2.7.2. Миграция химических элементов в природных водах

Миграция химических элементов в природных водах в растворенной форме зависит от окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных условий. Это связано с различной растворимостью соединений элементов в разных степенях окисления (окислительно-восстановительные условия) и зависимостью их растворимости от концентрации ионов Н+ и ОН- ( кислотно-основные условия).

Растворение минералов и перевод части их химических элементов в растворимое состояние связано с процессами их физико-химического и биохимического разложения при непосредственном участии воды. Количественно способность элементов переходить в растворенное состояние и мигрировать в растворенном виде, оценивается коэффициентом водной миграции [1,14] :

Мх 100

Кх =  ,

а  Сх

где Мх - содержание элемента в воде, г/л

а - минерализация воды (а = 0.43 г/л)

Сх - содержание элемента в водовмещающих породах, %

По величине Кх все химические элементы можно классифицировать по интенсивности миграции в коре выветривания биосферы :

очень сильные мигранты Kx > 10

S, Cl, B, Br, I

сильные мигранты Kx = 10 - 1

Ca, Na, Mg, F, Sr, Zn, U, Mo, Se

средниe мигранты Kx = 1 - 0.1

Si, K, Mn, P, Ba, Rb, Ni, Cu, Li, Co, Cs, As, Tl, Ra

слабые мигранты Kx < 0.1

Al, Fe, Ti, Zr, V, Nb, Th, Be, Ta, Sn, Hf, Y, Pt

К элементам, которые подвижны в водах любого состава и при любых кислотно-основных и окислительно-восстановительных условиях, относятся натрий Na, калий К, рубидий Rb, цезий Cs, хлор Cl, бром Br, иод I.

Для кислородных вод характерна миграция большинства химических элементов в кислых и слабокислых водах.

В сильнокислых сернокислых водах легко мигрирует большинство металлов, в том числе алюминий, железо, медь, цинк и др. Типоморфными в таких водах являются ионы Н+, Fe2+, Cu2+, Zn2+, Al3+.В сильнокислых водах не мигрируют барий Ва, стронций Sr, серебро Ag, золото Au, селен Se, теллур Те, сурьма Sb. Это объясняется следующими причинами. Сильнокислые воды содержат свободную серную кислоту, образующую нерастворимые сульфаты с частью перечисленных элементов (Ba, Sr, Ag). Кроме того, окислительная обстановка и сильнокислая среда приводит к образованию нерастворимых селеновой, теллуровой и сурьмьяной кислот.

В слабокислых водах легко мигрируют металлы в форме бикарбонатов и комплексных соединений с органическими кислотами. Типоморфными для этих вод являются ионы Н+ и часто Fe2+.

Нейтральные и слабощелочные воды менее благоприятны для миграции большинства металлов, которые в таких водах осаждаются в форме нерастворимых гидроксидов, карбонатов и других солей. Анионогенные элементы , наоборот, мигрируют сравнительно легко (селен, уран, молибден, сурьма, кремний, теллур и т.д.).

Для сильнощелочных вод характерно, что в них практически не мигрируют железо, кальций, магний, стронций и большинство других металлов, но интенсивно мигрируют анионогенные элементы - кремний, селен, молибден, уран. Однако, для сильнощелочных вод наблюдается миграция ряда элементов в виде комплексных анионов: [Cu(CO3)]2-, AlO2-. Скандий, иттрий, цирконий, не мигрирующие в слабокислых и нейтральных водах, в сильнощелочных образуют растворимые карбонатные комплексы. Типоморфными для сильнощелочных вод являются катион натрия, ион гидроксида, иногда кремний.

Сероводородные воды являются средой, крайне неблагоприятной для миграции большинства химических элементов, образующих нерастворимые сульфиды.