DÂY LƯNG & VÍ DA CHẤT LƯỢNG CAO THƯƠNG HIỆU H2


QUÁ TRÌNH PHÈN HOÁ VÀ ĐẤT PHÈN

Nhằm mục đích bổ trợ kiến thức cho các bạn sinh viên ngành khoa học đất, Môi trường đất... tôi xin cung cấp thông tin về quá trình phèn hóa và đất phèn. Vì tôi nhận được nhiều thư hỏi về phè hóa bài viết này sẽ cung cấp kiến thức cho tất cả các bạn sinh viên đã viết thư cho tôi. Chúc các bạn học tốt và thành công.
 Hiện nay có nhiều quan điểm:
1. TS. Fridland cho rằng, S có trong nước biển theo thuỷ triều vào vùng nước lợ. Còn sắt, Al do các sản phẩm phong hoá theo dòng chảy ở dạng phù sa, tạo nên phèn. Tuy nhiên, quan điểm này không giải thích được có những nơi chế độ nước của các con sông giống nhau, ảnh hưởng thuỷ triều như nhau, nhưng có vùng tạo phèn có vùng không.
2. Moócmann cho rằng, sự hình thành phèn xuất hiện ở vùng nước lợ, có thuỷ triều xâm nhập và có sự tham gia của vi sinh vật với các giai đoạn sau:
a) Ion bị khử trong điều kiện thiếu oxy. Trong giai đoậnnỳ phải có đầy đủ hữu cơ để làm nguồn thức ăn cho vi sinh vật thiobacilus.
b) Sau đó, phản ứng giữa H2S với Fe có trong đất để tạo thành pyrite FeS2 (màu xám, sét).
Giai đoạn này nếu có CaCO3 thì không sinh ra phèn. Nhưng nếu thiếu Ca thì phản ứng tiếp tục ở giai đoạn 3.
c) FeS2 nếu có oxy thì oxy hoá để tạo thành FeSO4  và H2SO4  theo phản ứng.
d) Sau khi đã có axit H2SO4 và FeSO4 thì trong điều kiện có đủ oxy và vi sinh vật sẽ:
2FeSO4 + H2SO4 + O  Fe2(SO4)3 + H2O
Màu vàng rơm (tầng Jarosite) chính là màu của Fe2(SO4)3…
Theo tác giả ở đây cũng có phản ứng thuận nghịch:
Fe2(SO4)3 + 2H2O - 2FeSO4(OH) + H2SO4
H2SO4 vừa được hình thành sẽ phản ứng mạnh với khoáng sét để tạo thành sulfat, Al, natri và kali theo phương trình:
Al2O3SiO3 + 3 H2SO4  Al2(SO4)3 + silic hydroxit
Ảnh đào phẫu diện

ĐẤT PHÈN

3. Theo Van Rees có 3 điều kiện để hình thành đất phèn:
a)  có trong nước biển và trầm tích biển khi ở điều kiện khử sẽ tạo thành sunfat Fe và các sunfua khác.
b) Sau đó cần có môi trường oxy hoá để oxy hoá Sunfua Fe cho ra Fe2SO4, Al2(SO4)3 hay FeSO4. Đất trở nên chua, hoá phèn.
c) Nếu trong đất có CaCO3 thì phản ứng tiếp tục theo chiều hướng sau:
2CaCO3 + 2H2 SO4  CaSO4.2H2O + 2CO2
4. Gần đây Pons và Van Breeman đã xác định thêm về nguồn gốc của đất phèn:
a) Với đất phèn tiềm tàng: Sự hình thành đất này bao gồm sự tọ thành khoáng pyrite, chứa từ 2-10% trong đất. Sự tạo thành pyrite là do sự khử sulffat thành sulffit, dưới tác dụng của vi sinh vật. Sau đó sulfit (H2S) sẽ bị oxy hoá từng phần thành nguyên tố sulfua.
Sự tác động qua lại giữa các ion Fe+2 và Fe+3  với sunfit và nguyên tố sulfua cũng có sự tham gia của vi sinh vật. Như vậy sự tạo thành pyrite (FeS và FeS2) cần có: sunfat, Fe, chất hữu cơ đã phân huỷ, vi khuẩn có khả năng khử sunfat trong điều kiện kỵ khí và háo khí xảy ra luân phiên. Ở vùng nhiệt đới, dưới các rừng lầy lội, vật liệu hữu cơ rất nhiều. Ở đây mức thuỷ triều cao hay thấp có ảnh hưởng tới thời gian thoáng khí và kỵ khí. Pyrite được hình thành và tích tụ nhiều ở vùng kênh rạch có ảnh hưởng của thuỷ triều. Thật vậy, những nơi có thuỷ triều chênh lệch ít và không có nước biển tràn vào thì tầng pyrite mỏng. Ở vùng bờ biển mới bồi đắp thường chứa ít pyrite vì chưa đủ thời gian lắng đọng. Bởi vì muốn tạo được 1% pyrite trong đất phải mất ừ 50-1000 năm.
b) Đất phèn hoạt động (cố định).
- Khi đất phèn, tiềm tàng bị thoáng khí và mức nước ngầm giảm hạ xuống dưới tầng pyrite, nghĩa là vào mùa khô, mặt đất nứt nử, thì pyrite bị oxy hoá thành FeS2 dễ hoà tan và axit H2SO4.
FeS2 + 7/2O2 + H2O  Fe+2 + 2 + 2H+
Phản ứng sẽ được tăng cường khi có mặt vi khuẩn Thiobacillus và những vi khuẩn khác có thể sống được ở pH  2.
Vi khuẩn Thiobacillus Ferroxidans đã tham gia trong quá trình chuyển hoá Fe+2  Fe+3 để tạo thành phèn.
Fe+2 +  + 1/4O2 + 5/2H2O  Fe(OH)3 + 2H+ +
Fe+2 +  + 1/4O2 + 3/2H2O + 1/3K+  1/3Fe(SO4)2(OH)6 + H+ + 1/3
Sự xuất hiện của Fe+3 dưới dạng Fe2(SO4)3 và của KFe3(SO4)2(OH)6 đã làm cho đất có màu vàng đặc trưng.
Khi đã xuất hiện màu vàng rơm (Jarosite) tức là đất phèn tiềm tàng đã chuyển sang phèn hoạt động.
5. Theo một số tác giả Việt Nam thì:
Vào thờikỳ địa chất cách đây 5-6 ngàn năm, do biển nâng lên hạ xuống tạo một vùng biển cạn và bùn, biển, trên bùn biển mọc rừng sú vẹt, chúng bị vùi lấp dưới các phù sa cận sinh và phù sa mới. Sự phân huỷ của các sút vẹt và nước thuỷ triều xâm nhập tạo ra nhiều S và đó là nguồn gốc . Sự tạo thành có thể bằng 2 con đường.
a)  hay các dạng S được tích luỹ trong cây sú vẹt. Rừng sú vẹt trong điều kiện nước lợ bùn biển phát triển mạnh và sau đó bị vùi lấp. Quá trình phân giải yếm khí có sự tham gia của vi khuẩn Clostridium, Thiobacillus thioxidans để tạo ra số sản phẩm là CO2, axit hữu cơ, S hữu cơ, S và H2S.
b) Sự tạo thành  là S hay  có trong mẫu chất, nước biển xâm nhập theo thuỷ triều vào vùng bùn mặn có sú vẹt hay không có sú vẹt.
- Tổ hợp thứ 2 góp phần hình thành phèn là Fe. Ở nhiệt đới quá trình feralit phát triển mạnh, nghĩa là Fe có nhiều và do phù sa sông chuyển ra bờ biển. Và sự tạo thành FeS hoặc FeS2 xảy ra vừa bằng con đường hoá học vừa do vi sinh vật sắt, FeS2.
Ở đây, FeS2 ổn định hơn, nếu FeS dễ dàng chuyển sang FeS2.
Khi trong đất có pyrite thì xảy ra 2 trường hợp.
a) Nếu đất ngập nước thường xuyên, ở trạng thái khử, không có CaCO3 thì đất này gọi là đất phèn tiềm tàng.
b) Nếu đất bị oxy xâm nhập, quá trình oxy hoá xảy ra mạnh và tạo nhiều H2SO4.
FeS  S  H2SO4
Đồng thời với sự tạo thành H2SO4 trong đất, sản phẩm oxy hoá, còn có muối của chúng nữa, ví dụ FeSO4.
- Trong dung dịch FeSO4 một phần phân ly thành Fe+2 và , mặt khác Fe+2. lại có thể tạo thành Fe+3 dạng sulfat hay dạng Fe(OH)3. Chúng ta thấy màu vàng váng có ánh nổi lên trên mặt nước, đó là hỗn hợp của Fe2(SO4)3 và Fe(OH)3.3H2O.
- Khi đã có nhiều H2SO4 nó sẽ tác dụng với các alumosilicat trong đất và giải phóng ra nhiều Al+3 độc và pH  2 và tạo thành phèn Al2(SO4)3.