Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
•2 '
Рис. 6.2. Изменение рассчитанных Рис. 6.3. Изменение растворимости {без учета комплексообразованкя) различных сеодиненнй в зависимо -концентраций элементов-гидролизатов сти от их температуры (по [47] с в маломинерализованных водах в дополнениями) зависимости от их pH
накапливаться до высоких концентраций. В щелочных карбо-натно-натриевых и карбонатно-фторидно-натриевых водах содержания перечисленных элементов-гидролизатов могут достигать нескольких миллиграммов на литр и даже нескольких десятков миллиграммов на литр (это особенно характерно для урана, тория, титана, ниобия, РЗЭ).
3. Существуют ряды растворимости соединений одного н того же элемента. Например, по уменьшению растворимости соединения кальция располагаются в следующий ряд: CaS04> >CaC03>CaF2. Геохимический смысл таких рядов в следующем: если более растворимое соединение растворяется в водной фазе, содержащей ион менее растворимого соединения, то такое растворение сопровождается образованием на поверхности растворяющегося вещества твердой фазы, состоящей из этого менее растворимого соединения (например, при растворении гипса в растворе, содержащем CO32" по нему образуется твердая
фаза CaCO3, т. е. CaSO4+CO32-=CaCO3(T»)+SO42").
4. На растворимость всех-соединений в подземных водах влияет температура. Большинство из них увеличивает свою растворимость с ростом температуры. Но есть соединения, растворимость которых при увеличении температуры мало изменяется или уменьшается. Это карбонаты и некоторые сульфаты (рис. 6.3). '
153
6.1.2. Конгруэнтное и ннконгруэнтное растворение веществ
Термин (понятие) конгруэнтность в переводе с латинского соответствует понятию «соответствие», «совпадение» и поэтому конгруэнтное растворение означает такой тип растворения, при котором соотношение компонентов в растворе подчиняется их стехиометрическому соотношению в растворяемом веществе (минерале). Такое соответствие наблюдается при простой диссоциации вещества в растворе на ионы (примеры такого растворения NaCl**Na++Ci-; Na2C03=?*2Na++C(V- и т. д.). В реальных условиях формирования химического состава подземных вод конгруэнтное растворение более характерно для хорошо растворимых минералов — галита NaCI, натрита Na2CO3, тенардита Na2SO4, гипса CaSO4 •2H2O, флюорита CaF2 и др. в маломинерализованных водах. Многие из этих минералов имеют внешнедиффузионнын кинетический механизм растворения. •
Основной закон кинетики их растворения, установленный А. Н. Щукаревым, формулируется следующим образом: удельный поток вещества с единицы площади поверхности растворения пропорционален концентрационному не-досыщению раствора. Он имеет следующее выражение: Q = = <D(CH—C0), где <? — коэффициент скорости растворения, зависящий от кинетического механизма растворения; СН — концентрация при насыщении раствора; C0 — концентрация реального раствора. Поскольку процесс конгруэнтного растворения многих природных соединений в реальных гидрогеологических и геохимических ситуациях чаще протекает по внешнедиф-фузионным механизмам, он зависит от скорости движения подземных вод. Основная причина этого в том, что увеличение скорости движения подземных вод приводит к 'увеличению коэффициента конвективной диффузии (см. рис. 5.2) и это имеет своим следствием более активный отвод продуктов растворения. В итоге этого концентрация растворяющегося вещества в подземных водах уменьшается и это приводит к увеличению разности СН—C0. Следовательно, величина недосыщения, являющаяся движущей силой процесса растворения, увеличивается! Зависимость коэффициента скорости растворения от скорости движения раствора обычно имеет вид <o = avn (где а — эмпирическое число пропорциональности; л-показатель степени, имеющий обычно значения менее единицы),
Так, Е. В. Добровольский установил, что зависимость константы скорости растворения флюорита от скорости фильтрации воды можно представить в виде о) = аи0,6. При скорости фильтрации воды, колеблющейся от 0,17-Ю-3 до 3,9-10~3 см/с константа скорости растворения флюорита изменилась от 0,2-Ю-6 до 2,4-Ю-6 см/с.
154
Исходя из этих представлений можно также понять, что другим условием, ускоряющим процесс растворения, является увеличение температуры, поскольку ее рост означает увеличение значения Сн, определяемой растворимостью вещества, а также увеличение коэффициента-скорости растворения.
Термин инконгруэнтное растворение означает несоответствие состава раствора составу растворяющейся твердой фазы. Имеется несколько возможных причин этого, например: - I) образование газовой фазы, удаляющейся из раствора
СаС03 + 2НС1 = СаС12 + Н20 + С02(раз); ? (6.1)
2) образование труднорастворимой твердой фазы на поверхности растворяющего вещества. Реакции, образования такой твердой фазы могут быть разнообразными, начиная от элементарных простейших типа
" CaSO4 + CO32" = CaCO3-f SO42"
ангидрит кальцит
до сложных реакций, сопровождающих растворение силикатов н алюмосиликатов *
2KAISi3O8 + 2H+ + 9H2O = Al2Si2O, (OH)4 + 2К* + 4H4SiO4; (6.2)
