Очистка отработанных вод геотермальных электрических станций от кремнезема с утилизацией осадка

• Автор: Мин, Геннадий Михайлович
• Шифр специальности: 05.23.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Петропавловск-Камчатский
• Количество страниц: 181 с. : ил.

Содержание
Введение.

Глава 1. Проблема очистки отработанных вод ГеоЭС от кремнезема.

1.1. Типы твердых отложений в скважинах и теплооборудовании ГеоЭС.

1.2. Лабораторные эксперименты по осаждению кремнезема из гидротермальных сепаратов.

1.3. Испытание пилотных установок для очистки гидротермального сспарата от кремнезема

1.4. Меры контроля за скоростью роста твердых отложений без извлечения кремнезема.

Выводы.
Глава 2. Физикохимические характеристики отработанных вод ГеоЭС и коллоидного кремнезема.
2.1. Физикохимические характеристики гидротермального сепарата, определяющие процессы коагуляции и осаждения кремнезема.
2.2. Исследование кинетики поликонденсации ортокремниевой кислоты в гидротермальном сепарате.
2.3. Определение размеров коллоидных частиц кремнезема в гидротермальном сепарате методом фотонной корреляционной спектроскопии.
2.4. Массоперенос коллоидных частиц кремнезема в водном потоке и механизма их осаждения на поверхность канала.
2.5. Физикохимические характеристики твердых отложений коллоидного кремнезема в скважинах, трубопроводах и теплооборудовании ГеоЭС.
Выводы.
Глава 3. Коагуляция и осаждение кремнезма в гидротемалыюм сепарате катионами Са2 и Мй2 с вводом гашной извести и морской воды.
3.1. Коагуляция и осаждение кремнезма катионами Са2 с вводом в раствор гашной извести при температуре С.
3.2. Коагуляция и осаждение кремнезема катионами Са с вводом гашной извести при повышенной температуре С.
3.3. Обработки смешанного типа с одновременным добавлением гашной извести и свежеосажднных хлопьев кремнезма.
3.4. Коагуляция и осаждение кремнезма комбинацией катионов Са и с одновременным вводом гашной извести и морской воды.
4.1. Коагуляция и осаждение кремнезма катионами Са2 с вводом в раствор СаС при темепературе С.
4.2. Коагуляция и осаждение кремнезма катионами А с вводом в раствор А0,1 з Н.
4.3. Коагуляция и осаждение кремнезма катионами Ре3 с вводом в раствор РеС1з6 Н.
Выводы.
Глава 4. Коагуляция и осаждение кремнезема в гидротермальном рас воре с вводом хлористого кальция и легкогидролизирующихся
солей алюминия и железа.
Выводы.
Глава 5. Физикохимические характеристики и утилизация осажднного кремнезма.
5.1. Эксперименты по изготовлению натриевого жидкого стекла с различными техническими характеристиками.
5.2. Модифицирование поверхности осажднного кремнезма и изготовление сорбента для очистки вод от нефтепродуктов.
5.3. Изготовление сорбента для хромотографических колонок.
5.4. Использование кремнезема как добавки в цемент для повышения прочности бетонных изделий.
Выводы. ,
Глава 6. Разработка технологической схемы очистки гидротермального сепарата от кремнезма.
6.1. Стадии, процессы и аппаратурное оформление технологической схемы.
6.2. Параметры основных технологических аппаратов повышения
эффективности использования гидротермальных ресурсов.
Выводы.
Заключение.
Список литературы


Особенно очевидным образом проявились процессы образования смешанных отложений оксидов и сульфидов металлов и кремнезема на высокотемпературном месторождении в Солтон Си . Меры по устранению отложений оксидов и сульфидов металлов, как правило, основаны на ингибировании коррозии. Отложения кремнезема представляют наибольшую проблему, которая проявляется практически на всех г идротермальных месторождениях, особенно, высокотемпературных с преобладанием жидкой фазы , , , , , , . Это связано с тем, что растворимость карбонатов увеличивается при снижении температуры, а растворимость диоксида кремния 8Ю2, наоборот, уменьшается. Кроме того, в противоположность кальцитам, процесс образования отложений кремнезема лимитируется кинетикой, и может начаться через несколько минут или часов после достижения пересыщения. В отличие от карбонатов кальция отложения кремнезема с трудом поддаются механическому удалению. Первоначально кремнезем поступает в раствор вместе с другими соединениями в результате химического взаимодействия метеорной воды с алюмосиликатными минералами пород гидротермальных месторождений на глубине в зонах тепловых аномалий при повышенных температуре С и более и давлении 4,0,0 МПа и выше . Гидротермальный раствормногокомпонентный. В его состав входят соединения таких элементов, как Са, 1, Ыа, К, А1, Ре, Б, О, С1, Б, С, , Н, Ы, В, 1л, Аэ, микроколичества металлов Си, , , Аи и др Концентрация соединений кремния в растворе одна из самых высоких, так как кремний основной породообразующий элемент. На глубине при повышенной температуре кремний присутствует в растворе, главным образом, в виде отдельных молекул кремневой кислоты НЮ4 Константы диссоциации кремнекислоты Гой и 2ой ступеней с образованием ионов
Нз8ЮТ и НЮ4 и константы равновесия кремнесодержащих комплексов в диапазоне температуры С и показателя 7,,5 малы . Общее содержание С кремнезема 8Ю2 в воде при этих условиях можно оценить по растворимости кварца при температуре С С, 0 0 мгл. При восходящей фильтрации в трещиноватопористых породах месторождений или при движении в продуктивных скважинах ГеоЭС происходит снижение давления, температуры и частичное выпаривание раствора. Общее содержание кремнезема в растворе С, достигает при этом 0 мгл и более. Следствие этого образование водного раствора, пересыщенного относительно растворимости аморфного кремнезема Сс рис. Согласно экспериментальным данным Маршалла, зависимость Ск мгл от абсолютной температуры Т К для чистой воды выражается уравнением Се 0, 1,Т 2,5Т2 3,7Т3, 1. При температуре 0С растворимость Сс равна 0,8 мгл, при 0С 1,8 мгл, при 0С 4,7 мгл, при С 8,5 мгл. Такое состояние ортокремниевой кислоты в водном растворе нестабильно. Н8Ю4 8ьООН6 Н 1. От. ОН2т2 пОп1ОН2п2 тп0тпОН2п2т2 Н 1. Координационное число кремния в соединениях, образующихся по реакциям 1. ОН ОН он он
ОНОН ОНОН ОН8ьООН Н 1. Рис. Растворимость кремнезма в чистой воде при различной температуре. НЮ4 концентрация которой близка к растворимости Се, в равновесии с коллоидным кремнеземом. Кроме коллоидных частиц и молекул кремниевых кислот в растворе присутствует небольшое количество ионов ортокрем и исвой кислоты НЮ4, НЮ и макромолекулы поликремниевых кислот. Как показала обработка экспериментальных данных, полученных Розбаумом и Родэ , концентрации Сктсг димеров и СПтсг тримеров кремниевой кислоты аппроксимируются уравнениями молькг Слтсг 2, 5Т, 1. Сптсг 3,9Т, 1. Ь К, Т ,0,Т2, 1. К2 5, Т 0,1Т. Согласно уравнениям 17, при температуре 0 С и рН7,,2 доля димеров по отношению к ортокремниевой кислоте, концентрация которой близка к растворимости СсТ, не превышает 1,0 , доля тримеров 0,1 , тетрамеров и низкомолекулярных циклических полимеров до 6 единиц 8Ю2 , 0,1 . Доля ионов при этих условиях НЮ4и НЮ не более ,0 . В результате поликонденсации в растворе формируются частицы гидратированного аморфного кремнезема т8Ю2пН коллоидных размеров. Часть силанольных групп 8ЮН на поверхности частиц диссоциирует с отщеплением протона 1Г, и поверхность частиц приобретает отрицательный электрический заряд. Я1п 1 ехртз, 1. А 1 в 2р 1пб, 1.