Исследование насыщенности минеральных вод фтористым кальцием в холодных и термальных источниках Юго-Западного Забайкалья
Автор: Улъзетуева И.д, Хахинов В.В.
Журнал: Вестник Бурятского государственного университета. Философия @vestnik-bsu
Рубрика: Химия
Статья в выпуске: 3, 2010 года.
Бесплатный доступ
Проведены расчеты фторидно-кальциевого равновесия в минеральных водах Юго-Западного Забайкалья.
Минеральные воды, фтор, фторидно-кальциевое равновесие
Короткий адрес: https://sciup.org/148179488
IDR: 148179488
Текст научной статьи Исследование насыщенности минеральных вод фтористым кальцием в холодных и термальных источниках Юго-Западного Забайкалья
Забайкалье является одной из крупнейших фтороносных провинций России и мира. Фтор, присутствующий в природных водах, оказывает большое влияние на организм человека: как недостаток, так и избыток этого элемента может повлечь за собой нежелательные последствия. Фтор относится к нормируемым компонентам как питьевых вод, так и вод рыбохозяйственного значения, с предельно допустимыми концентрациями соответственно 0,7–1,2 мг/дм3 (в зависимости от климатических условий) и 0,75 мг/дм3. Кроме флюоритовой минерализации, фтор в повышенных концентрациях содержится в вольфрамовых, урановых рудах, редкометалльных и субщелочных гранитах и пр. В сочетании со способностью к активной водной миграции все это создает предпосылки для формирования повышенного регионального фона фтора в поверхностной и подземной гидросфере и представлений о регионе как территории с аномальным уровнем фтороносности вод [1].
Минеральные воды Юго-Западного Забайкалья в значительной мере обогащены фтором, концентрации которого зачастую соизмеримы с содержаниями макрокомпонентов. Так, в водах гидрокарбонатно-сульфатного натриевого состава концентрация фтор-ионов колеблется в пределах 0,6-10,6 мг/дм3, в термальных сульфатно-гидрокарбонатного натриевого состава содержание этого компонента составляет 11-15 мг/дм3.
Для исследования минеральных вод выполнены расчеты насыщенности их фтористым кальцием. Используемая для расчетов величина ПР CaF2 принята равной 1,16∙10-11. Полученные данные о насыщенности минеральных вод фтористым кальцием представлены в табл. Как видно из приведенных результатов, воды всех 5 термальных источников пересыщены фтористым кальцием, воды холодных минеральных источников как не насыщены, так и пересыщены этим соединением (кратность насыщения r=0,03-57,89). Следует отметить, что при выходе термальных вод на поверхность, при охлаждении, когда растворимость фтористого кальция уменьшается, многие из них, ранее ненасыщенные CaF2, могут оказаться пересыщенными этим соединением.
В минеральных водах, пересыщенных CaF 2 , содержание фтора лимитируется содержанием кальция [1]. При увеличении концентрации одного из этих компонентов в растворе вызывает уменьшение содержания другого. Указанная зависимость между элементами в пересыщенных фтористым кальцием водах отражена на рис. 1.
Некоторое отклонение от общей закономерности наблюдается для пяти представителей термальных вод гидрокарбонатно-сульфатного натриевого состава, имеющих максимальные по сравнению с остальными степени пересыщения (4,43–13,80). В водах, не насыщенных CaF2, возможно дальнейшее накопление фтора.
Таблица.
Насыщенность вод минеральных источников Юго-Западного Забайкалья фтористым кальцием
|
Источник |
С F -, мг/дм 3 |
Ионная сила, I |
γСа2+ |
γF- |
a Са2+, г-ион/дм3 |
ПР СаF 2 10-11 |
С2 F -, расч. мг/дм3 |
C2F эксп Г = 7 С F рас'ч |
|||
|
Агсурга |
0,3 |
0,002 |
0,835 |
0,953 |
0,279 |
1,16 |
16,53 |
0,005 |
|||
|
Халюты |
0,8 |
0,007 |
0,716 |
0,920 |
1,038 |
1,16 |
4,77 |
0,13 |
|||
|
Боргойский |
3,3 |
0,013 |
0,592 |
0,877 |
0,222 |
1,16 |
24,53 |
0,44 |
|||
|
Инзагатуй-1 |
22,0 |
0,016 |
0,559 |
0,864 |
0,671 |
1,16 |
8,36 |
57,89 |
|||
|
Инзагатуй-2 |
14,0 |
0,020 |
0,521 |
0,850 |
0,913 |
1,16 |
6,28 |
31,21 |
|||
|
Инзагатуй-3 |
1,2 |
0,012 |
0,604 |
0,882 |
0,998 |
1,16 |
5,39 |
0,37 |
|||
|
Инзагатуй-4 |
12,0 |
0,020 |
0,521 |
0,850 |
0,991 |
1,16 |
5,84 |
24,66 |
|||
|
Гэгэтуй |
2,4 |
0,010 |
0,631 |
0,891 |
1,071 |
1,16 |
4,93 |
1,17 |
|||
|
Актран |
1,5 |
0,009 |
0,646 |
0,897 |
0,550 |
1,16 |
9,46 |
0,24 |
|||
|
Худугэ |
0,5 |
0,009 |
0,646 |
0,897 |
0,679 |
1,16 |
7,66 |
0,03 |
|||
|
Кам. ключ |
1,8 |
0,012 |
0,604 |
0,882 |
0,279 |
1,16 |
19,29 |
0,17 |
|||
|
Халуун |
15,0 |
0,030 |
0,450 |
0,819 |
0,383 |
1,16 |
16,30 |
13,80 |
|||
|
Табан |
11,0 |
0,022 |
0,505 |
0,843 |
0,329 |
1,16 |
17,87 |
6,77 |
|||
|
Зурхэнэй |
0,6 |
0,006 |
0,700 |
0,915 |
0,351 |
1,16 |
14,25 |
0,03 |
|||
|
Шарын |
13,0 |
0,037 |
0,412 |
0,801 |
0,308 |
1,16 |
21,15 |
7,99 |
|||
|
Бурхатай |
14,0 |
0,032 |
0,439 |
0,814 |
0,286 |
1,16 |
22,10 |
8,87 |
|||
|
Нюрганээ |
9,0 |
0,016 |
0,559 |
0,864 |
0,307 |
1,16 |
18,27 |
4,43 |
|||
|
Ханяаданай |
8,7 |
0,011 |
0,617 |
0,886 |
0,339 |
1,16 |
15,74 |
4,81 |
|||
|
Залуу рулдаг |
10,3 |
0,009 |
0,646 |
0,897 |
0,322 |
1,16 |
16,16 |
6,56 |
|||
|
Эльгэнэй |
9,8 |
0,017 |
0,549 |
0,861 |
0,411 |
1,16 |
13,74 |
6,99 |
|||
|
Хабын |
9,2 |
0,014 |
0,580 |
0,873 |
0,203 |
1,16 |
27,07 |
3,13 |
|||
|
Шудэнээ |
8,5 |
0,014 |
0,580 |
0,873 |
0,145 |
1,16 |
37,89 |
1,91 |
|||
|
Нюдэнээ |
7,7 |
0,013 |
0,592 |
0,877 |
0,148 |
1,16 |
36,79 |
1,61 |
|||
|
Хотын |
7,9 |
0,009 |
0,646 |
0,897 |
0,388 |
1,16 |
13,41 |
4,65 |
|||
|
(СF-, мг/дм3 – концентрация ионов фтора, γСа2+ - коэффициент активности ионов кальция, γF- - коэффициент активности ионов фтора, a Са2+, г-ион/дм3 – активность ионов кальция, ПР СаF2 – произведение растворимости фтористого кальция, равная 1,16 ∙ 10-11, r - кратность насыщения фтористым кальцием) |
|||||||||||
|
1,4 1,2 "s 1 1 0,8 0,6 ь 0,4 0,2 0 - |
термальные воды холодные воды 1 А |
А •а А |
|||||||||
|
1,5 - 1 - 0,5 0 0,5 1 lg Ca2+ |
|||||||||||
Рис. 1. Зависимость между содержаниями фтора и кальция в пересыщенных СаF 2 минеральных водах
Учитывая незначительное влияние температуры на растворимость CaF 2 , вряд ли можно предполагать возможность поступления в термальные воды таких количеств фтора только за счет выщелачивания [1, 2]. Отмеченная зависимость между содержанием фтора и температурой, несомненно, не дает однозначного ответа на поставленный вопрос, однако служит в пользу гипотезы, допускающей возможность частичного обогащения термальных вод фтором за счет глубинных растворов.
Приведенный графический материал, отражающий обратную зависимость между концентрациями Ca2+ и F- в пересыщенных CaF 2 водах, является подтверждением того, что полученные результаты насыщенности термальных вод фтористым кальцием действительно отражают поведение фтора в этих водах.
На рис. 2 отражена зависимость между концентрациями ионов кальция и фтора в ненасыщенных и в незначительной степени пересыщенных холодных водах. Эта зависимость отражает процесс одновременного накопления в водах, как ионов фтора, так и кальция. При пресыщениях, превышающих трехкратное, эта зависимость нарушается. Группа точек на рис., не ложащихся на прямую, отражает зависимость между концентрациями ионов Ca2+ и F- в минеральных водах, степень насыщения которых фтористым кальцием составляет 0,005-0,44. Эти воды крайне обеднены фтором, в связи с чем можно предполагать отсутствие контакта этих вод с флюоритом в процессе формирования их химического состава.
F-, мг/дм3
Ca2+, мг/дм3
Рис. 2. Зависимость между содержаниями фтора и кальция в минеральных водах (не насыщенных и пересыщенных CaF 2 )
3,5
F-, мг/дм3
2,5
1,5
0,5
t
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Кратность насыщения, r
Рис. 3. Изменение кратности насыщения фтористым кальцием минеральных вод увеличением в них концентрации фтора
Пропорциональное возрастание насыщенности вод фтористым кальцием с увеличением в них концентрации фтора иллюстрирует рис. 3. Зависимость эта сохраняется до тех пор, пока не достигнуто насыщение (r=I). Для вод, пересыщенных CaF2, эта зависимость нарушается.
Прямо пропорциональная зависимость между концентрациями фтора и кальция наблюдается и для пресыщения фтористым кальцием минеральных вод и является косвенным признаком частичной закомплексованности как ионов кальция, так и фтора.
Изученные термальные воды Енгорбойских источников являются типичными концентраторами фтора и характеризуются абсолютным преобладанием в катионном составе ионов натрия и незначительным содержанием ионов кальция. Высокие концентрации фтора (до 15 мг/дм3) связаны, безусловно, с их высокой температурой и низким содержанием в составе ионов кальция – условиями, благоприятными для интенсивного растворения флюорита.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 08-05-98036-р_Сибирь_а, интеграционного проекта СО РАН №38.
