Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
flAlF2+
aA1F2+-aF_
flAlF+a ,
К = ^^ И Т. Д, 0AlFO3
428
Рис. 15.4. Растворимость Al(OH)3 в комплексообразование в растворе [26]:
/—учтено образование Al3+, AlOH2+ н AlOH3+; 5 —кроме того AI(OH)30; 3 — кроме того Al(OH)30 и А1(0Н)г
ческой ситуации. Например, если мы имеем подземные воды с высокими значениями pH, то обязаны учитывать всю серию гидрооксокомплексных соединений элементов-комплексообра-зователей, а также их гидрокарбонатные и карбонатные комплексы; если мы имеем дело с сульфидными водами, то обязаны учесть вероятность образования гидросульфидных комплексов халькофильных злементов-комплексообразователей (таких как Fe, Zn, Pb, Cu, Cd и др.), а также сульфидные комплексы анионогенных халькофильных элементов (таких как As1 Mo и др.). При этом надо отчетливо представлять, что в процессе расчета миграционных форм элементов мы не устанавливаем эти формы, а рассчитываем соотношения между заданными формами в условиях химического равновесия. Поэтому выбор вероятных миграционных форм элементов имеет решающее значение для адекватного отображения процессов, происходящих в гомогенных и гетерогенных гидрогеохимических системах и соответственно для установления тех концентраций элементов, которые могут существовать в водной фазе этих систем.
Приведем примеры, когда неправильный выбор вероятных миграционных форм элементов может привести к недостоверному описанию реальных процессов.
Первый пример—поведение алюминия в системе «Al3—H2O» при изменении pH подземной воды [26]. Если учитывать только такие формы нахождения, как Al3+, AlOH2+ и Al(OH)2+, то при добавлении 0Н~ будет осаждаться гидроксид:
Al3++ ЗОН- А1(ОН)3(Тв) AlOH2++ 20H- —~ А1(0Н)з(хв) А1(0Н)+2 + 0Н- Al (0Н)3(ТВ).
Содержание Al в моделируемом растворе будет уменьшаться с ростом pH во всем диапазоне значений (рис. 15.4, кривая 1), т. е. миграционная подвижность Al оценивается как ухудшающаяся при подщелачивании в любых природных водах.
№
Учет частицы Al(OH)30, равновесное содержание которой не зависит от pH ?
А1(0Н)°з *=± А1(0Н)3(ТВ),
приведет к следующей оценке: миграционная подвижность Al падает при подщелачивании в кислых водах и не зависит от pH нейтральных и щелочных вод (см. рис. 15.4, кривая 2). Если учесть дополнительно
Al (QHQbciM + он~ — А1 (°н)~4'
то окажется, что в щелочных водах миграционная способность будет расти при подщелачивании (см. рис. 15.4, кривая 3). Таким образом, из-за неучета важных форм миграции Ai(OH)30 и Al(OH)4- первый вывод оказался неверным.
Второй пример, связанный с изучением распределений цинка в системах, включающих сульфидные подземные воды. Если мы учтем только образование твердой фазы Zn-f-S2~=ZnS, то это будет означать, что из сульфидных вод цинк должен быть практически полностью извлечен в твердую фазу, поскольку nPzns имеет минимальные значения, равные л-10~25. Но в сульфидных водах существуют и процессы комплексообразования Zn2+-^nHS-=Zn(HS)n2""*.- Устойчивость гидросульфидных комплексов цинка значительна и это определяет вероятность сохранения его в водной фазе. Неучет такого комплексообразования приводит к недостоверному расчету концентраций цинка (а также других халькофильных элементов) в сульфидных водах.
Таким образом, высокая достоверность и адекватность физико-химической модели гидрогеохимической реальности могут быть достигнуты только на основе включения в нее всех геохимически значимых миграционных форм и всех вероятных фаз, потенциально возможных в данной гидрогеохимической системе.
Что же касается термодинамических констант, учитываемых в моделях, то в виде констант нестойкости (К, рК) или устойчивости К', а также в виде свободных энергий (AG) индивидуальных веществ, они табулированы в различных справочниках [5, 26, 29, 49]. Аналогично, чтобы определить уравнения для вычисления коэффициентов активности ионов в подземных водах различного химического состава, надо обратиться к соответствующим справочным руководствам [26].
15.4.4. Гидрогеохимические задачи, решаемые с помощью термодинамического моделирования
С помощью термодинамического моделирования в гидрогеохимии решают разнообразные теоретические и прикладные задачи. Рассмотрим наиболее типичные из них. .
430
1. Расчет равновесного результирующего состава подземных вод, который формируется при смешении различных геохимических типов вод. Это обычная задача, решаемая при восполнении ресурсов подземных вод поверхностными водами; при закачке в водоносные горизонты различных сточных вод; при оценке геохимических эффектов взаимодействий подземных вод различных водоносных горизонтов; при различных мелиоративных мероприятиях и т. д.
2. Расчет равновесного химического состава подземных вод,, который формируется при взаимодействии подземных вод данного химического состава с различными литолого-геохимиче-скими типами пород. Это обычная гидрогеохимическая задача, решаемая при изучении общих теоретических вопросов формирования химического состава подземных вод; при решении конкретных вопросов формирования химического состава подземных вод хозяйственно-питьевого назначения; при гидрогеохимических поисках рудных месторождений и т. д.
