ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕТИКИ РЕАКЦИЙ КОНГРУЭНТНОГО И ИНКОНГРУЭНТНОГО РАСТВОРЕНИЯ ЩЕЛОЧНЫХ ПОЛЕВЫХ ШПАТОВ

Abstract

Выполнены эксперименты, в которых определялись концентрации растворенных элементов в про¬цессе реакции конгруэнтного растворения санидина в 0.1 m растворе КНСО 3, реакции превращенияальбита в анальцим в 0.1 m растворе NaHCО 3 и реакции превращения альбита в санидин в 0.1 m рас¬творе КНСО 3 при 300°C и рН 9. Минералы предварительно подвергались повторным обработкамсвежими порциями растворов для удаления пылевидных частиц и поверхностных дефектов, образо¬вавшихся при дроблении. В процессе растворения санидина на его поверхности образовывался вы¬щелоченный слой, обедненный алюминием, который при равновесии достигал максимальной тол¬щины 0.1 мкм, а затем исчезал. В процессе реакции превращения альбита в санидин отношение Si/Alв растворе превышало стехиометрическое на 100% вследствие небольших отклонений этого отно¬шения (на 1%) в растворяющемся альбите или осаждающемся санидине. Экспериментальные дан¬ные по всем реакциям аппроксимированы уравнением: r = -kS[1 - (Q/K) 1/σ], где r - скорость реакции, k - константа скорости, S - площадь поверхности минерала (вычисляласьиз размера зерен), Q и K - квотант и константа равновесия реакции, σ - коэффициент. Определенызначения k (мкмоль/(м 2 сек)), σ и K для реакций растворения (0.55, 3.3 и 1.13 х 10 -13) и осаждениясанидина (0.07, 1.2 и 1.62 х 10 -13), растворения альбита в реакциях превращения альбита в анальцим(0.26, 1 и 8.03 х 10 -13) и в санидин (0.07, 1.2 и 6.65 х 10 -13). Принцип микроскопической обратимостидля реакций растворения и осаждения санидина и анальцима не выполняется, однако он выполняет¬ся для реакций растворения альбита и осаждения санидина, что свидетельствует об эквивалентностиактивных поверхностных участков, на которых протекают обе эти реакции. Резкое замедление рас¬творения альбита в начале инконгруэнтной стадии объясняется блокировкой активных участковрастворения осаждающимся санидином. Выполнено математическое моделирование реакций кон¬груэнтного растворения санидина и реакций превращения альбита в анальцим и в санидин. Реша¬лись системы дифференциальных уравнений, в которых изменение во времени концентраций рас¬творенных элементов описывалось через скорости растворения первичного минерала и осаждениявторичного с учетом стехиометрии реакций. Эта кинетическая модель хорошо согласуется с экспе¬риментальными данными и может быть использована для других реакций превращения минералов.