СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ КОЛЛОИДНОГО КРЕМНЕЗЕМА ИЗ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ КРЕМНЕЗЕМСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА С ПОНИЖЕННОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ПРИМЕСЕЙ Российский патент 2007 года по МПК C01B33/00 C01B33/12 C01B33/14 

Изобретение относится к способам извлечения химических соединений из жидкой фазы гидротермального теплоносителя. Основным объектом для извлечения кремнезема является жидкая фаза природного гидротермального теплоносителя, сформировавшегося в контакте с горячими породами при повышенном давлении и температурах 250-300°С и более, что обеспечивает высокое содержание кремнезема. Жидкая фаза теплоносителя (гидротермальный сепарат) отделяется в сепарационных устройствах от двухфазного пароводяного потока, поступающего на поверхность по скважинам. Извлечение коллоидного кремнезема может проводиться на геотермальных электрических и теплоэлектрических станциях (ГеоЭС, ГеоТЭС) одновременно с получением электрической и тепловой энергии, что позволит повысить эффективность использования теплоносителя. Кремнезем может извлекаться и в отсутствие геотермального энергопроизводства только для получения минерального сырья в виде аморфного кремнеземсодержащего материала, утилизуемого в различных отраслях промышленности.

Заявленный способ применяется для достижения следующих целей.

1. Извлечение коллоидных частиц кремнезема из жидкой фазы гидротермального теплоносителя и получение тонкодисперсного аморфного диоксида кремния с низкой концентрацией примесей до 1,0-0,1 мас.% и ниже, утилизуемого в промышленности.

2. Снижение концентрации C_col коллоидного кремнезема в гидротермальном сепарате ГеоЭС, ГеоТЭС и регулирование таким образом скорости роста твердых отложений, ограничивающих возможности использования теплоносителя, в скважинах, трубопроводах, теплооборудовании ГеоЭС, ГеоТЭС.

3. Повышение эффективности использования теплоносителя ГеоЭС, ГеоТЭС за счет суммы нескольких факторов.

1) Снижение скорости роста твердых отложений позволит охлаждать гидротермальный сепарат до более низких температур - 100-80°С и ниже по сравнению с условиями, когда температуру сепарата в водном тракте ГеоЭС, ГеоТЭС и скважинах обратной закачки сепарата поддерживают не ниже 140-160°С, и за счет этого получать дополнительную электрическую энергию в теплообменниках бинарных энергомодулей (БЭ) ГеоЭС, ГеоТЭС, предназначенных для нагрева от сепарата органического рабочего тела (ОРТ). Нагрев ОРТ, который зависит от степени охлаждения сепарата в теплообменниках БЭ, определяет мощность по генерации электроэнергии на бинарной турбине, на которую подается ОРТ. Количество тепловой энергии, которое можно получить из сепарата и затем использовать для отопления, горячего водоснабжения, нужд сельского хозяйства и др., также зависит от степени охлаждения сепарата.

2) Получение минерального сырья в виде аморфного кремнезема, который используется в различных отраслях силикатной и химической промышленности. Область использования осажденного кремнезема зависит от его физико-химических характеристик: содержания примесей (типа Fe, Al, Са, S, As), плотности, удельной площади поверхности, пористости, распределения площади и объема по диаметру пор, среднего диаметра пор, коэффициента отражения света (белизны поверхности), микроструктуры кремнезема (размер и форма агрегатов частиц) и др. [1-3]. Кремнезем может быть использован при изготовлении бумаги, резины, клея, красителей, лаков, стекла, керамики, цемента, кирпича, буровых растворов, адгезивных средств, сорбентов, катализаторов и др.

3) Снижение скорости роста твердых отложений в трубопроводах, теплооборудовании и скважинах обратной закачки (реинжекционных скважинах) ГеоЭС, ГеоТЭС и в участках трещиновато-пористых породах гидротермального резервуара, в которые проводится обратная закачка сепарата. Это позволит сократить простои станции на удаление твердых отложений из тракта ГеоЭС, ГеоТЭС, а также расходы на бурение и строительство новых скважин обратной закачки.

Способ осуществляют следующим образом.

На чертеже изображены основные элементы оборудования мембранной установки для извлечения коллоидного кремнезема. БЭ - бинарный энергоблок; 1 - танк для старения; 2 - танк для ввода коагулянта; 3 - мешалка; 4 - дозатор коагулянта; 5 - насос; 6 - керамические мембранные фильтры. Поток двухфазного гидротермального теплоносителя после подъема на поверхность по скважинам разделяют в сепараторах на пар, который далее в условиях ГеоЭС, ГеоТЭС подают на турбины для генерации электроэнергии, и жидкость (гидротермальный сепарат). Сепарат направляют в теплообменники бинарного энергоблока (БЭ), в которых он интенсивно охлаждается, передавая тепло низкокипящему органическому рабочему телу (ОРТ), которое подают на газовую турбину для генерации электроэнергии. Время пребывания гидротермального раствора в трубах теплообменника БЭ мало по сравнению со временем индукции τ_in, и процессы нуклеации и полимеризации ортокремниевой кислоты (ОКК) не успевают развиться. После выхода из теплообменника БЭ гидротермальный раствор направляют в танк для старения для завершения нуклеации и полимеризации ОКК и образования коллоидных частиц кремнезема заданного размера. В случае, когда извлечение проводят в отсутствие геотермального энергопроизводства, сепарат после отделения от паровой фазы направляют в танк для старения для завершения нуклеации и полимеризации ОКК. Перед вводом в танк для старения температуру сепарата можно регулировать пропусканием через теплообменники. После старения осуществляют ввод катионов металлов (Са²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Fe³⁺ и др.) одного типа или комбинации катионов разного типа добавлением раствора коагулянта(ов) и перемешиванием. Концентрация катионов ниже критической для хлопьеобразования, и осаждения кремнезема не происходит. Далее насосом раствор направляют в мембранные фильтры. Напор ΔP_MF (Па), создаваемый насосом, должен быть достаточным для фильтрования заданного расхода Q_GW (м³/с) раствора через мембранный слой. После извлечения кремнезема из сепарата, в котором концентрация кремнезема значительно уменьшилась, может проводиться дополнительное извлечение тепла.

Отработанный сепарат закачивают в породы резервуара через реинжекционные скважины, что необходимо для поддержания давления в резервуаре, дебита продуктивных скважин и снижения влияния на экологию окружающей среды при долгосрочном использовании геотермальных ресурсов. Количество электрической и тепловой энергии, которое получают таким образом на БЭ ГеоЭС, ГеоТЭС, зависит от температуры, до которой может охлаждаться сепарат в теплообменниках без дальнейшего образования отложений в трубопроводах и скважинах обратной закачки.

Старение раствора гидротермального сепарата, вышедшего из теплообменников бинарного энергоблока, осуществляют для завершения нуклеации и поликонденсации молекул ОКК и образования коллоидных частиц кремнезема заданных размеров и концентрации. Скорость процессов нуклеации и роста частиц кремнезема, конечный размер частиц и их концентрацию регулируют варьированием температуры, рН водного раствора, а также добавлением водных сред, несущих коллоидные частицы кремнезема, которые могут быть центрами роста.

После ввода катионы-коагулянты Са²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Fe³⁺ и др. сорбируются поверхностью коллоидных частиц кремнезема и служат мостикообразователями между частицами для их укрупнения и образования агрегатов с размерами, превышающими размеры частиц, сформировавшихся в результате нуклеации и поликонденсации. Катионы металлов могут вводиться добавлением в раствор гидролизующихся солей металлов. Один из вариантов ввода катионов - электрохимическое растворение металлического анода (алюминий, железо и др.) при пропускании электрического тока. Катионы кальция и магния можно ввоить добавлением морской воды.

Устройства с мембранными фильтрами, через которые фильтруют раствор, имеют диаметры d_p пор меньше, чем размеры агрегатов коллоидных частиц кремнезема: 0,025-1,0 мкм.

Материал, извлеченный фильтрами, удаляют из фильтров, промывают его для снижения концентрации примесей в подкисленной водной среде, имеющей рН4-7, обезвоживают и сушат с получением тонкодисперсного порошка аморфного кремнезема с низкой концентрацией примесей (1,0-0,1 мас.% и менее).

Доля извлеченного коллоидного кремнезема зависит от диаметра пор фильтра, температуры раствора, количества катионов металлов, введенных в раствор для укрупнения частиц кремнезема, рН раствора и может меняться в зависимости от указанных факторов от 0,01 до 1,0. Количество введенных катионов металлов может меняться от нуля до критической концентрации. В случае, когда количество введенных катионов равно нулю, фильтрование через мембранные фильтры позволит извлечь только те частицы кремнезема, размеры которых превышают диаметры пор мембранных фильтров.

Стоимость Ex_EP электрической энергии, затраченной на работу насосов при продолжительности работы установки τ(с):

η_р - КПД насоса, α_E - стоимость кВт·ч электроэнергии, руб./кВт·ч. Стоимость T_R химических реагентов, используемых для коагуляции коллоидных частиц, зависит от удельного расхода реагентов Q_R (кг/м³) и их стоимости α_R (руб./кг):

Реализация заявленного способа позволит:

1) получить прибыль Pr_BE от продажи дополнительной электрической энергии, производимой бинарным энергоблоком:

где η_BE - КПД бинарного энергоблока, С_р - объемная теплоемкость водного раствора, Дж/м³, T₁ - температура на входе в теплообменник БЭ, Т₂ - температура на выходе из теплообменника БЭ;

2) получить прибыль Pr_AS от продажи аморфного кремнезема:

где C_t1 - концентрация на входе в установку для извлечения кремнезема (кг/м³), C_t2 - концентрация на выходе из установки (кг/м³), стоимость порошка аморфного кремнезема α_AS (руб./кг); стоимость извлеченного кремнезема зависит от его физико-химических характеристик и отрасли промышленности, в которой извлеченный материал можно утилизовать;

3) получить прибыль Pr_S от продажи дополнительной электроэнергии за счет ликвидации простоев ГеоЭС, возникающих из-за необходимости удаления твердых отложений кремнезема из оборудования:

где N_GP - мощность ГеоЭС, МВт, Δτ - продолжительность простоев ГеоЭС, с;

4) получить прибыль за счет ликвидации потерь энергии, возникающих из-за повышения перепадов давления на участках водного и парового тракта ГеоЭС:

где ΔP_WP - снижение давления на участках водного тракта, на которых произошел рост твердых отложений кремнезема и уменьшилось сечение трубопроводов, требующее компенсации за счет работы водных насосов; ΔN_TU - снижение мощности паровой турбины вследствие изменения давления, расхода и удельной энтальпии пара, кВт;

5) получить экономию Ес_D за счет устранения затрат на бурение скважин обратной закачки отработанного теплоносителя в случае заполнения их твердыми отложениями:

где N_W - количество скважин обратной закачки, H_W - средняя глубина скважин, м, α_W - средняя стоимость бурения и строительства 1 м скважины обратной закачки в зонах тепловых аномалий, руб./м.

Таким образом, прибыль Pr_BM от использования мембранной установки для извлечения коллоидного кремнезема выражается формулами:

Образование коллоидного кремнезема в гидротермальном растворе происходит в результате нуклеации и поликонденсации молекул ОКК, поступивших в гидротермальный раствор в ходе его химического взаимодействия с алюмосиликатными минералами пород в недрах гидротермальных месторождений при повышенных температуре (250-300°С и более) и давлении (свыше 3,57-8,59 МПа).

Про подъеме по продуктивным скважинам снижаются давление и температура теплоносителя, причем давление из-за гидравлических потерь на трение, начиная с некоторой глубины, может стать ниже давления насыщенного пара, поэтому часть жидкого теплоностеля переходит в паровую фазу. Из-за риска образования твердых отложений аморфного кремнезема в скважинах, трубопроводах, теплооборудовании и аппаратах закачка сепарата проводится при повышенной температуре 140-160°С, что снижает эффективность использования теплоносителя для получения энергии и затрудняет извлечение полезных химических соединений.

Количество кремния, поступившего в раствор при химическом взаимодействии с породами, можно оценить по растворимости C_qu (моль/кг) α-кварца в чистой воде [4]:

В результате восходящей фильтрации в трещиновато-пористых породах гидротермальных месторождений или при подъеме в продуктивных скважинах ГеоЭС давление и температура раствора снижаются. При этом возможно разделение раствора на паровую и жидкую фазы. Вследствие этого водный раствор становится пересыщенным относительно растворимости аморфного кремнезема С_е (моль/кг), зависимость которой от абсолютной температуры Т для чистой воды подчиняется следующему уравнению [5]:

Состояние мономерной ОКК в пересыщенном водном растворе нестабильно. Пересыщение раствора вызывает нуклеацию и полимеризацию молекул кремнекислоты с конденсацией силанольных групп, образование силоксановых связей и частичную дегидратацию согласно следующим реакциям:

Многоатомные агрегаты, возникшие в результате полимеризации, приобретают трехмерную структуру в виде коллоидных частиц кремнезема. Часть кремния после завершения полимеризации продолжает оставаться в виде молекул ортокремниевой кислоты H₄SiO₄, концентрация C_s которой близка к растворимости аморфного кремнезема С_е(Т) в равновесии с коллоидным кремнеземом. Кроме коллоидных частиц и молекул кремниевых кислот в растворе присутствует небольшое количество ионов кремниевых кислот (Н₂SiO₄ ^-, H₂SiO₄ ^2-, HSiO₃ ^- и т.д.) и макромолекулы поликремниевых кислот. При температуре 20-180°С и рН7,0-9,2 доля димеров по отношению к ортокремниевой кислоте, концентрация которой близка к растворимости С_е(Т), не превышает 1,0%, доля тримеров - 0,1%, тетрамеров и низкомолекулярных циклических полимеров (до 6 единиц SiO₂)<0,1%. Доля ионов H₃SiO₄ ^- и H₂SiO₄ ^2- при этих условиях не превышает 14,0%. Сумма концентраций коллоидного кремнезема C_col, растворимой кремнекислоты C_s и ионов кремниевых кислот C_in составляет общее содержание C_t кремнезема в растворе:

Один из возможных объектов для извлечения коллоидного кремнезема - высокотемпературный теплоноситель Мутновского месторождения, характерные концентрации основных компонентов в жидкой фазе которого показаны в табл. 1. В таблице 2а приведены концентрации кремнезема в сепарате скважин Мутновского месторождения, в таблице 2б - температуры теплоносителя на забое продуктивных скважин. Диапазон значений рН сепарата 8,0-9,3 (табл.2а), температуры, при которых теплоноситель взаимодействует с породами резервуара 243-303°С.

Пересыщение S_N(T), равное отношению C_s/С_е, и рН - это основные факторы, определяющие скорость нуклеации I_N ⁰ кремниевой кислоты в водном растворе. Максимальная скорость нуклеации достигается через некоторое время, превышающее время индукции τ_in, необходимое для роста и формирования стабильной популяции частиц с размерами, близкими к критическому. Ядра конденсации в пересыщенном растворе термодинамически неустойчивы: ядра с размерами, превышающими критический, увеличиваются, ядра с размерами менее критического - уменьшаются.

Значения критического радиуса R_cr при условиях, характерных для гидротермального раствора Мутновского месторождения (рН 8,7, C_t=700 мг/кг), увеличиваются от 0,3 до 2,3 нм с ростом температуры от 20 до 153°С. Рост температуры и снижение рН раствора одинаковым образом влияет на время индукции, концентрацию и конечный размер частиц: с ростом температуры уменьшается скорость нуклеации I_N и увеличивается время индукции τ_in, снижается концентрация частиц N_p и увеличивается конечный средний радиус частиц R_f. В общем случае на скорость процессов нуклеации, конечный размер частиц и их концентрацию влияют такие факторы, как температура, рН раствора, общее содержание кремнезема, размеры и количество ядер, введенных в раствор до начала нуклеации.

Основные факторы, определяющие кинетику полимеризации кремнекислоты и скорость ее перехода в коллоидный кремнезем: температура, рН, ионная сила водного раствора. Для сепарата скважин Мутновского месторождения характерное время τ_р полимеризации, в течение которого пересыщение относительно растворимости аморфного кремнезема уменьшается в 2,71 раза, при рН 8,0-9,3 и температуре 20°С находится в пределах 60 мин, при 50°С значение τ_р=36,0 мин, при 75°С - τ_р=20,9 мин, при 100°С - τ_р=8,3 мин. Снижение рН подкислением раствора приводит к замедлению полимеризации и увеличению значения τ_р. При рН 4,0-5,0 достигается ингибирование полимеризации.

Размер и концентрация коллоидных частиц зависят от температуры и рН раствора, при которых проходили нуклеация и полимеризация. Если нуклеация и полимеризация происходят неконтролируемым образом при переменной температуре, то образующаяся коллоидная система будет полидисперсной: размеры частиц будут распределены в определенном диапазоне. В таблице 3 представлены результаты измерения методом фотонной корреляционной спектроскопии (ФКС) в одной из проб гидротермального раствора Мутновского месторождения после проведения старения раствора при переменной температуре от 50 до 20°С. Результаты представлены в виде зависимости амлитуды рассеяния S_am от радиуса частиц r. Амплитуда рассеяния S_am пропорциональна количеству частиц с радиусами в соответствующем диапазоне величин. Средний радиус r_ср для частиц указанной пробы раствора был 11,09±0,18 нм. Коэффициент диффузии, соответствующий такому радиусу, равен D=(1,92±0,03)·10^-7 см²/с. Доля частиц с радиусами в диапазоне (1-57,54) нм - 88,72%, (1-83,17) нм - 93,37%, (1-120,22) нм - 96,51% (табл.3). Средний радиус частиц в подобных пробах гидротермального раствора по данным ФКС принимает значения от 7,0 до 30,0 нм.

Коллоидные частицы кремнезема неустойчивы по отношению к катионам металлов, введенных в раствор добавлением коагулянтов. В таблице 4 приведены данные по критическому расходу относительно хлопьеобразования для каждого коагулянта и коагулирующего катиона.

Существующие способы извлечения кремнезема основаны на использовании коагулянтов в количествах, равных или превышающих критические концентрации относительно хлопьеобразования [6, 7]. Способ-прототип (Кашпура В.Н., Потапов В.В. Способ электрохимической обработки гидротермального теплоносителя. Патент РФ, № 2185334, 2002, приоритет от 12.05.2000 г.) предполагает ввод катионов металлов (алюминия, железа, меди и др.) за счет растворения металлического анода при пропускании электрического тока. Осаждение происходит в режиме хлопьеобразования, поверхность хлопьев сорбирует примеси, находящиеся в растворе, в результате чего концентрация примесей в осажденном материале достигает высоких значений.

Заявленный способ исключает хлопьеобразование и позволяет получить материал с концентрациями примесей более низкими, чем в случае применения существующих методов. За счет снижения концентрации примесей в извлеченном материале расширяются области его использования. Заявленный способ предполагает сокращение расхода химических реагентов по сравнению с существующими методами. При этом уменьшаются габариты танков-смесителей, количество дозаторов и перемешивающих устройств и расход электроэнергии на их работу.

Пример 1. Ввод катионов металлов в количестве меньше критического приводит к образованию агрегатов коллоидных частиц кремнезема и увеличению их среднего размера без хлопьеобразования. В таблице 5 приведены данные, полученные методом ФКС, показывающие изменение среднего размера частиц после ввода катионов Са²⁺, Al³⁺, Ni²⁺. Катионы Са²⁺ вводили добавлением гашеной извести, катионы Ni²⁺ и Al³⁺ - добавлением гидролизующихся солей: сернокислого никеля NiSO₄·7H₂O и сернокислого алюминия Al₂(SO₄)₃·7Н₂O. Затем пробы раствора фильтровали через фильтр с диаметром пор 0,22 мкм, и в растворе, прошедшем через фильтр, повторяли измерения методом ФКС, что позволяло судить об изменении размеров агрегатов коллоидных частиц после прохождения через поры фильтра.

После ввода катионов увеличивалась интенсивность рассеянного света и средний радиус частиц: после ввода катионов Са²⁺ средний радиус частиц возрос до 172,4 нм, после ввода Al³⁺ - до 73,4-100,2 нм (табл.5). Укрупнение частиц отмечено и в пробах, обработанных электрохимической коагуляцией на алюминиевых электродах: при силе тока 0,5 А, плотности тока j=37,5 А/м² и длительности обработки 5 мин средний радиус частиц возрос до 70-74 нм, при длительности электрообработки 15 мин средний радиус имел значения 111-147 нм. После пропускания раствора через мембранный фильтр происходило резкое снижение интенсивности рассеянного света I_FC, а также уменьшение среднего радиуса частиц (табл.5).

Пример 2. Результаты извлечения коллоидных частиц кремнезема с применением мембранных фильтров приведены в таблице 6. Диаметр d_p пор фильтра был 0,2 мкм. Перед фильтрованием в раствор добавлялся коагулянт: Al₂(SO₄)·18H₂O или AlCl₃·6Н₂O. Концентрация коагулянтов была ниже критической. В таблице 6 показана доля алюминия по отношению к SiO₂ в материале, задержанном фильтром, определенная по разности концентрации катионов алюминия и кремнезема в растворе до и после фильтрования.

Катионы Al³⁺, введенные в раствор, сорбировались поверхностью коллоидных частиц, что приводило к укрупнению частиц и образованию агрегатов с размерами более 0,2 мкм. Укрупненные агрегаты задерживались фильтром при фильтровании. Практически весь коллоидный кремнезем задерживался при вводе 150-170 мг/кг Al₂(SO₄)₃·18H₂O и 60-110 мг/кг AlCl₃·6Н₂О. Такие количества коагулянтов соответствовали концентрации Al³⁺ 12,1-13,7 мг/кг при вводе Al₂(SO₄)₃·18Н₂O и концентрации Al³⁺ 6,6-12,2 мг/кг при вводе AlCl₃·6Н₂O. Концентрация алюминия в материале, извлеченном с использованием мембранных фильтров, была ниже, чем в материале, полученном осаждением с хлопьеобразованием при концентрации коагулянтов выше критической: отношение Al/SiO₂ было в пределах 0,00921-0,0215 при добавлении Al₂(SO₄)₃·18H₂O, при добавлении AlCl₃·6Н₂O оно принимало значения 0,00993-0,017 (табл.6). Понизить содержание алюминия в извлеченном материале до таких значений без использования мембранных фильтров в режиме хлопьеобразования не удается.

Литература

1. Кашпура В.Н., Потапов В.В. Способ использования геотермального кремнезема для изготовления натриевого жидкого стекла. Патент РФ, № 2186025, 2000.

2. Потапов В.В. Способ использования кремнезема, осажденного из гидротермального раствора, для повышения прочности бетона. Патент РФ, № 2243951, 2003.

3. Потапов В.В., Гусева О.В. Способ использования кремнезема, осажденного из гидротермального раствора, как сорбента для газовой хроматографии. Патент РФ № 2259558, 2004.

4. Crerar D.A., Anderson G.M. Solubility and solvation reactions of quartz in dilute hydrothermal solutions // Chem. Geol. - 1971. - V.8. - Р.107-122.

5. Marshall W.L. Amorphous silica solubilities. I. Behaviour in aqueous sodium nitrate solutions: 25-300°C, 0-6 molal // Geochim. et Cosmochim. Acta. - 1980. - V.44. - P.907-913.

6. Кашпура В.Н., Потапов В.В. Способ электрохимической обработки гидротермального теплоносителя. Патент РФ, № 2185334, 2002, приоритет от 12.05.2000 г.

7. Потапов В.В., Карпов Г.А., Поваров К.О. Способ осаждения кремнезема из гидротермального теплоносителя с одновременным добавлением извести и морской воды. Патент РФ, № 2219127, приоритет - 6 марта 2002 года.

Таблица 1Концентрации анионов и катионов в гидротермальном сепарате с линии обратной закачки Верхне-Мутновской ГеоЭС, ионная сила I_s=14,218 ммоль/кг, уд. электропроводность σ=1250 мкСм/см, (H₄SiO₄)_t - общее содержание кремнезема, (H₄SiO₄)_s - концентрация растворенной ОКК, н.о. - концентрация не определена, (-) - значения не рассчитаны. рН9,35Компонентмг/лмг·экв/лмг·экв/л% мг·экв/лNa⁺239,410,41388,044K⁺42,01,0749,080Са²⁺1,60,07980,6747Mg²⁺0,720,05920,5005Fe^2,3+<0,1<0,00530,0448Al³⁺0,270,0330,2790NH₄ ⁺1,10,06090,5149Li⁺0,710,1020,8624Сумма по катионам285,911,827100,0Cl^-198,55,59147,664НСО₃ ^-81,01,32711,312СО₃ ^2-19,90,6635,652SO₄ ^2-192,13,999534,096HS^-4,950,15 H₂S⁰5,92--F^-н.о.н.о.-Сумма по анионам496,511,73100,0Н₃ВО₃106,9-(H₄SiO₄)_t1190-(H₄SiO₄)_s222-M_h, мг/кг1638,9

Таблица 2а.Химический состав сепарата скважин Мутновского месторождения.№ скв.рНМ г/лCl, мг/лSO₄, мг/лНСО₃, мг/лNa, мг/лК, мг/лСа, мг/лMg, мг/лNH₄, мг/лSiO₂, мг/лM18170525015610025051,42,80,21,25775М249167822219283,623045,34,40,40,2797М018,5188230810655,524254,80,70,010,1962М0128,3157716928966,928638,22,9  630М0138,8183128214480,525361,82,30,010,85860М0146,8163622719293,321746,53,60,010,85706М0208,5196446244,473,96339653,91,520,7876,8М0228,419964459627307720,4 0,2977М0278,6131421221950250341,4 3,3505M029W8,91617284188352434213 0,7771М0458,520084638914318720,3 0,2965М0488,2162227512695250431,5 1,8780M049N8,81489284188523074111 1,5487М0559,3168132513755277481,3 1831Таблица 2б.Температура теплоносителя на дне продуктивных скважин Мутновского месторождения.СкважинаТемпература, °СM1288М24283М01299М012243М013293М022303М023289М027245М037261М045296М047245М048261М055262

Таблица 3.Результаты измерений методом ФКС в пробе гидротермального раствора скважины Мутновского месторождения. r - радиус частиц, r_cp - средний радиус для интервала, нм, S_am - амплитуда рассеивания света, S_r - доля частиц, имеющих радиусы в диапазоне от 1 нм до значения, соответствующего концу указанного интервала. (-) - показатель не определяется.r, нмr_ср, нмS_amS_r, %r, нмR_cp, нмS_amS_r, %1,0-1,441,220,02223222,5983,17-120,22101,690,027052796,511,44-2,0891,760,03350386,49120,226-173,78147,000,016922898,492,0893-3,019952,550,047977612,08173,78-251,189212,480,0092554799,583,019-4,3653,690,064920319,64251,189-363,078307,130,00361224100,004,365-6,3095,330,082087429,21363,078-524,807443,940,0-6,309-9,127,710,095691841,07524,807-758,578641,690,0-9,12-13,1811,150,10179452,23758,578-1096,48927,520,0-13,18-19,0516,110,098602963,711096,48-1584,891340,680,0-19,05-27,5423,290,087502373,911584,89-2290,871937,880,0-27,54-39,8133,670,071884983,192290,87-3311,32801,080,0-39,81-57,5448,670,055220988,723311,3-4786,34048,80,0-57,544-83,17670,360,039897293,374786,3-10000,07393,150,0-

Таблица 4.Критический расход катионов металлов относительно хлопьеобразования и осаждения коллоидного кремнезема в гидротермальном растворе при температуре 20°С.КоагулянтКоагулирующий катионКритический расход коагулянта, мг/кгКритический расход катиона,мг/кгммоль/кгСаОСа²⁺80,057,11,424CaCl₂Са²⁺500,0180,184,495CuSO₄·5H₂OCu²⁺200,050,90,801CoSO₄·5H₂OСо²⁺400,083,881,423Pb(NO₃)₂Pb²⁺150,093,60,451NiSO₄·7H₂ONi²⁺225,047,00,801ZnSO₄·7H₂OZn²⁺250,056,850,869Al₂(SO₄)·18Н₂OAl³⁺250,020,20,748AlCl₃·6Н₂OAl³⁺150,016,650,617FeCl₃·6Н₂OFe³⁺250,055,660,996

Таблица 5.Изменение размеров агрегатов катионов металлов и коллоидных частиц кремнезема после фильтрования через мембранный фильтр, установленное методом ФКС. н.о. - измерения не проводились. d_p=0,22 мкм.Номер пробыКатион металлаКонцентрация катионов, мг/кгСредний радиус частиц r_ср, нмИнтенсивность рассеянного света I_FC, Гцдо фильтрованияпосле фильтрованиядо фильтрованияпосле фильтрования1Са²⁺28,6172,414,6206181145973Al³⁺1,6173,9C0,05021713014Al³⁺3,2100,20,011012914135Al³⁺4,896,130,13118105675976Al³⁺6,489,930,133606714317Ni²⁺20,9206,3н.о.16208108Ni²⁺31,4414,8н.о.32617н.о.

Таблица 6.Результаты экспериментов по извлечению коллоидного кремнезема с использованием мембранных фильтров, d_p=0,2 мкм при 20°С. КК - концентрация коагулянта, введенного в раствор перед пропусканием через фильтр.Al₂(SO₄)·18H₂OAlCl₃·6Н₂OКК, мг/кгC_t, мг/кгC_s, мг/кгAl/SiO₂КК, мг/кгC_t, мг/кгC_s, мг/кгAl/SiO₂170,0145,3112,50,0173110,0112,5112,50,0179165,0210,9118,750,0161105,0114,0112,50,0170160,0153,1125,00,0141100,0115,6112,50,0149155,0215,6118,750,021590,0139,4134,40,0148150,0209,4134,40,018880,0171,9137,50,0123140,0239,0128,10,013270,0175,0134,40,0136130,0400,0134,40,016865,0206,25128,10,0125120,0375,0118,750,013760,0209,4131,250,0100110,0383,1121,90,013655,0390,6118,750,0165100,0437,5123,750,0092150,0337,5115,60,012590,0531,25118,750,012345,0406,25112,50,0099380,0571,9118,750,010840,0518,75115,60,0151

Изобретение относится к способам извлечения химических соединений из жидкой фазы гидротермального теплоносителя. Способ извлечения коллоидного кремнезема из жидкой фазы гидротермального теплоносителя включает старение гидротермального раствора, нуклеацию и полимеризацию ортокремниевой кислоты с образованием коллоидных частиц кремнезема, ввод катионов металла и образование агрегатов частиц кремнезема. Катионы металлов вводят в количествах, меньших критических, так, что отсутствует хлопьеобразование, и после ввода катионов металлов раствор фильтруют через мембранные фильтры с диаметром пор 0,025-1,0 мкм. Результат изобретения: извлечение коллоидных частиц кремнезема из жидкой фазы гидротермального теплоносителя и получение тонкодисперсного аморфного диоксида кремния с низкой концентрацией примесей до 1,0-0,1 мас.% и ниже, утилизуемого в промышленности; снижение концентрации коллоидного кремнезема в гидротермальном сепарате ГеоЭС, ГеоТЭС и регулирование таким образом скорости роста твердых отложений, ограничивающих возможности использования теплоносителя, в скважинах, трубопроводах, теплооборудовании ГеоЭС, ГеоТЭС, повышение эффективности использования теплоносителя ГеоЭС, ГеоТЭС. 7 табл., 1 ил.

Способ извлечения коллоидного кремнезема из жидкой фазы гидротермального теплоносителя, включающий старение гидротермального раствора, нуклеацию и полимеризацию ортокремниевой кислоты с образованием коллоидных частиц кремнезема, ввод катионов металла и образование агрегатов частиц кремнезема, отличающийся тем, что катионы металлов вводят в количествах, меньших критических, так, что отсутствует хлопьеобразование, и после ввода катионов металлов раствор фильтруют через мембранные фильтры с диаметром пор 0,025-1,0 мкм.