ИКД
5013 Информационная
карта диссертации
04 кандидатская
05 докторская
5418 Исходящий номер.
дата.
 
5715 Язык
диссертации
 русский
5715 Инвентарный
номер
 
5409 Дата защиты
 2011‑11‑11 14:30
6444 Шифр научной
специальности
 25.00.09 
7425 На соискание
степени
 кгмн
2061 Предствлено к защите:
61 Рукопись, в т.ч. научный доклад
52 Монография
43 Учебник
6147 Фамилия, Имя, Отчество соискателя
Ли Евгения Юрьевна
Фамилия, инициалы
Ученая степень
Шифр научной специальности
6156 Научные руководители
Гричук Д. В
Шилобреева С. Н
6165 Официальные оппоненты
Котельников А. Р
Плечов П. Ю

6255
дгмн
кгмн
4662
дгмн
дгмн

6453

4626

5733 Кол‑во томов
5742 Кол‑во стр.
1
158
Номер тома
Кол‑во стр.

5751 Приложений
5787 Источников
1
127
5778 Таблиц
5760 Иллюстраций
44
88
Сведения об организации, в совете которой проходила защита
2457 Код ОКПО

2934 Телефон

2394 Телефакс

2754 Город
ауд. 415, геологический факультет МГУ
1332 Сокращенное наименование министерства (ведомства)

7452 Шифр совета
Д 501.002.06 
2151 Полное наименование организации
Д 501.002.06 
2358 Сокращенное наименование организации

2403 Код ВНТИЦ

2655 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

Сведения об организации, в которой работает соискатль
2988 Телефон

3087 Телефакс

2781 Город

2187 Наименование организации
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМ РАН) 
2385 Сокращенное наименование организации

2682 Адрес организации (индекс, республика, область, город, улица, дом)

9045 Наименование диссертации
Экспериментальное и термодинамическое моделирование взаимодействия сернистого ангидрида с породообразующими минералами и породами основного состава 
9117 Реферат
Объект исследования и цель работы. Методы исследования и аппаратура. Теоретические и практические результаты и их новизна. Степень и эффективность внедрения. Область применения.
Актуальность исследований. Взаимодействия газов с породами и расплавами имеют огромные масштабы в геологической истории Земли и планет земной группы. К настоящему времени   
в геохимии и петрологии накоплен большой объем информации по взаимодействиям пород и расплавов с газами системы С‑О‑Н‑S, происходящим в магматических и метаморфических процессах   
(Флюиды .., 1991; Шарапов и др., 2000; и др.). В последние десятилетия вопрос вулканической эмиссии SO2 вызывает также огромный интерес в планетологии в связи с обнаружением   
больших концентраций соединений серы в атмосферах Венеры и спутника Юпитера Ио. Сернистый газ  один из главных компонентов газовой фазы, выделяющейся в результате вулканической   
деятельности. При взаимодействии SO2‑содержащего флюида с породами последние претерпевают сильные метасоматические изменения ("сернокислотное выщелачивание"), приводящие в   
пределе к образованию вторичных кварцитов (Метасоматизм ...., 1998). Изучение таких процессов на природных объектах (фумаролах, сольфатарах) представляет большие трудности   
вследствие больших градиентов условий и наложения минеральных ассоциаций, сменяющих друг друга при изменении температуры. Поэтому экспериментальные исследования систем "SO2‑порода"   
является актуальными.   
  
Сернистый газ является одним из наиболее важных и экологически опасных компонентов газовых выбросов металлургической, энергетической и химической отраслей промышленности.   
Основная применяемая в настоящее время технология очистки отходящих газов переводит его в сульфит кальция, который не находит дальнейшего использования и накапливается в виде   
отвалов уже в течение века. Поэтому поиски альтернативных методов утилизации SO2 являются актуальными. Одним из возможных путей снижения антропогенной эмиссии сернистого ангидрида   
в атмосферу может быть закачивание этого газа в геологические формации, и преобразование в устойчивые твердые соединения, например, сульфаты. К настоящему времени проведен   
ряд работ, в которых выполнялось как экспериментальное, так и термодинамическое моделирование процессов связывания парниковых газов (главным образом СO2, иногда с примесями   
серосодержащих газов) в твердую фазу (Xu et al., 2001; Palandri et al., 2005; и др.). Имеющихся данных недостаточно для получения полного представления о процессах взаимодействий   
в системе сернистый ангидрид  горная порода. Оценке возможности реализации такой технологии должны предшествовать исследования поискового и фундаментального характера ‑ изучение   
реакции взаимодействия SO2 с породами и породообразующими минералами.   
  
Целью исследования являлось получение экспериментальных и термодинамических данных о результатах взаимодействия сернистого газа с породами основного состава и породообразующими   
минералами в широком диапазоне физико‑химических условий.   
  
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:   
  
экспериментальное исследование систем [(алюмо)силикаты  SO2  O2  Н2О] при высоких температурах (450, 650, 850oС) и относительно низких давлениях 3‑10 бар;   
термодинамическое моделирование процессов взаимодействия в системах [(алюмо)силикаты  SO2  O2  Н2О] в широком интервале температур (100‑850oС) и давлений (1‑1000 бар);   
определение фракционирования изотопов серы между SO2 и сульфатами в системах [(алюмо)силикаты  SO2 ‑ O2] как средства контроля протекания реакций.   
Научная новизна работы заключается в том, что при исследовании системы "серосодержащий газ‑порода" использован комплексный подход, объединяющий эксперимент, термодинамическое   
моделирование и изотопные исследования, позволивший впервые спрогнозировать увеличение емкости связывания сернистого газа породой (г серы/г породы) при понижении температуры.   
Впервые экспериментально определен знакопеременный изотопный эффект в реакциях образования сульфатов с участием серы из газовой фазы при умеренных температурах и давлениях.   
  
Практическая ценность заключается в возможности использования результатов, полученных в работе, для прогноза поведения сернистого газа при закачке в геологические формации   
с целью захоронения.   
  
Фактическая основа. Основой диссертации являются экспериментальные исследования взаимодействия SO2 с алюмосиликатами и термодинамическое моделирование процессов, происходящих   
в такой системе. Проведены 194 закалочных эксперимента при температурах 450, 650, 850oС и общем давлении газов в системе 3‑10 бар. Автором разработана и верифицирована термодинамическая   
модель и выполнены расчеты взаимодействий в системах [(алюмо)силикаты  SO2  O2  Н2О] в широком интервале физико‑химических условий.   
  
Основные защищаемые положения:   
  
1. Экспериментально показано образование сульфатов щелочных и щелочноземельных элементов (Na, K, Ca, Mg) при взаимодействии (алюмо)силикатов с сернистым газом в широком интервале   
температур (450, 650, 850oС) в окислительных условиях. Добавка воды во флюидную фазу усиливает ее реакционную способность. В системе "серосодержащий газ  базальт" без избытка   
O2 наряду с сульфатами образуются сульфиды Fe.   
  
2. Обнаружено влияние катионов в составе исходных силикатов на изотопный состав серы образующихся сульфатов при взаимодействии "SO2  O2  (алюмо)силикаты". Показана инверсия   
изотопного эффекта при фракционировании серы в исследуемых реакциях с повышением температуры (в интервале между 650 и 850oС), что согласуется с теоретическими результатами   
(Sakai, 1968) по равновесному фракционированию изотопов серы между SO42‑ (вод.) и SO2(газ).   
  
3. Построена и верифицирована по проведенным экспериментам термодинамическая модель взаимодействия в системах [(алюмо)силикаты‑SO2O2H2O] в интервале температур от 100 до   
850oС и давлений от 1 до 1000 бар. С помощью разработанной модели показано, что емкость связывания SO2 породами увеличивается с понижением температуры.   
  
4. Экспериментально изученные реакции и проведенные термодинамические расчеты в системах "серосодержащий газ‑порода" показывают возможность использования массивов основных   
и ультраосновных пород для захоронения горячих серосодержащих газов. Необходимыми химическими условиями для реализации такой технологии являются избыток кислорода и наличие   
воды в газе. Понижение температуры взаимодействия приводит к замедлению связывания SO2, но, в то же время, увеличивает набор катионов, способных образовывать сульфаты.   
  
Структура и объем работы. Диссертационная работа объемом 158 страниц состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы (127 наименований), содержит 44 таблицы, 88   
рисунков и 1 приложение.   
  
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на международной конференции "Физико‑химические и петрофизические исследования в науках о земле" (Москва, 2007), XVI   
Российском совещании по экспериментальной минералогии (Черноголовка, 2010), Ежегодных семинарах по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии ЕСЭМПГ‑ 2008 и 2011   
(Москва), Международных конференциях "Новые идеи в науках о Земле" (Москва 2009, 2011), Межвузовской научной конференции "Молодые  наукам о Земле" (Москва, 2008), Межвузовских   
молодежных научных конференциях "Школа экологической геологии и рационального недропользования" (Санкт‑Петербург, 2008, 2009), пятой международной конференции по закачке и   
захоронению CO2 (Trondheim, 2009), летней школе Европейского минералогического союза (Oviedo, 2010), на международной студенческой конференции им. М.Кюри (Турин, 2010), международной   
конференции, посвященной памяти В.Е. Хаина (Москва, 2011), а также на совместном Русско‑Швейцарском семинаре по методам моделирования геохимических процессов (Москва, 2011).   
По результатам исследований опубликовано 2 статьи и 18 тезисов докладов и 2 работы приняты в печать.   
  
Благодарности. Автор глубоко признателен научным руководителям проф. д.г‑м.н. Дмитрию Владимировичу Гричуку (МГУ им. М.В.Ломоносова) и доц. к.г.‑м.н. Светлане Николаевне Шилобреевой   
(ГЕОХИ РАН) за рекомендации и советы на протяжении всей работы, а также доц. к.х.н. Д.А.Чарееву (ИЭМ РАН) за помощь в постановке экспериментов. Автор работы выражает благодарности   
В.А.Алексееву (ГЕОХИ РАН) за предоставленный исходный материал для экспериментов, В.Г.Сенину (ГЕОХИ РАН), М.А.Кох (МГУ), А.В.Мохову (ИГЕМ РАН), А.А.Мухановой, А.Н.Некрасову,   
К.В.Вану (ИЭМ РАН), Ю.К.Кабалову (МГУ) и О.А.Тютюнник (ГЕОХИ РАН) за помощь в проведении анализов продуктов реакций, а также д.х.н. Е.Г.Осадчему (ИЭМ РАН) и Т.Фердельману   
(Max‑Planck Institute, Bremen) за предоставление лабораторной базы. Автор признателен В.Б.Полякову (ИЭМ РАН), Патрику Майстеру, Бенджамину Бруннеру и Томасу Максу (Max‑Planck   
Institute, Bremen) за помощь в получении и интерпретации результатов изотопных исследований, А.Ю.Бычкову (МГУ) за плодотворную дискуссию в процессе подготовки публикаций и   
диссертации. Автор работы выражает благодарность коллективу кафедры геохимии за помощь, оказанную при выполнении исследований.   
  
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект  09‑05‑00865) и гранта GRASP  MRTN‑CT‑2005‑035868.  
5436
Фамилия, инициалы
Должность
Уч. степень
Подпись МП
Руководитель организации
6111 
6311 
6210   кархн

Председатель
диссертационного совета
6264 
6320 
6462   кархн

5634 Индексы УДК
7434 Дата
7506 Входящий номер

5616 Коды тематических рубрик

5643 Ключевое слово