Геохимия, 2020, T. 65, № 12, стр. 1245-1248

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ

В экспериментах использовали стандартные образцы магматических горных пород Дальнего Востока: дацит ДВД, риодацит ДВР и трахириолит ДВТ, а также стандартный образец грейзена GnA. Химический состав образцов, включая содержание фтора, приведен в табл. 1. Средневзвешенный размер частиц всех образцов составил 20 ± 3 мкм (Стандартные образцы…, 1990; Стандартные образцы…, 2002).

Навески массой 0.8 г – по пять для каждой из пород – помещали в полипропиленовые пробирки, в которые затем добавляли по 40 мл 0.01 M растворов HCl, CH₃COONa, NaHCO₃, Na₂CO₃ или дистиллированной воды. Закрытые пробирки интенсивно перемешивали на шейкере в течение суток и еще сутки выдерживали без перемешивания при температуре 22°С, после чего фильтровали через мембранный фильтр 0.22 мкм. Небольшая продолжительность экспериментов была связана с необходимостью исключить образование вторичных фторсодержащих минералов, что могло бы исказить результат собственно процесса выщелачивания фтора из горных пород. В указанных условиях экспериментов равновесие между твердыми фазами и растворами не достигалось, и полученные данные характеризуют самую начальную стадию выщелачивания фтора из практически неизмененных пород.

В фильтрате измеряли величину pH, при необходимости нейтрализовывали его до pH 5–8 0.01 М растворами NaHCO₃ или HCl и определяли содержание фторидов прямым потенциометрическим методом с фторидным ионоселективным электродом по методике (Савенко, 1986). Содержание фторидов во всех пробах превышало минимальную концентрацию 1 × 10^–6 М, или 0.02 мг F/л, при которой э. д. с. измерительной цепи связана с логарифмом концентрации фтора линейной зависимостью. Относительная погрешность измерений составляла ±3%.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Как следует из результатов проведенных экспериментов, представленных в табл. 2, во всем изученном диапазоне pH (2.6–11.1) конечная концентрация растворенных фторидов возрастает с увеличением содержания фтора в породах. Для каждого из выщелачивающих растворов извлечение фтора снижается по мере увеличения основности горных пород в ряду:

грейзен > трахириолит > риодацит > дацит.

Наименьшая интенсивность выщелачивания фтора для всех образцов наблюдается в околонейтральной среде, причем минимальные концентрации фторидов отмечаются в опытах с ацетатом натрия, а не с дистиллированной водой. По-видимому, это связано с усилением мобилизации фтора при снижении кислотности среды: величина pH в опытах с 0.01 М растворами CH₃COONa находилась в интервале 6.5–6.9, тогда как в опытах с дистиллированной водой повышалась до 7.1–7.9. При дальнейшем увеличении pH в опытах с 0.01 М растворами NaHCO₃ (до 8.3–8.9) и Na₂CO₃ (до 11.0–11.1) равновесная концентрация растворенных фторидов кратно возрастает. В кислой среде – в опытах с 0.01 М раствором HCl, в которых равновесные значения pH для разных пород варьировались от 2.6 до 4.3, – выщелачивание фтора также существенно эффективнее, чем в 0.01 М растворах CH₃COONa и дистиллированной воде. Отсюда следует, что мобилизация фтора из магматических горных пород характеризуется четко выраженным минимумом в околонейтральной среде и сильным увеличением в щелочных и кислых условиях (рисунок 1). Этот факт противоречит выводам Э.В. Козловой с соавторами (1971) об отсутствии влияния кислотности водной среды на выщелачивание фтора из осадочных пород. К сожалению, в последней работе не указано, как именно создавалась различная кислотность растворов, что не позволяет найти причину наблюдаемых расхождений.

Рис. 1.

Зависимости интенсивности выщелачивания фтора Δ[F] от величины pH при взаимодействии растворов с дацитом (1), риодацитом (2), трахириолитом (3) и грейзеном (4). Числа справа от кривых – содержание фтора в породах, мас. %.

Кислотность большинства поверхностных водотоков суши, состав которых формируется, главным образом, под влиянием процессов физического, химического и биологического выветривания, находится в диапазоне pH 5.5–7.5. Этим условиям достаточно близко соответствуют таковые в опытах с дистиллированной водой и 0.01 М раствором CH₃COONa, в которых концентрация фторидов для разных типов пород имеет порядок величины 0.n–n мг F/л. Такие значения типичны для поверхностных и грунтовых вод (Микей, 1963; Крайнов, 1973; Шварцев, 1998; Meybeck, 2004). Повышенные концентрации реализуются либо в местах выходов пород с аномально высоким содержанием фтора, либо в условиях аномально высокой кислотности или щелочности водной среды (кислые вулканические и щелочные содовые воды).

Таким образом, проведенные эксперименты дают основание полагать, что петрографический состав горных пород и кислотность водной среды играют важную, вероятно, определяющую роль в формировании пространственной изменчивости содержания фтора в водах зоны гипергенеза.

ВЫВОДЫ

Выщелачивание фтора из магматических горных пород пропорционально его содержанию в породах и сложным образом зависит от кислотности водной среды: концентрации фторидов минимальны в околонейтральных условиях и увеличиваются с возрастанием как кислотности, так и щелочности растворов.

В формировании пространственной изменчивости концентраций фтора в водах зоны гипергенеза, ведущая роль, по-видимому, принадлежит петрографическому составу горных пород и процессам, определяющим кислотность водной среды.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 18–05–01133).