(57)【要約】【課題】  ベントナイト系人工バリア材料の層間陽イオンと，該材料の隣接帯域に存在する陽イオンとの間で行われるイオン交換反応によって変質するベントナイトの力学・水理特性を解明するために，変質ベントナイトを人工的に製造し易くし，これを該解明のための試験に供する。【解決手段】  原料ベントナイトを試験液中の陽イオンとイオン交換反応させたあと，反応後のベントナイトを液から分離することからなる変質ベントナイトの製法において，該反応後のベントナイトを低級アルコールで洗浄することを特徴とする変質ベントナイトの製法である。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ベントナイトを試験液中の陽イオンとイオン交換反応させたあと，反応後のベントナイトを液から分離することからなる変質ベントナイトの製法において，該反応後のベン
トナイトを低級アルコールまたはその水溶液で洗浄することを特徴とする変質ベントナイ
トの製法。
【請求項２】
低級アルコールはエタノールである請求項１に記載の変質ベントナイトの製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，ベントナイト系人工バリア材料を使用する放射性廃棄物地層処分事業等において，該ベントナイト系人工バリア材料の性能評価試験を行うための変質ベントナイトの
製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
核燃料廃棄物地層処分場事業における人工バリア材料としてベントナイトの使用が想定されている。ベントナイトは，天然の鉱物としては，層間陽イオンがＮａイオンのＮａ型
ベントナイトと，層間陽イオンがＣａイオンのＣａ型ベントナイトに概略分類される。
【０００３】
一般に，Ｎａ型ベントナイトは膨潤性能や止水性能は高いが，セメント系材料と併用するとセメント系材料から溶出するＣａイオンとＮａ型ベントナイトの層間陽イオンとの交
換反応が起こり，セメント系材料を変質させ且つベントナイト系材料層の遮水性能を低下させる。他方，Ｃａ型ベントナイトはセメント系材料と併用しても変質せず，セメント系
材料からのＣａイオンの溶出も抑制されるが，膨潤性能や止水性能がＮａ型ベントナイト
に比べると低い。
【０００４】
Ｎａ型とＣａ型のベントナイトには前記のようにそれぞれ得失があるが，放射性廃棄物の地層処分場構造物におけるバリア材に要求される諸性質のうちでも，自己シール性とし
ての膨潤性や止水性が重要視されることから，Ｎａ型ベントナイトの使用を推奨することが多い。しかし，処分場の構造上，ベントナイト系材料層をセメント系材料層で強度的に
安定化する構造が採用される場合が多く，この場合にＮａ系ベントナイトを用いると，セ
メント系材料層からのＣａイオンの移動の問題が懸念される。
【０００５】
このようなベントナイト系人工バリア材料の層間陽イオンと，該材料の隣接帯域に存在する陽イオンとの間で行われるイオン交換反応によって当該ベントナイトが変質する現象
は，実際には非常な長期スパンで進行する。したがって，変質ベントナイトの力学・水理
特性の解明にはベントナイトを人工的に変質させる加速試験技術が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記のように，イオン交換反応後の変質ベントナイトの力学・水理特性の解明を行うためには，まず変質ベントナイトを造る試験を行うことが必要である。このためには，試験
に供する原料ベントナイトを水溶液中の陽イオンとイオン交換反応させたあと，反応後のベントナイトを液から分離して変質ベントナイトを得る方法が簡便である。この場合，反
応後のベントナイトは十分に洗浄された状態で分別されねばならない。しかし，ベントナイトは超微粒子を含有しているので，十分に洗浄された状態で液から分離することは必ず
しも容易ではない。例えば蒸留水での洗浄ろ過では極めて長時間を要する。本発明はこの
問題の解決を主目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは，変質ベントナイトについての試験研究を重ねてきたが，イオン交換反応後のベントナイトスラリーから十分に洗浄された変質ベントナイトを回収するには，蒸留
水による洗浄に代えて低級アルコールによる洗浄を行うと変質ベントナイトの製造が容易
になることを見い出した。
【０００８】
したがって，本発明によれば，原料ベントナイトを試験液中の陽イオンとイオン交換反応させたあと，反応後のベントナイトを液から分離することからなる変質ベントナイトの
製法において，該反応後のベントナイトを低級アルコールで洗浄することを特徴とする変質ベントナイトの製法を提供する。試験液としてはＮａＣｌやＣａＣｌ2等のＮａイオン
やＣａイオン等の陽イオンを含む水溶液を使用することができ，低級アルコールとしては
エタノールまたはエタノール水溶液を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
イオン交換反応後の変質ベントナイトについての力学・水理特性を研究するには，各種の原料ベントナイトからイオン交換反応の条件を変えて変質ベントナイトを作成すること
になる。イオン交換反応を行わせるは，各種の陽イオンを所定濃度で含む水溶液中に供試する原料ベントナイトを分散させて反応させる方法が便宜であり，そのさいにスラリーに
攪拌を付与することも好ましい。反応終点（平衡状態）は液の電気伝導度測定により確認
することができる。
【００１０】
反応終了後に，そのスラリーから変質ベントナイトを採取する方法として，遠心分離機による固液分離法と，ろ過機による固液分離法が挙げられる。そのうち，遠心分離機によ
る方法は，ろ過に比べると分離速度が速い点で有利であるが，反面，１バッチ当り少量しか変質ベントナイトを製造できないことに加え，液中にコロイド状に分散しているベント
ナイトの超微粒子は遠心分離できない点で難がある。したがって，ろ過に時間を要するとしても，１バッチで大量の変質ベントナイトを作成できるろ過機による方法が実際的であ
る。
【００１１】
ろ過機を用いて反応終了後のスラリーを固液分離する場合，フイルター上のケーキに反応液が残留するので，それを洗浄する必要がある。この清浄操作はフイルター上のケーキ
に洗浄液を注入し，ろ過操作を繰り返すことになるが，本発明者らの経験によると，その洗浄液として蒸留水を用いた場合には，十分な洗浄が行われるまでには非常に多くの時間
を要することが判明した。すなわち，フイルター上のケーキを通過した洗浄液（ろ液）中の陰イオン濃度を測定し続け，その陰イオン濃度が検出されなくなった時点を洗浄完了点
とする場合，その完了点に至るまでには，例えば１.５Ｋｇの変質ベントナイトでは約３
ケ月を要した。
【００１２】
本発明は，このような変質ベントナイトの洗浄操作を低級アルコールを用いて行う点に特徴があり，これによって洗浄完了点に至るまでの時間は，蒸留水の場合の１／３０〜１
／５０程度に短縮できることがわかった。洗浄液として用いる低級アルコールは実際には
エタノールが便宜であり，エタノールの水溶液でもよい。
【００１３】
図１は，本発明に従う変質ベントナイトの製法例のフロー図であり，そのフローのうち洗浄工程については，洗浄を実施する装置の概略を図中に示した。図１の例では，原料ベ
ントナイトとしてＮａ型ベントナイトを使用し，これとのイオン交換反応を行わせる陽イ
オン（Ｃａ2+) の供給源として塩化カルシウム溶液を使用する例を示している。
【００１４】
図１のフローに従って本発明法の好ましい態様を説明すると，まず，原料ベントナイト（Ｎａ型ベントナイト）と試験液（塩化カルシウム水溶液）を攪拌手段付き容器に装入し
て攪拌混合することにより，原料ベントナイトを試験液中に十分に分散させてイオン交換反応を行わせる。この攪拌混合のあとは１日程度静置して液中の電気伝導度を測定する。
この電気伝導度の値が変化する以上は，攪拌混合と静置を繰り返し，一定値に達した点を
反応終了点（平衡状態）とする。
【００１５】
この反応が終了したあとは，反応後のベントナイトスラリーを図中のろ過洗浄装置のスラリータンクに移す。このろ過洗浄装置は，図示のように，漏斗部１をもつスラリータン
ク２と，その下方の受液容器３とからなるスラリー処理装置であり，漏斗部１にはフイルター４が取付けられ，このフイルター４を通過した液が受液容器３内に流下する。受液容
器３は真空ボンプ５に接続されている。清浄操作は，スラリータンク２に装入されたベントナイトスラリー６に対し，洗浄液７を注入することによって行う。そのさい，真空ポン
プ５を稼働して容器内を減圧にして吸引ろ過する。洗浄液７としては無水エタノールまたはエタノール水溶液を使用し（本例では８０％濃度のエタノール水溶液を使用），漏斗部
１から容器３内に流下する液を適宜サンプリングして，洗浄後液（濾液）の陰イオン濃度（本例ではＣｌイオン濃度）を測定し，Ｃｌイオン濃度が検出されなくなるまで（水道水
のＣｌイオン濃度２０ｐｐｍ以下になるまで）洗浄を繰り返す。
【００１６】
洗浄完了後は，フルター４の上に形成された変質ベントナイトのケーキを取り出し，こ
れを乾燥し，必要に応じて解砕して変質ベントナイトの採取が完了する。
【００１７】
本発明者らは，図１のフローに従って１.５Ｋｇの変質ベントナイトを採取する操作を実施したが，洗浄液として前記の８０％濃度のエタノールを使用した例では，洗浄操作は
４日で完了した。洗浄に用いたエタノール量はベントナイト重量の１５倍程度であった。
これに対して，洗浄液として蒸留水を使用した場合には，洗浄操作は３ケ月を要した。
【００１８】
図２は，エタノールで洗浄したあとのベントナイト（○印）と蒸留水で洗浄したあとのベントナイト（●印）の膨潤圧の経時変化を調べた結果を示したものである。図２に見ら
れるように，エタノールで洗浄しても蒸留水洗浄のものと同じ傾向の膨潤挙動を示してお
り，洗浄後のベントナイトの物性には差がないことがわかる。
【００１９】
このように，本発明によると，変質ベントナイトの製造が非常に短時間に行うことができるので，ベントナイト系人工バリア材料を使用する放射性廃棄物地層処分事業等におい
て，該ベントナイト系人工バリア材料の性能評価試験を行うための供試体の作成に大いに
貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の変質ベントナイトを製造するための一例を示すフロー図である。
【図２】エタノール洗浄後のベントナイトの膨潤圧の経時変化を蒸留水洗浄後のベントナイトのそれと対比して示した図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  漏斗部
２  スラリータンク
３  受液容器
４  フイルター
５  真空ポンプ
６  ベントナイトスラリー
７  洗浄液
【図１】
2006044957.tif 000002
【図２】
2006044957.tif 000003