中国地质大学武汉地球化学-第三章.pptVIP

⑤自然界元素迁移的主要特点是有流体相参加(气相、水溶液相、熔体相及生物相）。水溶液相在自然界对元素的迁移具有极其重要的意义： a．H2O在各地球化学体系中普遍存在，为过剩组份； b．H2O有控制环境性质的作用； c．元素与H2O反应表现出复杂的行为，影响着元素的迁移和沉淀。 §4 水流体中影响元素迁移的因素 一. 内部因素 1.? 元素的赋存形式 1) 独立矿物 2)? 类质同像 3)? 机械混入物 4)? 胶体或粘土吸附状态 5)? 有机质结合形式 例如，我国华南寒武系的黑色页岩中，U的含量很高，U以（UO2）2+的形式被有机质吸附，用15%的稀盐酸溶液进行浸泡（不破坏矿物的晶格，就有80%的U被翠取出来。 2? 元素和化合物的性质 1）? 化学键类型 化学键的类型是影响元素及化合物溶解的重要因素之一。具有分子晶格的化合物，在晶格结点上的单个分子内部，原子常常以共价键或极性键相联系，但在各个分子之间则是由较弱的分子间力联结的。破坏分子晶格，只需较小的能量。所以分子晶格的物质较易变成液态或气态。对具有离子键化合物，其熔点和沸点一般较高，但其中许多化合物易于水，并在水中解离为离子。而对共价键的化合物，由于这种键性很老，所以化合物的熔点和沸点均较高，另外，硬度也很大，所以，这些化合物一般很难溶解。 2）? 离子的电价和半径 金属离子的电价愈高，就形成愈难溶解的化合物。一般碱金属的化合物通常是易溶的，如: NaCl, Na2SO4等；二价碱土金属则形成较难溶解的化合物，如：CaCO3，CaSO4等；三价金属，如Al、Fe的化合物更难溶解。阴离子也有同样的规律性，三价阴离子PO43-产生的化合物比二价阴离子SO42-和一价阴离子产生的化合物更难溶解。 另外，同一元素不同电价的离子具有不同的溶解能力。一般低价目 的离子比高价的离子易溶，例如：Fe2+Fe3+, V3+V5+等。 原子半径和离子半径对元素溶解的影响主要是通过半径对元素间的类质同像置换的控制而体现出来的。当矿物分解其中的主要元素转入溶液时，半径与该主要元素相近，并在晶格中类质同像该主要元素的微量元素，就失去保持在晶格中的前提，因而，也随之转入到溶液。 例如： 某溶液作用于花岗岩，使花岗岩发生钾长石化。这一过程使斜长石晶格破坏，在斜长石中Sr与Ca呈类质同像，而Rb、Ba在钾长石中与K发生类质同像。因此，斜长石晶格的破坏，使Sr失去了在斜长石中与Ca发生类质同像的前提，因而Sr转移到溶液中，相反新形成的钾长石。可以从溶液中吸取Rb和Ba，使Rb和Ba在溶液中析出。 离子半径也在一定程度上影响着化合物的溶解度。一般情况下，离子键矿物的溶解度随着离子半径的增大和电价的减小而增高。 3）晶体场效应 过渡族元素Ni, Cr, Co, V等受晶体场的影响，它们在八面体配位中形成较高的晶体场稳定能，不易被淋漓，因而也就不易被溶解。 二、水流体中元素迁移的外部因素 在地壳中，有些组成易溶化合物的元素，是通过化合物的溶解，呈溶解分子和自由离子形式被搬运，然后由于环境的变化（如温度等），达到饱和而沉淀。这种过程不伴随有化学反应。多数情况下，在元素的水迁移过程中，伴随元素间化学反应，并且是元素通过化学反应进入溶液和通过化学反应从溶液中析出。 影响元素水迁移过程的化学反应，主要有复分解反应、酸碱反应、氧化还原反应、络合反应和胶体作用等。 1、? 元素迁移过程中的复分解反应 反应物之间的离子相互交换而形成反应产物的反应称为复分解反应。例如，含Na2WO4的热液遇到石灰岩时，就可能发生下列反应的复分解反应： Na2WO4+CaCO3 → CaWO4 (白钨矿) ↓+ Na2CO3 地壳中常见的复分解反应有下列两种类型: 1）中和反应 中和反应是反应所生成最弱电离物质水的一种复分解反应。常见生成水的反应是酸和碱的相互作用：H+ + OH- =H2O。例如，含有HF的气成高温热液作用于岩石中的钾长石时，就会使后者发生黄玉化，结果F自溶液中析出，同时K转入溶液，并形成一定量的水。 2KAlSi3O8 + 4HF →Al2SiO4F2（黄玉）↓+ 2KF + 2H2O + 5SiO2 2）? 水解反应 物质和水的复分解反应称水解反应。 例如： 低温水解反应，硫化物矿床氧化带中，溶解于水的Fe2(SO4)3常常通过水解而呈Fe(OH)3胶体形式析出： Fe2(SO4)3 + 6H2O →2Fe(OH)3↓ + 2H2SO4 高温水解反应，接触交代矽卡岩型铁矿床中赤铁矿的形成： 2Na3[FeCl6] + 3H2O