花岡岩にはバッチ試験と同じ稲田産の花商岩を粉砕し、 32から60メッシ ユに粒径を揃えたものを使用した。 この花崩岩粒を蒸留水で数回洗浄した のち真空オーブン中で乾燥させた。
カラム法によるウランの収着試験
(2)試験溶液
ウラン溶液についてはバッチ試験と同じものを用いた。
酸または水酸化ナトリ ウムで調整した。 また、 1.0N過塩素酸ナトリウムを 加え、 イオン強度をO.lMに揃える た。 最終的に、 ウラン濃度0.0048mM、
炭酸濃度0.3mMとした。
カラム法ではカラムの水理特性を把握するため非収着性トレーサを用い
pHはO.lNの硝
る。本試験では非収着性元素としてヨウ素を用いた(88)0 P H、 イオン強度、
反酸イオン濃度 はウ ラン溶液と同様に調製した。 ヨウ素原料には沃化ナト リウムを用い、 ヨウ素濃度を10mMに調製した。
カラムにトレーサ 溶液を透過する前に岩石試料を所定の化学的条件に調 整する必要がある。 このため、 トレーサを含まない、 pH、 イオン強度、
炭酸濃度を所定の条件にした調整溶液(conditioning solution)を調製した。
(3)試験装置
花両岩粒は、 内径4.6mm 、 長さ70mmのポリエチレン製のシリンダーに充 填した。 カラムの上下には漉紙を敷きカラム内の粒が試験中にみだりに動 かないように固定した。 花岡岩粒の充填率は、 乾燥時のカラム重量と水を 満たした時の重量の差から求めた。
図5. 1 1に装置の概略図を示す。 装置は大き く分けて、 溶液供給系、 蓄 液系、 カラム、 サンプリング系 からなる。 溶液供給系 には、 少流量を安定 して供給できるダ ブルプランジャーポンプを用い、 更に脈流を少 なくする ためオイルダンパーを設けた。 配管にはテフロンを用いた。 蓄液系は六方 コックとテフロン管 からなり、 αサンプラ一部にウランまたはヨウ素溶液 を貯めている。 試験開始前には、 ポンプから調整溶液がカラムに流れるが、
六方コックを操作して図の状態にすると、 調整溶液がαサンプラ一部の溶 液を押し出しカラムに供給 する。 カラムはオーブン内に配置されており、
試験中一定温度に保たれる。 サンプリング系にはフラクションコレクタが 配置しであり、 一定時間毎に透過 液を採取する。 サンプリング中の液の蒸 発量を推定するため、 フラクションコレクタ中に水の入った容器を入れ、
蒸発量を測定した。
(4)試験手順
まず、 カラムを装置にセットした後、 オーブンを所定の温度に保つ。 次 に、所定のpHの調整溶液を充分透過させる。 このとき流量を0.1---0.2ml周 に調節する。 同時にウランまたはヨウ素溶液をαサンプラー内に 注入して おく。 テフロン製のαサンプラ ー内にウラニルイオンが収着する可能性が あるので、 ウラニルイオン溶液を注入して1---2日放置し、 その後、 αサ
102
Stock solution
01 U(VI) Teflon tube
+
司司、-『・、-
-旧MMP
-hυ門uunH
Hu nHげ川
O U 比 D 削 .
rト
Conditioning Solution
\
Granite Powder 32-60mesh
<þ
: 4.6mmH : 70mm
図5.1 1 カラム試験装置の概略図
""，....-、�
Oven
Fraction Collector
--寸�
ンフ。ラー内のウラニルイオン濃度を測定し初期濃度とした。 流量が安定し たら、 六方コックを操作し、 αサンプラー内のウランまたはヨウ素溶液を カラムに導入する。 透過した溶液中のウラン、 ヨウ素を分析する。
ウランの分析にはフルオリメ ータを使用した。 この装置は波長365nmの 索外線によりフッ化ウランが発する560nmの蛍光強度を測定しウランを定 量する。 融剤として、 炭酸カリウム、 炭酸ナトリウム、 フッ化ナトリウム、
フッ化リチウムを9:9:2:0.04の比で混合し8000Cで溶融させた後粉砕したも のを用いた。 分析手順は以下の通りである。 透過溶液1.0mlを白金の皿に採
り、赤外線ランプの下で十分に蒸発乾固させた。 この後、 融剤2.0gを白金 の皿に加え、 ガスバーナーで加熱融解し急冷してペレット状にした。 この ペレットをフルオリ メーターにて定量した 。 定量にあたりウラン 濃度既知 の標準溶液で検量線を作成した。
ヨウ素の定量には高速液体クロマトグラ フを用いた 。 ヨウ素 検出にはヨ ウ素イオン電極を用いた。 ヨウ素濃度既知の溶液を用い検量線を作成した。
(5)試験条件
試験は、 p H3---10.5， 温度200Cから700Cで行った。 試験条件のマトリッ クスを表 5 .6に示す。
表 5 .6 試験条件マトリックス
� 2 OOC 3 OOC 3 5 oC
4OOC 5 OOC 6 OOC
7OOC
3.0
。
4.0
。 。 。 。
5.2
。
6.5
。 。 。 。 C 。 。
7.7
。
8.9
。 。 。 。
』ー
1 0.5
。
」ーー 一一」
5.3.2 試験結果
(1)ウランおよびヨウ素の破過曲線のpH依存性
温度3 0 oCで、 酸性側の結果(p H3.0---6.5)と塩基性側の結果(pH
6.5� 10.5)をそれぞれ図 5 .1 2と図 5 .1 3に示す。
104
ヨウ素はいずれのpHにおいても速やかに破過しており、 特別なpH依 存性は観察されなかった。 一方、 ウランの透過にはpH依存性が見られ、
中性付近のpH 6.5で最大の遅延が観察された。 pHが中性 から離れるほ ど遅延が小さくなる傾向が見られた。
(2)ウランおよびヨウ素の破過曲線の温度依存性
p H 4.0で温度が3 OoCから6 OOCの結果を図5.1 4に、 pH 6.5で
温度が2 OOCから7 OOCの結果を図5.1 5に、 pH 8.9で温度が3 OOCか ら6 OOCの 結果を図5.1 6に示す。
ヨウ素はいずれのpH、 温度 においても速やかに破過しており、 特別な 温度依存性は観察されなかった。 一方、 ウランの透過には温度依存性が見 られ、 温度が高い程遅延が大きくなる傾向が見られた。 ただし、 pH 6.5 において、 7 OOCの結果は逆に小さくなっている。
(3)カラムの空隙率、 流速
個々の試験でのカラムの空隙率、 流量等を表5.7に示す。 また、 流量が 充分に小さく、 水の流れは層流であると仮定し、 各試験におけるDarcy速度
V (m/s)を計算し た。 Darcy速度は下式により計算され、 空隙中の平均流速 を表す。
v=立-A � (5-26)
ここで、 Aはカラムの断面積(m2)、 Qは平均流量(m3/s)、 引ま空隙率である。
どの条件においても Darcy速度は数μm/s程度であった。 つまり、 水がカ ラムを通過するのに必要な時間 は数時間、 透過液量で1ml以下であった。
1.0
Temp
300CpH
3.0。
pH
4.0pH
5.2pH
6.5 Aロ
+
0.8
c全
0.6
(00~0)
0.4 口ロム口 zoZ伺』wzoυC000〉一w偲-og
0.2
25 10 15 20
Effluent Volume
0.0 5 0
(ml)
O1--DtOJ-O-(コ-QÇ1-G 1.0 。
+ + 口+ 口口口
ム
。
(00\O) 0.8
Temp
300CpH
3.0U
pH
4.0pH
5.2。 ム ロ
+ +
ロ ロ
+
+
ム
ロ A
。 口
A 口口
。 0.6
0.4
0.2 coZ悶』担coocoQO〉Z50広
pH
6.5+
+ 0.0
0 20 25
(ml)
15
Effluent Volume
5 10