Изменение химического состава подземных вод в ограниченных карбонатных структурах при окислении пирита покровных отложений
(на примере Полдневского месторождения Егоршинско-Каменской синклинали Восточно-Уральского прогиба)

Глава 4. Моделирование окисления пирита в зоне аэрации

Для изучения процесса окисления дисперсного пирита в зоне аэрации применялось математическое моделирование в программе PYROXID. Данная программа позволяет рассматривать процесс пирита окисления в новообразованной зоне аэрации.

Перед моделированием ставились следующие задачи:
1) Оценить интенсивность окисления пирита и выноса сульфатов в возможном диапазоне изменения параметров.
2) Оценить степень влияния каждого параметра на интенсивность окисления.

Для моделирования использовались три типовые схемы:
1) Естественное залегание - пирит на глубине 5 м.
2) Естественное залегание - пирит на глубине 15 м.
3) Отвал (на поверхности земли). Высота отвала 10 м.

Коэффициент диффузии кислорода через породы зоны аэрации задавался равным 10^-2 м/сут.

Радиус зерен пирита определялся крайними значениями вероятного диапазона от 20 мкм до 50 мкм.

Концентрация пирита в породах также задавалась крайними значениями от 0,2 кларков (16 моль/м³) до 1 кларка (80 моль/м³).

С учетом этого общее число модельных вариантов составило 12 (по числу комбинаций модельных схем и изменяемых параметров). Моделирование по каждому варианту производилось на срок 250 лет. На рисунке 4 в качестве примера приводятся профили изменения содержания гипса, пирита, кислорода и интенсивность окисления пирита на характерные моменты времени для одной из типовых схем.

По результатам моделирования можно сделать следующие выводы:
1) При глубине залегания пиритсодержащих пород более 10 м интенсивность окисления перестает зависеть от концентрации пирита и размеров его зерен (в заданном диапазоне). Интенсивность окисления лимитируется диффузией кислорода через толщу пород.
2) При малых глубинах залегания интенсивность окисления сильно зависит от площади поверхности пирита, то есть от его концентрации и размера зерен. Интенсивность окисления лимитируется диффузией через ингибирующую пленку.
3) Глубина, на которой лимитирующие стадии выравниваются, сильно зависит от коэффициента диффузии кислорода. При коэффициенте диффузии кислорода 10^-3 м/сут глубина будет значительно меньше 10 м.
4) При значительной скорости окисления пирита интенсивность выноса сульфатов практически не зависит от концентрации пирита и размера его зерен. Концентрация сульфатов ограничивается растворимостью гипса.