CC BY
36
УДК 691.16
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ
ДОРОЖНОГО БИТУМА ИЗ ПРИРОДНОГО БИТУМИНОЗНОГО ПЕСЧАНИКА Э. Бат-Эрдэнэ1, М. Наранцэцэг1, Б. Бямбагар1, Б. Авид2
Монгольский государственный университет науки и технологии, Монголия, г. Улан-Батор 46/520, [email protected]. 2 Институт химии и химической технологии Монгольской АН, Монголия, г. Улан-Батор 51, [email protected].
Выделены битумы из природного битуминозного песка месторождений Баян-Эрхэт, Дзунбаян и Ухаа. Содержанние битумов месторождений Баян-Эрхэт, Дзунбаян и Ухаа соответственно составляет 14,75%, 15,84% и 10,86% от массы песчаника. Из этого следует что природные битумы этих месторождений относятся к битумам с высоким содержанием органической массы. Определены физико-химические характеристики и групповой химический состав выделенных битумов. Показана возможность использования битуминозного песка месторождения Баян-Эрхэт в качестве сырья для получения дорожного битума. Установлен класс битума выделенного из битуминозного песка. Табл. 6. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: природный битум, смолистые вещества, асфальтены, масла, радиоактивность.
INVESTIGATION OF BITUMEN FROM NATURAL BITUMINOUS SAND E. Bat-Erdene1, M. Narantsetseg1, B. Byambagar1, B.Avid2
Mongolian University of Science and Technology, 46/520, Ulan Bator, Mongolia, [email protected]. institute of Chemistry and Chemical Technology, Mongolian AS, 51, Ulan Bator, Mongolia, [email protected].
Bitumens from natural bituminous sand of Bayan-Erkhet, Zuunbayan and Uhaa deposits were isolated and analyzed. It is found that yield of bitumens extracted from bituminous sand is higher than 10% (by mass). Physicochemical characteristics and chemical group composition of bitumens were determined. Bitumen from Bayan-Erkhet bituminous sand was found to be used as asphalt binder feedstock. 6 table. 8 sources.
Keywords: natural bitumen, tar, asphaltenes, paraffin components of bitumen.
ВВЕДЕНИЕ
На территории Монголии имеются месторождения с огромным запасом (около 800 млн. т) битуминозных песков и горючих сланцев, переработка которых в дорожно-строительное сырье могла бы стать альтернативой
ограниченным ресурсам нефтяных битумов. Несмотря на то что для битуминозного песка и горючих сланцев сделаны исследования по установлению геологического строения и определены запасы, сравнительно мало изучены
Результаты выделения битума из битуминозного песка
Таблица 1
Обработка Выход битума, % масс
Баян-Эрхэт Дзунбаян Ухаа
Экстракция хлороформом 14,75 15,84 10,86
20,40* 18,34* 12,32*
Термообработка 22,42 19,34 13,12
■ проба после просеивания через сито (1,25 мм)
углеводородный групповой состав и выполнены химическо-технологические исследования их использования.
Целью данной работа являлось исследование битумов битуминозного песка месторождений Баян-Эрхэт, Дзунбаян, Ухаа и определение области их использования.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В качестве объектов исследования использовали образцы битуминозного песка месторождений Баян-Эрхэт, Дзунбаян и Ухаа.
Образцы битумов, выделенные органическим растворителем из битуминозного песка, обработали по стандартной методике [5, 6] гек-саном, взятым в 40-кратном объеме. При этом асфальтены выпали в осадок. Полученную гек-санорастворимую часть битумов (мальтеновая часть) наносили на силикагель АСК, загружали смесь в аппарат Сокслета, после чего последовательно экстрагировали масла н-гексаном, смолы - смесью бензола и этанола (1 : 1).
Технические характеристики выделенного битума определяли по стандартным методикам согласно 5211 : 2002, 5110 : 2001, 328 : 2000, 51095 : 2001.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Результаты выделения битума из битуминозного песка хлороформом термообра-
боткой при 850 С приведены в табл. 1.
Как видно из данных таблицы 1, при экстрагировании хлороформом выход органической массы, рассчитанный на непросеянное исходное сырье, составляет 14,7%, а на просеянное -20,4%.
Сравнены выходы битумов, полученных экстракцией хлороформом и термообработкой при 850 0С. Как видно значения выходов очень близки. Это свидетельствует о том, что из битуминозного песка органическая масса полностью экстрагируется хлороформом.
Принято считать экономически
целесообразным выделение битума если его содержание в битуминозных песках лежит в пределах 10-15% . Как видно из таблицы исследованные месторождения по содержанию битума можно отнести к богатым месторождениям.
В табл. 2 приведены углеводородный и элементный составы битумов выделенных из битуминозного песка.
Согласно данным табл. 2, для битуминозного местрождения Баян-Эрхэт содержание см ол истых веществ в два раза выше, а содержание асфальтенов в четыре раза ниже, чем допускаются соответственно для сырья, пригодного для производства дорожного битума.
Таблица 2
Углеводородный и элементный составы битумов, выделенных из битуминозного песка
Показатели Месторождение
Баян-Эрхэт Дзунбаян Ухаа
Групповой состав, % масс.
асфальтены 6,08 12,51 13,06
смолы 60,19 38,42 33,52
масла 31,82 42,56 53,42
н-алканы ( в масле) - 1,34 -
Элементный состав, % масс.
углерод 78,14 81,08 -
водород 13,44 10,86 -
азот 1,07 0,49 -
сера 0,23 1,49 -
кислород 7,12 6,08 -
Технические свойства:
температура размягчения по методу КиШ, оС 47,7 34,5 28,0
глубина проникания иглы, 0,1 мм: - при 25 0С - при 0 0С дуктильность при 25 оС температура вспышки, оС плотность, d420, г/см3
48,5 18,0 36,0 193,0 1,03 223,3 38,0 57,5 190,0 0,98 280,0 51,0 10,0 183,0 0,92
Таблица 3
Технические показатели битуминозного песка и минерального остатка после __выделения битума, в % мас__
№ Показатель Баян- Эрхэт Зуунбаян Ухаа
Песок Остаток Песок Остаток Песок Остаток
1 Влага 0,72 _ 0,64 _ 0,89 _
2 Летучие компоненты 22,52 0,79 19,84 0,43 13,12 0,64
3 Зола 73,41 99,13 79,32 98,51 85,24 99,32
Таблица 4
Рентгенофлюоресценцный анализ золы
Образец Содержание, в % мас.
Na2O МдО А12О3 SiO2 Р2О5 SOз К2О СаО ТЮ2 МП2О3 Fe2Oз SrO
Баян-Эрхэт 1,25 0,19 9,612 83,85 _ 0,18 3,93 0,28 0,11 _ 0,56 0,001
Дзунбаян _ 3,34 13,62 71,31 0,40 1,19 3,84 2,96 0,52 2,67 2,25 0,04
Ухаа - - 15,25 76,17 - 0,38 4,29 0,86 0,59 0,02 2,41 0,03
Если рассмотреть технические характеристики битума, выделенного из битуминозного песка, определенные при 25 °С, то такие показатели, как пенетрация, температура размягчения и плотность соответствуют требованию стандарта на дорожный битум БНД 40/60 за исключением растяжимости, которая оказалась ниже требуемой, что по-видимому обусловлено низким содержанием асфальтенов.
Определены технические показатели, предусмотренные стандартом для исходного битуминозного песка и минерального остатка битуминозного песка (табл. 3).
Как видно из данных табл. 3, зольность и летучесть битумов, выделенных из битуминозного песка, высокие. Содержание летучих компонентов в минеральной части битуминозного песка значительно ниже. В соответстветствии с этим можно сделать вывод о том, что органическая часть битуминозного песка полностью извлекается хлороформом.
Если рассмотреть рентгенофлюоресценц-ный анализ золы минеральной части битуминозного песка (табл. 4), то содержание SiO2 самое высокое и составляет 88,34, 71,31 и
76,17%, соответственно, для месторождений Баян-Эрхэт, Дзунбаян и Ухаа, что соответсвует классу золи «кремневой».
Определены физико-механические характеристики минеральной части битуминозного песка (табл. 5). Как видно из табл. 5, состав песка месторождения Ухаа отличается тем, что он не содержит галечных и органических примесей и его зерновой состав мелкий.
Из данных таблицы 5 видно, что зерновой состав песка месторождения Баян-Эрхэт отличается низким содержанием мелкого песка и относительно высоким - с крупностью зерен до 2,63 мм. По этому показателю песок можно использовать в качестве сырья для производства дорожного битума.
Песку и золе дана радиационная оценка, по результатам которой устанавливают область его применения (табл. 6).
Для строительного материала содержание радиоактивного изотопа Ra допускается до 370 Бк/кг. Как видно из данной таблицы 6 в песчанных золах эквивалентная доза радия в три раза ниже допустимой для материала, пригодного для строительных работ.
Таблица 5
Физико-механические характеристики песка, извлеченного
№ Характеристика Стандарт Дзунбаян Баян-Эрхэт Ухаа
1 Модуль крупности <3,1 2,43 2,63 1,96
2 Пористость, % - 43,05 44,8 38,67
3 Насыпная плотность, % 1,46 1,45 1,45
4 Истинная плотность, г/см3 >2,4 2,57 2,63 2,43
5 Содержание пылевидных и глинистых <3 4,84 8,47
частиц
6 Количество частиц, проходящих через - 6,51 2,7 24,32
сито с отверстиями 0,75мм, % мас.
7 Количество частиц, проходящих через 65-75 66,3 76,3 38,43
сито с отверстиями 2,63 мм, % мас.
8 Содержание галечных примесей, % мас. <5 3,11 6,41 -
9 Наличие органических примесей, % мас. - - - -
Таблица 6
Содержание радиоактивных элементов и эквивалентная доза Ra в песчанной золе_
Образец Активность изотопов, Бк/кг Содержание элементов Эквивалент Ra, Бк/кг
226Ra 232Th 232K U, г/т Th, г/т К, г/т
Зола песка Баян-Эрхэт 10 10 1080 0,8 2,4 3,2 121,1
Зола песка Дзунбаян 13 11 974 1,0 2,7 3,3 110,4
Зола песка Ухаа 18 16 956 1,5 4,0 3,6 115,1
ВЫВОДЫ
1. Выделены и определены выходы битумов из битуминозного песка местрождений Баян-Эрхэт, Дзунбаян, Ухаа и изучены их технические характеристики. Из технических показателей следует, что битум из битуминозного песка месторождений Дзунбаян и Ухаа соответствует
классу битума «жидкий», битум из
месторождения Баян-Эрхэт - «густой».
2. Показана возможность использования битуминозного песка Баян-Эрхэт в качестве сырья, пригодного для производства дорожного битум.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Пател С. Канадские битуминозные пески возможности, технологии и проблемы // Нефтегазовые технологий. 2007. № 6. С. 87-93.
2. R. Yoshida., T. Yoshida et al. Comparison of the chemical structure of coal hydrogenation products, Athabasca tar sand bitumen and green river oil shale, Fuel processing technology. 7. 1983. Р. 161-171.
3. Бат-Эрдэнэ Э., Туяа М., Хулан Б. и др. Получение синтетической нефти из битуминозного песчаника месторождения Баян-Эрхэт (Монголия) // Химия нефти и газа : мат^И междунар. конф. Томск,
2009. (Седьмая международная конференция). С. 749-753.
4. Менхтогоо Л., Чулуун Б., Дашдондов Ж. Отчет исследования геологии битуминозного песка месторождения Баян-Эрхэта // ТГЭ. УБ. 1986. С. 85.
5. Рыбак Б.М. Анализ нефтей и нефтепродуктов. М. : Гостоптехиздат, 1962. 888 с.
6. Богомолова А.И., Темянка М.Б., Хотынцевой Л.И. Современные методы анализа нефтей. Л., Недра. 1984. 432 с.
Поступило в редакцию 26 апреля 2012 г
