Овоолгын уусгалтын
шинж чанар, бактерийн оролцоо
Хүдэр хэдий чинээ өндөр температур, даралтанд үүснэ төдий чинээ их хэмжээний энерги өөртөө шингээж, буцааж задлахад төдий хэмжээний энерги, ойролцоо термодинамикийн орчин шаардана.
- Зэсийн исэлдсэн хүдрийг ердийн температур, даралтанд
овоолго – далангийн уусгалтаар.
- Хоёрдогч баяжилтын бүсийн хүдрийг исэлдсэн хүдрээс арай өндөр даралтанд.
- Анхдагч хүдрийг эрс өндөр температур даралтанд өөрөөр хэлбэл автоклавт шүлтгүйжүүлэх боломжтой гэж тогтоосон.
Зэс порфирын болон зэс – молибдений ордууд газрын гадаргаас 1 – 5 километрийн гүнд 2000-3000 бар даралтанд 200-6000С-д нилээд олон шаттай явагддаг гидротермаль процессын үр дүнд үүсдэг. Иймд энэ хүдрийг ашиглахдаа богино хугацаанд шүлтгүйжүүлэх үед тодорхой хэмжээний энерги, термодинамикын нөхцөл шаардана.
Эрдэсүүдийн термодинамик тогтворжилт болон тэдгээрийн урвалжтай харилцан үйлчлэлцэх урвалын термодинамик шинж чанараар шүлтгүйжүүлэх процесс нь тодорхойлогддог.
Сульфидын ордын хувьд ордыг хучсан чулуулаг, өгөршилтөөр угаагдаж зайлуулагдан хүдрийн бие газрын гадарга дээр ил гарсан нөхцөлд түүнд экзоген процессын үр дүнд исэлдэлтийн болон хоёрдогч баяжилтын бүс үүснэ. Үүний үр дүнд исэлдэлтийн бүс нь газрын гадаргад ойрхон атмосферийн болон хөрсний усны нэвчих бүсэнд байрладаг, харин хоёрдогч баяжилтын бүс нь исэлдэлтийн бүсийн доор хөрсний усны төвшнөөс доош тогтонги усны бүс хүртлэх орон зайд байрлана. Исэлдэлтийн бүсийн хүдэрт ислийн эрдэсүүд чулуулагийн задгай ан цавуудад жижиглэн бөөгнөрөл үүсгэн хөгждөг. Иймээс уусгагч уусмал нь хүдрийн ан цав нүх сүвээр нэвчиж, ислийн эрдэс ямар нэг уусмалд шилждэг.
Хоёрдогч сульфидын хүдэр, хөрсний усны төвшнөөс доош битүү системд нилээд давчуу нөхцөлд ангижрах орчинд үүсдэг. Хоёрдогч сульфидууд голдуу зэс болон төмрийн анхдагч сульфидууд болон чулуулаг үүсгэгч өнгөт эрдэсүүдийн мөхлөгийг түрж нарийн ширхэгтэй шигтгээ хэлбэрээр хөгждөг. Хоёрдогч сульфидуудын эрдэсүүдийн уусгалтын хурд, исэлдэлтийн бүсийн эрдэсүүдийг бодвол нилээд бага байдаг.
Хоёрдогч сульфидын эрдэсүүдийн уусалтыг нэмэгдүүлэхийн тулд дараах нөхцөл бүрдэх шаардлагатай. Үүнд :
- Уусгагч уусмал 1000 мм хүртэл диаметртэй янз бүрийн мөхлөгүүдийг нэвчиж хоёрдогч сульфидуудын мөхлөг бүрт хүрэх шаардлагатай.
- Сульфидын мөхлөг нь гадаргаасаа эхлэн дараах урвалаар исэлдэх шаардлагатай Ме2+S2++2O2=Me2+{S6+ O8-}2-
- Хүдрийг богино хугацаанд албадан уусгаж байгаа нөхцөлд түүнийг бутлаж ашиглана. Харин хүдрийг бутлахгүй бол хүдэр нь уусгагч уусмалын харьцангуй удаан хугацааны үйлчлэлээр өөрөө бутарч жижиглэгдэх процессоор хангаддаг.
- Агааржуулалтыг сайн хийснээр сульфидын исэлдэх процесс хангагдана.
- сульфидын исэлдэх бас нэг боломж нь бактерийн үйлчлэл юм.
Уусгалт явуулж байгаа хүдрийн даралт, температур болон бусад хүчин зүйлсээс хамааран зэсийн хүдэр, баяжмал дахь эрдэсүүдийн уусах хурд өөр өөр байхаас гадна зарим эрдэсийн химийн урвал өөр механизмаар явагддаг. Овоолго далангийн уусгалтын явцад хүдэрт агуулагдаж байгаа зэсийн эрдэсүүдийн уусалт дараах урвалуудаар явагдана.
- Малахит Cu2CO3(OH)2
+ 4H+ = 4Cu2+ + CO2 + 3H2O
- Атакамит Cu2Cl(OH)3
+ 4H+ = 2Cu2+
+ Cl- + 3H2O
- Антрелит Cu2SO4(OH)4
+ 4H+ = 3Cu2+ + SO2-4 + 4H2O
- Брошантит Cu4SO4(OH)6
+ 6H+ = 4Cu2+ + SO2-4 + 6H2O
- Хризоколла CuSiO32H2O + 2H+
= Cu2+ + SiO2 + n(H2O)+(3-n)H2O
n=1,2,3
- Тенорит CuO + 2H+ = Cu2+
+ H2O
- Куприт а. Cu2O + 2Fe3+ + 2H+
= 2Cu3+ + 2Fe2+ + H2O
б. Cu2O
+ 4H+ + 0.5O2 = 2Cu3+ + H2O
8. Лимонит Fe2O3
3H2O + 6H+ =2Fe3 + 6H2O
9. Халькозин а.
Cu2S + 2Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ + CuS
б. Cu2S +
4Fe3+ = 2Cu2+ + 4Fe2+ + S0
в.
Cu2S + 8Fe3+ + 3O2 + 2H2O = 4Cu2+
+ 8Fe2+ + H2SO4
10. Бронит а.
Cu5FeS4 + 4Fe3+ = 2Cu2+ + 4Fe2+
+ 2CuS + CuFeS2
б.
Cu5FeS4 + 8Fe3+ = 4Cu2+ + 8Fe2+
+ 2S0 + CuFeS2
в.Cu5FeS4+8Fe3++3О2+2H2O=4Cu2++8Fe2++CuFeS2+2H2SO4
г.
Cu5S + 12Fe3+ = 5Cu2+ + 13Fe2+ + 4S0
д.Cu5FeS4+12Fe3++6О2+4H2O=5Cu2++4Fe2++2H2SO4
11. Ковеллин а.
CuS + 2Fe3+ = Cu2+ + 2Fe2+ + S0
б.
CuS +12Fe3++3О2+2H2O=Cu2++4Fe2++2H2SO4
12. Халькопирит а. CuFeS2 + 4Fe3+ + Cu2+
+ 5Fe2+ + 2S0
б. CuFeS2 +4Fe3++3О2+2H2O=Cu2++5Fe2++2H2SO4
13. Энаргит а.
Cu3AsS4+11Fe3++4H2O=3Cu2++11Fe3++H3AsO4+5H++4S0
б.Cu3AsS4+11Fe3++4H2O+6O2=3Cu2++11Fe3++H3AsO4+5H++H2SO4
Байгаль дээр зэсийн ислийн ихэнх эрдэсүүд
хүхрийн хүчилд хялбар уусаж харин куприт, дан зэс уусахдаа хүчилтөрөгч шаарддаг
бол хорёдогч сульфидын эрдэсүүд хүхрийн хүчлийн уусмалд халькозин нь ковеллиныг
дамжин 2 шаттай урвалаар үүсдэг тул шүлтгүйжүүлэлтийн үед эхлээд халькозин
задарч ковеллинд шилжиж, дараа нь
ковелин задрах дараалал явагдана.
Cu2S
+ H2SO4 + 0.5O2 = CuSO4 + CuS+ H2O (1)
Сульфидын хүдрийг шүлтгүйжүүлэхэд хүхрийн хүчил
зарцуулагдахаас гадна H2SO4 ба Fe3+-н сульфат үүсдэг
бөгөөд шинээр үүсч байгаа эдгээр урвалжуудын үйлчлэлээр халькозин ба ковелиний
шүлтгүйрэл эрчимждэг.
2Cu2S
+ Fe2(SO4)3 = CuSO4 + CuS + 2FeSO4
+ S0 (2)
Cu S + Fe2(SO4)3
= CuSO4 + 2FeSO4 +
S0 (3)
CuS + 2O2
= CuSO4 (4)
2FeSO4 +
H2SO4 + 0.5O2 = Fe2(SO4)3
+ H2O (5)
S0
+ H2O + 1.5O2 = H2SO4 (6)
Энэ урвалуудаас харвал халькозин нь хоёр үе шаттай уусдаг.
Нэгдүгээр шатны урвал нь 1 ба 2-р урвалын үйлчлэлээр маш түргэн явагддаг.
Хоёрдугаар шатны урвал нь 3 ба 4-р
урвалын үйлчлэлээр аажим хурдтай явагддаг. Уусмалд Fe3+ ба S-ийн
концентраци өсөхөд CuS-ийн уусац өсдөг.
Зэсийн нэгдлүүдийг уусах буюу задлах үед хүчилтөрөгч,
Fe3+, H+ ионы
нөлөөгөөр эрдсийн бүрэлдэхүүнд байсан зэс Cu2+ үүсгэн уусмалд
шилжинэ. Эрдсүүдийн уусалтын үе дэх химийн урвал явагдах зүй тогтлыг
термодинамикийн үүднээс доорх байдлаар тайлбарлаж болно. Үүнд:
- Энгийн нөхцөлд зэсийн сульфид эрдсүүдийг уусгах
хамгийн тохиромжтой урвалж нь хүчиллэг орчин дах 3 валенттай төмөр бөгөөд
дараах урвалуудаар явагдана.
Cu2S+Fe2(SO4)3=CuSO4+2FeSO4+CuS (1)
∆G0298=32.06кЖ\моль Еа=41,8кЖ\моль
CuS+Fe2(SO4)3= CuSO4+2FeSO4+S0 (2)
∆G0298=50,87кЖ\моль Еа=83,6кЖ\моль
CuFeS2+4 Fe2(SO4)3= CuSO4+3FeSO4+2S0 (3)
Гиббсийн болон идэвхижлийн энергийн утгаар эдгээр
урвалын дагуу зэсийн сульфидууд задрах боломжтой юм. Гэвч эдгээр урвалын үр
дүнд үүссэн их хэмжээний хүхэр эрдсийн гадаргууг бүрхэж уусгалтын хурдыг
бууруулдаг. Урвалын бүтээгдэхүүний энэ давхаргыг эрдсийн гадаргуугаас аль болох
түргэн зайлуулж чадсанаар эрдсийн исэлдэлт цааш үргэлжлэх боломжтой болно. Иймд
хүхрийн давхаргыг био болон химийн исэлдүүлэгч хэрэглэн анион хэлбэрээр уусмалд
шилжүүлэх арга замууд байна. Дан хүхэр 3
валенттай төмрийн давсны үйлчлэлээр исэлдэхдээ удаан байдаг.
S0+6Fe3++4H2O=2Fe2++SO42-+8H+ (4)
Харин хүхрийн исэлдэлтийг түргэсгэхэд Thiobacillus thiooxidans чухал үүрэг
гүйцэтгэдэг.
S0+0.5O2+H2O+thiooxidans→H2SO4 (5)
Энэ урвал эрдсийн гадаргууд үүссэн урвалын
бүтээгдэхүүний давхаргыг зайлуулж, эрдсийн исэлдэх процессыг диффузийн горимоос
химийн горимд шилжүүлэх буюу исэлдэх, задрах хурдыг нэмэгдүүлэхэд онцгой үүрэг
гүйцэтгэнэ.
1,3-р урвалуудаар үүссэн Fe2+ион
сульфидийн эрдэс исэлдүүлэх үндсэн реагент
Fe3+ ион болон дахин исэлдэх процесс нь дараах урвалын дагуу
явагдах боловч урвалын кинетик маш удаан байна.
2FeSO4+0,5H2SO4+O2=Fe2(SO4)3+2H2O (6)
Харин төмрийн исэлдүүлэлтийг thiobacillus ferooxidans-н оролцоотой
явуулахад Гиббсийн чөлөөт энергийн утга ∆G0298=-38кЖ\моль болтол буурах ба урвалын кинетик хэдэн зуу
мянга дахин нэмэгддэг байна. Энэ нь хүчтэй исэлдүүлэгч болох Fe3+ ион бактерийн нөлөөгөөр эрдсийн гадаргууд
бэхлэгдэж “ урвалын орон зай” үүсгэдэг онцлогтой холбоотой.
Орчны хүчиллэгээс хамааран Fe3+ионы агуулга тодорхой утгад
хүрэхэд уусгалтын системд төмрийн гидрооксидын тунадас үүсч эрдсийн мөхлөгийн
гадаргууг нягт бүрхүүлээр бүрхэж, уусгалтыг зогсоодог.
Fe3++3H2O↔↓ Fe(OH)3+3H+ Ктэн=6*1038 (7)
байдгийг
харгалзвал энэ нь орчны хүчиллэгээс доор үзүүлсэнээр хамаарна.
4,3-lg[Fe3+]/3=f(pH) (8)
Thiobacillus ferooxidans, Thiobacillus thiooxidans
бактерийн үйлчлэх орчны тохиромжтой хүчиллэг 1,8-2,8 учир биоуусгалт явуулхадаа
төмрийн гидрооксид үүсгэхгүйн тулд Fe3+ионы
агуулгыг 5гр/л-ээс хэтрүүлэхгүй байх шаардлагатай.
No comments:
Post a Comment