Формирование железистых подземных вод - Труфанов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Анализируя результаты раздельного определения различных форм железа, необходимо отметить высокий процент содержания его в легкорастворимой фракции (см. табл. 9).
Верхняя часть разреза пород фундамента, выходящего на дневную поверхность в виде останцов и в обрамлении бассейна, в той или иной степени затронута процессами выветривания, в результате которого здесь происходит интенсивное образование глинистых и глинисто-слю-
46
дистых минералов. Последние обогащены соединениями железа, которые в кислой среде неустойчивы и подвергаются интенсивному выщелачиванию. Характерно, что подобного типа породы пермского и мелового возраста по результатам определения в них различных форм железа дают высокое содержание легкорастворимых железистых минералов.
Наиболее труднорастворимыми в кислых и слабокислых растворах, как показывают опыты по выщелачиванию пород и результаты раздельного определения форм железа различных пород, являются первичные, не затронутые выветриванием эффузивные образования, распространенные в районе, главным образом, в виде базальтовых покровов.
ПЕРЕХОД ЖЕЛЕЗА ИЗ ГОРНЫХ ПОРОД И МИНЕРАЛОВ В ПРИГОДНЫЕ ВОДЫ
Обогащение подземных вод железом происходит как вследствие выщелачивания и растворения железистых минералов и пород, содержащих железо в рассеянном виде, так и в результате протекания обменных реакций, происходящих в поровых растворах глинистых пород. Интенсивность поступления железа из горных пород и минералов в природные воды находится в тесной зависимости прежде всего от физико-химических свойств среды, вещественного состава природных вод, гидродинамических условий потока подземных вод, что определяет время нахождения их в контакте с железосодержащими минералами и породами до установления химического равновесия между раствором и твердой фазой. Гидродинамические условия в формировании подземных вод, богатых железом, играют исключительно большую роль. Гидродинамика природных вод предопределяет формы миграций железа. Так, поверхностные воды, имеющие наибольшую подвижность, обеспечивают миграцию железа в виде механической взвеси и коллоидов и, в меньшей степени, в виде растворимых комплексов и ионов [39]. Для почвенно-грун-товых вод характерна миграция железа в виде коллоидов, растворимых комплексов и ионов. В подземных водах зон замедленного водообмена миграция железа происходит лишь в растворенном виде, т.е. в форме простых ионов низкой валентности и органо-минеральных комплексов.
Растворимость железистых минералов. Растворимость некоторых железистых минералов в дистиллированной воде приводится в ряде справочников [61] ив основном соответствует растворимости подобных химических соединений железа [93]. Хорошо растворимыми являются только соединения групп галогенидов и сульфатов, но в природе они почти не встречаются. Природные же соединения железа, такие как силикатные, сульфидные, окисные и карбонатные минералы, малорастворимы в дистиллированной воде. Растворимость их резко повышается в кислых растворах. Воды бикарбонатного состава со слабокислой и нейтральной реакцией (pH 5,5—7,0) являются благоприятной средой для перехода железа в воду из некоторых легкорастворимых минералов. Однако при растворении этих минералов в водах не наблюдается очень высоких концентраций железа вследствие его гидролиза из-за достаточно высоких значений pH. Свежеосаждающаяся гидроокись железа, образующаяся в результате гидролиза, в силу своей высокой дисперсности может находиться в воде в виде тонкой взвеси длительное время, что способствует переносу железа поверхностными и иногда грунтовыми водами. Сульфатные кислые воды растворяют многие железистые минералы, при-
47
чем активность химического воздействия вод зависит от величины pH, т.е. от наличия в растворе серной кислоты.
По данным лабораторных опытов, в нейтральных и слабощелочных сульфатных и хлоридных растворах, сопоставимых по минерализации с природными водами, растворимость железистых минералов близка к растворимости их в дистиллированной воде (табл. 10, 11). Примеси, содержащиеся в железистых минералах, могут оказывать существенное влияние на их растворимость. К примеру, повышенная растворимость пирита в растворах с концентрацией CL--ионов около 50 мг/л может быть объяснена лишь процессами электрохимического растворения, связанного с наличием в исходной пробе незначительной примеси сульфидных минералов свинца, цинка и др.
Присутствие в природных водах растворенного кислорода сильно влияет на переход железа из минералов и пород в раствор. Увеличение содержания железа в растворе в присутствии кислорода может наблюдаться практически только в кислой сульфатной среде, когда выщелачиванию подвергаются сульфиды железа, и при этом pH среды понижается. Подобный процесс происходит в водах зоны окисления сульфидных руд, в ряде районов, связанных с формированием сульфидно-железистых вод [19, 76J.
В нейтральных и щелочных кислородных водах выщелачиваемое железо подвергается окислению и гидролизу. Как известно [129], скорость реакции окисления закисного железа кислородом примерно пропорциональна квадрату концентрации закисного железа и первой степени давления кислорода. Повышение температуры на 100C увеличивает скорость окисления железа, по Г.А. Соломину, примерно в пять раз. Не менее существенную роль в ускорении реакции окисления железа играют и некоторые катализаторы, например окислы марганца [67].