подземные воды как сырье для экстракционного извлечения

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ КАК СЫРЬЕ ДЛЯ ЭКСТРАКЦИОННОГО
ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО ЙОДА
Галянина Н.П., Пономарева П.А.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
г. Оренбург
Йод относится к наиболее ярко выраженным рассеянным элементам
земной коры и является исключительно подвижным мигрантом. Минералы,
содержащие йод, представляют собой индивидуальные или смешанные
галогениды серебра или меди, они немногочисленны, редко встречаются в
природе и не имеют промышленного значения. Содержание йода в морской
воде составляет 0,01-0,7 мг/л. В морской воде не происходит накопление йода,
главным образом, вследствие жизнедеятельности организмов.
Основным источником сырья для получения йода являются минерализованные воды, обычно связанные с нефтяными и газовыми месторождениями.
Большие количества рассолов добываются вместе с нефтью при обводнении
скважин и являются мешающим фактором. В связи с этим более рациональным
является использование вод из выработанных нефтяных месторождений,
поскольку добываются попутно, следовательно, являются бесплатным
сырьем[1].
Для промышленного извлечения йода предельно минимальная
концентрация его в воде должна составлять не менее 10 -18 мг/л. Подземные
воды с такими и более высокими концентрациями
на Оренбургском
газоконденсатном месторождении развиты в соляных отложениях кунгурского
яруса нижней перми, перекрывающих газоконденсатную залежь, а также в
карбонатных отложениях нижней перми и карбона, подстлающих
газоконденсатную залежь.
В соленосных кунгурских отложениях рассолы развиты в виде
нескольких линз на глубинах 425-1301 м от поверхности земли. Плотность
кунгурских рассолов
1,194 – 1,280 г/см3. Рассолы имеют общую
минерализацию 308-365 г/л, рН 4,5 -6,0. В анионном составе доминирует Cl- ,
из катионов в большинстве случаев преобладает Mg2+. Содержание йода 2,5420,7 мг/л.
Пластовые воды карбонатных отложений нижней перми и карбона,
подстилающие газокоденсатную залежь развиты до глубины 3360 м и имеют
толщину до 1500 м. Пластовые воды по всему разрезу водонапорной системы
характеризуются практически однородным составом. Они имеют плотность
1,16-1,18 г/см3, общую минерализацию 240-280 г/л, в ионном составе
доминируют Cl- и Na+, содержание йода 10-25 мг/л и содержат в своем составе
растворенные углеводороды[2].
Концентрирование этих вод естественным испарением не практикуется,
так как это требует огромных площадей, затрат энергии и сопряжено с потерей
йода.
Существует несколько способов извлечения йода из минеральных вод:
адсорбционные, экстракционные и флотационные, а также метод воздушной
десорбции.
Из адсорбционных методов на практике применяется извлечение
активным углем и ионообменными смолами. В угольно-адсорбционном
способе используется свойство активного угля - поглощать йод в количестве,
превышающем массу самого угля. Метод оказался неконкурентоспособным по
сравнению с методами, разработанными позднее, поскольку имеет ряд
недостатков. Среди них следует отметить невысокую скорость процесса
сорбции йода (из-за низкой его концентрации) и, как следствие, большой
объем аппаратуры и большой объем незавершенного производства; быстрое
снижение сорбционной способности угля; низкое качество продукта из-за
загрязнения его органическими веществами, содержащимися в буровой воде.
[3].
Метод воздушной десорбции лишен этих недостатков. Он проще по аппаратурному оформлению. Йод получается, таким образом, более чистым.
Однако этот способ эффективен только для термальных вод при
температуре выше 40 °С и повышенной концентрации йода.
Метод сорбции анионитами пригоден и при низкой температуре воды и
достаточно селективен. Иониты имеют достаточную механическую прочность
и высокую химическую стойкость. Органические примеси, содержащиеся в
буровых водах, не сорбируются анионитами, что позволяет получать продукт
высокой чистоты. Несмотря на то, что этот способ более сложен, чем способ
воздушной десорбции, он оказался более эффективным.
Тем не менее, и такой способ имеет свои недостатки, обусловленные
существенными временными потерями. Кроме того, низкие концентрации
извлекаемого компонента приводят к существенным энергозатратам,
связанным с необходимостью перерабатывать очень большие объемы
растворов. Экспериментально установлено, что экстракционное извлечение
йода осуществляется в 85-130 раз быстрее, чем при ионообменном способе
при прочих равных условиях [4].
Экстракционный метод прост и быстр в выполнении, обеспечивает высокую эффективность разделения и концентрирования, совместим с
разными методами определения. Тем не менее, использование экстракции в
целях промышленного извлечения йода, например, из пластовых и буровых вод
до сих пор не нашло должного применения, что, в частности, связано с
потерями органического растворителя.
Как известно, природные растворы, которыми являются пластовые воды,
включают растворенные газы, в том числе, органического происхождения.
Такие органические соединения представляют собой фракции средних
алифатических и младших алициклических соединений. Обладая свойствами
малополярных органических растворителей, они могут выполнять функцию
растворителей или экстрагентов йода и (или) брома при условии их
предварительного окислении до элементного состояния. В целях сохранения
баланса в сложной многокомпонентной системе природных подземных вод и
рассолов, а также рационализации производственного процесса, целесообразно
в технологической схеме в качестве экстрагента использовать имеющиеся
углеводороды.
Согласно проведенным ранее исследованиям [5] и с учетом стоимости и
распространенности в производстве, наиболее оптимальным экстрагентом
можно считать композицию технического
керосина или изооктана с
трибутилфосфатом, которая обеспечивает достаточно высокую степень
извлечения на всем интервале минерализации растворов. Кроме того, керосин
близок по качественному составу к органической фазе, присутствующей в
пластовых водах.
При этом полученные данные позволяют утверждать, что йод извлекается
из минеральной фазы в органическую по механизму простого физического
распределения, однако этот процесс при экстракции из минерализованных
растворов осложняется комплексообразованием в водной фазе, что приводит к
понижению коэффициента распределения. Такой процесс известен в литературе
как всаливание. Кроме того, при экстракции йода из высокоминерализованных
растворов
возможен
процесс
ассоциации
элементного
йода
с
полигалогенидными частицами в органической фазе, обусловленный
предварительным образованием в водной фазе полигалогенидного иона, что понашему мнению, обладающего сродством к неполярной органической фазе.
Список литературы
1. Коренман, И.М. Экстракция в анализе органических веществ. / И.М.
Коренман. - М.: «Химия», 1977. - 200 с.
2. Оценка подземных вод Оренбургского НГКМ как йдо-бромного сырья:
материалы Всероссийской научно-практической конференции,
Оренбург,
2006./ Севастьянов О.М., Захарова Е.Е. – Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, – с. 403406.
3. Соловкин, А.С. Неорганическая химия. Высаливание, описание
экстракционных равновесий./ А.С. Соловкин. - М.: Химия, 1972. – 254с.
4. Ксензенко, В.И., Стасиневич, Д.С. Химия и технология брома, йода и их
соединений. / В.И. Ксензенко, Д.С. Стасиневич. - М.: «Химия», 1995. – 370с.
5. Определение физико-химических параметров распределения элементного
йода в системе органический растворитель – минерализованный водный
раствор: материалы международной научно–практической конференции
«Современные проблемы органического синтеза, электрохимии и катализа,
Караганда, 2006/ Пономарева П.А., Строева Э.В., Гаврюшенко Ю.В. // Караганда: Изд-во КРУ 2006. - с. 95-99.