Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Запишем уравнения реакций преобразования калиевых алюмосиликатов [5]:
3KAlSi308(HPHCT, + 2H+ + 12 H2O = KAl3Si3O10 (ОН), +
полевой шпат калиевая слюда
+ 6H4SiO4+2K+;
,i=M=io- lgKl = _4,9 = lgi?L+ + 3Ig[H4SiO4I;
2KAlSiA(KPHCTi + 2H+ + 9H2O = H4AUSi2O9 + 2K+ + 4H4SiO4;
полевой шпат каолинит
л:г=[к+) [H4SiO4)-- IgK1-I1O-IgUSlL+
[Н+1 6 * [Н+1 т-
+ 2Ig[H4SiO4I;
2KAl3Si3O10 (ОН)2(кРиСТ, + 2H+ + 3H2O = 3H4Al2Si2O9 + 2K+;
калиевая слюда каолинит
*' = wf=10+e'5; 'g*3=+6.5 = igI|L:
2KAl3Si3O10 (ОН)г(вРиСТ) + 2H+ + 18Н,0 =
калиевая слюда
- 3Al2O3 •3H2O + 2K+ + 6H4SiO4;
гиббсит
/C1 = MiH=IO- Ig/С. = -7,6 =
Iri+J
-^1^-+3 Ig [H4SiO4U
H4AI2SjA(KPhCT) + 5H2O = Al2O3-SH8O' + 2H4SiO4;
каолинит гиббсит
K5-IH4SiOJ; Ig -4,7 = Ig I H4SiO4I.
Нетрудно заметить, что во всех .этих реакциях участвуют только три переменные величины [K+], [H+], [H4SiOJ. Если константы равновесия реакций известны, то на диаграмме устойчивости силикатов в координатах [К+]/[Н+]—[H4SiO4] нетрудно провести линии равновесий между этими силикатами при различных значениях {K+MH+] и [H4SiO4]. Пример такой диаграммы показан на рис. 6.4. Аналогично, зная преобразования кальциевых и магниевых силикатов, строятся диаграммы в координатах (Са2+]/[Н+р—[H4SiO4], [Mg2+]/[H+]2-»[H4SiO4].
Положение фигуративных точек реальных подземных вод на таких диаграммах позволяет оценивать степень равновесности (или неравновесности) этих вод по отношению к различным первичным и вторичным силикатам и соответственно оценивать их способность растворять эти силикаты. Анализ таких диаграмм, выполненный И; Тарди, С. Л. Шварцевым и др., показал следующие важные для познания процесса растворения положения:
* В данном случае, используя материалы Р. В. Гаррелса и Ч. Л. КраЙста [5], обозначаем гнббснт как AI2Oa-SH2O. Существует также более простое выражение формулы гнббсита — Al(OH)3. В тексте мы используем оба этих вида выражения состава гнббсита.
458
в -
Насыщение Злй
аморфного
кремнезема
Каолинит •
I * : I • ••
1_
-2
-4 -3
Xg[H4SiO4]
Рис. 6.4. Диаграмма устойчивости некоторых минералов в системе K2O«= =Al2Oa-SiO2—H2O при 25 0C и давлелни ОД МПа с нанесенными на нее данными по подземным водам (по [51 с дополнениями)
1. Подземные воды любого химического состава и температуры всегда неравновесны по отношению к первичнцм силикатным минералам, но равновесны по отношению к вторичным минералам. Это означает, что даже высокоминерализованные подземные воды (рассолы) способны растворять любые первичные силикаты;
ц 2. Состав вторичных силикатных минералов, с которыми равновесны подземные воды и которые образуются при растворении первичных силикатов, зависит от химического состава этих вод. Околонейтральные и слабокислые маломинерализованные подземные воды обычно находятся в поле устойчивости каолинита и они равновесны с этим минералом. Это означает, что при растворении полевых шпатов такими водами образуется каолинит, но сами подземные воды этот вторичный минерал растворять уже не могут. При уменьшении pH подземных вод и концентраций в них H4SiO4 подземные воды становятся равновесными с гиббситом и они способны растворять каолинит с образованием гиббсита
H4Al2Si2O9 + 5H2O = Al2O3 • 3H2O + 2H4SiO4.
каолинит
гиббсит
Граница между условиями образования каолинита и гиббсита обозначает концентрация [H4SiO4] порядка 10~4,7. И, на-
159
U,8 S,Z $,6 6,0 6,4 6,8 7,2 7,6 pH
20 SO
100
150 *,Ч
Рис. 6.5. Изменение концентрации кремнезема в растворе во времени при pH, равном 4(/) н 6(2) в опытах по растворению полевого шпата, когда его содержание составляло 5% ПО]
СО^(агрес.),%
Рис. 6.6. Зависимость содержаний агрессивной СОг в подземных водах от их pH (расчетные данные для подземных вод Приморского края, Кавказа, Средней Азии)
оборот, увеличение pH подземных вод и концентраций в них fbUSiO*] приводит к перемещению фигуративных точек подземных вод сначала в поле Са-монтмориллоннта, а затем при увеличении минерализации подземных вод — в поле Na-монт-мориллоннта.
3. Чем более удалены подземные воды определенного химического состава от поля первичных силикатов, т. е. чем большую неравновесность они имеют по отношению к этим силикатам, тем большим оказывается градиент химического потенциала в частной системе «первичный силикат — подземная вода> и тем выше растворяющая способность этих вод. Среди реальных подземных вод максимальную способность растворять первичные силикаты имеют маломинерализованные кислые воды болотных ландшафтов. Пример влияния pH на растворение полевого шпата приведен на рис. 6.5.
Процессы растворения с участием углекислоты СОг. Углекислота — важнейший компонент подземных вод, определяющий их способность растворять первичные минералы и породы, особенно минералы и породы карбонатного состава. Растворение таких минералов и пород происходит по обобщенной •схеме:
CaCO3 + На0 + CO2 = Сач-+ + 2HCO Y
В условиях равновесия для существования в растворе определенных концентраций HCO3- необходимо присутствие оп
160
Таблица 6.2. Количество HCO3", находящееся в равновесном состоянии со свободной CO2
