Определение хрома и железа в составе модифицированных лигносульфонатных буровых реагентов рентгенофлуоресцентным методом анализа Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 504.628.3./4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХРОМА И ЖЕЛЕЗА В СОСТАВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЛИГНОСУЛЬФОНАТНЫХ БУРОВЫХ РЕАГЕНТОВ РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫМ МЕТОДОМ АНАЛИЗА

© А. Д. Бадикова, И. Н. Куляшова, Р. А. Ялалова*, В. Ф. Ташбулатова, И. Е. Алехина

Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкорстостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Тел.: +7(347) 229 92 12.

*Email: [email protected]

Лигносульфонаты (ЛСТ), используемые в производстве буровых реагентов, являются побочными продуктами процесса варки древесины целлюлозного производства. С целью повышения технологических свойств буровых реагентов производится обработка исходных глинистых буровых растворов химическими реагентами на лигносульфонатной основе, модифицированных солями поливалентных катионов. По основному элементному составу образцы лигносульфо-натных буровых реагентов сопоставимы между собой, но при этом наблюдается снижение содержания хрома в разработанном реагенте ФХЛС-2М до 0.450% масс. по сравнению с промышленным аналогом ФХЛС-М (2.089% масс.).

Ключевые слова: рентгенофлуоресцентный метод анализа, лигносульфонатный буровой реагент, модификация лигносульфоната, элементный состав.

Введение

Лигносульфонат, являясь отходом целлюлозно-бумажного производства, находит широкое применение в различных отраслях промышленности [1]. Для обработки буровых растворов реагенты на основе лигносульфонатов по объему их применения занимают существенное место среди предложенных на сегодня реагентов.

Хромлигносульфонаты используются в нефтедобыче для снижения вязкости рабочих жидкостей и применяются для модификации их технологических и экологических параметров [2].

При приготовлении реагента для обработки глинистых растворов путем взаимодействия лигно-сульфонатов с бихроматом натрия в кислой среде, где для ускорения реакции окисления в реагирующую смесь вводят в порошкообразном виде соли, обладающие способностью в водном растворе повышать кислотность. В качестве таких солей используют кислые соли неорганических многоосновных кислот, например фосфорной, или соли сильных кислот и слабых оснований, например сульфат железа (II). Сульфат железа является также восстановителем [3].

При обработке бихроматами компоненты лиг-носульфоната окисляются, а Сг (VI) восстанавливается до Сг (III). Процесс сопровождается образованием водорастворимых хроморганических комплексов, которые укрупняются по мере повышения содержания хрома. Получаемый таким способом отечественный реагент «Окзил-СМ» ТУ 2454335005133190-2004 выпускается на ОАО «Дубитель». Зарубежным аналогом является Воп^о1 CLS (Финляндия).

Сегодня, промышленное получение хромлиг-носульфонатов связано с рядом проблем, таких как образование хромсодержащего отхода производства,

неполное восстановление анионных соединений хрома в составе получаемого хромлигносульфоната, и зависимость его качества от состава сырья - лиг-носульфоната натрия [4].

В этой связи целью данной работы явилось определение хрома и железа в составе модифицированных лигносульфонатных буровых реагентов.

Экспериментальная часть

Модифицирование нейтрально-сульфитного щелока осуществлялось следующим образом: в массу нейтрально-сульфитного щелока технического вводили сульфат железа (II). Массу выдерживали при постоянном перемешивании в течение 1.01.5 часа при температуре 30-40 °С. В полученную массу вводили бихромат натрия в виде водного 1520% раствора. Массу выдерживали при постоянном перемешивании в течение 1.0 часа при температуре 30-40 °С. Затем вводили модифицирующий агент -в виде 20% водного раствора и вновь выдерживали в течение 1.0 часа при тех же условиях. Готовый жидкий продукт нейтрализовали каустической содой в количестве 0.2 масс.ч. до рН = 4.0-5.0. Готовую массу высушивали до порошкообразного состояния

[5].

Стабилизация бурового раствора достигается за счет образования устойчивых комплексных соединений феррохромлигносульфоната и модификатора с ионами металлов железа Fe3+ и хрома Сг3+ [6].

Проводили определение содержания соединений железа и хрома энергодисперсионным рентгено-флуоресцентным методом анализа.

Определение элементного состава образцов буровых реагентов (ФХЛС-М промышленный аналог, ФХЛС-2М экспериментальный образец) проводилось на энергодисперсионном рентгенофлуорес-центном спектрометре EDX-800 фирмы Shimadzu с

932

ХИМИЯ

рентгеновской трубкой с родиевым анодом при условиях: напряжение 15-50 кВ, ток 20-1000 мкА, в атмосфере вакуума, коллиматор 5 мм, время измерения 15 мин. Анализ осуществлялся методом фундаментальных параметров, обеспечиваемый программным сопровождением прибора, с использованием каналов измерений [ТьЩ, [С^с], ^-К].

Пробы для определения элементного состава подвергаются минимальной предварительной подготовке. Порошок образца прессуется в таблетки на подложке борной кислоты прессом при давлении 10-15 т.

Обсуждение результатов

Согласно результатам анализа, представленным в таблице, следует учесть, что расчет содержания элементов в образцах осуществляется методом фундаментальных параметров; определение элементов в виде оксидов без возможности указания валентности производится формально, согласно программному обеспечению спектрометра. Содержание СО2 следует рассматривать как органическую составляющую образца [7-8].

Следовательно, по полученным данным, выявлено, что по основному элементному составу образцы сопоставимы между собой [9].

Методом энергодисперсионного рентгенофлуо-ресцентного анализа подтверждено: использование в качестве основного сырья нейтрально-сульфитного лигносульфоната и применение предложенных методов модификации позволяет снизить содержание хрома с 2.089% масс (ФХЛС-М) до 0.450% масс (ФХЛС-2М), что существенно уменьшает экологические риски при бурении скважин с опытным реагентом.

Таблица 1

Результаты сравнительных лабораторных испытаний эле-

ментного состава образцов ФХЛС-М и ФХЛС-2М

Исследуемый образец ФХЛС-М промышленный ФХЛС-2М

БОз 21.482±0.04 13.324±0.65

№20 9.094±0.84 3.877±0.44

Ге20з 0.998±0.01 0.849±0.01

Р2О5 0.986±0.02 2.754±0.11

СпОз 2.089±0.01 0.450±0.02

К2О 0.579±0.03 0.091±0.12

СаО 0.241±0.17 0.138±0.01

БЮ2 0.256±0.03 0.191±0.02

С1 0.107±0.09 0.072±0.05

СО2 64.167±0.26 78.159±1.35

Рис. 1. Спектр рентгенофлуоресцентного анализа промышленного аналога ФХЛС.

Рис. 2. Спектр рентгенофлуоресцентного анализа ФХЛС-2М.

Таким образом, определены хром и железо в составе модифицированных лигносульфонатных буровых реагентов рентгенофлуоресцентным методом анализа, подобраны условия определения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кистер Э. Г., Калиновская Е. А. Физико-химические исследования хромлигносульфонатов / Э. Г. Кистер Химическая обработка буровых и цементных растворов: сб. науч. статей Труды ВНИИБТ. Вып. 27. М.: Недра, 1970.

2. Грей Дж. Р., Дарли Г. С. Г. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей) пер. с англ.: М.: Недра, 1985. 509 с.

3. Мойса Ю. Н., Гаврилов Б. М., Котляров Н. С., Погосян Г. М., Заплишный В. М. Получение и использование модифицированных лигносульфонатов в буровой технике // Химия и химическая технология. Сер. Изв.ВУЗов, 1991. Т.34(5). С. 3-12.

4. Закис Г. Ф. Функциональный анализ лигнинов и их производных. Рига: Зинатне, 1987. 265 с.

Пат. 2555023 Российская Федерация, МПК С 09К 8/04. Реагент для обработки буровых растворов / Куляшова И. Н., Кудашева Ф. Х., Бадикова А. Д., Гимаев Р. Н. №2014103095/05; заявл. 29.01.14; опубл. 10.07.15, Бюл. №19. 3 с.

Тептерева Г. А. Использование хромсодержащего отхода в производстве бурового реагента / Тептерева Г. А., Куля-шова И. Н., Бадикова А. Д., Кудашева Ф. Х. и др. // Башкирский химический журнал. 2008. Т. 15. № 4. С. 111. Казицына Л. А., Куплетская Н. Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии в органической химии. М.: Изд-во Московского университета, 1979. 240 с. Ялалова Р. А., Кудашева Ф. Х., Бадикова А. Д., Тептерева Г. А., Яхин А. Р., Алехина И. Е., Мухаматдинова Л. Р., Яку-нова Н. А. Возможности рентгенофлуоресцентного спектрального метода при определении элементного состава кернового материала // Вестник Башкирского университета. 2015. Т.20. №4. С. 1189-1192.

Афанасьева Н. И., Тельтевская С. Е., Макаревич Н. А. и др. Структура и физико-химические свойства лигносульфона-тов. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 162 с.

Поступила в редакцию 06.11.2016 г. После доработки - 16.12.2016 г.

934

XHMH£

DETECTION OF CHROME AND IRON IN THE COMPOSITION OF THE MODIFIED LIGNOSULFONATE DRILLING REAGENTS BY THE METHOD OF X-RAY FLUORESCENCE ANALYSIS

© A. D. Badikova, I. N. Kulyashova, R. A. Yalalova*, V. F. Tashbulatova, I. E. Alekhina

Bashkir State University 32 Zaki Validi St., 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.

Phone: +7 (347) 229 92 12.

*Email: [email protected]

Reagents based on lignosulfonates play significant role in treatment of drilling fluids. Chrome lignosulfonates are used in oil drilling to reduce the viscosity of the working fluids. However, the production of chrome lignosulfonates is connected with a number of problems such as the formation of chrome-containing wastes, incomplete restoration of anionic compounds of chrome in composition of the resulting chrome lignosulfonate, and the dependence of its quality on the composition of raw materials. The aim of this work is the determination of chrome and iron in the composition of the modified lignosulfonate drilling reagents. By the method of energy dispersive x-ray fluorescence analysis, it was established that the content of chrome in Russian developed reagent FCLS-2M significantly lower (0.450% wt.) compared to the industrial analog FCLS-M (2.089% wt.). The use of the experimental agent can significantly reduce environmental risks during drilling.

Keywords: method of x-ray fluorescence analysis, lignosulfonate drilling reagent, modification of lignosulfonate, element composition.

Published in Russian. Do not hesitate to contact us at [email protected] if you need translation of the article.

REFERENCES

1. Kister E. G., Kalinovskaya E. A. Fiziko-khimicheskie issledovaniya khromlignosul'fonatov / E. G. Kister Khimicheskaya obrabotka burovykh i tsementnykh rastvorov: sb. nauch. statei Trudy VNIIBT. No. 27. Moscow: Nedra, 1970.

2. Grei Dzh. R., Darli G. S. G. Sostav i svoistva burovykh agentov (promyvochnykh zhidkostei) per. s angl. [The composition and properties of drilling agents (drilling fluids). Transl. from English] : Moscow: Nedra, 1985.

3. Moisa Yu. N., Gavrilov B. M., Kotlyarov N. S., Pogosyan G. M., Zaplishnyi V. M. Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya. Ser. Izv.VUZov, 1991. Vol. 34(5). Pp. 3-12.

4. Zakis G. F. Funktsional'nyi analiz ligninov i ikh proizvodnykh [Functional analysis of lignins and their derivatives]. Riga: Zinatne, 1987.

5. Pat. 2555023 Rossiiskaya Federatsiya, MPK Pp. 09K 8/04. Reagent dlya obrabotki burovykh rastvorov / Kulyashova I. N., Kudasheva F. Kh., Badikova A. D., Gimaev R. N. No. 2014103095/05; zayavl. 29.01.14; opubl. 10.07.15, Byul. No. 19.

6. Teptereva G. A. Bashkirskii khimicheskii zhurnal. 2008. Vol. 15. No. 4. Pp. 111.

7. Kazitsyna L. A., Kuplet-skaya N. B. Primenenie UF-, IK-, YaMR- i mass-spektroskopii v organicheskoi khimii [Application of UV, IR, NMR and mass spectroscopy in organic chemistry]. Moscow: Izd-vo Moskovskogo universiteta, 1979.

8. Yalalova R. A., Kudasheva F. Kh., Badikova A. D., Teptereva G. A., Yakhin A. R., Alekhina I. E. Vestnik Bashkirskogo universiteta. 2015. Vol. 20. No. 4. Pp. 1189-1192.

9. Afanas'eva N. I., Tel'tevskaya S. E., Makarevich N. A. i dr. Struktura i fiziko-khimicheskie svoistva lignosul'fonatov [Structure and physico-chemical properties of lignosulfonates]. Ekaterinburg: UrO RAN, 2005.

Received 06.11.2016. Revised 16.12.2016.