全套水文地球化学基础.ppt

锰 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Mn(OH)3、 Mn(OH)2沉淀等。 锰的氧化态很多，有2、3、4、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Eh-pH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、MnO(OH)、Mn3O4、MnCO3、Mn(OH)2、Mn(OH)3-、MnS。 2.3.1 硅、铝、铁、锰 * 在简单的水溶液中， Mn2+在pH=8时开始水解并形成Mn(OH)+，高浓度时聚合成Mn2(OH)3+、Mn2(OH)3+。Mn3+不稳定但可形成某些络合物。当pH大于13.5时， Mn6+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值得溶液中均十分稳定，但在强酸中易分解。 2.3.1 硅、铝、铁、锰 * 二价锰在氧化条件的水中可形成软锰矿(MnO2)及黑锰矿(Mn3O4) 。黑锰矿在酸性条件下可形成Mn2+及MnO2 。反应如下： 有关地下水中锰的含量如前所述，他们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。 2.3.1 硅、铝、铁、锰 * 2.3.2 宏量元素 钙、镁、钠、钾 这些元素都广泛分布于地壳中，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。 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。他们在水中的简单络合离子形式为：Ca2+、CaHCO3+、CaSO40、CaCO30、CaCl+、Ca(OH)+、Mg2+、Mg(OH)+、MgSO40、MgCO30、MgF+、MgHCO3+、MgCl+、MgCl20。 2.3.2 宏量元素 * 钠、钾在水中含量主要受溶解度控制。他们的离子电位低，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、Na2CO30、NaHCO30、NaOH0、NaCO3-、K+、KCl0、KOH0、KSO4-。 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+占总含盐量的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。 2.3.2 宏量元素 * 碳、硫 由于碳和硫的离子电位高，在水中易形成酸性络阴离子及络阴离子。 碳 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，含量的变化范围小。 碳是地下水中主要化学成分，受pH值影响很大。 2.3.2 宏量元素 * 在天然水中，当pH5时，碳主要以H2CO3出现；当pH=5-8时，主要以HCO3-形式出现；当pH8时，主要以CO32-形式出现。 在地下水中溶解的CO2气体，在水文地球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，CO2-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。 自然界中也广泛存在着有机碳成分，它们积极参与生物地球化学作用及碳的循环。 2.3.2 宏量元素 * 硫 SO42-是天然水中重要成分之一，它广泛分布了地表水、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低热温泉水中。 硫在水中有较多价态(-2、+4、+6)，形式多样。如： 2.3.2 宏量元素 * 硫在水中行为受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： 假定∑S=10-3mol，并据ΔGf的热力学数据，求得下列反应式的ΔGr，再据有关公式算得lgK： 2.3.2 宏量元素 * 2.3.2 宏量元素 * 2.3.2 宏量元素 * 2.3.2 宏量元素 * 2.3.2 宏量元素 * 2.3.2 宏量元素 * 2.3.2 宏量元素 * 2.3.2 宏量元素 * 2.3.2 宏量元素 * 根据以上平衡方程式及水的平衡方程，可以绘制硫体系的Eh-pH图。 2.3.2 宏量元素 * 腐殖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-。 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。 2.3.2 宏量元素 * 氯 氯主要来源于岩盐的溶解(NaCl、MgCl2