Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Но несмотря на усиленное внимание к фтороносным водам, эта проблема в большинстве даже развитых стран далека от разрешения. Так, например, в США, где широко применяется централизованное и индивидуальное дефторирование, несколько миллионов человек пользуются водой с повышенным содержанием фтора. Чрезвычайно тяжелые ситуации в отношении использования фтороносных вод имеются в Индии и других странах. Достаточно сложна эта проблема и в СССР.
Для познания геохимии фтора в подземных водах имеют значения следующие его химические свойства:
1. Фтор, имея максимальную электроотрицательность, является типичным носителем свойств анионогенных элементов. В то же время он является универсальным лигандом для 8-электронных элементов-комплексообразователей. Фторкомплексные соединения этих элементов имеют относительно высокую устойчивость (табл. 10.3).
18—1149
273
Таблица 10.3. Логарифмы констант устойчивости констант комплексных соединений элементов с фтором (18—250C)
Ступень комплексообразования
Элемент 1 2 3 4 5 6 Ca2+ M * ? Mg2+ 1,80 — — — - — Al3+ 6,13 11,15 15,0 17,75 19,37 19,84 Fe3+ 5,28 9,30 • 12,06 14,06 14,42 —M В3+ — - 3,57 6,21 шшшШ Be2+ 5,88 10,81 14,37 16,37 - Фторкомплексные соединения разлагаются только в щелочных средах (AlFn^+SOH-^FfcA^OHb+rtF-) и поэтому в кислых и околонейтральных водах широко распространены фтор-комплексные соединения с основными катионами подземных вод (рис. 10.9).
Свойства фтора быть универсальным лигандом определяют широкий спектр геохимических условий его перехода в воду при взаимодействиях «вода — порода». Известно, что интенсивность растворения соединений определяется не только правилом одноименных ионов или ионной силой раствора. Установлено, что растворимость фторсодержащих соединений это еще и функция комплексообразования в растворах. В связи_с^этим в присутствии элементов-комплексообразователей, образующих с фтором устойчивые комплексные соединения, растворимость фторсодержащих соединений увеличивается. При этом, чем устойчивее комплексное соединение, тем интенсивнее фтор переходит в водную фазу. Поэтому растворимость флюорита возрастает не только в присутствии водородного и гидроксильного ионов (CaF2 (TB)+2H+=Ca2++2HF; CaF2 (та) + ОН-=СаОН++ +2F-), но и в присутствии алюминия (в кислых средах CaF2(TB)+Al3+=AlF2++Ca2+).
2. Важным отличием фтора от других галогенов является малая растворимость кальциевых солей. Действительно, при высокой растворимости CaCl2, CaBr2, CaI2 растворимость CaF2 минимальна (nPC3F2 п-IQr11). Поэтому содержания фтора в
подземных водах лимитируются содержаниями кальция — количественно это выражается в подчинении содержаний фтора в маломинерализованных подземных водах nPcaF2 (рис. 10.10).
Наоборот, вследствие высокой растворимости NaF (при 20 0C 42,8 г/кг) монокатионные натриевые воды всегда недосы-щены фтором, они способны к активному его накоплению и увеличение минерализации этих вод приводит к возрастанию в них содержаний F. В связи с такой разной растворимостью фтори-
274
%
Рис. 10.9. Изменение миграционных форм фтора в подасмных водах в зависимости от их pH (обобщающие данные для 250C)
дов натрия и кальция переход фтора из пород в подземные воды, а также его содержания в этих водах зависят от величины Na/Ca в них. Чем больше это отношение в подземных водах, тем больше фтора при прочих равных условиях они могут содержать. В связи с изложенным HCO3-Na подземные воды всегда благоприятнее для извлечения фтора из пород и его накопления. В таких водах содержания фтора обычно повышены.
Геохимические типы фтороносных подземных вод. В земной коре имеется несколько геохимических типов подземных вод с высокими содержаниями фтора. Главными среди них являются: а) пластовые HCO3-Na-Ca; HCO3-Na; HCO3-Cl-Na; HCO3-Mg; SO4-Na, SO4-Mg-Ca воды структур, сложенных осадочными породами; б) трещинно-жильные НСОз-Na; HCO3-SO4-Na; SO4-HCO3-Na; SO4-Na воды массивов кристаллических и мета-морфизованных пород.
Пластовые фтороносные воды на территории СССР известны во многих артезианских бассейнах Русской платформы (Московском, Прибалтийском, Днепрово-Доиецком и др.), в Якутском артезианском бассейне, бассейнах восточной части Средней Азии. Классическими являются фтороносные воды артезианских бассейнов Предкарпатского (в пределах молдавской части) и Предкавказского прогибов. Эти бассейны — типичные фтороносные провинции с региональным распространенном пластовых фтороносных вод. В них формируются относительно маломинерализованные (до 5 г/л) HCO3-Na и HCO3-Cl-Na йоды, содержащие до 20 мг/л и более фтора. Увеличение содер-
18« ' 275
F ,мг/л
23 21 79 17 15
25 SO 75 WO 725 150 175 2OO С а, МГ/Л
Рис. 10.10. Положение маломинерализованных подземных вод на диаграмме Ca-F
жаний фтора в этих водах происходит в соответствии с ростом величины Na/Ca. Лимитирующим верхним пределом концентраций фтора в пластовых водах артезианских бассейнов является ПРсаР, ...
Основными состояниями фтора в пластовых водах являются F~, NaF0, MgF+, CaF+ AlFn3-71, а также соединения фтора с фульвокислотами, при этом доля F", NaF0 и фторорганических соединений увеличивается с ростом pH среды.
