Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Физико-химическая геотехнология скальных пород. Цель, идея, задачи и методы исследования 10
1.1. Краткая характеристика физико-химической геотехнологии скальных руд 10
1.2. Цель, идея, задачи и методы исследования 13
Глава 2. Природные условия, определяющие формирование минерализации в отложениях, перекрывающих угольные пласты 15
2.1. Геологическая характеристика месторождения 15
2.2. Гидрогеологические и геокриологические условия месторождения 19
2.3. Гидрогеохимические условия, контролирующие минерализацию осадочных пород и подземных вод 22
Глава 3. Фильтрационные параметры, характеризующие гидродинамический режим подземного выщелачивания металлов 29
3.1. Методика проведения исследований 29
3.2. Изменение приемистости нагнетательных скважин 36
3.3. Обоснование технологии процесса размыва пород при сооружении нагнетательных и дренажных щелей 42
3.4. Проведение опытных работ по сооружению нагнетательных и дренажных щелей 49
Глава 4. Свободная энергия - параметр эффективности выщелачивания 62
4.1. Теоретические особенности растворения 63
4.2. Метод расчета свободной энергии выщелачивания 70
4.3. Оценка эффективности процесса выщелачивания 74
Глава 5. Обоснование технологий подземного и кучного выщелачивания полезных компонентов из минерализованных пород 77
5.1. Выбор и подготовка опытного блока ПВ 77
5.2. Кинетика подземного выщелачивания полезных компонентов.. 82
5.3. Исследование технологии кучного выщелачивания металлов... 95
Заключение 101
Литература
- Цель, идея, задачи и методы исследования
- Гидрогеохимические условия, контролирующие минерализацию осадочных пород и подземных вод
- Обоснование технологии процесса размыва пород при сооружении нагнетательных и дренажных щелей
- Метод расчета свободной энергии выщелачивания
Введение к работе
Актуальность работы. Эффективность работы горнодобывающих и перерабатывающих предприятий в последние десятилетия оценивается по балансу объемов основного получаемого полезного компонента и накапливаемых техногенных отходов минерализованных пород. Особенно актуально это при разработке угольных месторождений.
Складированные отвалы породной массы являются одним из главных источников негативной нагрузки на окружающую среду: атмосфера, земная поверхность, поверхностные и подземные воды. В России к настоящему времени складировано в отвалах свыше 30 млрд. т горных пород, площадь занятых земель составляет сотни км2. Первое место по этим показателям занимает Сибирский регион, где и расположен Нерюнгринский угольный разрез.
В связи с постоянно ухудшающим состоянием экологической обстановки в районах действия горных предприятий и снижением эффективности разработки месторождений в результате ухудшения горно-геологических условий, вовлечение в переработку минерализованных пород налегающей толщи в естественном залегании и складированной в отвалы породной массы (техногенных ресурсов) становится экономически целесообразным.
Вовлечение в переработку геотехнологическими методами больших объемов минерализованной породной массы, считавшейся забалансовой и нерентабельной для эксплуатации, позволяет за сравнительно короткий период в разы увеличить производство металла.
Таким образом, реализация технологий подземного и кучного выщелачивания полезных компонентов (ПК) позволяет существенно снизить степень нагрузки на окружающую природную среду, а также расширить минерально-сырьевую базу народного хозяйства страны.
Постоянно растущий уровень цен мировых рынков на металлы, особенно на цветные и редкоземельные, требует изыскание новых нетрадиционных подходов по выделению массивов минерализованных пород для геотехнологических способов добычи.
В такой постановке задача по освоению физико-химической
геотехнологии комплексного извлечения ценных компонентов из
минерализованной породной массы и научное обоснование путей ее реализации, несомненно, актуальна.
Цель работы - обоснование технологий подземного выщелачивания минерализованных осадочных пород угольных разрезов в естественном залегании при переработке горной массы в режиме кучного выщелачивания, на основе изучения эффективности процессов фильтрации и кинетики перехода металлов в раствор, позволяет получить ценные компоненты, уменьшить концентрацию тяжелых металлов и общую минерализацию дренажных вод в процессе естественного выщелачивания, снизить негативную нагрузку на природную среду.
Идея работы основывается на выявлении закономерности формирования максимальных концентраций полезных компонентов на гидрогеохимическом восстановительном барьере, с выделением продуктивного массива в налегающей толще пород угольных разрезов, из которых извлекаются геотехнологическими методами ценные компоненты.
Основные задачи исследования;
анализ геологического материала по выявлению закономерностей распределения минерализации ценных компонентов по мощности налегающих пород;
оценка гидродинамических параметров для обоснования метода подземного выщелачивания пород в естественном залегании;
выявление закономерностей снижения производительности нагнетательных скважин и разработка новых нагнетательных устройств подачи растворов;
обоснование кинетики подземного выщелачивания ценных компонентов из минерализованных пород;
опытное опробование технологического режима кучного выщелачивания из пород техногенных отвалов.
Методы исследований. Для решения поставленных задач проведен
комплексный метод исследований, который включал лабораторные, натурные и
опытно - промышленные работы. Применялись спектральный,
рентгенофазовый, минералогический и атомноадсорбционный анализы.
Обработка полученных результатов проводилась корреляционным и регрессивным анализом.
Основные защищаемые научные положения
Выделение интервала мощности пород повышенной минерализации с учетом геохимического барьера - необходимое условие для подземного выщелачивания ценных полезных компонентов и снижения солевой нагрузки на водную среду при естественном выщелачивании отвальных пород.
Нагнетательные щели, сооружаемые методом гидротехнологии, уменьшают интенсивность снижения производительности и отрицательное воздействие фильтрационных сопротивлений, возникающих при работе соответствующих вееров скважин.
Интенсивность процесса выщелачивания во времени прямо пропорциональна свободной энергии образования комплексов полезных компонентов в продуктивных растворах и обратно пропорциональна свободной энергии их минеральной фазы.
Научная новизна работы состоит в следующем:
впервые обосновывается технология подземного выщелачивания ценных компонентов из налегающей минерализованной породной толщи угольного разреза;
аналитическими исследованиями определена и практическими результатами доказана роль гидрогеохимических процессов в формировании минерализованных пород в зоне контакта с угольными пластами;
показан метод выявления интервала мощности в налегающей толще пород, учитывающий природный геохимический барьер и контролирующий формирование максимальных содержаний полезных компонентов;
аналитически установлена и экспериментально подтверждена связь повышенных значений минерализации пород с величинами Eh в процессах окисления метана в водной среде;
выявлены закономерности снижения производительности нагнетательных скважин в процессе эксплуатации;
введен показатель проницаемости - произведение значения коэффициента фильтрации на величину давления нагнетания, что позволяет графо-аналитическим методом оценивать коллекторские свойства поровой и трещинной среды породного массива;
выявлена закономерность снижения осевого давления по длине распространения затопленной гидромониторной струи;
обоснована зависимость производительности размыва от диаметра насадки, рабочего давления и расстояния до забоя при сооружении нагнетательных и дренажных щелей;
впервые разработана технология сооружения длинных щелей с использованием гидроразмыва;
аналитически обосновано и экспериментально подтверждено, что эффективность процесса выщелачивания прямо пропорциональна свободной энергии полезных компонентов в растворах выщелачивания и обратно пропорциональна соответствующей энергии этих компонентов в минеральной фазе;
впервые определен интегральный коэффициент эффективности процесса выщелачивания, комплексно учитывающий влияние сформированных геохимических и гидродинамических условий на интенсивность перехода полезного компонента в продуктивный раствор.
Достоверность и обоснованность научных положений выводов и рекомендаций подтверждается результатами теоретических исследований по формированию выщелачивающих растворов, характеризующихся соотношением свободных энергий растворения и образования минеральной фазы; обеспечивается значительным объемом полевых и опытно -промышленных исследований по выщелачиванию ценных полезных компонентов из налегающей породной толщи Нерюнгринского угольного разреза в естественном залегании и из отвалов вскрышных пород; положительными результатами реализации предложенного метода по выявлению мощности с максимальной минерализацией полезных компонентов, реализацией разработанной методики конструктивных и технологических расчетов при сооружении нагнетательных и дренажных щелей. Все это позволяет горному предприятию получить дополнительную прибыль за счет реализации геотехнологических методов добычи металлов.
Научное значение работы состоит в разработке теории взаимодействия напорных гидромониторных струй при сооружении дренажных и нагнетательных щелей и в обосновании, и создании на этом принципе
эффективной химической геотехнологии комплексного извлечения полезных компонентов из налегающих минерализованных пород.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе комплексных исследований геологических и гидрогеологических условий пород налегающей толщи угольного месторождения Нерюнгри предложены и реализованы конкретные технологические решения по комплексному извлечению ценных металлов методом физико-химической геотехнологией (ФХГТ), позволившие расширить сырьевую базу горного предприятия, эффективно использовать проявления рудной минерализации и снизить отрицательные воздействия на окружающую среду.
Применительно к различным горно-геологическим и
гидрогеологическим условиям угольного разреза разработан метод выявления интервала мощности в налегающей толще пород с максимальным содержанием полезных компонентов, определены закономерности снижения производительности нагнетательных скважин в процессе их эксплуатации и показана необходимость сооружения нагнетательных щелей. На основе выявленных закономерностей распространения затопленных струй и сложных струйных течений при сооружении длинных нагнетательных и дренажных щелей разработаны оптимальные условия ведения высокопроизводительных технологических процессов ФХГТ. Применительно к различным горногеологическим и гидрогеологическим условиям угольного разреза, разработаны методики конструктивных и технологических расчетов при гидромониторном сооружении нагнетательных и дренажных щелей.
Цель, идея, задачи и методы исследования
Цель работы - обоснование технологии подземного выщелачивания минерализованных осадочных пород угольных разрезов в естественном залегании при переработке горной массы в режиме кучного выщелачивания, на основе изучения эффективности процессов фильтрации и кинетики перехода металлов в раствор, позволяет получить ценные компоненты, уменьшить концентрацию тяжелых металлов и общую минерализацию дренажных вод в процессе естественного выщелачивания, снизить негативную нагрузку на природную среду.
Идея работы основывается на выявлении закономерности формирования максимальных концентраций полезных компонентов на гидрогеохимическом восстановительном барьере, с выделением продуктивного массива в налегающей толще пород угольных разрезов, из которых извлекаются геотехнологическими методами ценные компоненты. Задачи исследования: - анализ геологического материала по выявлению закономерностей распределения минерализации ценных компонентов по мощности налегающих пород; - оценка гидродинамических параметров для обоснования метода подземного выщелачивания пород в естественном залегании; - выявление закономерностей снижения производительности нагнетательных скважин и разработка новых нагнетательных устройств подачи растворов; - обоснование технологии сооружения нагнетательных и дренажных щелей; -обоснование кинетики подземного выщелачивания ценных компонентов из минерализованных пород; -опытное опробование технологического режима кучного выщелачивания из пород техногенных отвалов. Методы исследований.
Для решения поставленных задач проведен комплексный метод исследований, который включал лабораторные, натурные и опытно -промышленные работы. Применялись спектральный, рентгенофазовый, минералогический и атомноадсорбционный анализы.
Обработка полученных результатов проводилась корреляционным и регрессивным анализом.
В разрезе Нерюнгринского угольного месторождения представлены все свиты, развитые в регионе. В процессе геологоразведочных работ вскрывались лишь холдниканская ( Kich ) , нерюнгринская (J3 nr ) и верхняя часть беркакитской свиты (J3 ьг ) , постилающей продуктивные угольные пласты. Продуктивные угленосные слои залегают на отложениях среднезернистых песчаников мощностью 5-6 м , переходящих в мелко- и тонкозернистые с прослоями алевролитов.
На месторождении выделены пять угленосных пластов: «Мощный»,«Пятиметровый», «Неожиданный» и два «Промежуточных» пласта, залегающих между «Пятиметровым » и «Мощным».
Для пород нерюнгринской свиты, как и для всей толщи угленосных отложений, характерны цикличность осадконакопления. Геологи выделяют три цикла, каждый из которых подразделяется на 3 - 4 стадии осадконакопления. В нижних частях каждой из стадий залегают грубозернистые осадки, постепенно переходящие верх по разрезу в мелкозернистые разности. Верхняя часть циклов содержит отложения болот или пойм - период формирования мощных торфяных залежей, обеспечивающих генезис угольных пластов.
Холодниканская, перекрывающая продуктивные угольные пласты, свита мощностью до 320 м изучена детально по керну буровых скважин и в вскрышных уступах углеразреза.
Свита представлена резкоменяющимся по фациальному составу комплексом грубообломочных песчано-глинистых отложений: песчаники разного гранулометрического состава с прослоями гравелитов. Соотношение основных литологических разностей в разрезе: гравелиты - 1% , крупнозернистый песчаник-12%, среднезернистый песчаник-26%, тонкозернистый песчаник - 20%», алевролит - 10%. В отложениях отсутствуют закономерности в распределении. Морфологически - частое чередование слоев и линз малой, невыдержанной мощности, которые характеризуются быстрой сменой литологических разностей. Отсутствие закономерностей в переслаивании не позволяет картировать их по площади и в разрезе. Возможна корреляция только по ближайшим скважинам.
Гидрогеохимические условия, контролирующие минерализацию осадочных пород и подземных вод
Резкое падение величины минерализации пород - линейная зависимость, прослеживается на расстояниях 100 - 250 м от зоны контакта покрывающих пород с угольными пластами. Абсолютное значение величины снижения составляет 3,5 г /т. В интервале до 75 м отмечается постепенное снижение минерализации, абсолютное значение понижения составляет 0,1 г / т.
Наиболее высокие значения минерализации приурочены, как правило, к породам различного литологического состава с интенсивно развитой трещиноватостью.
Величины окислительно - восстановительного потенциала определялись в процессе поинтервального опробования подземных вод. Пробы анализировались в каждом 25 метровом интервале скважин, в его срединной части. Использовался стандартный пробоотборник, внутри которого размещены два электрода - платиновый и хлоро-серебряный, провода были выведены через резиновый уплотнитель наружу и подключены к потенциометру. Таким образом, замеры величин Eh проводились непосредственно в скважине, после поступления жидкой пробы в пробоотборник, чтобы исключить контакт с атмосферным воздухом.
Эманируемый по коллекторам (зонам трещиноватости ) метан в зависимости: от степени трещиноватости породного массива; количества и скорости вертикальной миграции в водной среде, а также от количества поступления в подземные воды атмосферного кислорода, формирует зональность, где процесс протекает по реакциям (2.1. - 2.4.).
Резкий скачок снижения Eh отмечается на расстоянии 200 - 250 м от контакта с угольными пластами, в верхней части разреза налегающей толщи. На этом участке пород формируется зона окисления, насыщенная растворенным кислородом атмосферного воздуха.
Снизу по системам трещин водоносный горизонт насыщается эманируемым метаном. По Латимеру [53] при контакте газовой и водной среды происходит растворение метана по реакции: СН/цгазэ+НгО — СНзОН(ВОД„) + 2Н ; (2.1) Нормальный окислительный потенциал этого процесса EO= + 0,586B. Поинтервальное опробование подземных вод проводили в гидрогеологических скважинах, пробуренных вне зоны развития депрессионной воронки налегающей толщи пород, чтобы исключить влияние высоких скоростей фильтрации жидкости на изменение гидрогеохимических условий. СН3 ОН(водн) - НСНО(вод„.) + 2Н+ , Е0 = + 0,190 в ; (2.2) Н2 О + НСНО(вод1,)- НСООН(вод1,), Е0= + 0,05 в; (2.3) НСООН(в0Д11)- СО2(газ) + 2Н+, Ео=-0,190в. (2.4)
Результаты, представленные в табл. 2.2, подтверждают тезис Латимера [53], что при окислении органических составляющих формируется весьма сложная гидрогеохимическая обстановка, которая на начальных этапах проявляется как окислительная (высокие значения величины Eh), а затем, переходит в сильно восстановительную при продуцировании С02.
Однако, поступающие при плоско - параллельной фильтрации объемы подземных вод выносят продуцируемый С02 из зоны контакта с угольными пластами обеспечивают контроль за развитием мощности восстановительной среды.
Таким образом, на заключительной стадии окисления метана, эманируемого из угольных пластов, продуцируемый конечный продукт - С02 является в данных условиях одним из основных параметров, наряду с трещиноватостью, определяющих мощность зоны восстановления ионов металлов и степень минерализации пород.
Таким образом, максимальные содержания минерализации пород приурочены к зоне контакта с угольными пластами, мощность которой составляет в среднем 30-35 м, рис. 2.1. В этом интервале мощности удельный вес минерализованных пород составляет «70% в объеме всей налегающей породной толщи, что является благоприятным фактором при отработке их способом ПВ.
Выводы
1. Переслаивание маломощных, невыдержанных по простиранию, прослоев, налегающих на угольные пласты, является благоприятным для формирования фильтрационного режима в процессе подземного выщелачивания металлов из пород в условиях естественного залегания.
2. Наиболее высокие значения минерализации пород в зоне контакта с угольными пластами, связанные с интервалами резкого падения величин окислительно-восстановительного потенциала ( Eh) и с участками интенсивной трещиноватости, являются положительным фактором для реализации технологии ПВ металлов в фильтрационном режиме.
3. Метод комплексного поинтервального опробования жидких и твердых проб является основой картирования мощностей пород для последующего извлечения из них геотехнологическими способами полезных компонентов.
4. Технологию добычи угля и геотехнологические способы получения полезных компонентов следует рассматривать как единый технологический комплекс по эффективной безотходной переработке минерального сырья.
Обоснование технологии процесса размыва пород при сооружении нагнетательных и дренажных щелей
Для ведения процесса выщелачивания в налегающей продуктивной толщи угольного пласта, необходимо соорудить отрезные щели (для закачки откачки растворов) высотой до 2-х метров при длине около 22м. Отрезные щели сооружались средствами гидротехнологии в результате гидроразмыва. В связи с этим необходимо было решить принципиальную технологическую схему размыва: - в незатопленной среде свободными гидромониторными струями; - в затопленной среде, затопленными струями.
Создать условия незатопленного забоя в стесненных условиях щели оказалось достаточно сложно. Поскольку пропускная способность оконтуривающих щель скважин не всегда позволяла удалять из щели отработанную воду и размытую горную породу. Хотя, как показали предварительные опытные работы, производительность гидроразмыва незатопленными струями превышала эффективность затопленных более чем в два раза.
Кроме того, технология сооружения отрезной щели осложнялось еще и тем, что ствол гидромонитора в процессе размыва постепенно опускался вниз и при длине щели около 8 метров, забой оказывался ниже устья скважины почти на 1м. При таком размыве оказалось очень сложно транспортировать по скважине (смывать) размытую породу, т.к. эксплуатационная щель сразу же после начала размыва по почве имела отрицательный уклон. В связи с этим, в результате предварительных работ, выявилось ряд задач, которые должны были экспериментально исследованы: 1. Начальный угол заложения скважин, оконтуривающих отрезную щель. 2.Величина прогиба ствола гидромонитора в зависимости от его длины. 3.Производительность гидромонитора по размыву и время сооружения отрезной щели.
Поскольку в скважине при размыве создаются условия для распространения струи в затопленной среде, поэтому рассмотрим основные закономерности ее распространения. Исследованиями распространения затопленных струй занимались многие исследователи [35, 1, 5, 12, 33,34]. В таблице 3.5 систематизированы и представлены результаты расчета изменения осевой скорости по длине струи по выражениям различных исследователей. Расчеты проведены для насадки диаметром с!=18мм при давлении Р=10ат. Анализ таблицы 3.5 показывает, что расхождения в результатах расчета изменения осевого давления достаточно значительный.
В результате этого, была предпринята попытка дополнительно исследовать осевые давления затопленной струи экспериментально. В результате чего был разработан и изготовлен опытный стенд по исследованию затопленных струй (рис. 3.7). Стенд состоит из трубы диаметром 400мм и длиной 2,6 метра (1). По оси трубы размещается гидромонитор (2) со сменной насадкой (3). Ствол гидромонитора (2) соединен посредством резинового шланга (4) с центробежным насосом (5) ЦН-105-98. Ствол гидромонитора может перемещаться по оси стенда через сальниковый уплотнитель (6) и центратор (7). На противоположной сторое трубы-корпуса (1) установлен щит (8) с вмонтированными медицинскими иглами (9) диаметром 0,7мм. Каждая из пяти игл соединена с монитором (10). Корпус (1) снабжен сливным патрубком (11).
Проведение исследований проводилось в следующем порядке. После установки на стволе гидромонитора насадки (3) определенного диаметра и рабочего давления по монитору (12) центробежного насоса, изменялось асстояние выходного сечения насадки до измерительного щита (8). Расстояние до щита (8) изменяется как: 0,15; 0,5; 1,0; 2,0 метров, а давление: 7-Ю5; 10-Ю5; 14-105; 30-105 Па. Для каждого расстояния фиксировалось давление по оси гидромониторной струи. Результаты опытов представлены в таблице 3.6 и на рис. 3.8.
Основные опытные исследования по размыву отрезных щелей проводились на вскрытом уступе в реальном массиве борта угольного разреза.
Ствол гидромонитора устанавливался на машине ЗИЛ-130 (1) с поднимающейся платформой (2) (рис. 3.9). Отработанная вода с твердым из отрезных щелей по желобу (3) стекала в зумпф (4) с мерными рейками (5). Осветленная вода поступала в зумпф (6) центробежного насоса (7) и откуда под давлением к гидромонитору.
Опыты проводились в следующем порядке. Насадки для исследований принимались следующих диаметров: d=10; 15; 18; 21мм. Давление на гидромониторе изменялось от 7 до 20ат. Устанавливался определенный диаметр насадки, включался насос (7) и задвижкой (9) по манометру (10) устанавливалось давление. Подача гидромонитора в размываемую щель (11) производилась вручную по салазкам, установленным на платформе (2). Определялось время, за которое ствол гидромонитора (8) углублялся в разрезную щель на глубину 1=20м (по отметке на стволе гидромонитора). Производительность размыва определялась по объему твердого, осевшего в зумпфе (4). Затем изменялось давление на стволе гидромонитора (увеличивалось) и порядок отработки щели повторялся. Зумпф после каждого опыта очищался от горной массы вручную средствами малой механизации (скрепером и краном).
Кроме того, были проведены исследования при неизменном давлении (Р=10-105Па) и различного диаметра насадок. Результаты опытов сведены в таблицу 3.7 и графически представлены на рис. 3.10, как зависимость производительности гидроразмыва от давления воды на насадке и ее диаметра.
Метод расчета свободной энергии выщелачивания
При растворении вещества происходят два противоположных по знаку процесса: разрыв связей молекул вещества кристаллической решетки сопровождается поглощением энергии (тепла), а реакция взаимодействия ионов вещества с жидкой фазой характеризуется выделением энергии. Тогда, интегральная свободная энергия процесса (по Гиббсу, Дж / моль) может служить индикатором, исходя из знака «плюс» или «минус» значений величины А&реакц., характеризующим стадию выщелачивания вещества. В случае знака «плюс» процесс протекает на стадии насыщения и частичном осаждении ионов из раствора. Знак «минус», соответственно, указывает, что стадия насыщения еще не достигнута и могут применяться методы интенсификации. Таким образом, интенсивность взаимодействия химических элементов в процессах выщелачивания необходимо оценивать с учетом изменения свободной энергии образования продуктов реакции, учитывая активности участвующих в процессе веществ.
Проведенные аналитические исследования процессов выщелачивания твердой фазы на основе химической термодинамики подтверждают, что для оценки режимов выщелачивания необходим учет многочисленных факторов, влияющих на эффективность перехода полезных компонентов в продуктивный раствор.
Комплексное многофакторное взаимовлияние природных, технологических и термодинамических условий на интенсивность выщелачивания определяет пути оптимизации геотехнологических параметров и методологию управления физико-химическими процессами.
Стадия насыщения (равновесия) в системе твердая фаза -выщелачивающий раствор характеризуется константой равновесия и определяется отношением произведения термодинамических концентраций (активностей) катионов и анионов, перешедших в раствор, к активности минерального вещества.
Как отмечено выше, расчет ионной силы раствора (ц) и коэффициентов активностей по формулам (4.4) и (4.6) возможен только для слабоминерализованных (разбавленных ) растворов с низкими значениями ц. На практике для получения фактических значений ц, и / необходимо проведение экспериментальных работ с учетом конкретных физико-химических условий среды, главным образом, в постоянно меняющемся диапазоне минерализации выщелачивающих растворов. Трудоемкость определения и учета многих показателей процесса разрушения твердой фазы обусловили выбор нами иного методического подхода к расчету свободной энергии реакции растворения.
Расчет свободной энергии системы твердое тело - жидкость учитывает влиянии на процесс таких показателей, как величина зарядов (валентностей), взаимодействующих ионов, и их радиусов. За основу взята геоэнергетическая теория А.Е.Ферсмана [ ], в которой энергия кристаллической решетки является основным параметром для построения физико-химических закономерностей в данной системе взаимодействия.
Для перехода нейтрального атома или молекулы вещества твердой фазы в состояние катиона необходимо «отщепление» (по Ферсману) от него электронов, т.е. затратить при этом энергию (теплоту) ионизации (J). Соответственно, отрицательные ионы возникают при соединении нейтральных атомов (молекул) со свободными электронами. Величина энергии ионизации эквивалентна энергии для удаления электрона в бесконечность, но имеет обратный знак.
В химической термодинамике доказано, что чем больше затрачивается энергии на образование химических соединений, тем устойчивее это соединение. Для соединений из ионов показателем их прочности является энергия кристаллической решетки, которая контролирует количество теплоты данного процесса.
Основываясь на этих научных разработках и учитывая необходимость доступных методов расчета энергии кристаллической решетки, А.Е.Ферсман создал и обосновал теорию позволяющую оценить «пай» энергии, который вносит каждый ион в гетерополярное соединение при его образовании из ионов, находящихся в бесконечности относительно друг друга и назвал этот показатель эком: ЭКК - энергетический коэффициент катиона; ЭКа - соответственно, аниона.
Похожие диссертации на Обоснование геотехнологии комплексного извлечения полезных компонентов из налегающих пород Нерюнгринского угольного разреза
