Domestic Yungil bentonite (montmorillonite) was treated with 1N sodium hydroxide solution in an autoclave at several temperatures, between 100 to 200℃, for 1 to 24 hrs. The products were examined by X-ray diffraction analysis. The following concecutive reaction was valid. montmorillonite→amorphous aluminosilicate→analcime The reaction rate constants k and k' at 200℃ were 0.35hr-1 and 0.22hr-1, respectively. The activation energies for the conversion from montmorillonite to amorphous aluminosilicate and from amorphous aluminosilicate to analcime were 10 kcal/mol and 12kcal/mol, respectively.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.19
no.3
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pp.331-338
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2021
Extensive studies have been conducted on thermal conductivity of bentonite buffer materials, as it affects the safety performance of barriers engineered to contain high-level radioactive waste. Bentonite is composed of several minerals, and studies have shown that the difference in the thermal conductivity of bentonites is due to the variation in their mineral composition. However, the specific reasons contributing to the difference, especially with regard to the thermal conductivity of bentonites with similar mineral composition, have not been elucidated. Therefore, in this study, bentonites with significantly different thermal conductivities, but of similar mineral compositions, are investigated. Most bentonites contain more than 60% of montmorillonite. Therefore, it is believed that the exchangeable cations of montmorillonite could affect the thermal conductivity of bentonites. The effect of bentonite type was comparatively analyzed and was verified through the effective medium model for thermal conductivity. Our results show that Ca-type bentonites have a higher thermal conductivity than Na-type bentonites.
Goo, Ja-Young;Kim, Jin-Seok;Kwon, Jang-Soon;Jo, Ho Young
Economic and Environmental Geology
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v.55
no.3
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pp.219-229
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2022
Bentonite is being considered as a candidate for buffer material in geological disposal systems for high-level radioactive wastes. In this study, the effect of cement-bentonite interactions on bentonite alteration was investigated by reviewing the literature on studies of cement-bentonite interactions. The major bentonite alteration by hyperalkaline fluids produced by the interaction of cementitious materials with groundwater includes cation exchange, montmorillonite dissolution, secondary mineral precipitation, and illitization. When the hyperalkaline leachate from the reaction of the cementitious material with the groundwater comes into contact with bentonite, montmorillonite, the main component of bentonite, is dissolved and a small amount of secondary minerals such as zeolite, calcium silicate hydrate, and calcite is produced. When montmorillonite is continuously dissolved, the physicochemical properties of bentonite may change, which may ultimately causes changes in bentonite performance as a buffer material such as adsorption capacity, swelling capacity, and hydraulic conductivity. In addition, the bentonite alteration is affected by various factors such as temperature, reaction period, pressure, composition of pore water, bentonite constituent minerals, chemical composition of montmorillonite, and types of interlayer cations. This study can be used as basic information for the long-term stability verification study of the buffer material in the geological disposal system for high-level radioactive wastes.
Dry-based processes such as crushing, milling, sieving, magnetic and gravity separation were employed in order to investigate the purification characteristics of bentonite. The CECs of Gampo 13 and 35 bentonites were estimated at 88.3 and 93.3 meq/100 g and the samples contained quartz and feldspar as impurity minerals. According to the physical properties of constituent minerals of bentonite, the purification techniques were adopted to enhance the grade of montmorillonite High grade of montmorillonite could be obtained by the combination of each process. Consequently, the recovery of final products of Gampo 13 and 35 bentonite were 68.6 and 49.5%, and the CECs of them were 96.9 and 109.6 meq/100 g, respectively.
This study was to compare the geological occurrences and geneses of the Myogi, Tsukinuno, Dobuyama and Kawasaki bentonite deposits distributed in the Tertiary sedimentary basins of NE Japan, and to compare the mineralogical and physicochemical properties of their bentonites. The Japanese bentonite deposits are mainly distributed in the Green-tuff region which was formed in Neogene. The shape of ore body of the Myogi, Tsukinuno and Kawasaki deposits formed by the diagenesis are layered and stratiform. In contrast to this, the Dobuyama deposit formed by hydrothermal alteration shows the cone shape. The mineralization age of four deposits are 1.8 ~ 21 Ha from Early Miocene to Pliocene. The Dobuyama bentonite with the highest montmorillonite content shows the highest surface area, CEC, MB adsorption, and strengths. The Tsukinuno bentonite with a little high montmorillonite content is characterized by strong alkalinity, high viscosity and swelling. The Kawasaki bentonite, the Na-Ca mixed type, shows higher viscosity and swelling than the Ca-type Dobuyama bentonite. The Myogi bentonite with the lowest montmorillonite content shows the properties of low viscosity, In adsorption, strengths and a little high CEC and surface area. The high CEC and surface area of this deposit is due to the sufficient occurrence of zeolite. A strong dispersion in the Na-type bentonite and a strong flocculation in the Ca-type bentonite took place, and both the types show a slow flocculation with time. The physicochemical properties of the bentonite are mainly controlled by the montmorillonite content, interlayer cations, and impurity minerals such as zeolite. But bentonites inconsistent to this factors are sometimes occurred. This is maybe due to the crystal chemistry such as layer charge of montmorillonite and crystal morphology of montmorillonite such as aspect ratio.
Lee, Seung Yeop;Lee, Ji Young;Jeong, Jongtae;Kim, Kyungsu
Journal of the Mineralogical Society of Korea
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v.27
no.4
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pp.293-299
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2014
The bentonite, a buffer material, is essential for the deep geological disposal of HLW (high-level radioactive waste), and it is important to know its characteristic long-term evolution in the underground environment. With an assumption that the concentration of aqueous copper ions will increase if copper-coated materials on a metal canister are corroded, we examined some characteristic ion-exchanges and cation release phenomena occurring in the bentonite clay (montmorillonite) interacted with aqueous Cu cations. During the interaction between dissolved copper and bentonite, Na rather than Ca cations in the expandable clay were preferentially replaced by Cu ions in the experiment. In addition, the Cu-exchanged montmorillonite was characterized by an asymmetric X-ray diffracted pattern with relatively collapsed interlayers compared to the raw sample. These results indicate that the gradual change of the original bentonite property may occur in a underground disposal condition. We are going to further study the characteristic chemical and mineralogical changes of the bentonite buffer to be used for the disposal site by conducting additional experiments.
Je-chun clay, Hwa-soon bentonite, and Hwa-soon montmorillonite were treated with treated with organic solvents, i.e., ethylene glycol, ethanol, n-hexane, dioxane, ethylene chlorohydrin and obtained X-ray diffractograms were compared with those of the original samples. Organic solvent was adsorbed on the basal plane surfaces of Je-chun clay, Hwa-soon bentonite, Hwa-soon montmorillonite and, as a result, the axis spacing ws increased, However, organic solvent did not affect the non-expanding lattice of Japanese acid clay and the basal plane remained unchanged.
This study was conducted to investigate the characteristics of surface charge of major clay minerals in Korea. The charge characteristics of clay minerals were studied by measuring the retention of $NH^+_4$, $Ca^{2+}$ and $Cl^-$ as a function of ionic strength. The dominant clay minerals of Zeolite, Bentonite and Kaolin were oriented as Clinoptilolite+Mordenite, Montmorillonite and Halloysite, respectively. At the same ionic strength, Montmorillonite and Halloysite adsorbed some more $Ca^{2+}$ than $NH^+_4$, whereas Zeolite adsorbed more $NH^+_4$ than $Ca^{2+}$. All the three minerals adsorbed more ions with higher ionic strength and the C.F.C was larger in the order of Halloysite < Montmorillonite < Zeolite. Since the total surface area by EGME rentention was shown to be in the order of Halloysite < Zeolite < Montmorillonite, therefore, the charge density was calculated to be in the order of Montmorillonite < Halloysite < Zeolite.
Ca-type and Na-type bentonites show the great difference of some physicochemical properties. Na exchanged bentonite is mainly used for the foundry and construction materials in domestic utilization. This study tries to identify in detail the differences of some physicochemical properties and thermal properties between Ca-type and Na-type bentonites. Also the adsorption behavior and interlayer expansion for the HDTMA (Hexadecyltrimethylammonium) exchanged and CP (Cetylprydinium) exchanged Ca-type and Na-type bentonites were compared. Na-type bentonite shows the strong alkaline property, high viscosity and swelling compared to Ca-type bentonite. However, two types are very similar for the cation exchange capacity and MB (Methylene Blue) adsorption. The decomposition of adsorbed and interlayer water of Na-type bentonite is caused in the lower temperature than Ca-type bentonite. And Ca-type bentonite shows the decomposition of structural water in the lower temperature than Na-type bentonite. The interlayer expansion of montmorillonite resulted to the intercalation of HDTMA and CP into bentonite is so strongly caused from 12~15 $\AA$ to $40\AA$ (basal spacing). HDTMA-bentonite is almost expanded to $37~38\AA$ when 200% CEC equivalent amount of HDTMA is added, and CP-bentonite is fullly expanded to 40 $\AA$ in the 140% CEC equivalent amount of CP It means that CP causes the stronger interlayer expansion of montmorillonite and easier adsorption than HDTMA. Adsorption behaviors of CP into bentonite is so stable and continuously sorbed in the proportion to the treatment of amount until 200% of the CEC equivalents. CP-bentonite shows the same adsorption behavior regardless of Ca-type or Na-type montmorillonite.
This study was tried to interpret the important major factors controlling some physicochemical properties by comparing mineralogical and physicochemical characteristics such as pH, cation exchange capacity, Methylene Blue adsorption amount, swelling, viscosity, strength (compressional and tensile), and surface area etc. Investigated bentonite samples are five Korean samples from Dusan, Naa, Oksan, Dongyang, and Yeonil deposits and two Japanese bentonites from Tsukinuno and Tomioka deposits which were formed under a similar geological environment of the Tertiary basin. Tsukinuno bentonite is only natural Na-type bentonite and the others are all Ca-type bentonites. Most of the properties are not explained by the montmorillonite content only though the most important factor controlling the physicochemical properties is the montmorillonite content. The layer charge of montmorillonite will strongly control cation exchange capacity and Methylene Blue adsorption. Zeolite bearing bentonites show the strong alkaline character and causes the increase of cation exchange capacity, however decrease swelling, viscosity and strengths. Pyrite bearing bentonites decrease green compressional strength and wet tensile strength. The exchangeable interlayer cations control some physicochemical properties. Na-type bentonite than Ca-type shows more strong alkaline character and much more advanced swelling and viscosity. Also the size and thickness of montmorillonite flakes seem to control some physicochemical properties. Bentonite mainly composed of montmorillonite of very thin and large flakes is characterized by the very high surface area, cation exchange capacity, viscosity, swelling, Methylene Blue adsorption, green compressional strength and wet tensile strength. Domestic Dusan bentonite shows the most excellent physicochemical properties, which is due to the high content(84%) and very well crystallinity of montmorillonite.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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