|
41 кремнезема и различным рН. Пробы раствора были отобраны с линии обратной закачки Верхне-Мутновской ГеоЭС и представляли собой смесь сепарата трех продуктивных скважин 048, 049, 055 месторождения. Пробы раствора перед измерениями нагревали от температуры 20°С до 98°С и в течение 4-х ч выдерживали в термостате при 96-98°С для растворения и перехода избыточного количества коллоидного кремнезема в кремнекислоту в соответствии с растворимостью Сс аморфного кремнезема при повышенной температуре. После завершения растворения концентрацию ортокремниевой кислоты сравнивали с растворимостью Сс.. Затем раствор быстро, в течение 1-2 мин, охлаждали до температуры 20°С. Из раствора через определенное время после охлаждения отбирали аликвоты, в которых желтомолибдатным методом определяли концентрацию ортокремниевой кислоты С5. Быстрое охлаждение до 20°С приводило к созданию в растворе пересыщения 8т = (С5-Сс) по мономерному кремнезему, так как растворимость при 20°С более чем в два раза ниже, чем при 96-98°С. В пересыщенном растворе развивалась реакция поликонденсации и концентрация ортокремниевой кислоты уменьшалась в зависимости от времени 1Р, прошедшем после начала поликонденсации. В 1-ой серии измерения были выполнены в пробе с общим содержанием 8Ю2 С1=411,25 мг/л и рН=8,47. Результаты определения концентрации С* ортокремниевой кислоты в зависимости от продолжительности поликонденсации 1р, а также пересыщение 8т раствора и натуральный логарифм пересыщения 1п8т приведены в таблице 2.2. Зависимость 1п8т от времени Ц имеет два участка: первый участок, где зависимость близка к линейной, и второйпри Гр > 6-10 ч, где кривая 8ГП(1Р) выполаживается. При Сс= 140 мг/л 1-ый участок отвечает диапазону !р= 0-4 ч, при Сс= 160 мг/лпри 1р= 0-5 ч. На рис. 2.2 показана экспериментальная зависимость пересыщения 8т по ортокремниевой кислоте от продолжительности поли конденсации 1р, полученная в 1-ой серии измерений, при Сс= 160 мг/л, на рисунке 2.3 показана зависимость логарифма пересыщения 1п8т. |
Глава 2. Физико-химические характеристики коллоидного кремнезема в гидротермальном растворе. Для разработки техники извлечения кремнезема необходимо изучение физико-химических характеристик различных соединений кремния в гидротермальном растворе. Продолжительность стадии старения раствора, в ходе которой происходит полимеризация мономерного кремнезема и образование коллоидных частиц, определяются скоростью этой реакции. На скорость полимеризации влияют температура, рН, ионная сила раствора, общее содержание кремнезема. Кинетика коагуляции и осаждения кремнезема, состав, микроструктура, характеристики пор осажденного материала зависят от размеров, сорбционной способности поверхности и подвижности коллоидных частиц и их комплексов в водном растворе. Тенденция образования отложений коллоидного кремнезема из потока гидротермального теплоносителя определяется растворимостью аморфного диоксида кремния при различных температуре, давлении и показателе рН водного раствора. Для разработки оптимальных способов извлечения кремнезема из теплоносителя с конкретным химическим составом были проведены исследования физико-химических характеристик кремнезема в растворе сепарата скважин Мутновского месторождения. 2.1. Исследование кинетики полимеризации мономерного кремнезема и образования коллоидных частиц в гидротермальном растворе. Измерения скорости полимеризации проводили при температуре 20°С в пробах гидротермального раствора с различным общим содержанием кремнезема и различным рН. Пробы раствора были отобраны с линии обратной закачки Верхне-Мутновской ГеоЭС и представляли собой смесь сепарата трех продуктивных скважин 048, 049, 055 месторождения. Пробы раствора перед измерениями нагревали от температуры 20°С до 98°С и в течение 4-х ч выдерживали в термостате при 96-98°С для деполимеризации и перехода избыточного количества коллоидного кремнезема в мономер ный в соответствии с растворимостью Сс аморфного кремнезема при повышенной температуре. После завершения деполимеризации концентрация мономерного кремнезема сравнивалась с растворимостью Сс. Затем раствор быстро, в течение 1-2 мин, охлаждался до температуры 20°С. Из раствора через определенное время после охлаждения отбирали аликвоты, в которых желтомолибдатным методом определяли концентрацию мономерного кремнезема С$. Быстрое охлаждение до 20°С приводило к созданию в растворе пересыщения $т = (С5-Сс) по мономерному кремнезему, так как растворимость при 20°С более чем в два раза ниже, чем при 96-98°С. В пересыщенном растворе развивалась реакция полимеризации, и концентрация мономерного кремнезема уменьшалась в зависимости от времени 1р, прошедшем после начала полимеризации. Таблица 2.1 Зависимость концентрации мономерного кремнезема от продолжительное!*! полимеризации в гидротермальном растворе при температуре 20°С, Сс= 411.25 мг/кг, рН=8.47, Се=160.7 мг/кг. (-)величина не рассчитывалась. 1р» Ч С5, мг/кг ЗпгЧСгС*), мг/кг 1п5т 0.0 390.6 229.9 5.44 . 1.0 300.0 139.3 4.94 2.0 234.4 73.7 4.309 3.0 201.9 41.2 3.735 4.0 190.6 29.9 3.421 5.0 183.1 22.4 3.139 24.0 167.5 6.8 2.014 48.0 137.5 — — В 1-ой серии измерения были выполнены в пробе, в которой общее содержание С{ кремнезема ЗЮг было понижено от 700 мг/кг до 411.25 мг/кг добавлением коагулянта хлористого кальция. Коагулянт добавляли в количестве 300 мг/кг при повышенной температуре 98°С после проведения деполимериза ции в течение 4-х часов. Обработка коагулянтом привела к осаждению всего коллоидного кремнезема, так что в растворе остался только мономерный кремнезем. В начальный момент времени при Хр равном нулю разница между общим содержанием кремнезема и концентрацией в мономерной форме была практически равна нулю. После добавления хлористого кальция рН раствора понизился до 8.47. Результаты определения концентрации С5 мономерного кремнезема в зависимости от продолжительности полимеризации 1Р, а также пересыщение 5т раствора и натуральный логарифм пересыщения 1пЗт приведены в таблице 2.1. Зависимость 1п5тот времени 1р имеет два участка: первый участок, для которого зависимость близка к линейной, и второйпри 1Р > 6-10 ч, где кривая 8т(*р) выполаживается. При Сс= 140 мг/кг 1-ый участок отвечает в диапазону 1р = 0-4 ч, при Сс = 160 мг/кгпри 1р = 0-5 ч. Протяженность линейного участка связана с выбором константы Се, и его можно расширить, если, например, положить константу концентрации Сс= 167.5 мг/кг. На рис. 2.1 показана экспериментальная зависимость пересыщения $т по мономерному кремнезему от продолжительности полимеризации 1р, полученная в 1-ой серии измерений, при Сс = 160 мг/кг, на рисунке 2.2 показана зависимость логарифма пересыщения 1п8т. В общем случае функция $т подчиняется дифференциальному уравнению [59]. азт%=-кр-Зт п, (2.1) где кр константа скорости реакции полимеризации, зависящая от температуры, показателя рН, ионной силы раствора 15, пр порядок реакции полимеризации. Согласно полученным экспериментальным данным оказалось, что порядок пр = 1.0. Решение дифференциального уравнения (2.1) при пр = 1.0 выражается в виде экспоненциальной функции: |