CC BY
24за. Показано, что адсорбция ионов As3+, As5+ на модифицированных вермикулитобетоне и газобетоне протекает на внешней поверхности сорбентов и лимитируется стадией внешней диффузии к поверхности.
В результате сорбционного процесса происходит образование малорастворимых арсенатов и арсенитов железа, пригодных для захоронения. Высокая прочность поверхностного соединения делает данные сорбенты перспективными для использования в сорбционной технологии очистки воды.
Работа поддержана Гос. заданием "Наука" РФ (тема 1.1310.2014).
ЛИТЕРАТУРА
1. Калыгин А. В. Промышленная экология. М.: Издательский центр "Академия". 2004. 432 с.;
Kalygin A.V. Industrial ecology. M.: Publishing center "Academy". 2004. 432 p. (in Russian).
2. Зосин А.П., Примак Т.И. // Химия и технология неор-ганич. сорбентов. 1980. С. 92-97;
Sosin A.P., Primack T.I // Khimiya in tekhnologiya neorganich. sorbentov. 1980. P. 92-97 (in Russian).
Институт природных ресурсов,
Кафедра физической и аналитической химии
3. Мисин В.М., Майоров Е.В., Белоус Н.В. // Вода: химия и экология. 2012. № 3. C. 42-47;
Misin V.M, Maiyorov E.V., Belous N.V. // Voda: khimiya i ekologiya. 2012. N 3. P. 42-47 (in Russian).
4. Criscenti L.J., Sverjensky D.A. // Amer. J. Sci. 1999. V. 299. Р. 828-899.
5. Печенюк С.И. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2008. Т. 8. Вып. 3. С. 380-429;
Pechenyuk S.I. // Sorbtsionnye i khromatograficheskie processy. 2008. V. 8. P. 380-429 (in Russian).
6. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. М.: Химия. 1973. 376 с.;
Lurie Yu.Yu. Unified methods of water analysis. M.: Khimiya. 1973. 376 p. (in Russian).
7. Даниленко Н.Б., Савельев Г.Г., Яворовский Н.А., Юрмазова Т.А. // ЖПХ. 2008. Т. 81. Вып. 5. С. 768-773; Danilenko N.B., Saveliev G.G., Yavorovskiy N.A., Yurmazova T.A. // Zhurn. Prikl. Khimii. 2008. V 81. P. 768-773 (in Russian).
8. Ван Е.Ю. Совершенствование технологии переработки и обезвреживания высокотоксичных мышьяксодержа-щих растворов свинцово-цинкового производства. Авто-реф. к.т.н. Усть-Каменогорск: Восточно-Казахстанск. гос. технич. ун-т. 2010. 24 с.;
Van E.Yu. Improvement of the technology of processing and deactivation of highly toxic arsenic solutions of lead and zinc production. Extended abstract of candidate dissertation on technical science. East- Kazakhstan State Technical University. 2010. 24 p.
УДК 666.32/.36:666.3.015.4
Т.В. Вакалова, Л.П. Говорова, А.Ю. Токарева
ДУНИТОВАЯ ПОРОДА ИОВСКОГО (КЫТЛЫМСКОГО) МЕСТОРЖДЕНИЯ -ПЕРСПЕКТИВНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ПРОПАНТОВ
(Национальный исследовательский Томский политехнический университет) е-шай: [email protected]
Одним из самых распространенных современных методов интенсификации добычи нефти является гидравлический разрыв нефтеносного пласта, проведение которого невозможно без использования расклинивающего агента - керамических пропантов. В работе приводятся результаты комплексного исследования дунитовой породы Иовского месторождения как сырья для получения форстеритовых пропантов. Приведены результаты исследований химико-минералогического состава иовского дунита и его структурно-фазовых изменений при нагревании.
Ключевые слова: гидравлический разрыв пласта, керамические пропанты, магнезиально-силикатное сырье, дуниты, форстеритовая керамика
ВВЕДЕНИЕ гидравлический разрыв пласта (ГРП) [1]. Это свя-
В настоящее время из широкого разнооб- зано с тем, что для многих разрабатываемых неф-разия современных методов интенсификации до- тяных объектов с низкой проницаемостью коллек-бычи нефти наибольшее распространение получил торов отсутствуют гш.тернатавнга сп°с°бы эф-
фективного извлечения углеводородов. Поэтому только метод ГРП позволяет максимально интенсифицировать малопродуктивные скважины, подключая к разработке слабодренируемые зоны нефтегазоносного пласта [2]. Сущность данного метода заключается в совместном введении в коллектор смеси вязкой жидкости разрыва с пропан-том под давлением, превышающим предел прочности породы, в результате чего в горной породе образуется трещина [3]. Функции пропанта (зернистого расклинивающего агента) сводятся, с одной стороны, к предотвращению самопроизвольного закрытия образовавшейся трещины после завершения закачки жидкости разрыва, а с другой -к сохранению проницаемости призабойной зоны пласта [1,3].
Первоначально в технологии гидроразрыва в качестве пропанта использовался кварцевый песок, обладающий невысокой стоимостью и способностью сохранять высокую проницаемость на небольших глубинах. Но наряду с преимуществами данного природного материала, он обладает рядом недостатков, основным из которых является низкая прочность. Применение других материалов, таких как ореховая скорлупа, алюминиевые или стеклянные шарики, также не дало ожидаемых результатов [4]. В связи с этим в нефтегазодобыче предпочтение было отдано искусственным керамическим пропантам, которые отвечают всем современным требованиям, предъявляемым к расклинивающему агенту.
В настоящее время среди керамических пропантов наибольшее распространение получили пропанты алюмосиликатной природы на основе огнеупорных глин, каолинов и бокситов. В то же время появляется спрос на пропанты магнезиаль-но-силикатного, в частности, форстеритового состава.
Сырьем для получения форстеритовой керамики служат оливиниты, серпентиниты, дуни-ты, представляющие собой оливиниты в стадии серпентизации, содержащие 45-60 % оливинита и 40-55 % серпентинита, а также тальк и талькомаг-незиты [5].
Многообразие разновидностей природного магнезиально-силикатного сырья и их дифференцированный состав обусловливает необходимость детального исследования отечественных пород указанного вида с целью разработки технологии керамических пропантов на их основе.
В России основные, практически неисчерпаемые месторождения магнезиально-силикат-ного сырья сосредоточены на Урале, дунито-серпентинитовый пояс которого имеет протяженность от Полярного до Южного Урала. Одним из
самых крупных месторождений данного региона является Иовское (Кытлымское) месторождение дунитов [5].
Поэтому целью данной работы являлось комплексное исследование дунитовой породы Иовского месторождения и установление возможности использования его в качестве основного сырья в технологии форстеритовых пропантов.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Химический анализ пробы исследуемого дунита проводился согласно ГОСТ 2642- 81.
Минералогический состав иовского дунита устанавливался комплексом физико-химических методов анализа (рентгеновским и термическим методами). Рентгенографическое исследование проводилось на дифрактометре ДРОН-3,0 в СиКа-излучении, при напряжении на трубке 40 кВ и токе 25 шЛ, скорость вращения гониометра 4 градуса в минуту.
Поведение иовского дунита при обжиге в температурном интервале от 600 до 1500 °С исследовалось на образцах полусухого прессования, сформованных под давлением 15 МПа. Выдержка при максимальной температуре обжига составила 2 ч.
Структурно-фазовые изменения при нагревании оценивались методом рентгенофазового анализа.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В ходе исследования был установлен химический состав пробы иовского дунита, (% мас.): 8Ю2 - 38,50; АЬОз - 0,21; Ре20з - 7,59; СаО -0,39; МеО - 48,91; ТЮ2 - 0,41; МпО - 0,25; К20 -0,09; ^О - 0,10; Дш^ - 3,55.
Из приведенных данных следует, что исследуемая проба дунита характеризуется невысоким содержанием оксида алюминия и оксида кальция, которые являются вредными компонентами в форстеритовой керамике и их содержание не должно превышать 0,5-1 % Л12О3 и не более 2-3 % СаО. Невысокое значение потери массы при прокаливании указывает на то, что исследуемый дунит сложен преимущественно оливином с низкой степенью серпентинизации.
Для оценки качества магнезиально-сили-катного сырья имеют значение его магнезиально-силикатный (Mg0/Si02) и магнезиально-желези-стый (Mg0/Fe203) модули, которые в случае иовского дунита равны 1,27 (для минерала форстерита - 1,34) и 6,44 соответственно, что свидетельствует о его повышенном качестве, поскольку, чем больше значения этих модулей, тем более магне-зиально-силикатное сырье огнеупорно. Получен-
ные результаты химического анализа иовского дунита хорошо согласуются с результатами рентгеновского анализа, согласно которым основными породообразующими минералами являются оливин ((Mg,Fe)2SiО4), о чем свидетельствуют характеристические рефлексы на дифрактограмме с межплоскостным расстоянием 0,387; 0,275; 0,245 и 0,226 нм, а также форстерит (Mg2SiО4) (0,508; 0,348; 0,298 нм) (рис. 1). Кроме того, в данной породе в небольших количествах присутствуют серпентинит и магнетит ^е304), на что указывают рефлексы с межплоскостным расстоянием 0,298; 0,250 и 0,174 нм.
16000
1=
1 14000
g 12000 и
S 10000 ■е
Щ
о.
и О
еооо
6000
4000
m s о z
jü 2000 z
10
50
60
20 30 40 Угол 2 8, град
Рис. 1. Дифрактограмма дунита Иовского месторождения Fig. 1. Diffractogram of Iovsk deposit dunite
г 120
70
- 100
l
ES
u
0
1 CP
о &
600
800 1000 1200 1400 1600 Температура обжига, °C
Рис. 2. Кривые спекания дунита Иовского месторождения: 1 - прочность на сжатие (МПа); 2 - водопоглощение (%);
3 - усадка (%)
Fig. 2. Sintering curves of Iovsk deposit dunite: 1 - compressive strength (MPa); 2 - water absorption (%); 3 - shrinkage (%)
Химико-минералогический состав исследуемого дунита определяет его поведение при обжиге, обеспечивая спекание в температурном интервале от 1200 до 1500 °С (рис. 2). Анализ кривых спекания указывает на то, что в спеченном состоянии изделия полусухого прессования из пробы иовского дунита характеризуются достаточно высокой прочностью на сжатие - на уровне 108 МПа при температуре обжига 1400 °С.
Дальнейшее увеличение температуры обжига способствует образованию большого количества расплава, что отрицательно сказывается на прочности образцов.
Оценка фазового состава продуктов обжига от 600 до 1500 °С исследуемого дунита показала (рис. 3), что в качестве основной фазы в температурном интервале 800-1200 °С образуется форстерит с выделением из структуры оливина гематита ^е203) и энстатита (2Mg0•Si02) по реакции: [Mg,Fe]2Si04^Mg0•Si02+2Mg0•Si02+Fe20з (1) При температуре выше 1200 °С оксид железа Fe203взаимодействует с форстеритом по реакции:
2Mg0•Si02+Fe20з ^ Mg0•Si02+Mg0•Fe20з (2)
h ■■ A .JuLiJL
- - -, гЛ_ '-j- ---—--'*—
—-А-Li_JJLJL^—^JLaAW^A^J^. ———1—H-j——NLJL_a_рь--1_
1500 X 1400'С 1300'С 1200 X 1100 X 1000 X 900 X 800 X 700 X 600 X
10
20
60
70
80
30 40 50 Угол 2 9, град
Рис. 3. Фазовый состав продуктов обжига иовского дунита в
интервале температур от 600 до 1500 °С Fig. 3. Phase composition of Iovsk dunite firing products at the temperatures range from 600 to 1500 ° C
Таким образом, установлено, что фазовый состав иовского дунита, обожженного при температурах выше 1300 °С, представлен форстеритом, магнезиоферритом и энстатитом. Поэтому для получения из исследуемого иовского дунита керамики форстеритового состава необходимо перевести образующийся энстатит в форстерит путем доших-товки дунита магнийсодержащими добавками.
ВЫВОДЫ
Выявленные особенности химико-минералогического состава иовского дунита и его поведения при нагревании свидетельствуют о том, что дуниты Иовского месторождения перспективны в качестве основного сырья для производства фор-стеритовых пропантов. Причем данный вид маг-незиально-силикатного сырья не нуждается в предварительной термоподготовке ввиду невысоких потерь массы при прокаливании. Эта особенность иовского дунита позволит исключить из технологического цикла стадию высокотемпературного прокаливания породы, что повлечет за
собой сокращение производственных затрат. В качестве возможных добавок для повышения суммарного выхода форстерита могут быть использованы тальковые, магнезитовые и брусито-вые породы.
Работа выполнена при финансовой поддержке ГЗ «Наука» №1235.
ЛИТЕРАТУРА
1. Юрченко А. А., Горлова З.А. // Нефтепромысловое дело. 1998. Вып. 1. С. 5-8;
Yurchenko A.A., Gorlova Z.A. // Neftepromyslovoe delo. 1998. N 1. P. 5-8 (in Russian).
2. Гавура В.Е. Геология и разработка нефтяных и газонефтяных месторождений. М.: ВНИИОЭНГ. 1995. 496 с.;
Кафедра технологии силикатов и наноматериалов
Gavura V.E. Geology and development of oil and gas deposits. M.: VNIIOENG. 1995. 496 p. (in Russian).
3. Миллер М., Дисмюк К. // Рос. хим. журн. 2003. Т. 47. Вып. 4. С. 78-91;
Miller M., Dismyuk. K. // Ross. Khim. Zh. 2003. V. 47. N 4. P. 78-91 (in Russian).
4. Рябоконь С. А. Технологические жидкости для заканчи-вания и ремонта скважин. Краснодар. 2002. 274 с.; Ryabokon S.A. Process fluids for pumping-in and repair of holes. Krasnodar, 2002. 274 p. (in Russian).
5. Солодкий Н.Ф., Шамриков А.С., Погребенков В.М. Минерально-сырьевая база Урала для керамической, огнеупорной и стекольной промышленности. Томск: ТПУ. 2009. 332 с.;
Solodkiy N.F., Shamrikov A.S., Pogrebenkov V.M.
Mineral resources base of the Urals for ceramic, refractory and glass industries. Tomsk: TPU. 2009. 332 p. (in Russian).
