Экологические и технологические проблемы извлечения йода и брома из геотермальных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экологические и технологические проблемы извлечения йода и брома из геотермальных вод

Попутные геотермальные воды газовых и нефтяных месторождений, а также подземные рассолы, содержащие более 10-18 мг/дм³ йода, являются вторым по оцененным запасам и объемам промышленной добычи мировым источником йода. В России производят йод из подземных рассолов в количестве 150-200 т/год (Троицкий йодный завод, Краснодарский край и Уральское АО «Галоген», Пермская область). Годовое потребление йода в РФ составляет 400-450т, недостаток импортируется из Чили, Туркмении и Азербайджана.

Для сохранения здоровья нации потребление йода должно составлять не менее 15г на человека в год, что соблюдается в развитых странах. В РФ эта величина с 90-х годов составляет 2-4 г./год. Расчетная потребность в йоде, исходя из необходимых 15 г./чел., составляет более 2000 т/год. Отечественное производство йода в 10 раз ниже уровня физиологической потребности населения, не говоря о потребности разных отраслей промышленности, которая растет из года в год. Поэтому в России с 90-х резко выросла заболеваемость населения эндемическим зобом. Имеются регионы, где больных детей 80% и более. Усугубляющим ситуацию фактором стало появление в окружающей среде радиоактивного йода после известных аварий на АЭС. При наличии возможностей надо стремиться к независимости от импорта таких продуктов. Все это свидетельствует о крайней необходимости создания новых мощностей по производству йода в нашей стране.

Для организации отечественного йодного производства в России имеются огромные объемы йодных и йодо-бромных вод, попутно извлекаемых при добыче углеводородов и не требующих проведения дорогостоящих буровых работ для извлечения. В качестве потенциальных источников гидроминерального сырья для извлечения ценных компонентов в ИПГ ДНЦ РАН и Махачкалинском филиале ООО «Подземгидроминерал» были исследованы подземные промышленные воды разных регионов России (попутные геотермальные воды Южно-Сухокумского, Махачкала-Димитровского, Тарумовского, Берикейского месторождений Дагестана, а также Астраханского, Оренбургского, Вуктыльского, Уренгойского, Северо-Ставропольского нефтегазовых месторождений). Подземные воды этих месторождений обычно нейтральные или слабощелочные (рН = 6,7-8,5), общая минерализация изменяется в пределах от 15 до 300 г./дм³. Содержание йода в них 20 - 60 мг/дм³ и более (промышленной считается концентрация 10-18 мг/дм³). Температура вод, за редким исключением, составляет 20 - 70^оС. Эксплуатационные ресурсы промышленных подземных вод этих месторождений составляют сотни тысяч кубометров в сутки. Это - огромный ресурс гидроминерального сырья, в том числе и йода, которым необходимо воспользоваться.

Выбор способа извлечения йода и брома (воздушно-десорбционный, ионообменный, адсорбционный) определяется, главным образом, массовой концентрацией их в промышленной воде и её температурой. Так, опыт эксплуатации йодных производств показал, что для переработки промышленных вод с температурой выше 30-35^оС при концентрации йода 20-60 мг/дм³ воздушно-десорбционный способ экономичнее, т.к. при повышении температуры увеличивается упругость паров йода над промышленной водой, сокращается требуемый расход воздуха и электроэнергии на процесс его извлечения. Для вод с более высокой концентрацией йода воздушно-десорбционный способ экономически оправдан и при более низкой температуре воды. При температурах воды ниже 30-35^оС или при концентрации йода менее 20 мг/дм³ используют ионообменный либо адсорбционный способ с применением активированного угля / 1 /.

Проблемы технологии извлечения йода и брома из минерализованных вод в целом достаточно проработаны. Но в процессе проведения совместных работ с проектными организациями, в частности с НПО «Йодобром» (г. Саки, Украина), было замечено, что некоторые аспекты технологии требуют доработки.

В частности, технологические схемы производства йода и брома, вне зависимости от применяемого способа извлечения, включают следующие обязательные стадии:

- подкисление промышленной воды минеральной кислотой (соляной, серной) до рН 2,5-3,0 для устранения естественной щелочности и создания избыточной кислотности с целью подавления гидролиза галогенов;

- окисление галогенидов до молекулярного состояния.

На первой стадии из экономических соображений используют серную кислоту, которая нейтрализует природную щелочность обусловленную, к примеру, присутствием гидрокарбоната кальция, что приводит к образованию в воде нерастворимого сульфата кальция по схеме:

Ca(HCO₃)₂ + H₂SO₄ = CaSO₄ + 2H₂O +2CO₂

Но при этом нельзя забывать о том, что в подземных геотермальных водах глубоких горизонтов зачастую присутствуют радиоактивные изотопы, в том числе и радий. Радий соосаждается с сульфатом кальция и приводит к получению в целом радиоактивного осадка. Вследствие такой ошибки на Троицком йодном заводе (совместное российско-американское предприятие) образовалось более 5000т радиоактивных осадков сульфата кальция, что привело к очень серьезной и затяжной экологической проблеме. Еще в 1986 г. во время исследований, связанных с попутными водами Южно-Сухокумского нефтегазового месторождения, мы впервые обратили внимание на вынос радиоактивных элементов с попутными водами углеводородных месторождений. При этом идентифицировали в воде более 10 радиоизотопов, исследовали распределение их по фазам при переработке рассола, определили их удельные гамма и бета активности и провели гамма-картирование месторождения / 2,3 /. Технология переработки подземных минерализованных вод, разработанная без учета этого фактора, не имеет право на практическое использование. Учет данного фактора привел бы к отказу от применения серной кислоты для подкисления йодных вод, а использование соляной кислоты не привело бы к таким последствиям на Троицком предприятии.

На второй стадии йодиды (бромиды) окисляют хлором до величины окислительно-восстановительного потенциала (еН), равного 580-600 мВ согласно схеме:

MgI₂ + Cl₂ = MgCl₂ + I₂

йод бром геотермальный месторождение

Для реализации этой стадии, обычно, предлагается приобретать газообразный хлор в железнодорожных или автоцистернах. Затем на месте использования смешением пресной или отработанной попутной воды и газообразного хлора в хлораторах типа ЛК получают хлорную воду, которую, сообразно концентрации «активного хлора» в нем, вводят в промышленную воду для окисления галогенидов. В таком варианте также есть существенные недостатки.

Во-первых, концентрация «активного хлора» в полученной таким образом хлорной воде составляет не более 1,5-2 г./дм³. Взамен этому во время предпроектных исследований, связанных с созданием гидроминерального производства на Астраханском ГКМ, в 2005 г. нами был предложен вариант использования электролитически полученного гипохлорита натрия, полученного из самого подземного рассола или раствора поваренной соли (рядом Баскунчак). Концентрация активного хлора в таком растворе минимум в 6 раз выше (12 г./дм³) и работать с ним менее опасно, чем с газообразным хлором.

Во-вторых, транспорт хлора, сильнодействующего ядовитого вещества, в цистернах к месту его использования на многие километры представляется нерациональным и опасным в связи с возможной вероятностью аварийных ситуаций и террористической угрозой.

Необходимо заметить, что вышеприведенные предложения относятся как к производству йода, так и брома. Таким образом, применение соляной кислоты для стадии подкисления перерабатываемой воды, в которой имеются радиоактивные изотопы, а также использование электролитически полученного гипохлорита приводит к повышению экологической безопасности производства йода и брома за счет исключения образования радиоактивных осадков и необходимости приобретения хлора с его транспортировкой. К тому же упрощается собственно технология процесса переработки гидроминеральных ресурсов.

Список использованной литературы

1. Мировое производство йода и йодидов (часть I) // Евразийский химический рынок, №10 (46), октябрь 2008. С. 74-79.

2. Ахмедов М.И., Рамазанов А.Ш., Рамазанов О.М. Обезжелезивание и дезактивация термальных вод // Химия и технология воды, 1996, т17, №3. С. 285-289.

3. Ахмедов М.И. Естественные радионуклиды в геотермальных водах нефтегазовых месторождений // Материалы международной конференции «Тепловое поле Земли и методы ее изучения», РГГРУ, Москва, 2008 г. С. 15-18

Размещено на Allbest.ru