Modelling the Dissolution/Precipitation of Ideal Solid Solutions
Modélisation de la dissolution/précipitation des solutions solides idéales
1
École nationale supérieure des mines de Saint-Etienne
2
Centre de géochimie de la surface, C.N.R.S.
3
Institut Français du Pétrole
Corresponding author: elise_nourtier@yahoo.fr
The kinetic behaviour of an ideal solid solution is modelled by two competing reactions: the stoichiometric dissolution of the existing solid and the precipitation of the least soluble compound, i.e. that with respect to which the oversaturation of the fluid is maximum; both reaction rates are expressed as a function of the corresponding departure from equilibrium, with a pH-dependent kinetic constant. Within this ideal model, the saturation curves and the fluid evolution of a simple reacting system may be displayed conveniently in chemical potential diagrams. The simulation of a geochemical system, constituted of a glauconitic sandstone aquifer infiltrated through by a sea water enriched in carbonates, allows to analyze the impact of taking into account two ferro-magnesian solid solutions, a calcite and a chlorite, on Fe-Mg exchanges during carbonates dissolution. The model accounts well for the tendency of solid solutions to dissolve congruently before precipitation starts and drives the fluid composition towards equilibrium.
Résumé
Le comportement cinétique d'une solution solide idéale est modélisé en mettant en compétition deux réactions : la dissolution stoechiométrique du solide existant et la précipitation du composé le moins soluble, c'est-à-dire celui par rapport auquel la sursaturation du fluide est maximum ; les vitesses de ces deux réactions sont exprimées en fonction des écarts à l'équilibre correspondants, les constantes cinétiques dépendant du pH. Dans ce modèle idéal, les courbes de saturation et l'évolution du fluide au sein d'un système réactif simple peuvent être représentées commodément dans des diagrammes en potentiels chimiques. La simulation d'un système géochimique, constitué d'un aquifère gréseux glauconieux parcouru par une eau de mer enrichie en carbonates, permet d'analyser l'impact de la prise en compte de deux solutions solides ferro-magnésiennes, une calcite et une chlorite, sur les échanges Fe-Mg, au cours de la dissolution des carbonates. Le modèle rend bien compte de la tendance des solutions solides à se dissoudre de façon congruente avant que la précipitation ne commence et ne ramène le fluide vers l'équilibre.
© IFP, 2005