РАЗЛИЧИЕ МЕХАНИЗМОВ И СКОРОСТЕЙ РАСТВОРЕНИЯ И ОСАЖДЕНИЯ КВАРЦА ПРИ 150°С

Abstract

Для реакции кварц-вода SiO 2 + 2Н 2O = H 4SiO 0 4 обычно используется следующее уравнение скорости: dm/dt = k d(S/M)(1 - m/m eq), где m и m еq - фактическая и равновесная концентрации кремнезема в растворе, t - время, k d - константа скорости растворения, S - площадь поверхности кварца, М - масса воды. Это уравнение используется в математическом моделировании не только для недосыщенных растворов, но и для пересыщенных, где экспериментальных данных очень мало. Чтобы восполнить пробел, выполнены эксперименты в системе кварц-вода при 150°С. Растворение кварца хорошо описывалось этим уравнением при k d = 9.7 × 10 -11 моль м -2 сек -1, что близко к ранее опубликованным значениям k d. При этом концентрация кремнезема в растворе уже за месяц вплотную приближалась к равновесной. Осаждение же кварца в исследованном интервале времени (7 мес) практически не происходило. Это свидетельствует о нарушении принципа микроскопической обратимости, заложенного в уравнение, т.е. растворение и осаждение кварца происходят с разной скоростью и по разным реакционным механизмам. В частности, осаждение кварца протекает, по-видимому, через образование а-кристобалита, метастабильной модификации кремнезема. Приведенные данные получены в опытах, где использовался дробленый кварц, предварительно обработанный свежими порциями воды (5 раз по 3 сут) при 250°С. Без такой обработки скорость осаждения кварца была значительно выше из-за присутствия пылевидных частиц. Эти частицы образовались не при дроблении кварца, а в результате его предварительного растворения. Вероятнее всего, пылевидные частицы отщеплялись от поверхности более крупных в результате преимущественного растворения кварца вдоль поверхностных дефектов, которые образовались при его дроблении.