吉林铝锰铁零售批发

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⑵ 硅、铝、铁、锰

硅、铝、铁、锰在地壳中属于丰度较高的元素，其重量百分数分别为：Si,28.15%;A1,8.23%,Fe,4.65%;Mn,0.10%，但它们在地下水中的含量A不高，一般属于中量元素。

（一）硅

SiO₂广泛存在于地壳上的各种岩石和矿物里，它们是石英、铝硅酸盐、粘土矿物等。

一般环境条件下，石英的溶解进行得十分缓慢。石英在水中的溶解按下式进行：

水文地球化学基础

据Morey等人（1962）资料^〔12〕，SiO₂溶解度，在25℃时为6.0mg/L，在84℃时为26mg/L。Fournier和Rowe（1962）^〔12〕获得方石英的溶解度，在25℃时，27mg/L和84℃时为94mg/L。Morey等人^〔12〕（1964）获得无定形硅的溶解度为25℃时115mg/L^〔12〕。硅的溶出以图2.3表示。

硅酸盐和铝硅酸盐的不全等溶解均可使水中出现H₄SiO₄。

水文地球化学基础

图2.3在25℃蒸馏水中，在硅酸盐矿物溶解期间，硅的溶出（据Briclker,1967）

水文地球化学基础

在本章第一节中已介绍在高温高压下，石英的溶解度迅速增加，所以说热液条件对石英的溶解有重大影响。与火山（岩浆）活动有关的高温矿水中，SiO₂含量很高（见表2.9）。

从上可知，不论是石英或铝硅酸盐的不全等溶解，水中溶解的SiO₂几乎全部以正硅酸H₄SiO₄形式存在。它在水中离解方程为（以非晶质SiO₂为例）：

表2.9与火山（岩浆）活动有关的高温矿水中SiO₂含量

水文地球化学基础

由此可知H₄SiO₄离解程度很低，A可导出：

水文地球化学基础

在天然地下水中（pH=6—9）占优势的是H₄SiO₄。在碱性条件下（pH增高到9.0—9.5时），由于单链节和多链节硅酸盐的形成，SiO₂的溶解度有所增加。几乎所有天然水环境下，

是次要的。

天然水中可溶性SiO₂含量一般不超过100mg/L。通常为10—30mg/L，平均值为17mg/L。

（二）铝

铝在地壳中所占重量百分数为8.23%，仅次于氧和硅，占第三位。

铝硅酸盐的不全等溶解的主要产物是高岭石。高岭石在酸性条件下可溶出A1^3＋:

水文地球化学基础

高岭石强烈风化可形成三水铝石（A1₂O₃·3H₂O）

水文地球化学基础

A1₂O₃在水中溶解度受pH值控制。它溶于强酸性溶液中，pH=4.1—10时它几乎不溶，而此时SiO₂却有部分溶解（见图2.4）。所以，pH=4—5时，A1₂O₃/SiO₂=1:2，此时有利于高岭石族矿物形成，当pH=8—9时，A1₂O₃/SiO₂=1:4，则有利于胶岭石族矿物形成。

图2.4作为pH值函数的SiO₂及A1₂O₃的溶解度（据柯连斯）

铝在水的存在形式受pH控制，在强酸性地下水中（pH＜4.0），水中铝的主要形式为A1^3＋；在碱性地下水中，可形成

在含F^-的地下水中，铝和氟很容易形成络合离子，如A1F₂＋、

；在

含量很高的酸性地下水中，

可能是铝的主要存在形式。

地下水中铝的浓度主要受铝的氢氧化物（三水铝石）溶度积的控制。据文献资料^〔12〕，当pH接近于6时，三水铝矿最小溶解度的计算值小于10μg/L，实测值约27μg/L0

在大多的天然地下水中（pH=6—9），水中铝浓度常小于1mg/L，有时可达几mg/L。但是，在pH小于4.0的强酸性地下水中，每升水中铝可能几十mg，甚至几百mg，这种水多为矿坑排水或泉水，如表2.10中的1号样。

（三）铁

铁在地壳中重量百分数仅次于氧、硅、铝而居于第四位。与前述三者不同，铁不仅大量分散存在于地壳的岩石、土壤、水体中，而且在某些矿体中富集形成有用矿床（Fe₃O₄,Fe₂O₃,FeCO₃,Fe₂SiO₄）。

地下水中铁的水文地球化学特性受pH值及氧化还原反应影响很大，这已在第一章作过详细介绍。

在pH=6的水溶液中，F³⁺的浓度为1.5×10^-12mol/L；在pH=7的水溶液中，Fe³⁺浓度为1.5×10^-15mol/L,pH=8时，Fe³⁺为1.5×10^-18mol/L。也即pH值从6增加到8，铁在水中的溶解度减少106倍。所以，当陆地上含铁的弱酸性水进入弱碱性的海水中会发生Fe（OH）₃沉淀。如河水中铁含量为1mg/L，则海水中仅0.008mg/L。

铁在水中也发生水解。Fe³⁺在pH=1的水中，可水解成、

高浓度下可聚合成

Fe²⁺在pH=4的水中，开始水解生成FeOH⁺，在pH≥14时则形成

它们的部分反应式如下：

表2.10某些地下水中铝的含量

注：（1）除pH值外，其余组分含量单位为mg/L;（2）1号，美国一供水井^〔12〕；（3）2号，美国－供水井^〔12〕；（4）3号，下扬子地台，河湾泉；（5）4号，下扬子地台，马田街泉。

水文地球化学基础

所以，天然水中铁可以有许多形式，如Fe³⁺、Fe²⁺、

此外，从Fe-H₂O-CO₂系统稳定场内可见，在氧化带内，Fe³⁺的活度没有达到Fe（OH）₃的溶度积时，铁的可能最大稳定形式是

在pH＜5时，Fe（OH）_2＋及

占优势。在还原环境内，pH＜8时，只有Fe²⁺存在；pH＞8时才会出现FeCO₃沉淀，之后是

占优势。而一般地下水中

及

是不存在的。

在硫化矿床氧化带的强酸性水中（pH＜4）Fe³⁺浓度可大大增高。例如湖南某多金属矿床地下水中铁及其它多金属元素含量见表2.11。

墨西哥北部桑德凡尔的硫磺泉水的pH=1.9，含SiO₂213mg/L,A156mg/L,Fe33mg/L,Mn3.3mg/L，水温65.6℃，有H₂S及CO₂气体。

Fe（OH）₃胶体及铁的有机化合物的存在，往往使地下水中Fe³⁺形成过饱和状态。

表2.11湖南某多金属矿床地下水中铁含量（mg/L）

地壳深处含氢硫化物的碱性水中含很高的Fe²⁺，当这种水由深部往上运动时，pH值降低，这时发生反应：

水文地球化学基础

形成黄铁矿沉淀。

我国东部某些地区的冲积层地下水中，富含铁、锰、砷，其含量常超过饮用水标准，影响供水水质。

宁波盆地的淡地下水中，铁的一般含量在2mg/L以上，最大可达100mg/L。锰含量也≥1.0mg/L。在宁波盆地西部咸水体中，铁含量可达26—85mg/L，以Fe²⁺为主。

钱塘江口浅层地下水中铁含量为0.573—6.25mg/L，最高值为5.5—16.5mg/L。锰含量为0.38—0.88mg/L，最高值达1.475mg/L。而当地地下水中铁的背景值为0.270mg/L，锰含量为0.312mg/L。附近山区地下水中铁含量为0.065mg/L，锰含量为0.049mg/L。

长江中下游北岸某供水井中铁含量为6.72mg/L、锰含量为0.853mg/L、砷含量为0.186mg/L，均超过饮用水标准。

（四）锰

在自然界中，锰可以呈分散状态或形成有用矿物。含锰矿物有蔷薇辉石（MnSiO₃）、锰橄榄石（Mn₃SiO₄）、菱锰矿（MnCO₃）、软锰矿（MnO₂）、黑锰矿（Mn₃O₄）、硫锰矿（MnS）、方锰矿（MnO）及氢氧化物沉淀Mn（OH）₃,Mn（OH）₂等。

锰的氧化态很多，有2、3、4、6、7价。主要氧化态为Mn^2＋。二价锰的特性与Fe²⁺近似。锰在自然界中的性状受Eh-pH控制。在天然水稳定场系统简单水溶液中，锰的存在形式有：Mn^2＋、MnO₂、MnOOH、Mn₃O₄、MnCO₃、Mn（OH）₂、

MnS。

在简单的水溶液中，Mn^2＋在pH=8时开始水解A形成MnOH⁺，高浓度时聚合成

不稳定但可形成某些络合物。当pH大于13.5时，Mn^4＋可以

形式存在，而在酸性介质中呈其它价态。七价锰

在各种pH值的溶液中均十分稳定，但在强酸中易分解。

二价锰在氧化条件的水中可形成软锰矿（MnO₂）及黑锰矿（Mn₃O₄）。黑锰矿在酸性条件可形成Mn^2＋及MnO₂。反应式如下；

水文地球化学基础

有关地下水中锰的含量如前所述，它们的较高含量是在酸性水中，它们可以在不同pH值、不同矿化度、不同的水化学类型中出现。可参看一些统计数据（见表2.12）。

表2.12地下水中有关锰铁铝含量的统计表

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