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含硼聚合硅硫酸铝铁的制备及性能评价

赵德银  
【摘要】:在油气开发过程中会产生大量的废弃物,主要包括钻井废液、废弃钻井泥浆、压裂返排液以及三采过程中的废水。在作业过程中往往需要加入大量的化学助剂,使得油田废水具有污染物含量高、成分复杂以及可生化性差等特点,除此之外,油气开发是一个系统的工程,在不同开发阶段产生的废水也有差异。现有的混凝剂难以有效的处理多变、复杂的油田废水。因此,研究一种能适应油气田开发过程中各阶段产出的废水,并具有优良的混凝性能的混凝剂具有重要的现实意义。 此研究针对油田废水的特点,分析总结现有混凝剂的优缺点,制备一种以聚合硅硫酸铝铁(PAFS)为主的含硼聚合硅硫酸铝铁(BPSAF)。在BPSAF制备过程中,将聚合硫酸铝铁和聚合硅酸(PS)的传统制备方法有机的结合起来,并以硼酸钠作稳定剂,制备出一种混凝效果好,使用条件广,稳定性能佳的混凝剂。 经试验研究确定了含硼聚合硅酸(PBS)制备工艺条件为:溶液Si02质量浓度为3.75%,活化pH=1.5,活化温度为常温,B/Si=0.15:1。PAFS制备条件为:碱化剂Na2C03加量为0.42mol/L, Al/Fe=5:2,反应温度为70℃,反应时间为2h。采用不同:(Al+Fe)/Si制备BPSAF表明,(Al+Fe)/Si在适宜的范围内BPSAF才具有良好的混凝性能,在(Al+Fe)/Si=10:3条件下制备的BPSAF具有更好的混凝性能,通过12h熟化后BPSAF混凝效果达到最好,稳定时间长达60d,随着时间的继续增大其混凝性能改变较小,因此BPSAF的制备条件为:(Al+Fe)/Si=10:3,熟化时间12h。 分别对钻井废水、压裂返排液和废弃钻井泥浆处理表明,BPSAF对不同的钻井废水均具有较好的脱色效果、SS和CODcr去除率,对废弃钻井泥浆具有很好的破胶性能,并由于混凝剂中聚合硅酸的存在,能促进废弃钻井泥浆的固化作用。 BPSAF混凝剂的FTIR、XRD和SEM表征结果显示,Si参与了Al/Fe(Ⅲ)水解/聚合反应并通过Al/Fe-Si和Al/Fe-O-Si与铁和铝原子相连;Al/Fe(Ⅲ)及铝铁的络合物与PBS的OH络合,使制备出的BPSAF与PAFS和PBS具有不同的微观结构;BPSAF与原料PBS、硫酸铝、硫酸铁相比微观结构发生巨大的变化,变为具有更大比表面的“棉花”状结构。


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