自然環境における希土類元素 (REE、ランタニドとイットリウム) の挙動は、広く研究されています。 REE は、電子技術や再生可能エネルギー技術の構成要素として価値があります。欧州共同体は REE を重要な原材料として挙げています。自然環境における REE の移動、蓄積、地球規模のサイクル メカニズムを理解することは、将来の用途に向けた埋蔵量を評価し、これらの金属の開発に伴う環境問題を予測するために重要です。
その場浸出技術を使用した REE 抽出および関連する重要な要素は、抽出率を高めるために最適化されています。溶存 REE は、マグマの融解や水と岩石の相互作用など、多くの地球力学的プロセスを理解するための代用として使用されてきました。溶存 REE は、シェール ガスの水圧破砕流体分析など、人間活動の環境への影響を追跡するためにも使用されています。最終的に、REE の物理化学的特性により、低温および高温の地球化学反応を研究するための強力な代用物としての使用が可能になります。
CO2 の地中貯留 、炭素および回収および貯蔵（CCS）技術の一部であり、大気中の温室効果ガスの蓄積を削減するための潜在的な方法と見なされてきました。地中貯留は CO2 の注入で構成されています 以前は産業プロセスから深い地下の岩層に捕獲されていました。これにより、大気中の CO2 を永久に除去することが目的です。貯留の有効性は貯留層サイトの容量と完全性に依存します。
CO2 貯留容量は、空隙率、貯留層の透過性、および CO2 を封じ込めるための十分な不透過性バリアまたはキャップロックの存在によって決まります。 永久に。 CCS に適した容量を示すために、いくつかのタイプの地層が特定されました。現在までに、これらの特定された貯留層は、CO2 を使用した強化石油回収技術によって開発された、深い塩水帯水層、石炭層、石油およびガス貯留層です。 、そして最後に、枯渇した石油とガスの貯留層。これらの貯留サイトの中で、深層塩水帯水層が最大の貯留容量と世界的な再分割を持つと特定されました。注入されると、CO2 の一部 シールとして機能する不浸透性のキャップロックの下に物理的に閉じ込められ、残りの CO
この現象を研究するために、化学反応の記述に優れた精度を提供しますが、時間と規模が限られている地球化学モデルと組み合わせた実験室条件で多数の実験が行われました。天然CO2の研究 熱水が豊富な水は、長年の CO2 を研究するための優れた類似物を提供します ‐水‐岩石相互作用であるが、現象を正確に記述するには限界があるように思われる。 CCS サイトの規模に近づき、技術的および科学的なギャップを特定するためのテスト パイロットとして、いくつかのフィールド実験が行われました。
これらの異なる実験作業は、いくつかの問題を解決しなければならないことを示しました。これらの問題には、CCS に伴う環境リスクが含まれます。野外および実験室でのいくつかのパイロット実験では、溶解した微量金属が地下の淡水帯水層に放出される潜在的なリスクが示唆されています。溶存金属の放出は、CO2 によって引き起こされる可能性があります - 濃縮塩水が最初の深い貯蔵貯留層から漏れ出し、地表に向かって移動します。
他の現象の中でも、微量金属の再移動は CO2 が関与する in-situ pH および酸化還元摂動に関連している 注入または漏れ。特に、CO2 摂動には、pH の酸性化、貯留岩の溶解の促進、貯留岩鉱物に最初に存在するか、鉱物表面に吸着された可能性のある微量金属の放出が含まれる場合があります。運命と地下の地質環境における微量金属元素の理解は重要です。これらの問題は、有毒廃棄物処理、放射性廃棄物の長期地下貯蔵、廃棄物埋立地の調査など、他の地球工学アプリケーションにも役立ちます。
CO2 水と岩石の相互作用は、流体と岩石の界面で新たに形成される鉱物の結晶化によって引き起こされます。次に、CO2 の実現可能性の一部 貯留は表面駆動のプロセスであり、REE は、注入された流体と母岩の間の界面で発生するプロセスを説明するための有望な地球化学ツールを表しています。地下水中の REE の挙動は、水と岩石の界面で起こる反応を理解するのに役立つかもしれません。
地下水中の溶存 REE 濃度は、(i) 風化プロセスに関与する化学元素の放出によって制御されます。 (ii) 地下水の pH と酸化還元。 (iii) 収着プロセス。 (iv) 地下水中の炭酸塩のような配位子の錯化の可能性。 (v) 物理的な水理地質学的要因。地熱流体および天然 CO2 内の溶存 REE 挙動の研究 -豊富な水源は、すでに有用な結果を生み出しています。 CO2 の間に REE スペクトルの分別が発生します。 水と岩石の相互作用プロセスであり、溶存 REE と水の pH の間に強い関係があることが確認されています。
CCS 用途における高塩分ブライン漏出検出のトレーサーとしての REE の使用は、実験室条件下で研究されています。ただし、サンプルの塩分含有量が高く、微量金属分析で分析上の問題が発生するなど、いくつかの問題が浮き彫りになりました。流体包有物における REE の特徴も、深部地質流体の挙動を理解するための重要なパラメーターです。特に、REE シグネチャは、貴重な地質資源の生成過程で作用する物理化学的条件、流体混合、および沈殿プロセスを評価するための優れた代用物です。
鉱物の結晶化中、REE はそのイオン電荷と半径によって駆動されるように動作します。反対に、水性プロセスの間、金属イオンはそれらの外部電子配置に従って振る舞います。したがって，規格化ＲＥＥ濃度の特徴とＹ／Ｈｏ比の主な変化は，岩石‐流体相互作用中の固体‐流体界面で認められる。溶存 REE の挙動に影響を与える現象の中で、金属の酸化物相と水酸化物相 (すなわち、鉄やマンガンのオキシ水酸化物などのオキシ水酸化物) による REE の除去の役割が特に重要であると思われます。
REE の鉄およびマンガン酸化物への除去は、pH に大きく依存します。フェリハイドライトなどのアモルファス相への捕捉 (例:Fe(OH)3 ) 反応表面積が大きいため、重要なようです。実験室条件下での酸性鉱山排水からの REE 回収のためのゼロ価鉄ナノ粒子の使用は、溶液から REE を除去する能力を示しました。軽い REE (LREE) と重い REE (HREE) の間の分別は、金属酸化物への除去中に発生します。これは主に、特に炭酸塩種との溶解種の錯体形成によって引き起こされます。多くの研究で、有機および無機配位子との REE 錯体形成が評価されています。鉱物表面で発生する REE の錯体形成プロセスは、環境中の溶存 REE パターンの挙動を理解するための鍵です。
溶存 REE の挙動を理解することは、前述の現象の関与と相互依存性のために困難です。この実験作業の目的は、CO2 によって摂動された地下水に溶解した微量金属が濃縮される可能性を研究することです。 CO2への応用の可能性 地中貯留の安全性評価
以前の研究では、主要な化学元素と微量金属の再移動に焦点を当てていました (Rillard et al., 2014)。同じ実験中に収集されたサンプルの 2 番目のセットは、溶解した REE の挙動を研究するために使用されます。この実験の目的は、CO2 の効果を定量化することです 溶存 REE の放出による帯水層の pH 摂動。この作業は、地質 CO2 の安全性を評価するために、溶存 REE および関連する微量金属の運命と環境への輸送の理解を深める可能性があります。 保管所。この結果は、放射性廃棄物の地中貯留や鉱山現場の修復など、他の地球工学アプリケーションにも役立つ可能性があります。
