Разработка способов извлечения кремнезема из высокотемпературных гидротермальных теплоносителей

• Автор: Потапов, Вадим Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Петропавловск-Камчатский
• Количество страниц: 395 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы извлечения кремнезема из высокотемпературных гидротермальных теплоносителей и повышения эффективности их использования.
1.1. Существующие методы извлечения химических соединений из гидротермального теплоносителя.

1.2. Типы твердых отложений в скважинах и теплооборудовании ГеоЭС, ГеоТЭС.

1.3. Результаты лабораторных экспериментов по коагуляции и осаждению кремнезема в гидротермальном растворе и изучению физикохимических характеристик осажденного вещества.
1.4. Результаты испытания пилотных установок для извлечения кремнезема из потока гидротермального теплоносителя и контроля за ростом отложений.
1.5. Поиск информации по способам извлечения и использования геотермального кремнезема в патентных базах данных сети интернет.
Выводы.

Цели и задачи исследования.

Глава 2. Физикохимические характеристики коллоидного кремнезема в гидротермальном растворе.
2.1. Исследование кинетики полимеризации мономерного кремнезема и образования коллоидных частиц в гидротермальном растворе.
2.2. Измерение радиусов коллоидных частиц в гидротермальном растворе методом фотонной корреляционной спектроскопии.
2.3. Исследование массопереноса коллоидных частиц кремнезема в турбулентном водном потоке и механизма их осаждения на поверхность канала.
2.4. Физикохимические характеристики твердых отложений коллоидного кремнезема в скважинах, трубопроводах и теплооборудовании ГеоЭС.
2.5. Исследование образования отложений аморфного кремнезема численным моделированием химического равновесия в гидротермальном растворе при различных термодинамических условиях.
Стр.




3
4

Глава 3. Эксперименты по коагуляции и осаждению кремнезема в гидротермальном 7 растворе катионами Са2 и М2 с вводом гашеной извести и морской воды.
3.1. Физикохимические характеристики гидротермального раствора, определяющие процессы коагуляции и осаждения кремнезема.
3.2. Эксперименты по коагуляции и осаждению кремнезема катионами Са2 с вводом в раствор гашеной извести при температуре С.
3.3. Эксперименты по коагуляции и осаждению кремнезема катионами Са2 с вводом гашеной извести при повышенной температуре С.
3.4. Эксперименты по обработке смешанного типа с одновременным добавлением га шеной извести и свсжсосаждснных хлопьев кремнезема.
3.5. Эксперименты по коагуляции и осаждению кремнезема комбинацией катионов Са2 и Г2 с одновременным вводом гашеной извести и морской воды.
3.6. Эксперименты по коагуляции и осаждению кремнезема катионами Са2 и М2 с вводом морской воды.
Выводы
Глава 4. Эксперименты по коагуляции и осаждению кремнезема в гидротермальном
растворе с вводом хлористого кальция и лепсогидролизующихся солей алюминия и железа.
4.1. Эксперименты по коагуляции и осаждению кремнезема катионами Са2 с вводом в раствор хлористого кальция СаСЬ при температуре С.
4.2. Эксперименты по коагуляции и осаждению кремнезема катионами Са2 с вводом хлористого кальция СаСЬ при повышенной температуре С.
4.3. Эксперименты по коагуляции и осаждению кремнезема катионами Са2 и Мв2 с одновременным добавлением хлористого кальция СаСЬ и морской воды.
4.4. Эксперименты по коагуляции и осаждению кремнезема катионами А с вводом в раствор сернокислого алюминия АЬСЬЬ ШгО.
4.5. Эксперименты по коагуляции и осаждению кремнезема катионами Ре3 с вводом в раствор хлорного железа ГеС 6ЬЬО.
Выводы
Глава 5. Эксперименты по осаждению кремнезема из гидротермального раствора элек 9 трокоагуляцией на электродах из растворимого металла.
5.1. Эксперименты по осаждению кремнезема электрокоагуляцией при плотности тока от до 0 Ам2 и температуре С.
5.2. Затраты электрической энергии на осаждение кремнезема элсктрокоагуляцией на алюминиевых электродах.
5.3. Эксперименты по осаждению кремнезема электрокоагуляцией на алюминиевых электродах при повышенной температуре от до 0С.
5.4. Моделирование процесса растворения алюминиевых электродов в гидротермальном растворе.
5.5. Методика расчета оптимальных параметров элек грокоагулятора.
Выводы
Глава 6. Эксперименты по определению физикохимических характеристик и утилиза 0 ции осажденного кремнезема.
6.1. Эксперименты по осаждению кремнезема вымораживанием диспергированного рас твора.
6.2. Измерение характеристик пор тонко дисперсного порошка кремнезема методом низ котемпературной адсорбции азота.
6.3. Эксперименты по изготовлению натриевого жидкого стекла с различными техниче скими характеристиками в камеререакторе с подводом тепла от гидротермального теплоносителя.
6.4. Эксперименты по модифицированию поверхности осажденного кремнезема и ис пользованию его как сорбен та для очистки вод от нефтепродуктов.
6.5. Эксперименты по использованию кремнезема как сорбента для хроматографическо го разделения смесей жидких и газообразных органических веществ.
6.6. Эксперименты по использованию кремнезема как добавки в цемент для повышения прочности бетонных изделий.
Выводы
Глава 7. Разработка принципиальной химикотехнологической схемы осаждения крем
незема из потока гидротермального сепарата.
7.1. Стадии, процессы и аппараты химикотехнологической схемы.
7.2. Расчет параметров основных аппаратов схемы осаждения и принципы повышения
эффективности использования гидротермального теплоносителя бинарных энергоблоков ГеоЭС, ГеоТЭС.
Выводы.
Список литературы


Поэтому в пробах с более высоким показателем осаждение кремнезема происходило лучше. Для изучения влияния раствора на осаждение кремнезема пробы скважин РС и РС были обработаны коагулянтами после подщелачивания ЫаОН. Щелочь ЫаОН добавляли в раствор до ввода коагулянта. После подщелачивания раствора скважины РС до 6. С, так и при С. После подщелачивания расход извести, необходимый для осаждения коллоидного кремнезема в пробах раствора скважины РС, приблизился к расходу, необходимому для раствора скважин РС и РС без подщелачивания. Кроме того, при высоких расходах извести осаждалось большее количество мономерного кремнезема. Подщелачивание позволило провести коагуляцию и осаждение кремнезема с добавлением хлористого кальция СаС в растворе скважины РС при температуре С. После подщелачивания расход СаС, необходимый для осаждения коллоидного кремнезема из раствора скважины РС, стал сопоставим с расходом для раствора двух других скважин. Значительного усиления коагуляционного действия катионов Са2 при обработке СаС удалось также добиться после подщелачивания раствора скважины РС до 7. Из полученных результатов авторы работы сделали вывод, что коагуляция и осаждение кремнезема развиваются лучше в растворе с более высоким . Критический расход коагулянта для растворов месторождения МонтеЛмиата был ниже в тех пробах, где выше. Однако этот вывод авторы сделали на основе экспериментов по осаждению с добавлением только катионов кальция Са2 и в узком диапазоне значений показателя раствора скважин МонтеАмиата , что не позволяет судить об эффективности подщелачивания и расходе щелочи при обработке в других условиях и другими ионамикоагулянтами. Скорость оседания хлопьев слабо зависела от расхода и типа коагулянта . При температуре ПС она составляла сммин РС 1. РС 1. РС 1. С увеличением температуры до С скорость оседания возросла изза снижения вязкости воды сммин РС 4. РС 4. РС 4. Баррока предпринял попытку сравнить действие флокулянтов различного типа на процесс осаждения кремнезема в гидротермальных растворах Вайракей и Бродландс Новая Зеландия . Катионные полимерные флокулянты типа обеспечивали быструю коагуляцию кремнезема при концентрациях 5 мгл. Увеличение мутности раствора коррелировало с зарядом катионных полимеров. Неионные флокулянтьг из серииМагнафлок не вызывали флокуляцию при индивидуальном использовании. Неорганические осадители, типа полиалюминия хлорида, хлорида железа и гидроксида кальция услиливали объединение частиц кремнезема уже при концентрациях 5 мгл. Для быстрого осаждения кремнезема, то есть быстрее, чем за минут, требовалось давление 0 мгл полиалюминий хлорида ПАХ и мгкг извести СаО. Хлорид магния 2 усиливал осаждение при концентрациях более 0 мгл. Хлорид кальция не вызывал осаждения при концентрациях до 0 мгл. Способность влиять на скорость осаждения у неорганических осадителей убывала следующим образом I3 СаОН2 ПАХ 2 СаС. Добавление двухзарядных катионов типа катиона 2 в составе хлористого магния при обработке анионными и неионными флокулянтами увеличивало скорость осаждения. Этот эффект объяснили взаимодействием катионов магния с карбоксилатными группами акриламидов, что изменяло поверхностный заряд частиц и усиливало притяжение за счет образования мостиковых связей. Эффект усиления коррелировал с уменьшением анионного заряда и достигал максимума в случае неионных флокулянтов. Катионные флокулянта имели также повышенную способность к осаждению в комбинации с катионами магния. Анионные полимеры усиливали свою способность к осаждению в комбинации с полиалюминийхлоридом, причем эффект усиления возростал с увеличением заряда полимера. Катионные флокулянты демонстрировали ослабление способности к осаждению в комбинации с полиалюминийхлоридом. Ослабление было тем сильнее, чем больше заряд флокулянта. Неионные флокулянты в комбинации с полиалюминийхлоридом не меняли свою способность к осаждению. Авторы работы не предложили окончательного однозначного объяснения всех установленных особенностей изменения способности к осаждению различных типов флокулянтов.