矿物溶解的表面化学动力学机理

本文应用表面化学理论分析了矿物在水溶液中的溶解反应动力学机理。表面化学的催化作用使矿物溶解反应的活化能显著降低。矿物溶解速率受表面吸附、表面交换反应和解吸反应等表面化学过程的控制并与溶液的pH值有关，正比于溶液αH＋值的nθ次幂。受表面吸附控制时，nθ＝1，溶解速率随pH增大而减小；受表面交换反应控制时，nθ＝0，溶解速率与pH无关；受解吸反应控制时，酸性条件下nθ为0～1内的正小数，碱性条件下nθ为-1～0之内的负小数。大多数矿物的溶解作用在酸性条件下受表面吸附和／或表面交换反应控制，在碱性条件下受解吸反应的控制。     

铅在高岭石表面的吸附模式

采用表面络合模式,研究了高岭石表面的酸碱性质以及高岭石表面对铅的吸附行为。结果表明,高岭石表面在不同ｐＨ条件下对质子和铅离子的吸附反应可以用单一表面基团、无静电表面络合模式来描述。高岭石表面酸度常数拟合值分别为ｐＫａ１＝２．７５和ｐＫａ２＝５．５２,电荷零点ｐＨｚｐｃ＝４．１铅在高岭石表面的吸附量随ｐＨ值的升高而增加,吸附铅的两种表面化合态〉ＳＯＰｂ＾＋和〉ＳＯＰｂＯＨ的浓度也随ｐＨ值的变化而变化     

方解石和钾长石在模拟蚯蚓肠液中的初始溶解动力学机理及意义

蚯蚓肠道内小分子有机酸与摄入的土壤矿物相互作用,加速矿物溶解。摄入的土壤在蚯蚓肠道内平均停留时间约为12 h,不足以使土壤矿物产生显著的溶解特征,因此这一过程难以在蚯蚓体内进行评估。本研究通过体外实验控制pH值和有机酸浓度,模拟蚯蚓肠道中有机酸对土壤中常见矿物的溶解反应,探讨了方解石和钾长石在蚯蚓肠道环境中的初始溶解动力学。研究发现,矿物在混合有机酸中的溶解速率比在纯水中高一个数量级,说明有机配体和质子促进了矿物溶解。溶解速率及粒度分析表明,方解石(CaCO₃)溶解速率不受溶解过程中粒度变化的影响,而钾长石(KAlSi₃O₈)粒度在溶解期间未出现显著变化。在此基础上,采用初始速率法模拟了钾长石的初始溶解动力学,计算得出的溶解速率表明钾长石在溶解初期主要为表面K~+的释放。使用缩核模型(shrink core model)和Hixson-Crowell模型对方解石溶解过程进行动力学解析,发现方解石的溶解主要受溶液中反应物内扩散的速率影响。这定量描述了两种矿物在有机酸溶液和纯水中的溶解差异。现有研究表明,有机配体和质子协同促...     

硅灰石在氨基酸水溶液中的电化学及溶解作用研究

在模拟人体温度３７℃条件下,进行硅灰石纤维粉尘与氨基酸作用的实验研究,测定在７２ｈ内溶解过程中ｐＨ值和电导率（к）的变化。结果表明,硅灰石纤维矿物在氨基酸中发生的溶解作用与酸的性质有关,酸性氨基酸对矿物的溶解能力最强,中性次之,碱性最弱。硅灰石在酸性和碱性氨基酸中８ｈ左右出现溶解饱和点,而在中性氨基酸中７２ｈ内无溶解饱和点,溶解度具有随时间的增加而呈线性增长的趋势。硅灰石的这种溶解特征表明,硅灰石     

多孔纤维矿物在氨基酸水溶液中的溶解性及其生物持久性研究

在模拟人体温度３７℃条件下,进行多孔纤维矿物粉尘与氨基酸作用的实验研究。在７２ｈ内溶解过程中ｐＨ值和电导率的变化结果表明,多孔纤维矿物在氨基酸中发生的溶解作用与到的性质有关,酸性氨基酸对矿物的溶解能力最强,中性次之,碱性最弱。其溶解过程在前８ｈ以内较强,以后趋于平缓,纤维矿物在氨基酸中的溶解程度从小到大为：斜发沸石－坡缕石、海泡石－蛇纹石,说明斜发沸石有较强的耐蚀能力,其生物持久性较高,而蛇纹石石     

矿物纤维粉尘的电化学特性研究及其意义

本文主要测定了６对矿物粉尘的电导率和ｐＨ值,对比分析了形态、粒度、温度、时间对粉尘电化学特征的影响。研究结果表明,矿物在水介质中的ｐＨ值／电导率比值与其粒度细度成正相关关系,电导率对温度的变化较为敏感,其最大值出现在６０℃左右,在８０℃以后所有样品的电导率均出现大幅下降拐点。多数样品的ｐＨ值表现出逐渐上升的趋势,８小时以后所有样品均接近平衡时的稳定值,具阳离子交换性质的矿尘的溶解、电离、导电模式是     

有机组分对长石溶解和次生孔隙发育的影响

在储层温度下，长石溶解于有机组分水溶液的模拟实验提示了许多重要事实，这些事实对于含长石砂岩中次生孔隙的形成具有重要的意义。实验采用油田水中两种最常见的羧酸，一种多元羧酸和一种酚（儿茶酚）。草酸盐溶液能显著提高长石的溶解速率。但这种疚在溶液中存在钙和镁时明显受到抑制。醋酸盐的存在能有效地缓冲地下流体的ｐＨ值，进控制长石的溶解速率。在醋酸盐缓冲溶液里，当ｐＨ值由中性降为酸性时，钾长石的溶解速率增大。然     

开放系统中CaCO3的溶解与沉淀对水溶液的成分及其性质的影响

作者在对开放系统条件下ＣａＣＯ３溶解与沉淀过程中水样的ｐＨ值及溶液中各组份存在形式含量的变化情况进行计算的基础上,讨论了天然水中阴阳离子间的络合作用对水溶液的成分及矿物饱和指标计算结果的影响,分析了ＣａＣＯ３的溶解与沉淀对水溶液的成分及其性质的影响。      

临界区流体与矿物和岩石在地球内部极端条件下的反应

极端条件下水热化学反应是一个新的科学问题。借助于高温超高压原位直接测量方法、各种谱学方法和同步辐射光源技术研究地球内部流体物质相互作用,可以获得反应过程的产物的分子-原子尺度信息,这些信息可以提供认识极端条件下水和矿物(岩石)反应动力学的新实验途径。地球内部的流体性质随所处高温高压条件发生变化。水的密度、介电常数等物理参数随温度压力变化而改变,在临界态会出现突变。水的性质的剧变会影响水与岩石(矿物)相互作用。文中报道了在极端条件下(20～435℃和23～35MPa)实验测量矿物(钠长石、辉石、石英和阳起石等)和岩石(玄武岩、正长岩)在水溶液里的溶解反应速率的研究结果,发现矿物里各种不同类型金属离子与水反应的速率不同,随温度变化而改变。在升温过程中,进入临界态时,矿物(岩石)与水反应出现一次反应速率的涨落。在恒压升温过程中(临界压力,或略高于临界压力),硅酸盐矿物溶解速率会逐步升高,如硅近临界区(300℃)抵达最大值,然后随升温溶解反应速率减低。地球内部的流体由深处上升到浅处,会从超临界区域进入近临界的气与液的两相不混溶区域。含金属流体里的金属会在气相与液相分离时出现再分配。实验表明:金属Au、Cu、Sn、W、Zn会进入气相,气体可以迁移金属。事实说明:地球内部流体结构和性质从深到浅在不断变化,在跨越临界区时的水的性质异常变化会导致水与矿物(岩石)反应动力学涨落,并且促使金属在临界区出现沉淀和在气液相分离过程中进行再分配及迁移。     

0.5～1.5GPa下石膏脱水过程动态监测电导率法

在 0 .5～ 1 .5GPa,1 60～ 2 55℃条件下动态监测了石膏脱水过程中电导率随时间的变化。实验结果表明 ,脱水过程中电导率随时间的变化分两个阶段 :第一阶段电导率随时间的变化速率可间接地反映脱水反应的速率 ;第二阶段反映了流体中溶解离子的增多。相角随时间的变化可动态反映释放的水在矿物颗粒边缘的存在及连通性。电导率法是适用于含水矿物脱水过程动态监测及脱水过程中水的分布、迁移等动力学过程就位研究的有效方法。     

地质流体 岩石反应的地球化学动力学方法

摘 要　 提出了一个以矿物生成和溶解的速率确定体系矿物沉淀的量来模拟水 岩反应的新方 法。新固相在体系中沉淀的量只依赖于沉淀速率‚而不是依赖于水 岩之间的平衡。考察了一 个矿物溶解生成次生矿物最终趋于平衡的溶解沉淀反应演化‚结果表明在水 岩体系中对于次 生矿物的部分平衡假定在许多情况下都不能成立。在这样的反应演化过程中亚稳矿物与溶液 之间总保持过饱和态‚矿物的沉淀速率随反应的进展而变化。同时‚当主要溶解矿物达到平 衡而溶解作用停止时‚次生矿物沉淀尚未停止‚直到体系饱和指数全部趋于0时‚才达到总 体平衡。用动力学方法处理地球化学过程中的水 岩反应比准稳平衡的简单假设更合理‚因为 动力学方法更符合自然情况‚同时产生了关于时间过程的时间尺度信息。     

纤维矿物粉尘在Gamble溶液中的溶解行为

本文用人工配制的Ｇａｍｂｌｅ溶液和三个酸度系列,研究了６对粉尘在模拟人体环境下９６ｄ的溶液特征和生物持久性。结果表明：不同粉尘中铁元素的溶解速率多数出现两个峰值区,三八面体结构型粉尘中铁与镁元素溶解同步。高镁矿物粉尘溶解速率在第一阶段多出现峰值;沸石、硅灰石的钙溶解速率比较稳定,硅灰石在低ｐＨ值区表现出前高后低的特点;Ｓｉ在Ｇａｍｂｌｅ溶液中的溶解峰点在ｐＨ５体系中出现在４８ｄ以前,在ｐＨ７体系中     

矿物-水反应的地球化学动力学研究进展

回顾了地球化学动力学这门新兴学科的产生与发展，评述了国内外矿物-水反应的地球化学动力学研究的新进展，介绍了矿物-水反应的溶解动力学及地球化学动力学模拟的新成果及应用领域。低温条件下硅酸盐和碳酸盐矿物与水的反应得到高度重视。硅酸盐矿物的溶解速率与溶液的pH值、离子强度、温度及有机酸的含量等密切相关。碳酸盐类矿物的溶解速率主要取决于温度、GO2分压、酸碱度及相关离子的活度等因素。氧化物、硫化物、及氟化物等的溶解沉淀的动力学研究开始得到关注。矿物-水反应的地球化学动力学模拟已成为一个很有前景的方向。     

平衡常数的计算

配合物离解和矿物溶解等地球化学反应的平衡常数是地球化学计算最重要的热力学参数之一,它是由一定ｐＴ条件下实验测得的有关热力学数据计算出的,由于对各种反应的实验研究条件和程度不一,计算条件和精度要求各异,因此,对于每一具体应用应根据不同的需要和已有的热力学数据求取平衡常数,本文综述了不同条件下求取平衡常数的方法,并简要评述了平衡常数的可靠性。     

表生条件下红铊矿氧化溶解动力学初步研究

红铊矿是一种含有有毒元素铊和砷的矿物，在氧化和酸性的介质中很容易被氧化和分解，对环境造成污染。本文的目的是研究红铊矿在表生条件下的氧化溶解速率及其影响因素，为铊的环境污染治理提供理论依据。根据一系列溶解实验，获得如下主要结论：①红铊矿的溶解受温度、氧化剂浓度及氧化剂中阴离子种类的影响。随着温度的升高，红铊矿的溶解速率逐渐增高；随着氧化剂浓度的升高，红铊矿的溶解速率逐渐降低；对氧化剂中Clˉ和SO4^2-离子的比较表明，Clˉ离子存在更有利于红铊矿的溶解。②高铁浓度（10^-3mol／L）下，红铊矿的溶解速率降低，归因于红铊矿表面形成了一层纳米级的铁硫化合物的膜，阻止了红铊矿进一步溶解。③红铊矿每平方米暴露面积24h溶解出来的铊总量接近0．01mg，表明酸性矿水条件下红铊矿的溶解是贵州省兴仁县滥木厂地区铊污染的重要来源。     

0.5—1.5GPa下石膏脱水过程动态监测——电导率法

在０．５￣１．５ＧＰａ,１６０￣２５５℃条件下动态监测了石膏脱水过程中电导率随时间的变化。实验结果表明,脱水过程中电导率随时间的变化分两个阶段：第一阶段电导率随时间的变化速度可间接地反映脱水反应的速率;第二阶段反映了流体中溶解离子的增多。相角随时间的变化可动态反映释放的水在矿物颗粒边缘的存在及连通性。电导率法是适用于含水矿物脱水过程动态监测及脱水过程中水的分布、迁移等动力学过程就位研究的有效方法。     

矿物静电位与pH关系的实验研究

本文阐述了硫化矿物静电位与ｐＨ值的关系，叙述了黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿和方铅矿静电位随ｐＨ值变化规律的实验研究方法和结果。     

土壤中铁的氧化物和氢氧化物对砷的吸附

测定了加钠Ａｓｈａｎｔｉ矿区土壤中天然铁氧化物和氢氧化物的砷浓度，发现其变化范围为２￣３５ ６００ｍｇ／ｋｇ。在ｐＨ值中中性的 富氧化粘土的土壤中以及尾矿的表面氧化部分，砷在这两相中的浓度最高，达３５ ６００ｍｇ／ｋｇ。在高酸性土壤或处于还原条件的地方，缺氧化物和氢氧化物中砷的浓度较低（最高为４３３ｍｇ／ｋｇ）。还观测到富有机制土壤的矿物中这两个相的砷浓度更低。在所研究的样品中非晶质铁的氢氧化物中     

流动条件下斜长石与NaCl热液相互作用的实验研究

利用金袋热设备，于３００℃，５０ＭＰａ和流动条件下（流速：７ｍｌ／ｈ和１ｍｌ／ｈ研究了斜长石与１ｍｏｌ／ｋｇＮａＣｌ溶液的相互作用，还在同一温度压力下进行了静态实验，着重考察反应后溶液化学和长石表面化学成分的变化，以探讨钠交代作用的机理，结果表明，反应反溶液的ＰＨ值升高，Ｎａ含量降低；Ｓｉ，Ｃａ，Ｋ和Ａｌ转入溶液的特征与反应状态以及溶液流速有关；斜长石的钠交代作用涉及及钙长石组分溶解和钠长石组分结     

纤维水镁石在氨基酸水溶液中的电化学及溶解作用研究

在模拟人体温度３７℃条件下,进行水镁石纤维粉尘与氨基酸作用的实验研究,测定在７２ｈ内溶液过程中ｐＨ值的电导率的变化,结果表明,纤维矿物在氨基酸中发生了有机配合作用,并且中性氨基酸对矿物的溶解能力最强。