Електрохімічна активність гірських порід

1. Фільтраційна поляризація, потенціали і електрохімічна активність.

При фільтрації електроліту, що знаходиться в порах, через зразок породи довжиною l виникають потоки іонів в напрямку градієнта тиску ∆p/l. Так як аніони рухаються інтенсивніше, ніж катіони, то на кінцях капілярів породи створюється різниця вільних зарядів, різниця потенціалів і протікає конвективний поверхневий струм Is. Але з часом, у зв'язку з тим що концентрація аніонів у певного з кінців зразка значно підвищується, їх потік значно сповільнюється, тоді як катіонів прискорюється. В результаті виникає різниця потенціалів Uф по довжині зразка і зустрічний струм Iv по всьому його об'єму, зростає до стаціонарного значення Iv=Is і різниця потенціалів фільтрації(течії) Uф стає постійною.

Аф - величина, названа фільтраційною електрохімічною, активністю. Вона показує, що на одиницю прикладеної різниці тисків ∆p питомого електроопору ρв порового електроліту у різних порід можна отримати неоднакові різниці фільтраційних потенціалів Uф і тим значніше, чим більший дзета-потенціал породи, її діелектрична проникність, чим менше коефіцієнт в'язкості рідини яка насичує пори. Також Аф визначається товщиною подвійного електричного шару і структурою порового простору породи, яка характеризується радіусами капілярів різного сорту, а також їх співвідношенням в об'ємі зразка. Експериментальними дослідженнями встановлено прямі залежності Uф/∆p=f(ρв) и Uф=f(k_пр) і обернений але не тісний зв'язок Uф=F(k_во).

2. Дифузійно-адсорбційні і дифузійні потенціали гірських порід

Дифузійні потенціали спостерігаються при безпосередньому контакті електролітів з різною концентрацією або хімічним складом. Вони обумовлені різною рухомістю іонів, що дифузують з більш концентрованого розчину в менш концентрований. Якщо контактують бінарні електроліти, які відрізняються лише по концентрації то різниця потенціалів визначається рівнянням Нернста

Ɛд= Кд lg C₀/C

Дифузійно-адсорбційні потенціали на контакті різних вологих порід чи породи і електроліту визначають адсорбційні і дифузійні процеси. Адсорбція сприяє утворенню в порах вологих порід у фазових границь розділу подвійного електричного шару. Так як рухливість аніонів і особливо катіонів ПЕШ менша ніж іонів вільного порового електроліту то середні чи ефективні рухомості аніонів і катіонів порового електроліту менші за їх рухомість в вільному розчині. Чим більшу долю порового електроліту складає ПЕШ тим більше відрізняється рухомість іонів.

3. Властивості подвійного електричного шару

Подвійний електричний шар виникає у пористих породах, обумовлює ряд їх властивостей: здатність до катіонного обміну, поверхневу електропровідність, електрокінетичний потенціал, питомий електричний опір, дифузійно-адсорбційну активність та інші.

ПЕШ виникає на межі твердої і рідкої фаз завдяки тому що поверхня твердої фази має електричний заряд, зазвичай від’ємний. ПЕШ складається з внутрішньої і зовнішньої обкладок. Внутрішня від’ємна утворена аніонами кристалічної решітки мінералів, найчастіше іонами OH^-. Зовнішня обкладка складається із катіонів, які компенсують від’ємний заряд поверхні і твердої фази. ПЕШ в цілому електронейтральний, тобто сумарний позитивний заряд зовнішньої обкладки компенсує від’ємний заряд поверхні в межах однієї площі. Потенціал зовнішньої обкладки в напрямку по нормалі до границі розділу фаз міняється спочатку лінійно в межах моно шару, потім пропорційно, досягаючи нуля в вільному розчині.