DOI: 10.1016/j.jseaes.2022.105150
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Journal of Asian Earth Sciences
• 影响因子: 3
• 作者: Manzshir Bayarbold;A. Okamoto;Otgonbayar Dandar;M. Uno;N. Tsuchiya