Способ извлечения коллоидного кремнезема из гидротермального теплоносителя с получением кремнеземсодержащего материала с пониженной концентрацией примесей

Изобретение относится к способам извлечения химических соединений из жидкой фазы гидротермального теплоносителя. Способ извлечения коллоидного кремнезема из жидкой фазы гидротермального теплоносителя включает старение гидротермального раствора, нуклеацию и полимеризацию ортокремниевой кислоты с образованием коллоидных частиц кремнезема, ввод катионов металла и образование агрегатов частиц кремнезема. Катионы металлов вводят в количествах, меньших критических, так, что отсутствует хлопьеобразование, и после ввода катионов металлов раствор фильтруют через мембранные фильтры с диаметром пор 0,025-1,0 мкм. Результат изобретения: извлечение коллоидных частиц кремнезема из жидкой фазы гидротермального теплоносителя и получение тонкодисперсного аморфного диоксида кремния с низкой концентрацией примесей до 1,0-0,1 мас.% и ниже, утилизуемого в промышленности; снижение концентрации коллоидного кремнезема в гидротермальном сепарате ГеоЭС, ГеоТЭС и регулирование таким образом скорости роста твердых отложений, ограничивающих возможности использования теплоносителя, в скважинах, трубопроводах, теплооборудовании ГеоЭС, ГеоТЭС, повышение эффективности использования теплоносителя ГеоЭС, ГеоТЭС. 7 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к способам извлечения химических соединений из жидкой фазы гидротермального теплоносителя. Основным объектом для извлечения кремнезема является жидкая фаза природного гидротермального теплоносителя, сформировавшегося в контакте с горячими породами при повышенном давлении и температурах 250-300°С и более, что обеспечивает высокое содержание кремнезема. Жидкая фаза теплоносителя (гидротермальный сепарат) отделяется в сепарационных устройствах от двухфазного пароводяного потока, поступающего на поверхность по скважинам. Извлечение коллоидного кремнезема может проводиться на геотермальных электрических и теплоэлектрических станциях (ГеоЭС, ГеоТЭС) одновременно с получением электрической и тепловой энергии, что позволит повысить эффективность использования теплоносителя. Кремнезем может извлекаться и в отсутствие геотермального энергопроизводства только для получения минерального сырья в виде аморфного кремнеземсодержащего материала, утилизуемого в различных отраслях промышленности.

Заявленный способ применяется для достижения следующих целей.

1. Извлечение коллоидных частиц кремнезема из жидкой фазы гидротермального теплоносителя и получение тонкодисперсного аморфного диоксида кремния с низкой концентрацией примесей до 1,0-0,1 мас.% и ниже, утилизуемого в промышленности.

2. Снижение концентрации C_col коллоидного кремнезема в гидротермальном сепарате ГеоЭС, ГеоТЭС и регулирование таким образом скорости роста твердых отложений, ограничивающих возможности использования теплоносителя, в скважинах, трубопроводах, теплооборудовании ГеоЭС, ГеоТЭС.

3. Повышение эффективности использования теплоносителя ГеоЭС, ГеоТЭС за счет суммы нескольких факторов.

1) Снижение скорости роста твердых отложений позволит охлаждать гидротермальный сепарат до более низких температур - 100-80°С и ниже по сравнению с условиями, когда температуру сепарата в водном тракте ГеоЭС, ГеоТЭС и скважинах обратной закачки сепарата поддерживают не ниже 140-160°С, и за счет этого получать дополнительную электрическую энергию в теплообменниках бинарных энергомодулей (БЭ) ГеоЭС, ГеоТЭС, предназначенных для нагрева от сепарата органического рабочего тела (ОРТ). Нагрев ОРТ, который зависит от степени охлаждения сепарата в теплообменниках БЭ, определяет мощность по генерации электроэнергии на бинарной турбине, на которую подается ОРТ. Количество тепловой энергии, которое можно получить из сепарата и затем использовать для отопления, горячего водоснабжения, нужд сельского хозяйства и др., также зависит от степени охлаждения сепарата.

2) Получение минерального сырья в виде аморфного кремнезема, который используется в различных отраслях силикатной и химической промышленности. Область использования осажденного кремнезема зависит от его физико-химических характеристик: содержания примесей (типа Fe, Al, Са, S, As), плотности, удельной площади поверхности, пористости, распределения площади и объема по диаметру пор, среднего диаметра пор, коэффициента отражения света (белизны поверхности), микроструктуры кремнезема (размер и форма агрегатов частиц) и др. [1-3]. Кремнезем может быть использован при изготовлении бумаги, резины, клея, красителей, лаков, стекла, керамики, цемента, кирпича, буровых растворов, адгезивных средств, сорбентов, катализаторов и др.

3) Снижение скорости роста твердых отложений в трубопроводах, теплооборудовании и скважинах обратной закачки (реинжекционных скважинах) ГеоЭС, ГеоТЭС и в участках трещиновато-пористых породах гидротермального резервуара, в которые проводится обратная закачка сепарата. Это позволит сократить простои станции на удаление твердых отложений из тракта ГеоЭС, ГеоТЭС, а также расходы на бурение и строительство новых скважин обратной закачки.

Способ осуществляют следующим образом.

На чертеже изображены основные элементы оборудования мембранной установки для извлечения коллоидного кремнезема. БЭ - бинарный энергоблок; 1 - танк для старения; 2 - танк для ввода коагулянта; 3 - мешалка; 4 - дозатор коагулянта; 5 - насос; 6 - керамические мембранные фильтры. Поток двухфазного гидротермального теплоносителя после подъема на поверхность по скважинам разделяют в сепараторах на пар, который далее в условиях ГеоЭС, ГеоТЭС подают на турбины для генерации электроэнергии, и жидкость (гидротермальный сепарат). Сепарат направляют в теплообменники бинарного энергоблока (БЭ), в которых он интенсивно охлаждается, передавая тепло низкокипящему органическому рабочему телу (ОРТ), которое подают на газовую турбину для генерации электроэнергии. Время пребывания гидротермального раствора в трубах теплообменника БЭ мало по сравнению со временем индукции τ_in, и процессы нуклеации и полимеризации ортокремниевой кислоты (ОКК) не успевают развиться. После выхода из теплообменника БЭ гидротермальный раствор направляют в танк для старения для завершения нуклеации и полимеризации ОКК и образования коллоидных частиц кремнезема заданного размера. В случае, когда извлечение проводят в отсутствие геотермального энергопроизводства, сепарат после отделения от паровой фазы направляют в танк для старения для завершения нуклеации и полимеризации ОКК. Перед вводом в танк для старения температуру сепарата можно регулировать пропусканием через теплообменники. После старения осуществляют ввод катионов металлов (Са²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Fe³⁺ и др.) одного типа или комбинации катионов разного типа добавлением раствора коагулянта(ов) и перемешиванием. Концентрация катионов ниже критической для хлопьеобразования, и осаждения кремнезема не происходит. Далее насосом раствор направляют в мембранные фильтры. Напор ΔP_MF (Па), создаваемый насосом, должен быть достаточным для фильтрования заданного расхода Q_GW (м³/с) раствора через мембранный слой. После извлечения кремнезема из сепарата, в котором концентрация кремнезема значительно уменьшилась, может проводиться дополнительное извлечение тепла.

Отработанный сепарат закачивают в породы резервуара через реинжекционные скважины, что необходимо для поддержания давления в резервуаре, дебита продуктивных скважин и снижения влияния на экологию окружающей среды при долгосрочном использовании геотермальных ресурсов. Количество электрической и тепловой энергии, которое получают таким образом на БЭ ГеоЭС, ГеоТЭС, зависит от температуры, до которой может охлаждаться сепарат в теплообменниках без дальнейшего образования отложений в трубопроводах и скважинах обратной закачки.

Старение раствора гидротермального сепарата, вышедшего из теплообменников бинарного энергоблока, осуществляют для завершения нуклеации и поликонденсации молекул ОКК и образования коллоидных частиц кремнезема заданных размеров и концентрации. Скорость процессов нуклеации и роста частиц кремнезема, конечный размер частиц и их концентрацию регулируют варьированием температуры, рН водного раствора, а также добавлением водных сред, несущих коллоидные частицы кремнезема, которые могут быть центрами роста.

После ввода катионы-коагулянты Са²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Fe³⁺ и др. сорбируются поверхностью коллоидных частиц кремнезема и служат мостикообразователями между частицами для их укрупнения и образования агрегатов с размерами, превышающими размеры частиц, сформировавшихся в результате нуклеации и поликонденсации. Катионы металлов могут вводиться добавлением в раствор гидролизующихся солей металлов. Один из вариантов ввода катионов - электрохимическое растворение металлического анода (алюминий, железо и др.) при пропускании электрического тока. Катионы кальция и магния можно ввоить добавлением морской воды.

Устройства с мембранными фильтрами, через которые фильтруют раствор, имеют диаметры d_p пор меньше, чем размеры агрегатов коллоидных частиц кремнезема: 0,025-1,0 мкм.

Материал, извлеченный фильтрами, удаляют из фильтров, промывают его для снижения концентрации примесей в подкисленной водной среде, имеющей рН4-7, обезвоживают и сушат с получением тонкодисперсного порошка аморфного кремнезема с низкой концентрацией примесей (1,0-0,1 мас.% и менее).

Доля извлеченного коллоидного кремнезема зависит от диаметра пор фильтра, температуры раствора, количества катионов металлов, введенных в раствор для укрупнения частиц кремнезема, рН раствора и может меняться в зависимости от указанных факторов от 0,01 до 1,0. Количество введенных катионов металлов может меняться от нуля до критической концентрации. В случае, когда количество введенных катионов равно нулю, фильтрование через мембранные фильтры позволит извлечь только те частицы кремнезема, размеры которых превышают диаметры пор мембранных фильтров.

Стоимость Ex_EP электрической энергии, затраченной на работу насосов при продолжительности работы установки τ(с):

η_р - КПД насоса, α_E - стоимость кВт·ч электроэнергии, руб./кВт·ч. Стоимость T_R химических реагентов, используемых для коагуляции коллоидных частиц, зависит от удельного расхода реагентов Q_R (кг/м³) и их стоимости α_R (руб./кг):

Реализация заявленного способа позволит:

1) получить прибыль Pr_BE от продажи дополнительной электрической энергии, производимой бинарным энергоблоком:

где η_BE - КПД бинарного энергоблока, С_р - объемная теплоемкость водного раствора, Дж/м³, T₁ - температура на входе в теплообменник БЭ, Т₂ - температура на выходе из теплообменника БЭ;

2) получить прибыль Pr_AS от продажи аморфного кремнезема:

где C_t1 - концентрация на входе в установку для извлечения кремнезема (кг/м³), C_t2 - концентрация на выходе из установки (кг/м³), стоимость порошка аморфного кремнезема α_AS (руб./кг); стоимость извлеченного кремнезема зависит от его физико-химических характеристик и отрасли промышленности, в которой извлеченный материал можно утилизовать;

3) получить прибыль Pr_S от продажи дополнительной электроэнергии за счет ликвидации простоев ГеоЭС, возникающих из-за необходимости удаления твердых отложений кремнезема из оборудования:

где N_GP - мощность ГеоЭС, МВт, Δτ - продолжительность простоев ГеоЭС, с;

4) получить прибыль за счет ликвидации потерь энергии, возникающих из-за повышения перепадов давления на участках водного и парового тракта ГеоЭС:

где ΔP_WP - снижение давления на участках водного тракта, на которых произошел рост твердых отложений кремнезема и уменьшилось сечение трубопроводов, требующее компенсации за счет работы водных насосов; ΔN_TU - снижение мощности паровой турбины вследствие изменения давления, расхода и удельной энтальпии пара, кВт;

5) получить экономию Ес_D за счет устранения затрат на бурение скважин обратной закачки отработанного теплоносителя в случае заполнения их твердыми отложениями:

где N_W - количество скважин обратной закачки, H_W - средняя глубина скважин, м, α_W - средняя стоимость бурения и строительства 1 м скважины обратной закачки в зонах тепловых аномалий, руб./м.

Таким образом, прибыль Pr_BM от использования мембранной установки для извлечения коллоидного кремнезема выражается формулами:

Образование коллоидного кремнезема в гидротермальном растворе происходит в результате нуклеации и поликонденсации молекул ОКК, поступивших в гидротермальный раствор в ходе его химического взаимодействия с алюмосиликатными минералами пород в недрах гидротермальных месторождений при повышенных температуре (250-300°С и более) и давлении (свыше 3,57-8,59 МПа).

Про подъеме по продуктивным скважинам снижаются давление и температура теплоносителя, причем давление из-за гидравлических потерь на трение, начиная с некоторой глубины, может стать ниже давления насыщенного пара, поэтому часть жидкого теплоностеля переходит в паровую фазу. Из-за риска образования твердых отложений аморфного кремнезема в скважинах, трубопроводах, теплооборудовании и аппаратах закачка сепарата проводится при повышенной температуре 140-160°С, что снижает эффективность использования теплоносителя для получения энергии и затрудняет извлечение полезных химических соединений.

Количество кремния, поступившего в раствор при химическом взаимодействии с породами, можно оценить по растворимости C_qu (моль/кг) α-кварца в чистой воде [4]:

В результате восходящей фильтрации в трещиновато-пористых породах гидротермальных месторождений или при подъеме в продуктивных скважинах ГеоЭС давление и температура раствора снижаются. При этом возможно разделение раствора на паровую и жидкую фазы. Вследствие этого водный раствор становится пересыщенным относительно растворимости аморфного кремнезема С_е (моль/кг), зависимость которой от абсолютной температуры Т для чистой воды подчиняется следующему уравнению [5]:

Состояние мономерной ОКК в пересыщенном водном растворе нестабильно. Пересыщение раствора вызывает нуклеацию и полимеризацию молекул кремнекислоты с конденсацией силанольных групп, образование силоксановых связей и частичную дегидратацию согласно следующим реакциям:

Многоатомные агрегаты, возникшие в результате полимеризации, приобретают трехмерную структуру в виде коллоидных частиц кремнезема. Часть кремния после завершения полимеризации продолжает оставаться в виде молекул ортокремниевой кислоты H₄SiO₄, концентрация C_s которой близка к растворимости аморфного кремнезема С_е(Т) в равновесии с коллоидным кремнеземом. Кроме коллоидных частиц и молекул кремниевых кислот в растворе присутствует небольшое количество ионов кремниевых кислот (Н₂SiO₄ ^-, H₂SiO₄ ^2-, HSiO₃ ^- и т.д.) и макромолекулы поликремниевых кислот. При температуре 20-180°С и рН7,0-9,2 доля димеров по отношению к ортокремниевой кислоте, концентрация которой близка к растворимости С_е(Т), не превышает 1,0%, доля тримеров - 0,1%, тетрамеров и низкомолекулярных циклических полимеров (до 6 единиц SiO₂)<0,1%. Доля ионов H₃SiO₄ ^- и H₂SiO₄ ^2- при этих условиях не превышает 14,0%. Сумма концентраций коллоидного кремнезема C_col, растворимой кремнекислоты C_s и ионов кремниевых кислот C_in составляет общее содержание C_t кремнезема в растворе:

Один из возможных объектов для извлечения коллоидного кремнезема - высокотемпературный теплоноситель Мутновского месторождения, характерные концентрации основных компонентов в жидкой фазе которого показаны в табл. 1. В таблице 2а приведены концентрации кремнезема в сепарате скважин Мутновского месторождения, в таблице 2б - температуры теплоносителя на забое продуктивных скважин. Диапазон значений рН сепарата 8,0-9,3 (табл.2а), температуры, при которых теплоноситель взаимодействует с породами резервуара 243-303°С.

Пересыщение S_N(T), равное отношению C_s/С_е, и рН - это основные факторы, определяющие скорость нуклеации I_N ⁰ кремниевой кислоты в водном растворе. Максимальная скорость нуклеации достигается через некоторое время, превышающее время индукции τ_in, необходимое для роста и формирования стабильной популяции частиц с размерами, близкими к критическому. Ядра конденсации в пересыщенном растворе термодинамически неустойчивы: ядра с размерами, превышающими критический, увеличиваются, ядра с размерами менее критического - уменьшаются.

Значения критического радиуса R_cr при условиях, характерных для гидротермального раствора Мутновского месторождения (рН 8,7, C_t=700 мг/кг), увеличиваются от 0,3 до 2,3 нм с ростом температуры от 20 до 153°С. Рост температуры и снижение рН раствора одинаковым образом влияет на время индукции, концентрацию и конечный размер частиц: с ростом температуры уменьшается скорость нуклеации I_N и увеличивается время индукции τ_in, снижается концентрация частиц N_p и увеличивается конечный средний радиус частиц R_f. В общем случае на скорость процессов нуклеации, конечный размер частиц и их концентрацию влияют такие факторы, как температура, рН раствора, общее содержание кремнезема, размеры и количество ядер, введенных в раствор до начала нуклеации.

Основные факторы, определяющие кинетику полимеризации кремнекислоты и скорость ее перехода в коллоидный кремнезем: температура, рН, ионная сила водного раствора. Для сепарата скважин Мутновского месторождения характерное время τ_р полимеризации, в течение которого пересыщение относительно растворимости аморфного кремнезема уменьшается в 2,71 раза, при рН 8,0-9,3 и температуре 20°С находится в пределах 60 мин, при 50°С значение τ_р=36,0 мин, при 75°С - τ_р=20,9 мин, при 100°С - τ_р=8,3 мин. Снижение рН подкислением раствора приводит к замедлению полимеризации и увеличению значения τ_р. При рН 4,0-5,0 достигается ингибирование полимеризации.

Размер и концентрация коллоидных частиц зависят от температуры и рН раствора, при которых проходили нуклеация и полимеризация. Если нуклеация и полимеризация происходят неконтролируемым образом при переменной температуре, то образующаяся коллоидная система будет полидисперсной: размеры частиц будут распределены в определенном диапазоне. В таблице 3 представлены результаты измерения методом фотонной корреляционной спектроскопии (ФКС) в одной из проб гидротермального раствора Мутновского месторождения после проведения старения раствора при переменной температуре от 50 до 20°С. Результаты представлены в виде зависимости амлитуды рассеяния S_am от радиуса частиц r. Амплитуда рассеяния S_am пропорциональна количеству частиц с радиусами в соответствующем диапазоне величин. Средний радиус r_ср для частиц указанной пробы раствора был 11,09±0,18 нм. Коэффициент диффузии, соответствующий такому радиусу, равен D=(1,92±0,03)·10^-7 см²/с. Доля частиц с радиусами в диапазоне (1-57,54) нм - 88,72%, (1-83,17) нм - 93,37%, (1-120,22) нм - 96,51% (табл.3). Средний радиус частиц в подобных пробах гидротермального раствора по данным ФКС принимает значения от 7,0 до 30,0 нм.

Коллоидные частицы кремнезема неустойчивы по отношению к катионам металлов, введенных в раствор добавлением коагулянтов. В таблице 4 приведены данные по критическому расходу относительно хлопьеобразования для каждого коагулянта и коагулирующего катиона.

Существующие способы извлечения кремнезема основаны на использовании коагулянтов в количествах, равных или превышающих критические концентрации относительно хлопьеобразования [6, 7]. Способ-прототип (Кашпура В.Н., Потапов В.В. Способ электрохимической обработки гидротермального теплоносителя. Патент РФ, № 2185334, 2002, приоритет от 12.05.2000 г.) предполагает ввод катионов металлов (алюминия, железа, меди и др.) за счет растворения металлического анода при пропускании электрического тока. Осаждение происходит в режиме хлопьеобразования, поверхность хлопьев сорбирует примеси, находящиеся в растворе, в результате чего концентрация примесей в осажденном материале достигает высоких значений.

Заявленный способ исключает хлопьеобразование и позволяет получить материал с концентрациями примесей более низкими, чем в случае применения существующих методов. За счет снижения концентрации примесей в извлеченном материале расширяются области его использования. Заявленный способ предполагает сокращение расхода химических реагентов по сравнению с существующими методами. При этом уменьшаются габариты танков-смесителей, количество дозаторов и перемешивающих устройств и расход электроэнергии на их работу.

Пример 1. Ввод катионов металлов в количестве меньше критического приводит к образованию агрегатов коллоидных частиц кремнезема и увеличению их среднего размера без хлопьеобразования. В таблице 5 приведены данные, полученные методом ФКС, показывающие изменение среднего размера частиц после ввода катионов Са²⁺, Al³⁺, Ni²⁺. Катионы Са²⁺ вводили добавлением гашеной извести, катионы Ni²⁺ и Al³⁺ - добавлением гидролизующихся солей: сернокислого никеля NiSO₄·7H₂O и сернокислого алюминия Al₂(SO₄)₃·7Н₂O. Затем пробы раствора фильтровали через фильтр с диаметром пор 0,22 мкм, и в растворе, прошедшем через фильтр, повторяли измерения методом ФКС, что позволяло судить об изменении размеров агрегатов коллоидных частиц после прохождения через поры фильтра.

После ввода катионов увеличивалась интенсивность рассеянного света и средний радиус частиц: после ввода катионов Са²⁺ средний радиус частиц возрос до 172,4 нм, после ввода Al³⁺ - до 73,4-100,2 нм (табл.5). Укрупнение частиц отмечено и в пробах, обработанных электрохимической коагуляцией на алюминиевых электродах: при силе тока 0,5 А, плотности тока j=37,5 А/м² и длительности обработки 5 мин средний радиус частиц возрос до 70-74 нм, при длительности электрообработки 15 мин средний радиус имел значения 111-147 нм. После пропускания раствора через мембранный фильтр происходило резкое снижение интенсивности рассеянного света I_FC, а также уменьшение среднего радиуса частиц (табл.5).

Пример 2. Результаты извлечения коллоидных частиц кремнезема с применением мембранных фильтров приведены в таблице 6. Диаметр d_p пор фильтра был 0,2 мкм. Перед фильтрованием в раствор добавлялся коагулянт: Al₂(SO₄)·18H₂O или AlCl₃·6Н₂O. Концентрация коагулянтов была ниже критической. В таблице 6 показана доля алюминия по отношению к SiO₂ в материале, задержанном фильтром, определенная по разности концентрации катионов алюминия и кремнезема в растворе до и после фильтрования.

Катионы Al³⁺, введенные в раствор, сорбировались поверхностью коллоидных частиц, что приводило к укрупнению частиц и образованию агрегатов с размерами более 0,2 мкм. Укрупненные агрегаты задерживались фильтром при фильтровании. Практически весь коллоидный кремнезем задерживался при вводе 150-170 мг/кг Al₂(SO₄)₃·18H₂O и 60-110 мг/кг AlCl₃·6Н₂О. Такие количества коагулянтов соответствовали концентрации Al³⁺ 12,1-13,7 мг/кг при вводе Al₂(SO₄)₃·18Н₂O и концентрации Al³⁺ 6,6-12,2 мг/кг при вводе AlCl₃·6Н₂O. Концентрация алюминия в материале, извлеченном с использованием мембранных фильтров, была ниже, чем в материале, полученном осаждением с хлопьеобразованием при концентрации коагулянтов выше критической: отношение Al/SiO₂ было в пределах 0,00921-0,0215 при добавлении Al₂(SO₄)₃·18H₂O, при добавлении AlCl₃·6Н₂O оно принимало значения 0,00993-0,017 (табл.6). Понизить содержание алюминия в извлеченном материале до таких значений без использования мембранных фильтров в режиме хлопьеобразования не удается.

Литература

1. Кашпура В.Н., Потапов В.В. Способ использования геотермального кремнезема для изготовления натриевого жидкого стекла. Патент РФ, № 2186025, 2000.

2. Потапов В.В. Способ использования кремнезема, осажденного из гидротермального раствора, для повышения прочности бетона. Патент РФ, № 2243951, 2003.

3. Потапов В.В., Гусева О.В. Способ использования кремнезема, осажденного из гидротермального раствора, как сорбента для газовой хроматографии. Патент РФ № 2259558, 2004.

4. Crerar D.A., Anderson G.M. Solubility and solvation reactions of quartz in dilute hydrothermal solutions // Chem. Geol. - 1971. - V.8. - Р.107-122.

5. Marshall W.L. Amorphous silica solubilities. I. Behaviour in aqueous sodium nitrate solutions: 25-300°C, 0-6 molal // Geochim. et Cosmochim. Acta. - 1980. - V.44. - P.907-913.

6. Кашпура В.Н., Потапов В.В. Способ электрохимической обработки гидротермального теплоносителя. Патент РФ, № 2185334, 2002, приоритет от 12.05.2000 г.

7. Потапов В.В., Карпов Г.А., Поваров К.О. Способ осаждения кремнезема из гидротермального теплоносителя с одновременным добавлением извести и морской воды. Патент РФ, № 2219127, приоритет - 6 марта 2002 года.

Таблица 1
Концентрации анионов и катионов в гидротермальном сепарате с линии обратной закачки Верхне-Мутновской ГеоЭС, ионная сила Is=14,218 ммоль/кг, уд. электропроводность σ=1250 мкСм/см, (H4SiO4)t - общее содержание кремнезема, (H4SiO4)s - концентрация растворенной ОКК, н.о. - концентрация не определена, (-) - значения не рассчитаны. рН9,35
Компонент	мг/л	мг·экв/л
мг·экв/л	% мг·экв/л
Na+	239,4	10,413	88,044
K+	42,0	1,074	9,080
Са2+	1,6	0,0798	0,6747
Mg2+	0,72	0,0592	0,5005
Fe2,3+	<0,1	<0,0053	0,0448
Al3+	0,27	0,033	0,2790
NH4 +	1,1	0,0609	0,5149
Li+	0,71	0,102	0,8624
Сумма по катионам	285,9	11,827	100,0
Cl-	198,5	5,591	47,664
НСО3 -	81,0	1,327	11,312
СО3 2-	19,9	0,663	5,652
SO4 2-	192,1	3,9995	34,096
HS-	4,95	0,15
H2S0	5,92	-	-
F-	н.о.	н.о.	-
Сумма по анионам	496,5	11,73	100,0
Н3ВО3	106,9	-
(H4SiO4)t	1190	-
(H4SiO4)s	222	-
Mh, мг/кг	1638,9

Таблица 2а.
Химический состав сепарата скважин Мутновского месторождения.
№ скв.	рН	М г/л	Cl, мг/л	SO4, мг/л	НСО3, мг/л	Na, мг/л	К, мг/л	Са, мг/л	Mg, мг/л	NH4, мг/л	SiO2, мг/л
M1	8	1705	250	156	100	250	51,4	2,8	0,2	1,25	775
М24	9	1678	222	192	83,6	230	45,3	4,4	0,4	0,2	797
М01	8,5	1882	308	106	55,5	242	54,8	0,7	0,01	0,1	962
М012	8,3	1577	169	289	66,9	286	38,2	2,9			630
М013	8,8	1831	282	144	80,5	253	61,8	2,3	0,01	0,85	860
М014	6,8	1636	227	192	93,3	217	46,5	3,6	0,01	0,85	706
М020	8,5	1964	462	44,4	73,96	339	65	3,9	1,52	0,7	876,8
М022	8,4	1996	445	96	27	307	72	0,4		0,2	977
М027	8,6	1314	212	219	50	250	34	1,4		3,3	505
M029W	8,9	1617	284	188	35	243	42	13		0,7	771
М045	8,5	2008	463	89	14	318	72	0,3		0,2	965
М048	8,2	1622	275	126	95	250	43	1,5		1,8	780
M049N	8,8	1489	284	188	52	307	41	11		1,5	487
М055	9,3	1681	325	137	55	277	48	1,3		1	831
Таблица 2б.
Температура теплоносителя на дне продуктивных скважин Мутновского месторождения.
Скважина	Температура, °С
M1	288
М24	283
М01	299
М012	243
М013	293
М022	303
М023	289
М027	245
М037	261
М045	296
М047	245
М048	261
М055	262

Таблица 3.
Результаты измерений методом ФКС в пробе гидротермального раствора скважины Мутновского месторождения. r - радиус частиц, rcp - средний радиус для интервала, нм, Sam - амплитуда рассеивания света, Sr - доля частиц, имеющих радиусы в диапазоне от 1 нм до значения, соответствующего концу указанного интервала. (-) - показатель не определяется.
r, нм	rср, нм	Sam	Sr, %	r, нм	Rcp, нм	Sam	Sr, %
1,0-1,44	1,22	0,0222322	2,59	83,17-120,22	101,69	0,0270527	96,51
1,44-2,089	1,76	0,0335038	6,49	120,226-173,78	147,00	0,0169228	98,49
2,0893-3,01995	2,55	0,0479776	12,08	173,78-251,189	212,48	0,00925547	99,58
3,019-4,365	3,69	0,0649203	19,64	251,189-363,078	307,13	0,00361224	100,00
4,365-6,309	5,33	0,0820874	29,21	363,078-524,807	443,94	0,0	-
6,309-9,12	7,71	0,0956918	41,07	524,807-758,578	641,69	0,0	-
9,12-13,18	11,15	0,101794	52,23	758,578-1096,48	927,52	0,0	-
13,18-19,05	16,11	0,0986029	63,71	1096,48-1584,89	1340,68	0,0	-
19,05-27,54	23,29	0,0875023	73,91	1584,89-2290,87	1937,88	0,0	-
27,54-39,81	33,67	0,0718849	83,19	2290,87-3311,3	2801,08	0,0	-
39,81-57,54	48,67	0,0552209	88,72	3311,3-4786,3	4048,8	0,0	-
57,544-83,176	70,36	0,0398972	93,37	4786,3-10000,0	7393,15	0,0	-

Таблица 4.
Критический расход катионов металлов относительно хлопьеобразования и осаждения коллоидного кремнезема в гидротермальном растворе при температуре 20°С.
Коагулянт	Коагулирующий катион	Критический расход коагулянта, мг/кг	Критический расход катиона,
мг/кг	ммоль/кг
СаО	Са2+	80,0	57,1	1,424
CaCl2	Са2+	500,0	180,18	4,495
CuSO4·5H2O	Cu2+	200,0	50,9	0,801
CoSO4·5H2O	Со2+	400,0	83,88	1,423
Pb(NO3)2	Pb2+	150,0	93,6	0,451
NiSO4·7H2O	Ni2+	225,0	47,0	0,801
ZnSO4·7H2O	Zn2+	250,0	56,85	0,869
Al2(SO4)·18Н2O	Al3+	250,0	20,2	0,748
AlCl3·6Н2O	Al3+	150,0	16,65	0,617
FeCl3·6Н2O	Fe3+	250,0	55,66	0,996

Таблица 5.
Изменение размеров агрегатов катионов металлов и коллоидных частиц кремнезема после фильтрования через мембранный фильтр, установленное методом ФКС. н.о. - измерения не проводились. dp=0,22 мкм.
Номер пробы	Катион металла	Концентрация катионов, мг/кг	Средний радиус частиц rср, нм	Интенсивность рассеянного света IFC, Гц
до фильтрования	после фильтрования	до фильтрования	после фильтрования
1	Са2+	28,6	172,4	14,6	206181	14597
3	Al3+	1,61	73,9C	0,0	50217	1301
4	Al3+	3,2	100,2	0,0	110129	1413
5	Al3+	4,8	96,1	30,13	118105	67597
6	Al3+	6,4	89,9	30,1	336067	1431
7	Ni2+	20,9	206,3	н.о.	162081	0
8	Ni2+	31,4	414,8	н.о.	32617	н.о.

Таблица 6.
Результаты экспериментов по извлечению коллоидного кремнезема с использованием мембранных фильтров, dp=0,2 мкм при 20°С. КК - концентрация коагулянта, введенного в раствор перед пропусканием через фильтр.
Al2(SO4)·18H2O	AlCl3·6Н2O
КК, мг/кг	Ct, мг/кг	Cs, мг/кг	Al/SiO2	КК, мг/кг	Ct, мг/кг	Cs, мг/кг	Al/SiO2
170,0	145,3	112,5	0,0173	110,0	112,5	112,5	0,0179
165,0	210,9	118,75	0,0161	105,0	114,0	112,5	0,0170
160,0	153,1	125,0	0,0141	100,0	115,6	112,5	0,0149
155,0	215,6	118,75	0,0215	90,0	139,4	134,4	0,0148
150,0	209,4	134,4	0,0188	80,0	171,9	137,5	0,0123
140,0	239,0	128,1	0,0132	70,0	175,0	134,4	0,0136
130,0	400,0	134,4	0,0168	65,0	206,25	128,1	0,0125
120,0	375,0	118,75	0,0137	60,0	209,4	131,25	0,0100
110,0	383,1	121,9	0,0136	55,0	390,6	118,75	0,0165
100,0	437,5	123,75	0,00921	50,0	337,5	115,6	0,0125
90,0	531,25	118,75	0,0123	45,0	406,25	112,5	0,00993
80,0	571,9	118,75	0,0108	40,0	518,75	115,6	0,0151

Способ извлечения коллоидного кремнезема из жидкой фазы гидротермального теплоносителя, включающий старение гидротермального раствора, нуклеацию и полимеризацию ортокремниевой кислоты с образованием коллоидных частиц кремнезема, ввод катионов металла и образование агрегатов частиц кремнезема, отличающийся тем, что катионы металлов вводят в количествах, меньших критических, так, что отсутствует хлопьеобразование, и после ввода катионов металлов раствор фильтруют через мембранные фильтры с диаметром пор 0,025-1,0 мкм.