Конспект лекций Минск, 2000 г. Рекомендуемая литература

Процессы, переводящие вещество в раствор. Ведущие процессы этого типа — растворение и выщелачивание. Рассмотрим эти понятия.
Наиболее простой тип растворения — конгруэнтное растворение. Это процесс полного перехода вещества из твёрдой фазы в жидкую. Такому процессу подвержены хорошо растворимые природные соединения: NaCl, KCl, МgSO₄, СаSO₄, Na₂CO₃ и др. Наряду с ними в земной коре широко распространены трудно растворимые соединения (силикаты, бораты и др.) с инконгруентным характером растворения. При инконгруэнтном растворении происходит не просто отрыв ионов кристаллической решётки твёрдой фазы молекулами воды, но химическое взаимодействие твёрдой фазы с водой. Это по существу гидролиз, т.е. химическое разложение твёрдого вещества водой. При этом на поверхности разрушающейся твёрдой фазы образуются новые труднорастворимые вещества, а в раствор переходят отдельные компоненты растворяющегося соединения. Так, при растворении галита NaCl (конгруэнтный процесс) раствор будет хлоридным натриевым. Но при растворении полевого шпата KAlSi₃O₈ (инконгруэнтный процесс) раствор не будет в полной мере отвечать составу минерала. В последнем случае идёт химическая реакция:
4 KAlSi₃O₈ + 14 H₂O = Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈ + 4 КОН + 8 H₂SiO₃.
калиевый каолинит
полевой шпат
На поверхности разрушающегося калиевого полевого шпата образуется каолинит. Обращаю внимание на то, что в составе полевого шпата нет водорода, а в каолините он есть. Это означает, что в данном процессе происходит как бы разложение воды. Водород из воды поглощается изменяющимся полевым шпатом. Оставшиеся в воде ионы гидроксила ОН^– соединяются с переходящим в раствор катионом К⁺. В этом процессе раствор становится более щелочным.
Теперь определим понятие “выщелачивание”. Выщелачивание — это селективное растворение минерала или породы. В том случае, если селективно растворяется минерал, процесс выщелачивания идентичен процессу инконгруэнтного растворения. Действительно, в рассмотренном случае растворения полевого шпата алюминий не переходит в раствор, то есть полевой шпат растворяется селективно, Более часто, однако, термин “'выщелачивание” применяется для обозначения вымывания из породы каких–либо легкорастворимых минералов. Например, песчаник с галитовым цементом при взаимодействии с водой может превратиться в песок после растворения галита (NaCl).
Ход процессов растворения и выщелачивания зависит от растворимости пород и минералов, состава и минерализации подземных вод, скорости фильтрации, температуры, давления и других причин. И растворение, и выщелачивание наиболее активно протекают в подвижной среде, так как в этом случае легко отводятся продукты растворения и может обеспечиваться ненасыщенность воды по отношению к соответствующим соединениям, необходимая для течения процесса.
Активными стимуляторами процессов выщелачивания и растворения являются кислород и углекислота, содержащиеся в подземных водах. Отсюда понятна роль газового состава вод в процессах растворения и выщелачивания. Кислород и углекислый газ способствуют предварительному разложению минералов, трудно доступных простому выщелачиванию. Кислород, растворённый в подземных водах, вызывает, например, окисление сульфидных минералов, в результате чего в подземных водах образуется серная кислота, которая вызывает сернокислотное выщелачивание вмещающих пород с образованием сульфатных кальциевых вод с высоким содержанием металлов (железо, медь, свинец и др.), повышенной минерализацией (3 г/л и более) и низким рН.
Углекислота активизирует переход в раствор вещества алюмосиликатов, например, по рассмотренной выше реакции гидролиза (выщелачивания) полевого шпата. В этом случае говорят об углекислотном выщелачивании. Процессом углекислотного выщелачивания полевых шпатов объясняется формирование гидрокарбонатных вод в терригенных отложениях. Здесь при взаимодействии с водой полевых шпатов образуются, как мы уже отмечали, ионы ОН^–, которые, соединяясь с СО₂, дают ион гидрокарбоната НСО₃^–.