Файл: Рысс Ю.С. Поиски и разведка рудных тел контактным способом поляризационных кривых.pdf

минералов. Каждому минералу соответствует свой набор потенциалов реакций, которые могут служить диагносцирующими признаками исследуемых минералов.

§ 3

ПРЕДЕЛЬНАЯ СИЛА ТОКА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Предельная сила тока реакции возникает в связи с затруднениями в ее протекании. Непосредственными причинами затруднений могут быть конечная скорость электрохимической реакции или ограниче­ ние в подводе к месту реакции реагирующих веществ. И в том и в дру­ гом случае, чем больше количество участников реакции, тем больше предельная сила тока реакции. Так что в конечном итоге именно количество реагентов определяет скорость реакции и предельную силу тока.

На ход реакции влияет много факторов. К их числу относятся: состояние пли форма нахождения участников реакции, термодинами­ ческие условия протекания электрохимического процесса, распре­ деление участников реакции в пространстве, величина и физико­ химическое состояние реагирующих поверхностей, скорость и изме­ нения в скорости электрического воздействия на электрохимическую систему и т. п. Влияние некоторых из перечисленных факторов на предельную силу тока реакции может быть в той или иной степени охарактеризовано.

Величина реагирующей поверхности. Электрохимический процесс протекает на границе раздела фаз и связан с количеством участников реакции. Независимо от того, мобилизуются ли ее реагенты из твер­ дой или жидкой фазы, масса реагирующих веществ тем больше, чем больше величина реагирующей поверхности. Отсюда можно ожидать

вии с этим введено понятие предельной плотности тока реакции, кото­ рая достаточно постоянна для одной и той же реакции при разных размерах реагирующей поверхности и при одинаковых прочих усло­ виях эксперимента.

На основании рассмотренной зависимости по значению предель­ ной силы тока реакции можно охарактеризовать величину поверх­ ности, на которой протекает реакция. ,

Концентрация веществ в твердой и жидкой фазе. Связь предель­ ной силы тока реакций с количеством их участников служит пред­ посылкой пропорциональности величины / пр и концентрации С реагентов в твердой или жидкой фазе. В зависимости от роли других факторов, например геометрии реагирующей поверхности, пропор­

трацші предельная сила тока реакции пропорциональна концентра­ ции разряжающихся ионов металлов, находящихся в растворе. В других случаях рассматриваемая зависимость имеет сложный ха­ рактер.

Важно заметить, что для реакции на минералах определенное влияние на предельную силу тока оказывает величина минерализа­ ции раствора. С разбавлением растворов уменьшается и предельная сила тока реакций. Причины наблюдаемого явления, по-видимому, связаны с физико-химическим состоянием границы раздела фаз, на которое влияет минерализация окружающей среды. Физико-химиче­ ское состояние реакционной поверхности также зависит от других факторов, например зачистки поверхности образца, условий хране­ ния его в воздушной или жидкой среде того пли иного состава, нали­ чия на поверхности жировых или других адсорбирующихся веществ и т. д.

Характер связи предельной силы тока с физико-химическим со­ стоянием, а также условиями возбуждения активных центров реак­ ции исследован слабо и требует дальнейшего изучения.

Геометрия реагирующей поверхности. Давно установлено [2]ѵ что процессы протекают в разных точках границы фаз неодинаково. Наибольшая интенсивность реакции сосредоточивается на выступах и острых углах реагирующих поверхностей. Реакции распростра­ няются от положительных форм рельефа поверхности к углубле­ ниям H другим его отрицательным формам. Если геометрия реагиру­ ющей поверхности меняется в ходе идущего процесса (например, за счет растворения или осаждения), то меняется и его интенсивность в соответствующих точках границы фаз. На поляризационных кри­ вых отмечаемые явления отражаются в виде усложнений в области перехода между смежными процессами, что затрудняет установление величины предельной силы тока реакции.

Если рельеф реагирующей поверхности характеризовать отноше­ нием превышения его выступов над впадинами к размерам промежут­ ков между выступами, то, как показали специальные исследования [4], чем больше это отношение, тем ближе величина предельной плот­ ности тока соответствует поверхности, описываемой внешним конту­ ром, охватывающим выступы объекта. Наоборот, чем меньше ука­ занное отношение, тем в большей степени процессы развиваются на участках впадин и тем ближе величина предельной силы тока отве­ чает реальной поверхности обследуемой модели. Для рассматривае­ мых крайних случаев на поляризационных кривых величина предель­ ной силы тока регистрируется отчетливо. Для средних промежуточ­ ных случаев она отмечается с большой погрешностью в связи с раз­ мазанным переходом от исследуемой реакции к последующей.

Эта особенность развития реакций на поверхностях с разным рель­ ефом, а также изменения в четкости регистрации величины предель­ ной силы тока в зависимости от рельефа требуют специального учета при надлежащих условиях. В некоторых случаях такой учет удается удовлетворительно.

где ß — коэффициент связи, зависящей от размеров объекта и дру­ гих факторов.

Из формулы (3) следует, что с ростом dl/dt величина / пр увеличи­ вается и наоборот. Использование устанавливаемой зависимости позволяет, варьируя величиной dl/dt, подавлять отражение на поля­ ризационных кривых отдельных реакций н усиливать четкость про­ явления других. В пределах ограниченного диапазона dl/dt, когда ß. сохраняется постоянным, можно сравнивать / пр, полученные при съемке поляризационных кривых с разной скоростью. Тем самым появляется возможность сопоставления данных, регистрируемых при разных режимах съемок:

Для полевых условий в качестве стандартной скорости съемок поляризационных кривых принята величина 15 ма/сек. В соответ­ ствии с уравнением (4) предельную силу тока реакций на разных объектах следует приводить к стандартной / пр.ст путем пересчета наблюденного значения / пр. „ при (dI/ât)H по формуле

Влажность и пористость вмещающих nopod. Величина предель­ ной силы тока реакции различна в водных растворах и в средах, представленных песками, глинами и другими образованиями. Изме­ нения значений / пр связаны как с механическими причинами, обус­ ловленными изменением реагирующих поверхностей, так и с физико­ химическими явлениями, которые характеризуют изменения актив­ ности различных компонентов в пределах двойных электрических слоев на границах фаз и т. д. Воздействие рассмотренных факторов, на / пр сложно и изучено слабо.

Для сред, содержащих твердую и жидкую фазу, важными харак­ теристиками являются влажность и пористость. Чем меньше влаж­ ность, тем меньше предельная сила тока. Уменьшение пористости,

ив частности, уменьшение размеров пор, также снижает величину/пр^

Вкакой мере на отмеченные зависимости оказывают влияние механи­ ческие факторы и в какой физико-химические, остается неясным.

Рассмотренные закономерности, определяющие значения предель­ ной силы тока реакций, показывают, что эта величина является слож­ ной функцией многих факторов. Вместе с тем она является количе­ ственной мерой, характеризующей протекающие электрохимические реакции. При определенных условиях этой мерой можно восполь­ зоваться для оценки тех или иных количественных показателей обследуемых объектов. Методы использования предельной силы тока

реакций для характеристики величины поверхности рудных тел, их линейных размеров и других параметров рассмотрены в последу­ ющих разделах.

§ 4

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА ПОЛИМИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЯХ

Особенности протекания электрохимических реакций на отдель­ ных минералах позволяют предполагать, что в случае полнминеральных образований описанные закономерности в проявлении процессов в основном останутся без изменений. Иначе говоря, каждый процесс должен получить на поляризационной кривой свое индивидуальное отражение и характеризоваться своими значениями потенциалов н предельной силы тока реакций в соответствии с физико-химиче­ скими свойствами минералов и их количествами.

Вместе с тем, безусловно, характер электрохимических процес­ сов на полимннеральных объектах должен быть более сложным, чем на мономинеральных. На мономинеральных образцах реагирующая поверхность при переходе от одной реакции к другой сохраняется более или менее постоянной, хотя н в этом случае в каждый момент времени процессы идут преимущественно на выступах и роль каж­ дого выступа меняется во времени. На полнминеральиом образце первая реакция должна идти на поверхности одного минерала, затем при вступлении в действие следующей реакции на другом минерале процессы будут протекать на поверхности двух минералов и т. д. При этом с увеличением общей реагирующей поверхности появляется эффект перераспределения тока, идущего через каждый минерал. Одновременно изменяется общее электрическое сопротивление си­

протекает через один сорт минералов, затем через два, три и т. д. Полимпнеральный объект представляет собой для прохождения тока ■своеобразное минеральное енто, ячейки которого постепенно приот­ крываются по мере нарастания силы протекающего тока. Следует заметить, что если ток подводится к образцу не прямо через металли­ ческий контакт, а посредством ионопроводящей среды, то втекание его в образец возможно через одни минералы, а вытекание через дру­ гие. Картина геометрического распределения втекающего и вытека­ ющего тока оказывается весьма сложной.

Поскольку возбуждение электрохимических реакций происходит последовательно, постольку процессы геометрического перераспре­ деления тока на поверхности полимииерального объекта тесно свя­ заны с развитием реакций во времени. Это приводит к тому, что в разные моменты времени ток преимущественно проходит то через