新葡新京线上娱乐磷和钙形成的 矿物有磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2· H2O

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文章关键词:葡京手机版网站,水化学

  第一节 天然水的化学特征 1、大气降水的成分特征 2、海水的成分特征 3、河水的成分特征 4、湖泊与水库水的成分特征 5、地下水的成分特征 第二节 元素的水化学特征 一、硅、铝、铁、锰 硅、铝,铁,锰在地壳中属于丰度较高的元素,其重量百 分数分别为: Si,28.15%,Al,8.23%,Fe,4.65%,Mn, 0.10%,但它们在水中的含量并不高,一般属于中量元素。 (一)硅 1、水中元素的来源与水化学作用 SiO2广泛存在于地壳上的各种岩石和矿物里,它们是石英、 铝硅酸盐、粘土矿物等。 一般环境条件下,石英的溶解进行得十分缓慢。石英在水 中的溶解按下式进行: 据Morey等人(1962)资料,SiO2溶解度,在25℃时为 6.0mg/L,在84℃时为26mg/L。Fournier和Rowe(1962)获得方 石英的溶解度,在25℃时,27mg/L和84 ℃时为94mg/L。 Morey等人获得无定形硅的溶解度为25℃时115mg/L。 硅酸盐和铝硅酸盐的不全等溶解均可使水中出现H4SiO4。 从上可知,不论是石英或铝硅酸盐的不全等溶解,水中溶 解的SiO2几乎全部以正硅酸H4SiO4形式存在。它在水中解 离方程为: 2、Si在水中的存在形态与控制因素 在天然水中(pH=6~9)占优势的是H4SiO4。在碱性条件下 (pH增高到9.0~9.5时),由于单链节和多链节硅酸盐的形成, SiO2的溶解度有所增加。几乎所有天然水环境下,H2SiO42-是 次要的。 天然水中可溶性SiO2含量一般不超过100mg/L。通常为10 ~30mg/L,平均值为17mg/L。 (二)铝 1、水中铝的来源与水化学作用 铝在地壳中所占重量百分数为8.23%,仅次于氧和硅,占 第三位。 铝硅酸盐的不全等溶解的主要产物是高岭石。高岭石在酸性 条件下可溶出AI3+: 高岭石强烈风化可形成三水铝石(Al2O3· H2O) Al2O3在水中溶解度受 pH值控制。它溶于强酸性 溶液中,pH=4.1~10时它 几乎不溶,而此时SiO2却 有部分溶解(见图2.4)。所 以,pH=4~5时, Al2O3 /SiO2=1:2,此时有利于 高岭石族矿物形成,当 pH=8~9时, Al2O3 /SiO2=1 :4,则有利于胶 岭石族矿物形成。 2、铝在水中的存在形态与控制因素 铝在水的存在形式受pH控制,在强酸性水中(pH4.0),水 中铝的主要形式为Al3+,在碱性水中,可形成AIO2-、 AIO33- 。 在含F-的水中,铝和氟很容易形成络合离子,如AIF2+、AIF2+, 在SO42-含量很高的酸性水中,AISO4+可能是铝的主要存在形式。 水中铝的浓度主要受铝的氢氧化物(三水铝石)溶度积的控制。 据文献资料,当pH接近于6时,三水铝矿最小溶解度的计算值 小于10mg/L,新葡新京线上娱乐实测值约27mg/L。 在大多的天然水中(pH=6~9),水中铝浓度常小于1mg/L,有 时可达几mg/L。但是,在pH小于4.0的强酸性水中,每升水中 铝可能几十mg/L,甚至几百mg/L,这种水多为矿坑排水或泉水 或严重酸性污染水。 (三)铁 1、水中铁的来源与水化学作用 铁在地壳中重量百分数仅次于氧、硅、铝而居于第四位。 与前述三者不同,铁不仅大量分散存在于地壳的岩石、土壤、 水体中,而且在某些矿体中富集形成有用矿床(Fe3O4、Fe2O3, FeCO3,Fe2SiO4)。 水中铁的水化学特性受pH值及氧化还原反应影响很大,这 已在第一章作过详细介绍。 在pH=6的水溶液中,Fe3+的浓度为1.5×10-12mg/L,在 pH=7的水溶液中, Fe3+的浓度为1.5×10-15mg/L,pH=8时, Fe3+的浓度为1.5×10-18mg/L 。也即pH值从6增加到8,铁在水 中的溶解度减少106倍。所以,当陆地上含铁的弱酸性水进入弱 碱性的海水中会发生Fe(OH)3沉淀。如河水中铁含量为1mg/L, 则海水中仅0.008mg/L。 2、铁在水中的存在形态与控制因素 铁在水中也发生水解。Fe3+在pH=1的水中,可水解成 FeOH2+、Fe(OH)2+,高浓度下可聚合成Fe2(OH)24+。Fe2+在 pH=4的水中,开始水解生成FeOH+,在pH14时则形成 Fe(OH)42-。它们的部分反应式如下: 所以,天然水中铁可以有许多形式,如Fe3+、Fe2+、 Fe(OH)+、Fe(OH)2+、Fe(OH)30、Fe(OH)20、HFeO2-、 FeCO30、FeS20,FeS0,FeSO40,Fe2(OH)24+。 此外,从Fe—H2O—CO2系统稳 定场内可见,在氧化带内,Fe3+的活 度没有达到Fe(OH)3的溶度积时,铁 的可能最大稳定形式是Fe(OH)30,在 pH5时, Fe(OH)2+及Fe(OH)2+ 占优势。在还原环境内,pH8时, 只有Fe2+存在,pH8时才会出现 FeCO3沉淀,之后是Fe(OH)20占优势。 而一般水中Fe(OH)4-及HFeO3-是不 存在的。 (四)锰 1、水中锰的来源 在自然界中,锰可以呈分散状态或形成有用矿物。含锰矿 物有蔷薇辉石(MnSiO3),锰橄榄石(Mn2SiO4)、菱锰矿(MnCO3), 软锰矿(MnO2)、黑锰矿(Mn3O4)、硫锰矿(MnS)、方锰矿(MnO) 及氢氧化物沉淀Mn(OH)3,Mn(OH)2等。 2、锰在水中的存在形态与控制因素 锰的氧化态很多,有2、3、4、新葡新京线上娱乐6、7价。主要氧化态为 Mn2+。二价锰的特性与Fe2+近似。锰在自然界中的性状受EhpH控制。在天然水稳定场系统简单水溶液中,锰的存在形 式有: Mn2+、 MnO2 、MnOOH、 Mn3O4 、MnCO3、 Mn(OH)2、Mn(OH)3-、MnS。 在简单的水溶液中, Mn2+ 在pH=8时开始水解并形成 MnOH3+,高浓度时聚合成Mn2OH3+、Mn2(OH)3+。Mn 3+不稳 定但可形成某些络合物。当pH大于13.5时,Mn4+可以MnO42-形 式存在,而在酸性介质中呈其它价态。七价锰MnO4-在各种pH 值的溶液中均十分稳定,但在强酸中易分解。 二价锰在氧化条件的水中可形成软锰矿(MnO2)及黑锰矿 (Mn3O4)。黑锰矿在酸性条件可形成Mn2+及MnO2。反应式如 下: Mn的较高含量是在酸性水中,它们可以在不同pH值,不同矿 化度、不同的水化学类型中出现。 二、宏量元素 (一)钙、镁、钠、钾 1、水中钙、镁、钠、钾来源与化学作用 钙、镁、钠、钾广泛分布于地壳中,主要存在于硅 酸盐,碳酸盐及易溶盐类地层。 这些岩石矿物溶解于水中的量取决于其溶解度及水解作 用程度。 2、水中存在形态与控制因素 Ca2+,Mg2+在水中行为受CO2影响极大,碳酸平衡控制了 它们的溶解,沉淀或过饱和状态。它们在水中的简单络合离 子形式为: Ca2+ 、CaHCO3+、CaSO40、CaCO30、 CaCl+、CaOH+, Mg2+ 、MgHCO3+、MgSO40、MgCO30、 MgCl+、MgOH+、 MgF+ 、 MgCl20 。 以含钙为主的天然水的矿化度一般小于1g/L。Ca2+积极 参与生物地球化学作用,含钙的有机质可很快转化为矿物质 而存在于土壤中。镁盐在水中的溶解度比钙盐大,但Mg2+易 被植物吸收,故在天然水中的含量小于Ca2+。在矿化水中 Mg2+可高达几g/L到kg/L。 钠、钾在水中含量主要受溶解度控制。它们的离子电位 低,在水中大多呈水合离子形式。在简单水溶液中有下列络 合离子形式:Na+,NaSO4-,NaCl0,Na2CO3。,NaHCO30, NaOH0,NaCO3-,K+,KCl0,KOH0,KS04-。 Na+及Cl-为高矿化水中的主要成分,钠在地壳中占2.36%, 而在海水中,Na+占总含盐量30%左右;钾在地壳中含量与钠 类似,为2.09%,但在天然水中K+Na+,只有Na+ 含量的4%~10%,这是因为K+为营养元素易被植物吸收,但 K+在海水中含量增高,可达390mg/L。 (二)碳 1、水中的来源与特征 碳主要来源于石灰岩,白云岩,泥灰岩等,其溶解度小, 故在水中绝对含量低,但含量的变化范围小。自然界中也广 泛存在着有机碳成分,它们积极参与生物化学作用及碳的循 环。 2、存在形态与控制因素 由于碳的离子电位高,在水中易形成酸性络阴离子及络阴 离子。 碳是水的主要化学成分,受pH值影响很大。 在天然水中,当pH5时,碳主要以H2CO3形态出现;当 pH=5~8时,主要以HCO3-形态出现;pH8时,则主要以CO32形态出现。 水中溶解的CO2气体,在水化学环境中起重要作用,它控 制了水的酸碱性,直接影响水中许多化学平衡,碳酸盐体系在 研究大气圈、水圈、岩石圈的演变史上有特别重要的意义。 (三)硫 1、水中的来源与特征 SO42-是天然水中重要成分之一,它广泛分布于地表水、浅 层地下水及承压水中。它来源于石膏等硫酸盐的溶解、硫化矿 床氧化带氧化产物的溶解及地热温泉水中。 2、存在形态与控制因素 硫在水中有较多价态(-2,+4、+6),形式多样。如: 硫在水中的行为受Eh-pH平衡控制。在天然水稳定场内, 主要是两个体系起作用,即H2S?SO42-及HS?SO42-,可写出 各种硫的平衡方程式: 由图2.5可知,硫的氧化态主要 是SO42-及HSO4-。天然水中硫的 主要类型是SO42-,酸性条件下 HSO4- ,在还原环境下出现H2S, 在还原的碱性环境下才可出现 HS- 。 腐植质土壤及富含有机质的油 田水,由于脱硫作用,几乎可不 含或含少量SO42- 。 C6H12O6+3Na2SO4?3CO2 +3Na2CO3+3H2S +3H2O+热能 当水中Ca2+含量高时,由于易 生成CaSO4沉淀,也可使水中 SO42-含量减少。 ( 三) 氯 主要来源于岩盐的溶解(NaCl、MgCl2,CaCl2、 Ca2(PO4)3Cl、3NaAISiO4· NaCl),它们有很高的溶解度,新葡新京线上娱乐常 常是总溶解固体(TDS)含量高的氯化物水或硫酸盐水中的 主要成分。Cl在水中含量与TDS增长一致。 水中氯主要以Cl-形式出现。据戈莱娃Г .A.(1977)资料, 在还原环境的高TDS氯化物卤水中,Cl可与重金属元素形成 络合物,CuCl+,CuCl20,CdCl20,ZnCl20,ZnCl42-等。在微 酸性、低硫、高氯化物卤水中以氯化物络合物形式可以转移 较多的Pb和Zn。 三、营养元素 (一)氮 1、氮的来源与存在形态 水中可以含有较多的NH4+、NO3-、NO2-,它们的形成与 含蛋白质的有机物生物分解有关。蛋白质分解最终产物是氨基 酸,同时放出氨气。 R-CHNH2-COOH + H2O=R-CHOH-COOH+NH3 NH3溶于水中形成NH4+ ,并氧化形成NO2-及NO3-。 在自然界中,水中蛋白质的出现往往是人为污染的结果。 所以NH4+、NO3-、NO2- 的伴生可以作为污染的指标,在未污 染的天然水中, NO3- 一般都小于30mg/L,但在受污染的水中, 其含量从几十mg/L到几千mg/L。我国的陕西、河南一些“肥 水”NO3-可达4000mg/L以上。 水中除NH4+、NO3-、NO2- 外,还有以NH3,N2,N20等溶 解气体形式存在于水中。 2、氮的转化与控制因素 水中NO2-、NO3-及NH4+之间可以互相转换,且受Eh-pH条件控 制。它们的转换方程为: 从NH4+—NO3-之间转换方程可以分析,当pH=7, NH4++NO3- 浓度为10-3mol/L时,pE53.54, NO3占优势,pE53.54,则NH4+ 占优势。 当NO3- 、HS-、CH2O共存一个体系时,相互间能 量差别愈大,其氧化能力愈强。 NO3- 首先去氧化 有机质,只有当有机质被完全氧化后才会去氧化 HS-。 按照上述原则,当氧化环境的水进入富有机质的还原性水 系统时,水中氧化组分被还原的次序是O2NO3-Fe3+SO42- CO2。从还原环境进入氧化环境的水,水中还原组分被氧化的 次序为CH2OHS-及H2SFe2+FeCO3NH4+。 所以当水中还存在较多CH2O时,该水中有可能同时存在 Fe2+及NH4+等组分。当水中SO42- =0或很少时,说明脱硫还原 作用强烈,此时水中溶解氧、NO3-和Fe3+则已大部被还原。 (二)磷 1、来源 磷在地壳中平均浓度为0.1%,占第十位。磷是所有生命系统 中不可缺少而又不可取代的元素。水中无机磷主要来源于含磷 矿物的风化。 陨石含磷100Gt,海洋中磷酸盐结核300Gt。磷和钙形成的 矿物有磷酸二氢钙Ca(H2PO4)2· H2O,磷酸氢钙CaHPO4· H2O 、 磷酸钙Ca3(PO4)2,羟基磷灰石Ca5(PO4)3 OH,氟磷灰石 Ca5(PO4)3 F。

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