有机酸与钙质砂反应过程及其动力学研究

潘杰,李鹏飞,李越煊,王萍,董元华,刘云

(1.中国科学院南京土壤研究所土壤环境与污染修复重点实验室,江苏 南京 210008;2.兰州交通大学 化学与生物工程学院,甘肃 兰州 730070;3.中国科学院大学,北京 100049)

碳酸盐矿物在自然界中的形态呈现多样化[1-2]，它的溶蚀与环境问题紧密联系[3-4]。碳酸盐矿物的溶蚀影响矿物与土壤间的转化[5-9]和油气储存与开采[10-12]。热带海洋区域的珊瑚岛礁，主要成分为珊瑚砂，俗称钙质砂，属于碳酸盐矿物的一种[13-15]，研究钙质砂溶蚀中不同组分的溶蚀顺序及速率对于深入了解岛礁的演变具有重要意义。小分子有机酸可由植物根系、植物残体及土壤中微生物分泌产生[16-19]，可电离产生H+，也可为微生物提供更多碳源[20-23]。目前已有文献报道小分子有机酸对碳酸盐矿物的溶蚀[24-25]，且在溶蚀过程中，Ca2+、Mg2+等金属离子的析出较为明显，在微生物固化[26-29]、工程建筑领域也有应用[30]。

本研究选取不同浓度乙酸、苹果酸对钙质砂进行溶蚀，通过浸泡、淋溶模拟实验，比较钙质砂的溶蚀速率，并分析溶蚀后的钙质砂的组成，探讨溶蚀过程及机理。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

HCl、乙酸、苹果酸均为分析纯；钙质砂，取自南海某岛礁。

QHZ-12B组合式型全温度恒温振荡箱；BSA124S型分析天平；Optima 8000 型原子发射光谱仪；Nicolet 8700型红外光谱仪；isss-120644 型X射线衍射仪；MERLIM型扫描电子显微镜。

1.2 实验方法

1.2.1 钙质砂的预处理 钙质砂用自来水和去离子水反复浸泡清洗，直到浸泡液的电导低于30 μS/cm。 在70 ℃烘干，筛取1～2 mm的钙质砂备用。

1.2.2 溶蚀实验 称取钙质砂5.00 g,加入到250 mL,锥形瓶中，分别与浓度为1,10,100 mmol/L的100 mL乙酸、苹果酸溶液混合，加盖硅胶塞,隔绝空气。……