地热水中氟含量的模型评价

摘要

氟在自然界中分布广泛,它对人体的健康起着至关重要的作用.地下水是人体氟摄入的主要来源.依据世界卫生组织建议的饮用水中氟的安全标准浓度1.5mg/L,现在全球超过20个国家和地区的2亿人都遭受着氟过量摄入的危害.地下中的氟含量主要受其所在的地质环境的影响.岩浆岩、沉积岩、变质岩中含有大量的氟.当地热水穿过或是保存在含水层中时,它将溶解花岗岩、玄武岩、页岩等岩石中的萤石、云母、氟磷灰石等含氟矿物,将氟释放到地下水中.本文分析和总结萤石的溶解度，以及与地热水中与氟相关的离子的Pitzer模型参数，建立了Na–Ca–H–F–Cl-SO4–OH-HCO3-CO3-CO2–H2O在100℃，1bar下的热力学模型。基于此模型，评价了温度、溶液组分、CO2分压、碳酸盐矿物含水层等因素对氟的浓度的影响。模型研究表明，萤石的溶解度随着温度的升高而增大。地热水中氟的含量在NaHCO3类型的水中最高。在含HCO3地热水中，当达到反应平衡时，部分HCO3-水解成CO32-，水解生成的CO32-与Ca2+反应生成CaCO3沉淀，促进萤石的溶解。CO2分压的作用，依据溶液组成和含水层围岩的性质不同而不同。在非NaHCO3类型地下水和非碳酸盐围岩地区，溶解的CO2降低了溶液的pH，同时使地下水向Na HCO3类型转变，促进萤石的溶解，使地下水中氟的浓度升高。而在NaHCO3类型的地下水中，溶解度的CO2促使反应从右往左进行，抑制了萤石的溶解。在碳酸钙围岩地区，溶解度的CO2促进了CaCO3的溶解，抑制了萤石的溶解，降低了地下水中氟的浓度。