Cálculo de procesos Curso Modelos Geoquímicos, UPC Carlos Ayora

Presentación del tema: "Cálculo de procesos Curso Modelos Geoquímicos, UPC Carlos Ayora"— Transcripción de la presentación:

1 Cálculo de procesos Curso Modelos Geoquímicos, UPC Carlos Ayora
Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera, CSIC

2 Procesos (reaction paths)
Disolución de un mineral o gas hasta equilibrio - Perturbación conocida de un componente: - Valoración de acidez o alcalinidad - Disolución conocida de mineral o gas Perturbación de todos los componentes: - Mezcla de soluciones - Evaporación

3 Procesos: disolución de mineral-gas hasta eq.
PROBLEMA MG4: calcular la masa de calcita que necesita disolver el agua de lluvia para llegar al equilibrio Agua destilada: Tiinicial conocido (=0 excepto TH2O= ) Modificación de las ecuaciones de balance de masas 2 nuevas incógnitas: mCC y mCO2(g) 2 nuevas ecuaciones de equilibrio

4 Procesos: disolución de mineral-gas hasta eq.

5 Procesos: disolución de mineral-gas hasta eq.
TITLE MG4: equilibrio agua de lluvia-calcita SOLUTION 1 units mol/kgw pH # defecto density # defecto temp # defecto EQUILIBRIUM PHASES CO2(g) calcite 0.0 END mCO2(g)= 4.87e-4 m mCO2(g)= 4.93e-4 m pH= TC= e-4 m TCa= e-4 m

6 Procesos: disolución de mineral-gas hasta eq.
TITLE MG4=Agua de lluvia en eq. con calcita SOLUTION 1 EQUILIBRIUM_PHASES CO2(g) SAVE solution 2 END USE SOLUTION 2 calcite pH= TC= e-05 m pH= TC= e-04 m TCa= e-04 m

7 Procesos: valoración ácido-base
PROBLEMA MG5: calcular la evolución del pH al añadir un ácido o una base a una solución Añadir al sistema va moles conocidas de ácido o vb de base: Ejemplo: añadir va moles de H2SO4 o vb moles de NaOH

8 Procesos: valoración ácido-base
TITLE MG5: valoración ácida SOLUTION 1 units mol/kgw pH density # defecto temp # defecto C SAVE solution 1 REACTION 1 HCl 0.1 0.2 moles in 50 steps SELECTED_OUTPUT -file MG5.sel -pH -molalities CO2 HCO3- CO3-2 -totals Cl END

9 Procesos: valoración ácido-base
TITLE MG5: valoración ácida SOLUTION 1 units mol/kgw pH density # defecto temp # defecto C SAVE solution 1 REACTION 1 HCl 0.1 0.2 moles in 50 steps SELECTED_OUTPUT -file MG5.sel -pH -molalities CO2 HCO3- CO3-2 -totals Cl END

10 Procesos: disolución mineral
PROBLEMA MG12: Una descarga ácida de una mina se hace pasar por un tratamiento de caliza (ALD: Alkaline Limestone Drainage) de manera que la calcita se disuelva neutralizando la solución y precipitando el hierro y aluminio disuelto. Calcular la evolución del pH y la masa de Fe(OH)3, Al(OH)3 y yeso, que precipitarán al disolver 1.5 kg de calcita en 1 m3 de agua ácida. Suponer que el agua siempre está en equilibrio con la atmósfera. Añadir al sistema va moles conocidas de mineral:

11 Procesos: disolución mineral
units ppm pH Ca Mg Na Fe Al Cl S(6) as SO4

12 Procesos: variación de solubilidad con temperatura
PROBLEMA MG14: Variación de la solubilidad con la temperatura: - Calcular la solubilidad (mol CaSO4/kgw) de yeso y anhidrita entre 0 y 100ºC Los cambios afectan al valor de la constante de equilibrio de la reacción de disolución. Comprobar la función de variación de log K con T en la base de datos termodinámica: Gypsum CaSO4:2H2O = Ca+2 + SO H2O log_k -4.58 delta_h kcal -analytic Anhydrite CaSO4 = Ca+2 + SO4-2 log_k -4.36 delta_h kcal -analytic

13 Procesos: variación de solubilidad con temperatura
TITLE MG14ab--Solubilidad del yeso y anhidrita con temperatura SOLUTION 1 Pure water pH temp REACTION_TEMPERATURE 1 in 51 steps EQUILIBRIUM_PHASES 1 Gypsum SELECTED_OUTPUT -file MG14a.xls -temperature -totals Ca S(6) END USE solution 1 REACTION_TEMPERATURE 2 EQUILIBRIUM_PHASES 2 Anhydrite -file MG14b.xls

14 Procesos: variación de solubilidad con temperatura

15 Procesos:

16 Procesos: variación de solubilidad con salinidad
PROBLEMA MG15: Variación de la solubilidad con la salinidad: - Calcular la solubilidad de yeso y de CO2 atmosférico para salinidades de 0 a 6 m NaCl Los cambios afectan al valor del coeficiente de actividad de las especies disueltas (iónicas y neutras) Calcular lo anterior con los modelos de actividad de Truesdell-Jones y de Pitzer

17 Procesos: variación de solubilidad con salinidad
TITLE MG15--Solubilidad de yeso y CO2(g)con salinidad (Pitzer y Truesdell-Jones) SOLUTION 1 Pure water pH temp EQUILIBRIUM_PHASES 1 Gypsum REACTION NaCl 1.0 6.0 in 51 steps SELECTED_OUTPUT -file MG15a.xls -totals Na Ca SOLUTION 2 Pure water CO2(g) -file MG15b.xls -totals Na C END

18 Procesos: variación de solubilidad con salinidad

19 Procesos: mezcla de aguas
PROBLEMA MG9: Una descarga ácida de una mina va a parar a un río. Calcular la alcalinidad y pH de todo el rango de mezclas aguas abajo. Suponer que las aguas siempre están en equilibrio con la atmósfera. Los cambios siempre afectan al total del componente i, no a cada una de las especies acuosas: Esto es especialmente evidente en el pH y la alcalinidad.

20 Procesos: mezcla de aguas
TITLE Agua de rio SOLUTION 4 units ppm pH pE O2(g) -0.68 Ca Mg Na K Fe Al Cl Alkalinity as HCO3 S(6) as SO4 SAVE SOLUTION 4 END TITLE Agua de mina SOLUTION 5 units ppm pH pE O2(g) -0.68 Ca Mg Na K Fe Al Cl C CO2(g) -3.5 S(6) as SO4 SAVE solution 5 END MIX 1 Mezcla 90/10 SAVE solution 1 Repetir para cada mezcla

21 Procesos: mezcla de aguas

22 Procesos: mezcla de aguas
PROBLEMA MG7: Calcular el índice de saturación respecto a la calcita de las mezclas de un agua continental y otra marina ambas saturadas en calcita. Calcular la masa de calcita que precipitaría por cada kg de agua. Los cambios siempre afectan al total del componente i, no a cada una de las especies acuosas:

23 Procesos: mezcla de aguas
Agua continental : equilibrada con pCO2= 2 (suelo vegetal) y con calcita Agua marina: units ppm pH Ca Mg Na K Cl Alkalinity as HCO3 S(6) as SO4

24 Procesos: evaporación
PROBLEMA MG8: Infiltración de agua de riego, evaporación en el suelo y precipitación de sales: calcular la masa de calcita y yeso precipitados utilizar diversas bases de datos y comparar el resultado Los cambios siempre afectan al total del componente i, no a cada una de las especies acuosas:

25 Procesos: evaporación
TITLE Evaporación hasta 5*conc. agua riego + precip. yeso, calcita SOLUTION 5 units ppm pH pe o2(g) -0.67 Ca Mg Na K Cl C co2(g) -2.0 S(6) as SO4 REACTION 1 # Concentrar 5*, quitar 4/5 of H2O H -2 O -1 #H2O es lo mismo #55.5*4/5 SAVE solution 2 END MIX 1 # Aumentar el volumen hasta 1 kg de agua SAVE solution 3 USE solution 3 EQUILIBRIUM_PHASES # precip. yeso y calcita calcite 0.0 gypsum 0.0

26 Procesos: evaporación
TITLE Evaporación hasta 5*conc. agua riego + precip. yeso, calcita SOLUTION 5 units ppm pH pe o2(g) -0.67 Ca Mg Na K Cl C co2(g) -2.0 S(6) as SO4 REACTION 1 # Concentrar 5*, quitar 4/5 of H2O H -2 O -1 #H2O es lo mismo #55.5*4/5 SAVE solution 2 END MIX 1 # Aumentar el volumen hasta 1 kg de agua SAVE solution 3 USE solution 3 EQUILIBRIUM_PHASES # precip. yeso y calcita calcite 0.0 gypsum 0.0 Calcita= 8.671e-04 mol/kgw Yeso= e-03 mol/kgw

27 Procesos: evaporación
PROBLEMA MG8: evaporación de agua de mar Los cambios siempre afectan al total del componente i, no a cada una de las especies acuosas:

28 Procesos: evaporación
Ti Ti saturación minerales? no sí Sistema de ecuaciones: -balance de masas -equilibrio ci mp acumulación sedimento Ti

29 Procesos: evaporación
Na2Ca(SO4)2 K2MgCa2(SO4)4·2H2O MgSO4·6H2O