Растворимость гипса и ангидрита




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 гипса и ангидрита

Растворимость гипса и ангидрита

11.09.2017


Вдоль линии CaSO4—H2O синтезированы фазы ангидрита CaSO4, бассанита CaSO4*1/2H2O и гипса CaSО4*2H2О. Бассанит стабилен только при давлениях, превышающих 2 кбар. Проблема отношений стабильности между гипсом и ангидритом была темой длительных экспериментов и дебатов до тех пор, пока не удалось провести обратимо реакцию перехода гипс — ангидрит и показать, что при давлении 1 атм эти минералы находятся в равновесии с водой при 57° С. Температура равновесия только слегка увеличивается с увеличением общего давления (рис. 9.21). Поэтому в гидротермальных системах гипс едва ли образуется при температурах выше 70° С и обычно ограничен зонами вторичных изменений.
Растворимость ангидрита в воде быстро уменьшается с увеличением температуры и увеличивается с увеличением общего давления (рис. 9.21). NaCl увеличивает растворимость ангидрита, бассанита и гипса. Данные, представленные на рис. 9.22, показывают, что растворимость ангидрита с увеличением концентрации NaCl проходит через максимум при температурах около 175° С. При некоторой заданной солености растворимость с возрастанием температуры проходит через минимум. В 2 т растворах NaCl минимум находится, вероятно, вблизи 400° С, в 6 т растворах — вблизи 250° С. При температурах ниже этих минимумов растворимость ангидрита имеет ретроградный характер (отрицательную температурную зависимость). При более высоких температурах температурная зависимость растворимости положительна.


Маршалл и др. показали, что логарифм растворимости ангидрита в растворах NaCl пропорционален u1/2/(1 + 1,5u1/2) при температурах вплоть до 200° С в неожиданно широкой области ионных сил u. Как показано на рис. 9.23, растворимость ангидрида хорошо передается, за исключением высоких ионных сил, расширенным уравнением Дебая — Хюккеля. Последующие работы показали, что расширенное уравнение Дебая — Хюккеля равным образом применимо также для представления растворимости ангидрита в растворах NaNO3, LiNO3 и NaClO4.
В большинстве гидротермальных растворов концентрация кальция, вероятно, не равна концентрации сульфата. Различные исследования растворимости ангидрита в растворах, в которых mCa2+/mSO4в2 =/= 1, показали, что добавление таких солей, как Na2SO4, подавляет растворимость ангидрита и что важными носителями сульфата в богатых кальцием растворах и кальция в богатых сульфатом растворах являются такие частицы, как CaSО4(aq), (Ca)2SO4в2+ и Ca(SO4)2в2-.
Растворимость ангидрита имеет ретроградный характер, по существу, во всех гидротермальных растворах, которые участвуют в образовании эпитермальных рудных месторождений. Кипение и возрастание pH растворов в направлении движения потока смещают растворы в сторону насыщения относительно ангидрита, однако влияние этих факторов проявлено гораздо меньше, чем в случае кальцита. Повышение mCa2+, вызванное реакциями с вмещающими породами, в эпитермальной температурной области, по-видимому, незначительно. Поэтому фактическое отсутствие ангидрита как жильного минерала в большинстве эпитермальных рудных месторождений вполне закономерно.
Однако группа эпитермальных месторождений все же содержит большие количества ангидрита, а также ангидрита, превратившегося в гипс. Это месторождение Куроко. Его происхождение до конца не установлено, но геологические и изотопные данные наводят на мысль, что морская вода проникала в породы вулканического комплекса и что ангидрит отлагался, когда эти растворы нагревались вблизи риодацитовых интрузий.
Если подвергается нагреву морская вода, то ее насыщение относительно ангидрита вдоль кривой давления пара достигается приблизительно при 110° С. Выше этой температуры ангидрит начинает осаждаться. Так как mCа2+ в морской воде составляет 1,0*10-2 т, a mSO4в2 = 2,7*10в-2 т, осаждение ангидрита лимитируется начальной концентрацией кальция, и отношение mCa2+/mSO4в2- прогрессивно уменьшается по мере осаждения ангидрита. Если морская вода нагревается в присутствии избытка базальтов или других изверженных пород, характеризующихся высоким содержанием кальция, последний будет переходить в раствор в таких больших количествах, что фактически весь начальный сульфат морской воды окажется осажденным в виде ангидрита. Конечный раствор в этом случае насыщен в отношении ангидрита, содержит концентрации кальция от трех- до пятикратных по отношению к начальной концентрации и фактически свободен от SO4в2-. На полуострове Рейкьянес в Исландии морская вода проходит через горячие базальты и выходит на поверхность, имея состав, почти идентичный предсказанному лабораторными экспериментами. Буровые пробы из этих природных морских геотермальных систем содержат несколько процентов ангидрита.
Образцы воды из термальных источников Галапагосского рифта показывают, что гидротермальные растворы в этой области на глубине имеют состав, очень сходный с составом рассолов Рейкьянеса.
Ангидрит — довольно обычный минерал высокотемпературных месторождений и присутствует в очень больших количествах во многих, меднопорфировых месторождениях. Поскольку рудообразующие флюиды этих месторождений часто очень соленые, температурная зависимость растворимости ангидрита в таких флюидах, вероятно, положительная и отложение ангидрита легко объяснимо.
Однако положительная температурная зависимость растворимости ангидрита может и не быть самым важным фактором, способствующим его обилию в меднопорфировых месторождениях. При охлаждении от 600 до 400° С SO2 почти полностью исчезает из гидротермальных флюидов. Реакции, в результате которых при охлаждении гидротермальных флюидов исчезает SO2, зависят от окислительного состояния флюида при 600° С. Во флюидах, которые находятся в равновесии (или близко к нему) с пиритом, магнетитом и гематитом при 600° С, удаление SO2 может происходить главным образом по реакции

H2SO4, образующаяся при этой реакции, вероятно, энергично реагирует с вмещающими породами. При изменении плагиоклаза и других кальциевых силикатов может высвобождаться большое количество кальция. Поэтому растворимость ангидрита, видимо, будет превзойдена. Имеющиеся данные показывают, что растворимость ангидрита в 5 т растворах NaCl при давлении в 1 кбар и 450° С составляет приблизительно 0,03 моля CaSO4 на 1 кг H2O, а произведение концентраций mCa2+*mSO4в2- равно 9*10-4m2. Даже если mCa2+ равно только 0,1т, для насыщения раствора ангидритом необходимо чтобы mSO4в2- составляла только 9*10в-3m. Вероятно, согласно реакции (9.6), образуются при охлаждении значительно большие концентрации H2SO4, и поэтому присутствие в меднопорфировых месторождениях больших количеств ангидрита вполне закономерно.