PRÁCTICA: Modelización 1D de la meteorización de un granito

PRÁCTICA: Modelización 1D de la meteorización de un granito
y la formación de bauxita. Diferencia entre cinética y equilibrio.
Modelizar las reacciones de disolución/precipitación a lo largo de una columna
representada por una línea de flujo unidimensional. Los parámetros
hidrológicos y la geometría del modelo son las siguientes:
pw = 0 MPa
x = 0.4 m
qw = 2.0 m·a1
qw = 6.34·10-5 kg·m-2·s-1
d = 40.0 m
porosidad: 1% (0.01)
permeabilidad: 10-8 m2
difusión molecular: 10-9 m2/s
dispersión longitudinal: 0.4 m
*utilizar el sistema internacional de unidades
Utilizar la condición de contorno para el transporte de:
a) concentración prescrita por el flujo, para el contorno superior del modelo (x = 0 m)
b) sin condición en el contorno inferior (x = 40 m).
Mineralógicamente, el sistema está compuesto inicialmente por albita
(NaAlSi3O8) y cuarzo (SiO2). Los minerales secundarios que se tendrán en
cuenta son gibsita (Al(OH)3) y caolinita (Al2Si2O5(OH)4). Tratar las reacciones
de los minerales en cinética.
MINERAL
Albita
Cuarzo
Gibsita
Caolinita
A (m2/m3)
426
840
10-4
10-4
FRAC. VOL.
0.78
0.21
0.0
0.0
Se elegirán como componentes: Al, Cl, H+, Na y Si.
La ley cinética de reacción para la gibsita que existe en la base de datos se
debe completar con un nuevo término, que describe la dependencia de la
velocidad de reacción con respecto al pH en condiciones alcalinas:
nkin


R   k n a Hn,P  n,  1
n 1
n ,
Añadir un segundo término con kn = 7x10-15 m2/s y un término (aH+)-0.3. θ =  =
1.
Considerar dos tipos de aguas:
a) Solución de poro (inicial):
pH: 7
Al: 10-5 mol/kg
Cl: balance de carga*
Na: 10-4 mol/kg
Si: equilibrio con albita
b) Solución de entrada por el contorno:
pH: 4.3
Al: 10-6 mol/kg
Cl: balance de carga*
Na: 10-6 mol/kg
Si: 10-6 mol/kg
*El programa necesita que se entre un valor de concentración (e.g. 10 -4
mol/kg)
El tiempo total de modelización será de 2x106 años (6.3x1013 s). Utilizar una
discretización temporal mínima de 100 pasos de tiempo, un mínimo incremento
temporal de 3.17x10-8 años (1 s), un factor de 4 para la reducción del
incremento de tiempo (en caso de no convergencia) y un factor de incremento
de 2.
1.- Representar, para el tiempo final de la modelización, la evolución del
pH y de las concentraciones de Al, Cl, Na y Si en función de la distancia.
Representar también las cantidades disueltas o precipitadas de albita,
gibsita, caolinita y cuarzo, así como la fracción volumétrica total. ¿Qué
has sucedido con la porosidad, comparando con el valor inicial de 0.01?
2.- Modificar el caso anterior, especificando que el cálculo de la
disolución y precipitación de gibsita y caolinita se efectúe de acuerdo al
equilibrio. ¿Qué diferencia sustancial hay entre los casos 1 y 2, por lo que
se refiere a las zonas de gibsita y caolinita?