Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Теоретические аспекты использования гидроминерального сырья.

Воронина Е. Ю., Зелинская Е. В.,

4. Влияние поликомпонентности состава на характеристики солевых систем

В таком концентрированном солевом растворе, как рассол, растворённые частицы взаимодействуют между собой, образуя более сложные формы, чем ионные пары. Данные таблицы 6 является результатом компьютерного моделирования действительного состава рассолов минерализации от 60 до 600 г/дм³. За исходные данные для программы HG[1] приняты концентрации элементов, определённые методом ICP-спектроскопии. По данным расчётов можно сравнить формы нахождения различных элементов в рассолах.

В таблице не представлены комплексы и ассоциаты, содержащиеся в незначительных количествах (содержание менее 10^-5 г/дм³), такие как RbI, RbOH, Ca(OH)₂, KOH, Mg(OH)₂, HCl, LiOH, SrOH⁺, Sr(OH)₂.

Таблица 6. Действительный состав рассолов

Окончание таблицы 6

У рассолов, общая минерализация которых достигает 300 г/дм³ , происходит существенная перестройка структуры, свободной (не связанной) воды в них не остается, и доля свободных ионов хлора становится минимальной.

Нами выявлены закономерности изменения содержания  стронция, лития, рубидия, калия, натрия и кальция в зависимости от общей минерализации рассолов с применением методов физико-химического моделирования, показывающие наличие экстремумов  содержания ионов в интервале  минерализаций 350, 450 и 500 г/дм³. Наличие экстремумов в чётко определённой области также свидетельствует о структурной перестройке рассола.

На графиках (рис. 23-34) представлены зависимости содержания макро- и микрокомпонентов рассолов в форме свободных ионов и в связанной форме. Практически для всех микро- и макрокомпонентов концентрации свободных ионов и валовые содержания в рассолах до минерализации 300 г/дм³ остаются одинаковыми (только для кальция и натрия при минерализации рассола 200 г/дм³ эти концентрации незначительно различаются). При достижении рассолом общей минерализации 400 г/дм³ концентрация свободных ионов стремительно снижается для Cl^-, Ca²⁺, Li⁺ и Na⁺. Для Rb⁺ и Sr²⁺ изменения в валовой концентрации и концентрации свободных ионов не так существенны, то есть они преимущественно находятся в форме свободных, не связанных в соединения, ионов.

Содержание ионов натрия в рассолах возрастает до минерализации 350 г/дм³, а затем снижается (рис. 23-24). Доля свободных ионов с увеличением минерализации уменьшается, т.е. увеличивается степень закомплексованности данного иона.

Рис. 23. Зависимость содержания ионов Na⁺ от минерализации

Рис. 24. Зависимость содержания ионов Na⁺ в свободной форме от минерализации

Валовое содержание ионов лития увеличивается с увеличением общей минерализации рассола, содержание свободных ионов начинает падать после значения Cобщ=350 г/дм³ (рис. 25,26).  Такое же значение характерно и для ионов натрия.

Рис. 25. Зависимость содержания ионов Li⁺ от минерализации

До границы 140 г/дм³ все ионы лития находятся в форме свободных ионов, после неё происходит снижение процента свободных ионов, в сверхкрепких рассолах с минерализацией 600 г/дм³ степень закомплексованности лития достигает максимума - 95%. В рассолах до минерализации 420 г/дм³ доля свободных ионов лития остаётся высокой - 70%.

Рис. 26. Зависимость содержания ионов Li⁺ в свободной форме от минерализации

Валовое содержание ионов кальция растёт с увеличением общей минерализации рассола, а концентрация свободных ионов падает (рис. 27,28). Кальций является хорошим комплексообразующим ионом, поэтому в концентрированных растворах он содержится весь в виде ассоциатов. Переходной границей является минерализация 350 г/дм³, после неё свободных ионов кальция в рассолах почти нет.

Рис. 27. Зависимость содержания ионов Ca²⁺ от минерализации

Рис. 28. Зависимость содержания ионов Ca²⁺ в свободной форме от минерализации

Валовое содержание ионов рубидия возрастает с увеличением общей минерализации рассола, при этом почти весь он находится в форме свободных ионов (рис. 29,30). Рубидий является ценным компонентом, который можно извлекать из рассолов, используя свободную форму нахождения его в рассоле.

Рис. 29. Зависимость содержания ионов Rb⁺ от минерализации

Рис. 30. Зависимость содержания ионов Rb⁺ в свободной форме от минерализации

Для стронция и калия наблюдается аналогичная зависимость, что и для рубидия (рис. 31,32). Почти все эти компоненты находятся в рассолах в форме свободных ионов. Это особенно важно, т.к. стронций к тому же является промышленно-ценным компонентом.

Рис. 31. Зависимость содержания ионов Sr²⁺ от минерализации

Рис. 32. Зависимость содержания ионов Sr²⁺ в свободной форме от минерализации

Валовое содержание ионов хлора растёт с увеличением общей минерализации рассола, а концентрация свободных ионов падает. Хлор также как кальций является хорошим комплексообразующим ионом, поэтому в концентрированных растворах он содержится почти весь в виде ассоциатов.

Рис. 33. Зависимость содержания ионов Cl^- от минерализации

Рис. 34. Зависимость содержания ионов Cl^- в свободной форме от минерализации

Обобщая представленные выше результаты, можно отметить, что с ростом минерализации повышается степень закомплексованности  кальция (от 2 до 99%), натрия (от 4 до 82%)  и лития (от 0 до 95%). Для стронция и рубидия  при увеличении минерализации от 60 до 600 г/дм³ степень закомплексованности изменяется по другой зависимости и в численном выражении значительно меньше (от 0 до 30 % для стронция и от 0 до 32% для рубидия). Следовательно, стронций, рубидий и калий в рассолах любой  минерализации остаются в основном в виде свободных ионов. А это означает, что существует возможность, используя данные о формах нахождения компонентов в рассоле, разделять ионы с близкими свойствами в крепких и сверхкрепких рассолах, поскольку один из них будет находиться в форме свободного иона, а другой в виде комплекса (например, Ca и Sr, Rb и Na, К и Na в рассоле  с Собщ=400-500 г/дм³).

Для процессов извлечения компонентов, где форма нахождения компонента является важным фактором для его выделения в те или иные продукты (ионный обмен, вымораживание, ионная флотация и др.), полученные результаты являются очень ценными. В технологический процесс вступают не простые катионы и анионы, а иные соединения, форму которых мы определили (табл.6). От того, какие соединения будут образовываться в рассоле, будут зависеть не только оптимальные режимы, но и выбор и применимость той или иной технологии [75].

[1] Программа HG (Hydrogeo) разработана в Томском государственном техническом университете профессором М.Б.Букаты и любезно предоставлена авторам для работы