Растворимость кварца и других полимеров




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Растворимость кварца и других полимеров

Растворимость кварца и других полимеров

11.09.2017


Система SiO2 — H2O является, несомненно, наиболее подробно изученной системой, включающей обычный для гидротермальных систем жильный минерал. За обширными исследованиями растворимости кварца быстро последовали серии важных и в общем согласующихся между собой измерений.
Ныне ставшая классической диаграмма Кеннеди, показывающая растворимость кварца в воде для обширной области гидротермальных давлений и температур, приведена на рис. 9.6. Растворимость кварца при заданном давлении возрастает с температурой, за исключением области вблизи критической точки воды, где плотность растворов совсем мала. Растворимость кварца намного меньше, чем растворимость NaCl, и критическая кривая системы SiO2 — H2O имеет две конечные точки, которые характерны для водных систем с участием малорастворимых солей.

Результаты, полученные Кеннеди для низких температур, вызывали некоторое удивление, так как представлялось, что они указывали на неправдоподобно малую растворимость кварца при 160° С и ниже. Начиная с 1950 г. было доказано, что в опытах Кеннеди ниже 200° С равновесие, по-видимому, не было достигнуто, и поэтому при построении низкотемпературной части обобщенной диаграммы, представленной на рис. 9.7, были учтены данные. Результаты Кеннеди для промежуточной области температур и давлений были в значительной степени подкреплены результатами работ. Согласие между приведенными в этих работах значениями растворимости при одинаковых давлениях и температурах обычно очень хорошее. Верхний предел растворимости SiO2 в водяном паре при давлениях выше 9,7 кбар определяется составом паровой фазы вдоль кривых сосуществования жидкость — пар — d-кварц и жидкость — пар — тридимит в верхней трехфазной области. Эти кривые определены Кеннеди и др., и данные использованы для построения кривых растворимости SiO2 выше 900° С при 2, 3, 4, 5, 6 и 8 кбар. Растворимость метастабильных полиморфных форм SiO2 выше, чем растворимость кварца, но это различие уменьшается с повышением температуры, как показано на рис. 9.8.

Растворимость полиморфных форм SiO2 в водных растворах фактически не зависит от концентрации растворенных солей. Это было показано в работах, а также в работе для низких температур, за исключением окрестности нижней критической точки. Растворимость кремнезема также, по существу, зависит от pH водных растворов в наиболее интересной в геологическом отношении области. Было показано, что растворимость кварца при 600° С и 3 кбар и при 700° С и 4 кбар слегка снижается при добавлении хлоридов. При тех же условиях добавление NaOH повышает растворимость кварца на величину, прямо пропорциональную концентрации гидроокиси. Диксон и Лернд и др. сообщили о таком же влиянии NaOH на растворимость кварца при 250° С. В этих работах было показано, что кварц между 100 и 250° явно реагирует с растворами Na2S с образованием растворов, содержащих значительные количества Na+,HS- и SiO2*nH2O*ОН-.
Растворенный кремнезем присутствует в значительной мере в форме одного или многих мономеров с общей формулой SiO2*nH2O. Отсутствие влияния ионной силы на растворимость полиморфных форм SiO2 несомненно обусловлено незаряженностью частиц SiO2*nH2O; отсутствие влияния pH в кислой и слабощелочной области обусловлено малой величиной первой константы диссоциации этих частиц. Величина параметра n была предметом большой дискуссии. Целесообразно допустить, что в водных растворах Si4+ должен обнаруживать тенденцию к четверной координации с кислородом и что наиболее вероятной формулой для нейтральных частиц кремнезема должна быть Si(OH)4, т. е. SiO2*2Н2O. Однако ряд авторов находят, что их данные не могут быть легко интерпретированы, если принять, что в их экспериментах при высоких температурах упомянутая форма растворенного кремнезема преобладает.
Почти полная независимость растворимости полиморфных форм кремнезема от ионной силы и pH позволяет использовать концентрацию кремнезема в гидротермальных системах как геотермометр, а также обсуждать вопрос о растворении и отложении кварца в гидротермальных системах, не очень заботясь о влиянии других растворенных частиц. Можно прямо поставить вопрос: сколько кварца отложилось во время прохождения раствора через жилу или канал с заданными градиентами температуры и давления или, наоборот, какое количество раствора должно пройти через некоторый канал, чтобы обеспечить отложение содержащегося в нем количества кварца?. В большинстве гидротермальных систем термический градиент почти всегда равен нормальному градиенту — 35 °С/км или больше этого последнего. Высокие температуры, встреченные на глубине в скважинах в таких областях, как Уайракей, Новая Зеландия, и Солтон-Си, Калифорния, наводят на мысль, что во время рудоотложения термические градиенты могут превышать 100 °С/км. Близповерхностный градиент давления в большинстве скважин близок к гидростатическому. В глубоких скважинах градиент давления приближается к литостатическому, и представляется вероятным, что во время рудоотложения градиент давления лежит между этими двумя экстремальными значениями. В колонке раствора плотностью 1,0 г/см3 скорость возрастания давления близка к 100 атм/км. В колонке породы с удельным весом 3,0 скорость возрастания давления близка к 300 атм/км. Чтобы оценить, по крайней мере приблизительно, количество кварца, отложившегося во время подъема гидротермальных растворов вдоль различных возможных геотермобар, мы можем использовать данные по растворимости, представленные на рис. 9.6—9.8. Растворимость кварца вдоль четырех лимитирующих геотермобар между 15 и 700° С приведена в табл. 9.1.

Растворимость кварца возрастает с повышением температуры равномерно вдоль трех из четырех геотермобар. Только если термический градиент составляет 100 °С/км, а градиент давления равен 100 атм/км, обнаруживается небольшое изменение хода растворимости между 400 и 600° С. В большинстве жильных систем растворимость кварца почти всегда уменьшается на всем пути движения гидротермальных растворов. Отложение наибольшего количества кварца должно иметь место при высоких температурах. Между 600 и 700° С может отлагаться около 0,5—14 г кварца на 1000 г раствора, в то время как между 100 и 200° С из того же самого количества раствора будет отлагаться только 0,2—0,3 г кварца.
Данные табл. 9.1 полезны для понимания процесса отложения кварца в определенных гидротермальных системах, однако выпадение кварца часто контролируется иными факторами, чем форма поверхности растворимости в системе SiO2 — H2O. Образование известковых силикатов может уводить из насыщенных кремнеземом гидротермальных флюидов, поступающих в карбонатные породы, такое количество растворенного кремнезема, что отложение кварца полностью прекратится. С другой стороны, из гидротермальных растворов часто освобождается кремнезем в результате реакции с силикатными вмещающими породами. Так как большое количество этого кремнезема переотлагается в виде жильного кварца, количество жильного кварца, отложившегося в гидротермальных системах, может сильно возрастать за счет реакций с вмещающими породами.