Bentonite is a promising buffer material for high-level radioactive waste (HLW) disposal due to the high nuclides sorption capacity and swelling property. However, bentonite has the potential to generate colloid particles, with small particle sizes less than 1,000 nm when in contact with groundwater. The bentonite colloids easily form pseudo-colloid with the released nuclides and migrate through the water-conducting rock to the biosphere. Therefore, understanding the generation and migration of bentonite colloids is crucial in assessing the safety of the HLW repository. In this study, an artificial fracture system was prepared to investigate colloid release from compacted bentonite. A 250 mm diameter acrylic artificial fracture system was used, with 30 mm of compacted calcium bentonite installed. Artificial groundwater flow was injected into the system at a flow rate of 250 μL/h, and every 6 mL of leachate was collected by a fraction collector. A film-type pressure sensor was equipped to monitor the swelling pressure, and the swelling was observed using a digital microscope. The results indicate that the compacted bentonite formed a mineral ring originating from the swelling of the bentonite, and the end of the ring generated colloid particles due to chemical erosion. Although the release rate of colloids increased with increasing flow rate, the colloid ratio depended on the low ionic strength of the injected artificial groundwater. This work contributes to the understanding of the chemical erosion and colloid release mechanism of compacted bentonite.

국내 모래수요에서 인공쇄석사의 점유율은 30% 이상이며 지속적인 증가추세에 있다. 인공쇄석사는 주로 화강암 및 편마암류를 원암으로 이용하며, 공정 중에 생기는 슬러지(63마이크론 이하입자)는 침전제를 이용하여 분리되며, 중량대비 15% 내외가 포함된다. 슬러지 구성광물은 석영, 장석, 운모류와 함께 고령토, 녹니석, 질석, 스멕타이트 및 방해석도 간혹 포함된다. 쥬라기 화강암류에서 발생되는 슬러지는 대체적으로 백악기 화강암류에 비해서 더 많은 고령토 및 스멕타이트를 포함한다. 반면, 선캠브리아기 시료는 고령토 및 스멕타이트가 확인되지 않는다. 화학조성에 있어서도 화강암류와 슬러지의 사이에 명확한 차이를 나타낸다. 주요 10성분 중에서 SiO2, Na2O 및 K2O를 제외한 나머지 성분들은 슬러지에서 훨씬 높은 함량을 나타낸다. 슬러지에서 SiO2의 감소는 점토입도에서의 석영함량감소에 기인하며, Na2O 감소는 알바이트에 비해서 Ca사장석이 풍화에 약하기 때문이며, K2O는 대체적으로 변화가 미약하다. 슬러지에 대한 입도분석에 의하면, 토양조직 분류상 사질양토에 해당한다. 투수율 측정에 의하면 투수계수가 높으며, 그 원인은 실트 및 점토입자가 다소 풍부하기 때문이다. 현재 우리나라에서 폐기되는 슬러지는 불투수성이 높아 산업폐기물 중의 환경오염물로 분류되며, 쇄석사의 회수율을 저하시키므로 원암선택시 풍화를 덜 받은 화강암류를 선택할 필요가 있다.