Исследование водно-солевого баланса озера Кучук - сырьевой базы производства сульфата натрия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.01, кандидат технических наук Багринцева, Валентина Викторовна

• Багринцева, Валентина Викторовна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Багринцева, Валентина Викторовна

Введение.

ГЛАВА I ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Исследование водно-солевого баланса оз. Кучук.

1.2 Состояние разведанности месторождения и квалификация запасов.

1.3 Определение подземной составляющей водного баланса оз. Кучук

1.4 Расчет испаряемости рассолов.

1.5 Статика и кинетика фазовых переходов в системе 2Na,Mg/S04 2СГ - Н20.

1.6 Перспективы комплексной переработки рапы.

1.7 Постановка цели и задач исследования.

ГЛАВА II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ ВОДНО-СОЛЕВОГО БАЛАНСА

2.1 Полевые и камеральные работы.

2.1.1 Наблюдения за уровнем и составом подземных вод.

2.1.2 Наблюдения за уровнем и химическим составом поверхностной рапы оз. Кучук.

2.1.3 Наблюдения за расходом и химическим составом поверхностных водотоков, разгружающихся в оз. Кучук.

2.2 Лабораторные работы.

2.3 Расчетное определение составляющих водно-солевого баланса.

2.3.1 Определение величины притока грунтовых и напорных вод в оз. Кучук.

2.3.2 Расчет испаряемости рапы оз. Кучук.

2.4 Определение расчетных параметров оз. Кучук.

2.4.1 Расчет объема рапы оз. Кучук.

2.4.2 Расчет плотности рапы оз. Кучук.

2.4.3 Расчет величины запасов солей в поверхностной рапе.

2.4.4 Расчет уровня рапы и площади акватории озера по его объему и объема озера по уровню рапы.

2.4.5 Расчет количества солей, растворяющихся или кристаллизующихся в течение месяца.

2.4.6 Расчет и результаты водно-солевого баланса.

ГЛАВА III ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Обоснование предпосылки о хлористом магнии как о «невыпадающем» компоненте.

3.2 Методика расчета материального баланса процессов фазового перехода на солевой проекции диаграммы.

3.3 Обоснование применения в расчетах объема рапы по невыпадающему компоненту.

3.4 Обоснование изменений морфометрических характеристик озера.

3.5 Движение запасов основных компонентов месторождения в годовом и многолетнем циклах.

3.6 Роль и величина составляющих водного баланса на современном этапе существования озера.

3.7 О комплексной переработке поверхностной рапы оз. Кучук.

3.8 Механизм восстановления сульфат-иона в поверхностной рапе озера.

3.9 Анализ результатов расчета водно-солевого баланса.

ЗЛО Перспектива расширения сырьевой базы предприятия.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование водно-солевого баланса озера Кучук - сырьевой базы производства сульфата натрия»

Развитие предприятия, перспективы инвестирования в современных условиях хозяйствования предполагают определенный и исчерпывающий уровень знаний по сырьевой базе галургического производства. Применительно к ОАО «Кучуксульфат», где расходуемая и не восполняющаяся часть запасов сульфата натрия представлена мирабилитом-стеклецом корневой залежи, а извлечение запасов осуществляется закачкой поверхностной рапы оз. Кучук в садочный бассейн - оз. Селитренное, решающую роль играет скорость восстановления концентрации иона SO42" в рапе и механизм процесса деградации линзы мирабилита-стеклеца. Динамический (изменяющийся сезонно и в многолетнем цикле) характер технологического качества поверхностной рапы (содержание иона SO42" и водность) определяется природными факторами, присущими оз. Кучук - объекту регионального стока в зоне контрастных континентальных климатических условий.

Очевидно, что природный процесс восстановления концентрации иона л

S04' в поверхностной рапе должен характеризоваться определенным диапазоном скоростей реализации и конечных величин переносимых масс сульфат-иона от мирабилита-стеклеца в поверхностную рапу. Именно эти (зависимые от конкретных метеорологических условий рассматриваемого временного периода) величины потоков переносимого растворенного сульфата натрия, обуславливают максимальный потенциально возможный объем производства товарного сульфата натрия. Применительно к действующему производству речь идет об определении продолжительности цикла (1-4 года) и допустимых объемов откачки рапы из оз. Кучук в оз. Селитренное.

Актуальность поставленной задачи усиливается органически сопряженными с ней другими практически важными аспектами эксплуатации месторождения, например: целесообразность комплексной переработки (полной или частичной) поверхностной рапы, технологическая роль возвратных потерь в производстве, необходимость учета особенностей месторождения при пересчете и утверждении запасов сульфата натрия с учетом динамики их формирования в поверхностной рапе оз. Кучук.

Объектами исследований и научного анализа являются сырьевая база производства сульфата натрия в ОАО «Кучуксульфат» - оз. Кучук, ежемесячный водно-солевой баланс оз. Кучук в многолетнем цикле, диаграммная интерпретация физико-химических процессов, определяющих гидрохимические параметры рапы, а также технология переработки поверхностной рапы.

Заключение диссертации по теме «Технология неорганических веществ», Багринцева, Валентина Викторовна

выводы

1 Разработана и апробирована концепция теоретического подхода к оценке состояния сырьевой базы производства сульфата натрия, представленная поверхностной рапой озера Кучук, покровными отложениями солей и корневой линзой мирабилита-стеклеца, включающая:

- расчет ежемесячного водно-солевого баланса озера в многолетнем цикле;

- использование в расчетах фактических среднемесячных параметров оз. Кучук, величин составляющих водно-солевого баланса месторождения и метеопараметров региона;

- графоаналитический метод расчета фазовых переходов на диаграмме Иенеке в системе 2Na -Mg //2CL"-S04 -Н20, представленной кубическими уравнениями;

- расчет движения величин запасов солей на месторождении по концентрации и массе хлористого магния, как невыпадающего компонента;

2 Анализ результатов расчета водно-солевого баланса оз. Кучук позволили сделать следующие выводы:

- приход воды в оз. Кучук с мирабилитовыми маточными растворами превышает её расход с рапой, откачиваемой в оз. Селитренное, в период с 1980 г. по 2006 г. на 60 млн.т., что составляет около 25 % современного объема озера и около 40 % воды, содержащейся в рапе;

- снижение общих запасов сульфата натрия в оз. Кучук соответствует объемам его производства;

- изменение суммарных (в жидкой и твердой фазе) запасов хлоридов Na и Mg циклично и связано с откачкой рапы (-) и возвратом мирабилитовых маточных растворов (+), запасы остаются постоянными.возобновляемыми;

- распределение запасов хлористого натрия между поверхностной рапой и покровными отложениями определяются изменениями метеоусловий, как в сезонном годовом, так и в многолетнем цикле;

- переход сульфатной составляющей мирабилита-новосадки при прогреве поверхности пласта соли с межкристальным рассолом выше 16,217,9 °С обеспечивается ее составом, соответствующим насыщению по NaCl в присутствии MgCb, понижающим температуру плавления мирабилита с 32,4 °С до указанных границ. Таким требованиям соответствует межкристальная рапа покровных отложений, представленных преимущественно мирабилитом-новосадкой;

- полная комплексная переработка рапы приведет к потере месторождения после 5-8 закачек в оз. Селитренное, т.е. за 10 - 15 лет, ограниченное извлечение хлоридов возможно при величине суммарных запасов NaCl более 75 - 80 млн.т;

- разгрузка напорных вод в оз. Кучук обусловливает привнос в поверхностную рапу сульфатной составляющей за счет растворения подошвенной части линзы мирабилита-стеклеца; растворение линзы с потолочины блокируется пластом покровных отложений;

3 Разработаны и выданы рекомендации по дополнению перечня исследований при проведении геологоразведочных работ по пересчету запасов, включением в него работ, учитывающих динамический характер параметров месторождения;

4 Результаты исследований используются при проведении научно-методического сопровождения производства мирабилита в оз. Селитрен-ном и планировании работ по организации и ведению мониторинга природно-техногенного комплекса оз. Кучук.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Багринцева, Валентина Викторовна, 2007 год

1. Баталии Ю.В., Эдигер В.Г. Гдрохимический режим и геологическое строение оз. Кучук // Нерудные ископаемые Западной Сибири.- Казань, 1971. -Вып.32.- С.68-94.

2. Ивлев С.Н., Морачевский Ю.В. Проектное задание Кучукского сульфатного завода. JL: ВНИИ Галургии, 1947. -111с.

3. Кашкаров О.Д., Микицинский В.В. Проект кондиций на рапу озера Кучук. Л.: ВНИИГ, 1960. - 101с.

4. Производство сульфата натрия из рассолов озера Кучук / Под ред. ФроловскогоЕ.Е. СПб.: Изд-во СпбГУ, 2001. - 444с.

5. Шнитников А.В. Водный баланс озер Кулундинского и Кучук // Большие озера срединного региона и некоторые пути их использования. Тр.ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1948. -Вып.З (57).- С.96-121.

6. Силецкий К.Н. Условия формирования теплового и водного балансов сульфатных озер Кулунды (на примере оз. Кучук): Автореф. дис: канд. г. наук/ К.Н.Силецкий; Новосибирский гос.педагогический ин-т.- Иркутск, 1967.-32с.

7. Догановский А.М. Водный баланс озера Кучук и его возможные изменения в связи с предполагаемым развитием орошаемого земледелия в бассейне озера // Труды ЗСРНИИГМИ.- 1978.- Вып.37. С.111-120.

8. Воробьев О.Г. Уточнение водного и солевого баланса оз. Кучук и Кулундинского в связи с широким развитием орошения в Кулундинской степи. Л., 1979.-46с.

9. Прокофьева Т.И. Исследование водного баланса озер Кучук и Кулундинское в связи с развитием орошения в центральной Кулунде // Гидрогеолого-мелиоративные исследования в Сибири. Красноярск, 1980.-С.34-55.

10. Лабораторные и натурные исследования движения наносов в озере Кучук: Отчет о НИР/ Новосибирский инженерно-строительный ин-т; Руководитель Г.Н. Распопин.- ГР 71059934. Новосибирск, 1971,- 145с.

11. Прокофьева Т.И. Исследование влияния орошения на водно-солевой баланс минеральных озер: Автореф. Дис: канд.г.наук /Т.ИПрокофьева; Ленинградский гос. гидроминералогический ин-т. Л., 1982.- 22с.

12. Гладцин И.Н. Материалы для изучения оз. Кучук и других минеральных озер Кулундинской степи // Изв. Всесоюзного геологоразвед. Объединения. -1932.- Вып.79. С.1159-1162.

13. Николаев А.В., Завдовский А.Х. Кулундинская экспедиция АН СССР 1931-1933 г.г. Л.: Изд-во АН СССР, 1934.- ч.1.- 185с.

14. Николаев А.В. Кулундинские соляные озера и пути их освоения. Новосибирск: Запсибкрайгиз, 1935. 171с.

15. Менделя Е.Я., Макейкин Н.М. Отчет по Кучукскому месторождению минеральных солей с подсчетом запасов на 18-26 августа 1968 года (по результатам работ Кучукской партии за 1963-1970 г.г.).- Новокузнецк, 1970.-Т.1.-332с.

16. Фроловский Е.Е. Современное состояние сырьевой базы производства сульфата натрия с побочными продуктами и перспективы его использования // Гидроминеральное сырье и его переработка на сульфаты и хлориды натрия и магния. JL: ВНИИГ, 1983.- С.3-19.

17. Физико-химические свойства галургических растворов и солей. Хлориды натрия, калия и магния / Под ред.Букши Ю.В., Шестакова Н.Е. Справочник.- СПб: Химия, 1997. 512с.

18. Шихеева JI.B., Зырянов В.В. Сульфат натрия. Свойства и производство. Л.: Химия, 1978. - 240с.

19. Сычев ИИ. Оценка целесообразности комплексной переработки поверхностной рапы оз. Кучук.- JL: Южсибгеолком, 1993 г. 63с.

20. Абрамович Д.И. Воды Кулундинской степи.- Новосибирск: Из-во Сибирского отделения АН СССР, 1960. 96с.

21. Акуленко Ю.Н. Подземные воды Кулунды и их использование. Барнаул: Алт.книж.изд-во, 1977. 36с.

22. Здановский А.Б. Галургия. JL: Химия, 1972.- 527с.

23. Кашкаров О.Д. Элементы теплового баланса соляного озера как основание для расчета испарения с поверхности промысловых бассейнов и их теплового режима // Вопросы производства калийных удобрений.- М; Л.: Химия, 1964.- С.79-142.

24. Руденко С.И. Испарение с водной поверхности и потери на испарение с больших водохранилищ // Большие озера срединного региона и некоторые пути их использования. Тр.ГТИ. Л.: Гидрометеоиздат, 1948.-Вып.З (57). - С.3-90.

25. Кузнецов В.И., Голубев B.C., Федорова Т.Г. Указания по расчету испарения с поверхности водоемов. Л.: Гидрометеоиздат, 1969,- 84с.

26. Здановский А.Б. Кинетика процессов испарения растворов, растворения и кристаллизации солей // Физико-химические исследования солевых систем.- Л.; М.: Государственное научно-техническое изд-во химической литературы, 1949.- Вып.21.- С.371-396.

27. Гроховский JI.M. Озерные месторождения солей, их изучение и промышленная оценка. М.: Недра, 1972. - 168с,

28. Галургия: теория и практика. / Под ред. И.Д.Соколова. Д.: Химия, 1983.-368с.

29. Фроловский Е.Е., Кузин Н.И. Методика инженерного расчета испаряемости рассолов по тепловому балансу // Гидроминеральное сырье и его переработка на сульфаты и хлориды натрия и магния.- Д.: ВНИИГ, 1983.- С.59-87.

30. Распопин Г.А. Лабораторные и полевые исследования динамики течений и наносов в оз. Кучук Новосибирск: изд-во НИСИ, 1969. -141 с.

31. Соколова В.А., Распопин Г.А. Динамика донных отложений Кучукского озера//Строительство и архитектура,- 1973.- № 7.- С.22-34.

32. Букпггейн В.М. Изменение химического состава рапы оз. Кучук в многолетнем цикле // Физико-химические исследования соляных систем. Труды ВНИИГ.- Л; М.: Госхимиздат, 1949.- Вып.21.- С.243-253.

33. Макаров С.З. Материалы к физико-химическому изучению соляных озер Кулундинской степи // Кулундинская экспедиция АН СССР 1931-1932 г.г. М.;Л.: Изд-во АН СССР, 1935. - Часть 2.- С.30-48.

34. Горбанев А.И., Николина В.Я. Сульфат натрия. М.: Государственное научно-техническое изд-во химической литературы, 1954.- 234 с.

35. Букпггейн В.М., Здановский А.Б. Скорость растворения мирабилита в природных условиях // Методы изучения и пути использования соляных озер. Науч.тр.ВНИИГ.- Л.: Госхимиздат, 1952.- Вып.24. С.60-73.

36. Ляпунов М.Ф. Исследование процессов растворения мирабилита в рапе озера Кучук.- Новосибирск: ИФХИМС СО АН СССР, 1966.- Ч.1.-54с.

37. Распопин Г.Н. Лабораторные и полевые исследования по разработке методов интенсификации процессов растворения мирабилита-стеклеца в озере Кучук. Новосибирск: НИСИ, 1967. - 64с.

38. Пашинин Н.И. Разработка кондиций на рапу озера Кулундинского. -Барнаул: АПИ, 1977,- 122с.

39. Куриленко В.В. Современные бассейны эвапоритовой седиментации. СПб: Изд-во СПб ун-та, 1997.- 256с.

40. Пашинин Н.И. Изучение и прогнозирование режима озера Кучук. Барнаул: Изд-во АПИ, 1988.- 30с.

41. ТЭО кондиций на основе геотехнологического способа разработки Кучукского месторождения минеральных солей: Отчет по договору № 112-89-Н/ НПО «Карбонат»; Гл.инженер проекта А.Ф.Бычков.- ГР ТЭО 3040-ГО.- Харьков, 1990.-Т.1. 52с.

42. Пашинин Н.И., Свит Т.Ф., Эдигер В.Г. Моделирование циклотерми-ческого сгущения рапы сульфатных озер с целью разработки комплексного извлечения солей // Химия и технология минеральных солей и галургических производств. Барнаул: АПИ, 1978.- С. 16-21.

43. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам / Отв.редактор А.К.Проскуряков.- JL: Гидрометеоиздат, 1957.- Вып.2,- 175с.

44. Методы анализа рассолов и солей / Под ред. Ю.В.Морачевского и Е.МЛетровой. M;J1.: Химия, 1964. -404с.

45. Гаттенбергер Ю.П. Гидрогеология и гидродинамика подземных вод.-М.: изд-во «Недра», 1971.- 184с.

46. Эзрохи JI.JI. Метод расчета плотности сложных солевых растворов // Методы переработки и анализа соляного сырья. Науч.тр.ВНИИГ. Л.: Госхимиздат, 1959.-Вып.36. -С.16-36.

47. Фроловский Е.Е., Багринцева В.В., Хорева Н.Н. Особенности работ при оценке запасов гидроминерального сырья оз. Кучук.- СПб.: 2007. Деп.в ВИНИТИ 10.07.2007 г.; № 710-В2007.

48. Фроловский Е.Е., Багринцева В.В. Оценка запасов гидроминерального сырья//Горный журнал.- 2007.-№ 8.- С.63-67.

49. Багринцева В.В. Динамика и характер деградации коренной залежи мирабилита-стеклеца // Актуальные вопросы добычи и переработки природных солей. СПб.: НИИЗК СпбГУ, 2006.- С.314-319.

50. Фроловский Е.Е., Багринцева В.В., Хорева Н.Н. Изменения параметров месторождения сульфата натрия на оз. Кучук при его долговременной эксплуатации // Горный журнал.- 2007.- № 8.- С.54-63.

51. Пелыи А.Д. Диаграммы изотерм 0, 2.5 и 5 0 взаимной водной системы Na2S04 + MgCl2 *-»2NaCl + MgS04 // Исследование физико-химических свойств солей и соляных растворов. Д.; М.: ГХИ, 1953. -С. 17-33.

52. Пелыи А.Д. Диаграмма водной взаимной системы Na2S04 + MgCl2 ■e»2NaCl + MgS04 при 25 °C // Исследование физико-химических свойств солей и соляных растворов. Д.; М.: ГХИ, 1953. - С.3-16.

53. Пелыы А.Д. Политерма растворимости сульфатов натрия и магния в интервале от -5 до +35 0//Исследование физико-химических свойств солей и соляных растворов. Д.; М.: ГХИ, 1953. - С.34-47.

54. Справочник по растворимости солевых систем/ Под ред. Пелыпа А.Д. Д.: Химия, 1975.- Т. 2, кн.1.- 552с.

55. Пелыы А.Д. Система Na+ + Mg2+ // CI' + S042*+ H20 в интервале 0 +35 °С// Исследование солевых водных систем.- Д., 1977.- С.39-82.

56. Викторов М.М. Графические расчеты в технологии неорганических веществ. 3-е изд. пер.и доп. - Л.: Химия, 1972.- 464с.

57. Багринцева В.В. Степень изученности отдельных составляющих водно-солевого баланса оз. Кучук // Актуальные вопросы добычи и переработки природных солей. СПб.: НИИЗК СпбГУ, 2006.- С.281-286.

58. Результаты замеров уровней грунтовых вод и расчёт величины притока грунтовых вод