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고온 조건에서 염기성 용액이 투과된 압축 나트륨 벤토나이트의 수리전도도와 양이온 교환 특성
윤여원(Yeowon Yoon),하녹안(Ha Ngoc Anh),나선원(Sunwon Rha),김진석(Jin-Seok Kim),조호영(Ho Young Jo) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
고준위방사성폐기물 심층처분시스템의 공학적 방벽 완충재는 낮은 수리전도도, 큰 팽윤압, 큰 핵종 흡착능 등의 물성이 요구된다. 팽윤성 점토광물인 몬모릴로나이트가 주구성광물인 벤토나이트는 완충재에 요구되는 물성을 만족하는 물질로 알려져 있다. 자연계로 방사성 핵종 누출 억제가 주요 목적인 심층처분시스템의 공학적 방벽은 방사성폐기물로부터의 고열과 처분시스템에 사용되는 시멘트와 지하수의 반응에 의해 형성되는 염기성 지하수에 노출될 수 있다. 본 연구에서는 핵종 거동에 영향을 주는 벤토나이트의 열-수리-화학적 복합적 거동 특성을 이해하기 위해 다양한 온도 조건(25–75℃)에서 시멘트 침출수를 모사한 pH가 약 12인 칼륨과 칼슘 혼합 염기성 용액을 투과용액으로 사용하여 압축 나트륨 벤토나이트를 대상으로 수리전도도 실험을 3년간 수행하였다. 실험 종료 후 반응한 벤토나이트 시료에 대하여 화학조성, 광물성분, 양이온 교환능, 팽윤 지수를 측정하였다. 25℃ 조건에서는 압축 나트륨 벤토나이트의 수리전도도가 실험 기간동안 매우 낮게(10-12-10-11 m/s) 유지되었으나, 50–75℃ 조건에서는 수리전도도가 일정한 시간이 지난 후 약 10배 이상 증가했다. 교환성 양이온 분석 결과, 25℃ 조건에서는 칼륨과 칼슘에 의한 나트륨의 교환과 팽윤지수 변화가 거의 나타나지 않았다. 반면에 50–75℃ 조건에서는 나트륨이 거의 칼륨과 칼슘으로 교환되었고, 팽윤지수도 크게 감소하였다. 이러한 팽윤지수 감소는 양이온 교환에 의해서, 수리전도도 증가는 온도 증가에 의한 투과용액의 점성도 감소와 양이온 교환에 의한 미세공극구조의 변화에 의한 것으로 사료된다.
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