Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году


Деформация порошка кальцита в присутствии водных растворов различного состава

Я.И. Симонов, З.Н. Скворцова, В.Ю. Траскин

ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.875

Оригинальная статья

Аннотация: Измеренные скорости уплотнения порошка кальцита под действием одноосной нагрузки в присутствии насыщенного раствора CaCO3, содержащего катионы магния или гумат-анионы, сопоставлены с расчетами скорости деформации, проведенными с учетом растворимости, кинетики растворения и скорости массопереноса вещества матрицы в поровой жидкости. Адекватность предложенной схемы расчета подтверждается незначительным различием экспериментальных и вычисленных значений (в пределах 20%). Показано, что скорость деформации кальцита в растворах, содержащих ионы магния, лимитируется скоростью растворения материала из-за доломитизации поверхности. Замедление скорости уплотнения в присутствии гумат-анионов также происходит из-за частичного блокирования поверхности в результате адсорбции гумата.

Ключевые слова: рекристаллизационная ползучесть, диффузионный и кинетический режимы деформации, растворимость, скорость растворения, межзеренные нанопрослойки, коэффициент диффузии

  • Симонов Ярослав Игоревич – аспирант кафедры коллоидной химии химического факультета ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
  • Скворцова Зоя Николаевна – д.х.н., профессор кафедры коллоидной химии химического факультета ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»
  • Траскин Владимир Юрьевич – к.х.н., ведущий научный сотрудник коллоидной химии химического факультета ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»

Ссылка на статью:

Симонов, Я.И. Деформация порошка кальцита в присутствии водных растворов различного состава / Я.И. Симонов, З.Н. Скворцова, В.Ю. Траскин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2020. — Вып. 12. — С. 875-884. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.875.

Полный текст: download PDF file

Библиографический список:

1. Хан, С.А. Анализ мировых проектов по захоронению углекислого газа / С.А. Хан // Георесурсы. – 2010. – № 4(36). – С. 55-62.
2. Кедровский, O.Л. Инженерная радиогеоэкология научная основа для разработки способов удаления радиоактивных отходов в геологические формации / О.Л. Кедровский // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. – 2001. – № 1. – С. 34-38.
3. Røyne A. Experimental investigation of surface energy and subcritical crack. growth in calcite / A. Røyne, J. Bisschop, D.K. Dysthe // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. – 2011. – V. 116. – I. B4. – Art. № B04204. – 10 p. DOI: 10.1029/2010JB008033.
4. Dysthe, D.K. Fluid in mineral interfaces – molecular simulations of structure and diffusion / D.K. Dysthe, F. Renard, F. Porcheron, B. Rousseau // Geophysical Research Letters. – 2002. – V. 29. – I. 7. – P. 13-1-13-4. DOI:10.1029/2001GL013208.
5. Croizé, D. Chapter 3 – Compaction and porosity reduction in carbonates: a review of observations, theory, and experiments / D. Croizé, F. Renard, J.-P. Gratier// Advances in Geophysics. – 2013. – V. 54. – P. 181-238. DOI: 10.1016/B978-0-12-380940-7.00003-2.
6. Zhang, X. Compaction creep of wet granular calcite by pressure solution at 28 °C to 150 °C / X. Zhang, C.J. Spiers, C.J. Peach // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. – 2010. – V. 115. – I. B9. – Art. № B09217. – 18 p. DOI: 10.1029/2008JB005853.
7. Skvortsova, Z.N. The role of pressure solution in diagenesis of carbonate deposits: theory and laboratory simulation / Z.N. Skvortsova, V.Yu. Traskin, E.V. Porodenko, Ya.I. Simonov // Colloid Journal. – 2018. – V. 80. – I. 1. – P. 1-13. DOI: 10.1134/S1061933X18010118.
8. Zhang, X. Compaction of granular calcite by pressure solution at room temperature and effects of pore fluid chemistry / X. Zhang, C.J. Spiers // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. – 2005. – V. 42. – I. 7-8. – P. 950-960. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2005.05.017.
9. Gazizullin, I.F. Calcite deformation in the presence of water / I.F. Gazizullin, Ya.I. Simonov, Z.N, Skvortsova, V.Yu. Traskine // Colloid Journal. – 2015. –V. 77. – I. 5. – P. 577-581. DOI: 10.1134/S1061933X15050087.
10. Arvidson, R.S. Variation in calcite dissolution rates: a fundamental problem? / R.S. Arvidson, I.E. Ertan, J.E. Amonette, A. Luttge // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 2003. – V. 67. I. 9. – P. 1623-1634. DOI: 10.1016/S0016-7037(02)01177-8.
11. Liang, Y. Dissolution kinetics at the calcite-water interface / Y. Liang, D.R. Baer, J.M. McCoy, J.E. Amonette, J.P. Lafemina // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1996. – V. 60. – I. 23. – P. 4883-4887. DOI: 10.1016/S0016-7037(96)00337-7.
12. Dysthe, D.K. Universal scaling in transient creep / D.K.Dysthe, Y. Podladchikov, F. Renard, J. Feder, B. Jamtveit // Physical Review Letter. – 2002. – V. 89. – № 24. – P. 246102-1-246102-4. DOI: 10.1103/PhysRevLett.89.246102.
13. Zhang, X. Effects of pore fluid flow and chemistry on compaction creep of calcite by pressure solution at 150 °C / X. Zhang, C.J. Spiers, C.J. Peach // Geofluids. – 2011. – V. 11. – I. 1. – P. 108-122. DOI: 10.1111/j.1468-8123.2010.00323.x.
14. Gerstenhauer, A. Beiträge zur Frage der Lösungsfreudigkeit von Kalkgesteinen / A. Gerstenhauer, K.H. Pfeffer // Abhandlungen zur Karst- und Höhlenkunde. – Blaubeuren: Mangold, 1966. – Reihe A. – Heft 2. – 46 p.
15. Arvidson, R.S. Magnesium inhibition of calcite dissolution kinetics / R.S. Arvidson, M. Collier, K.J. Davis, et al. // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 2006. – V. 70. – I. 3. – P. 583-594. DOI: 10.1016/j.gca.2005.10.005.
16. Zhang, Y. Influence of Mg2+ on the kinetics of calcite precipitation and calcite crystal morphology / Y. Zhang, R.A. Dawe // Chemical Geology. – 2000. – V. 163. – I. 1-4. – P. 129-138. DOI: 10.1016/S0009-2541(99)00097-2.
17. Davis, K.J. The role of Mg2+ as an impurity in calcite growth / K.J. Davis, P.M. Dove, J.J de Yoreo // Science. – 2000. – V. 290. – I. 5494. – P. 1134-1137. DOI: 10.1126/science.290.5494.1134.
18. Oliver, B.G. The contribution of humic substances to the acidity of colored natural waters / B.G. Oliver, E.M. Thurman, R.L. Malcolm // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1983. – V. 47. – I. 11. – P 2031-2035. DOI: 10.1016/0016-7037(83)90218-1.
19. Oelkers, E.H. Do organic ligands affect calcite dissolution rates? / E.H. Oelkers, S.V. Golubev, O.S. Pokrovsky, P. Bénézeth // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 2011. – V. 75. – I. 7. – P. 1799-1813. DOI: 10.1016/j.gca.2011.01.002.
20. Compton, R.G. The dissolution of calcite in aqueous acid: the influence of humic species / R.G. Compton, G.H.W. Sanders // Journal of Colloid and Interface Science. – 1993. – V. 158. – I. 2. – P. 439-445. DOI: 10.1006/jcis.1993.1276.
21. Traskine, V. Inhibiting effect of additives on pressure solution of calcite / V. Traskine, Z. Skvortsova, G. Badun, et al. // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2018. – V. 27. – I. 10. – P. 5018-5022. DOI: 10.1007/s11665-018-3413-8.