Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ КРЕМНЕЗЕМА ИЗ ТЕРМАЛЬНЫХ ВОД

Изобретение относится к способам извлечения кремнезема из термальных вод и может быть применено в химической, нефтеперерабатывающей промышленности, в геотермальной энергетике. Кремнеземсодержащий материал может найти применение в производстве цемента, сорбентов, стекла, в результате чего становится возможным повышение рентабельности использования ресурсов гидротермальных теплоносителей.

Известны способы извлечения кремнезема из термальных вод, которые основаны на использовании осадителей в режиме хлопьеобразования.

В качестве осадителей кремнезема используется известь с одновременным добавлением морской воды (RU №2219127 от 06.03.2003 г. "Способ осаждения кремнезема из гидротермального теплоносителя с одновременным добавлением извести и морской воды"). Способ включает перемешивание раствора, образование хлопьев, их осаждение и отделение осадка от раствора.

Недостатком данного способа является необходимость обеспечения и хранения большого количества коррозионно-активных химических веществ. Кроме того, расход реагентов зависит от химического состава и температуры обрабатываемого гидротермального раствора, которые отличаются на каждом месторождении.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому решению является способ осаждения кремнезема из термальных вод электрохимическим путем (RU №2185334 от 20.07.2002 г. "Способ электрохимической обработки гидротермального теплоносителя"). В данном способе осадитель вводится путем электрохимической обработки гидротермального теплоносителя, где используется анод из растворимого металла. В ходе обработки при растворении материала анода образуются хлопья, которые осаждаются с кремнеземом из раствора.

Недостатки данного способа является большой расход электроэнергии и, вследствие этого, повышенный удельный расход металла анода.

Техническим результатом является осаждение кремнезема из гидротермального раствора без расхода электроэнергии и электродного материала.

Технический результат достигается тем, что в качестве осадителя используют кремнеземсодержащий материал-сорбент, добавляемый в гидротермальные воды Ханкальского месторождения при t=20-30°C и продолжительностью сорбции 2-25 минут при следующем содержании его 0,7-2,4 мас.%.

В качестве сорбента используется материал, полученный в результате электрохимической обработки гидротермального раствора. Среднее содержание кремнезема H₄SiO₄ в данном растворе составляет 110 мг/кг. Типичный химический состав проб раствора следующий (мг/кг): Na+K+ - 248,4, Ca+2 - 17,67, Mg+2 - 0,96, Cl- - 32,2, SO4+2 - 185, HCO3- - 427, показатель pH сепарата 7,5-8,5.

Осуществление предлагаемого способа происходит следующим образом. Материал-сорбент добавляли в гидротермальный раствор в разных массовых долях, перемешивали стеклянной палочкой и давали отстояться. Продолжительность сорбции составляла 2-25 мин. Затем, осадок отделяли от раствора с помощью фильтровальной бумаги. После этого определяли концентрацию остаточного кремнезема в растворе фотоколориметрическим желтомолибдатным методом на спектрофотометре СФ-2000 при длине волны 410 нм.

Пример 1. В шести пробирках готовят суспензии с массовой долей сорбента 2,44%. Для этого в каждую пробирку добавляют 12 мл гидротермального раствора и 0,3 г сорбента. Перемешивают. Дают отстояться. Приготовленные суспензии отфильтровывают через разные интервалы времени - 2, 5, 10, 15, 20, 25 мин. Измеряют оптическую плотность растворов на содержание остаточного кремнезема.

Пример 2. В шести пробирках готовят суспензии с массовой долей сорбента 1, 48%. Для этого в каждую пробирку добавляют 20 мл гидротермального раствора и 0,3 г сорбента. Перемешивают. Дают отстояться. Приготовленные суспензии отфильтровывают через разные интервалы времени - 2, 5, 10, 15, 20, 25 мин. Измеряют оптическую плотность растворов на содержание остаточного кремнезема.

Пример 3. В шести пробирках готовят суспензии с массовыми долями сорбента 0,7%, 1%, 1,5%, 2,4%. Для этого в пробирки наливают гидротермальный раствор следующих объемов - 42,56, 29,7, 19,7, 12,2 мл; в каждую пробирку добавляют сорбент массой 0,3 г. Перемешивают. Дают отстояться. Приготовленные суспензии отфильтровывают через 25 мин. Измеряют оптическую плотность растворов на содержание остаточного кремнезема.

Пример 4. Готовят суспензию с массовой долей сорбента 0,7%: 42,56 мл гидротермального раствора и 0,3 г сорбента. Перемешивают. Дают отстояться. Приготовленную суспензию отфильтровывают через 25 мин. Измеряют оптическую плотность раствора на содержание остаточного кремнезема.

Полученный осадок вновь добавляют в исходный гидротермальный раствор. Перемешивают. Дают отстояться и отфильтровывают через 25 мин. Измеряют оптическую плотность раствора на содержание остаточного кремнезема. Опыт повторяют третий раз.

Результаты исследований по данным примерам представлены на фиг.1:

где:

а) изменение оптической плотности раствора в зависимости от продолжительности адсорбции при 2,44% содержании сорбента;

б) изменение оптической плотности раствора в зависимости от продолжительности адсорбции при содержании 1,48% сорбента;

в) изменение оптической плотности в зависимости от процентного содержания адсорбента при продолжительности адсорбции 25 мин;

г) изменение оптической плотности в зависимости от количества использования сорбента; w (сорбента) = 0,7%; t=25 мин.

При добавлении сорбента в кремнеземсодержащий раствор его оптическая плотность понижается на 50-60% уже спустя 2 минуты. Через 25 минут оптическая плотность понижается на 80-90% (Фиг.1, а);

при уменьшении доли сорбента в растворе до 1,48% эффективность его сорбционных свойств сохраняется (Фиг.1, б);

чем больше концентрация сорбента в растворе, тем выше степень извлечения кремнезема. При добавлении 0,7%, 1%, 1,5%, 2,4% сорбента степень извлечения кремнезема соответственно равна 64%, 78%, 86%, 91% (Фиг.1, в);

при повторном использовании сорбента оптическая плотность раствора понижается по сравнению с оптической плотностью исходного раствора, что свидетельствует о возможности неоднократного использования сорбента (Фиг.1, г).

В заявленном способе при использовании материала-сорбента на его поверхности адсорбируется диоксид кремния, в результате чего происходит уменьшение концентрации кремнезема в данном растворе.

Реализация заявляемого способа не требует расхода электроэнергии и электродного материала, а также доставки, хранения и использования коррозионно-активных реагентов.