Тезисы научной конференции ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, апрель 2005 года

Секция ГЕОЛОГИЯ

Подсекция: Инженерная и экологическая геология

МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ КОНСТАНТЫ Na/Ca-ОБМЕНА.

Самарин Е.Н., Фомичева Е.Н.

Явление ионного обмена уже более 150 лет остается предметом пристального внимания исследователей. Предложено множество уравнений для константы ионообменной реакции [1], однако каждое имеет серьезные ограничения. Тем не менее часто в практических расчетах используются значения без учета специфики их получения. Особенное большое влияние на оказывают концентрация глинистой суспензии и внешнего электролита, а также емкость катионного обмена глинистого грунта (ЕКО) [1,3].

Рис.1. Влияние концентрации суспензии на величину термодинамической константы Na/Ca-обмена.

Настоящее исследование выполнено на монтмориллоните с катионной парой Са²⁺-Nа⁺. Монокатионные формы минерала приготовлены по методу К.К. Гедройца после отмучивания фракции < 5 мкм из "киловых" глин (К₂s) - отобранных из Бахчисарайского разреза II гряды Крымских гор. Содержание монтмориллонита в образцах не менее 98,5 %; в составе примесей: кварц, кальцит и иллит. Химический состав образцов соответствует высокозарядному Al-монтмориллониту, тип Wyoming, ЕКО 1,31 мг-экв./г.

Экспериментальные изотермы ионного обмена получены по общепринятой методике [4] для прямой Ca Na и обратной Na Ca реакций при pH=7 в бинарных растворах хлоридов (мольные доли Na+ и Са²⁺ изменялись от 0 до 1 in contrary) суммарной концентрации от 0,0018 до 1,0 экв./л. Константы селективности реакции обмена при I_p-pa = const рассчитаны по Е.Н.Гапону и по В.Д.Аргензингеру [1]. Экстраполяция значений , соответствующих фиксированному составу обменного комплекса (ОК), к нулевой ионной силе выполнена по методу В.П.Васильева. Использованы два варианта расчета: (1) для фиксированной концентрации суспензий (C^сусп), если рассчитан по В.Д.Аргензингеру (классическая методика); (2) для фиксированного соотношения катионов "обменный комплекс - внешний раствор" (), если рассчитан по Е.Н.Гапону. Термодинамическая константа Na/Ca-обмена
рассчитана по методу Г.Гейнеса и Х.Томаса [2] для обоих вариантов представления коэффициентов селективности.

Рис.2. Влияние соотношения содержания катионов "ОК - раствор" на величину термодинамической константы Na/Ca-обмена.

Показано, что с увеличением C_сусп в системе экспериментально получаемое значение уменьшается и стремится к постоянному значению (рис.1). По-видимому, это обусловлено невозможностью развития равновесного профиля ДЭС, а при больших концентрациях суспензий перекрытием диффузных оболочек, развитых вокруг частиц и, возможно, структурированием осадка глины.

Расчет значений по второму варианту приводит к аналогичному результату: с увеличением значение уменьшается (рис.2). Тем не менее, именно такой способ расчета, предлагаемый авторами впервые, является более предпочтительным, поскольку получаемое значение не зависит от концентрации суспензии в системе, а определяется только величиной ЕКО глинистого грунта и концентрацией электролита, Кроме того, в этом случае возможно непосредственно из значения рассчитать изотерму ионного обмена для исследованного диапазона концентраций и значения коэффициентов селективности для любого состава обменного комплекса.

Литература: