ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Формирование химического состава подземных вод из "Обезжелезивание природных и оборотных вод " При взаимодействии минералов и горных пород с подземными водами основополагающими являются процессы, происходящие на границе раздела твердой и жидкой фаз, интенсивность которых определяется величиной поверхностной энергии частиц породы, зависящей от их удельной поверхности. Последняя возрастает прямо пропорционально степени дисперсности породы. Величина свободной поверхностной энергии частиц определяется количеством активных центров и их энергетическими характеристиками (валентностью, ионными радиусами и т. п.). На границе раздела твердой и жидкой фаз слои воды, находящиеся под ориентирующим, электростатическим воздействием ионов поверхности минерала, существенно отличаются по структуре от воды в объеме. Последнее обстоятельство влияет на характер химического взаимодействия, так как связанная вода, экранируемая полями активных центров, малоподвижна и нереакционноспособна. С удалением от границы раздела фаз ориентирующее воздействие адсорбционных центров ослабевает, и вода по своей структу )е приближается к структуре воды в свободном объеме. [c.7] В значительно меньшей степени на характер взаимодействия между горными породами и подземными водами влияет давление. Оно сказывается на уплотнении горных пород, что приводит к уменьшению пористости, проницаемости, диаметра пор, а также их поверхностной энергии. [c.9] И СИЛЬНОЙ кислоты, гидролиз которых обусловливает кислую реакцию. [c.10] На формирование химического состава подземных вод оказывают влияние процессы их взаимодействия с основными породообразующими минералами группы силикатов. В их кристаллической решетке находятся ионы металлов, которые в процессе гидролиза замещаются ионами водорода и переходят в водный раствор. В результате гидролиза изменяется характер среды подземных вод, т. е. вместо силикатов образуются глинистые минералы, силикатные обломки и цеолиты, а также изменяется состав самих вод (табл. 3). Таким образом, в результате гидролиза происходит существенное изменение как твердой, так и жидкой фаз. Уместно отметить, что в природных условиях в земной коре реакции гидролиза осложняются присутствием в подземных водах растворенной углекислоты, органических кислот, повышающих кислотность среды (т. е. содержание водородных ионов). [c.10] Одним из направлений химического взаимодействия подземных вод и горных пород является процесс растворения, сопровождаемый переходом вещества пород в растворенное состояние в результате разрушения их кристаллической решетки под влиянием электростатического и теплового воздействия молекул воды на ионы минералов, связанные с ней силами электростатического притяжения. При этом прослеживаются два одновременно протекающих процесса — переход ионов из твердого состояния в раствор и обратно. Растворение практически прекращается при равенстве скоростей обоих процессов. [c.10] При взаимодействии подземных вод с горными породами происходят растворение минерального вещества и переход в воду целого ряда химических элементов. Подземные воды содержат практически все известные химические элементы, но их количество варьируется в очень широких пределах. Так, содержание ионов натрия, хлора, кальция достигает сотен граммов в 1 л, а фтора — до нескольких миллиграммов и менее. Это объясняется большой разницей в растворимости отдельных минералов, зависящей от валентности ионов, типа межионной связи, радиусов составляющих минералы ионов. Как отмечалось, на растворимость горных пород влияют температура и давление, химический состав подземных вод, электрохимические показатели воды. Как правило, лучше растворяются минералы с ионным типом связи, например сульфаты, а сульфиды, характеризуемые ковалентным типом связи, растворяются значительно хуже. [c.11] Из приведенного очевидно, что pH подземных вод определяет концентрации ионов ОН и С0 , а последние регулируют присутствие большинства катионов. Анализируя значения произведении растворимости гидроокисей металлов, можно сделать вывод, что в значительном количестве металлы могут содержаться в природных водах только при pH ниже 3—4. Величина pH влияет на окисли-тельно-восстановительный потенциал Eh, являющийся индикатором элементов с переменной валентностью. [c.12] Как видно из методики определения ЕЬ, эта величина характеризует только потенциал по отношению к нормальному водородному электроду. При этом положительное значение ЕЬ свидетельствует о том, что рассматриваемая система является более окисленной по сравнению со стандартной водородной системой, а отрицательное значение ЕЬ указывает на восстановительный характер системы. [c.12] Учитывая взаимосвязь ЕЬ и pH, в практике геохимических исследований получили распространение диаграммы Пурбе, описывающие потенциал водной среды, который определяется главным образом окислением-восстановлением в системе железо—сера (рис. 1), изменениями в равновесии угольная кислота—гидрокарбонат и гидролизом сульфатов железа. В этих изменениях значительная роль отводится геохимическим реакциям, например первая стадия окисления пирита, а также биогенным процессам. Соотношения, приведенные на диаграмме (см. рис. 1), не зависят от общего содержания железа в подземной воде и характеризуют только те условия, в которых соотношение железосодержащих компонентов равно единице. Рассматривая насыщенность подземных вод каким-либо соединением, следует исходить из предположения, что активность иона в пределах поля его преобладания будет равна суммарной активности растворенной серы. Таким образом, зная окислительно-восстановительный потенциал, можно установить содержание в природных водах химических элементов с переменной валентностью в той или иной форме. [c.13] Большинство комплексов в подземных водах являются моноядер ными. Комплексы металлов состоят из центрального иона металла, который координируется с одним или несколькими нейтральными или отрицательными ионами, обычно лигандами. Максимальной способностью к комплексообразованию обладают элементы VIII группы периодической системы Д. И. Менделеева, а минимальной — элементы нулевой группы, а также примыкающих к ней главных подгрупп I и VII групп. [c.14] Вернуться к основной статье