Металлоносность органической и минеральной части нефтебитуминозной породы

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ Том 8 № 1 2018

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ / BRIEF COMMUNICATION Оригинальная статья / Original article УДК 665.6.033

DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-1 -148-152

МЕТАЛЛОНОСНОСТЬ ОРГАНИЧЕСКОЙ И МИНЕРАЛЬНОЙ ЧАСТИ НЕФТЕБИТУМИНОЗНОЙ ПОРОДЫ

© Е.О. Аяпбергенов

Акционерное общество «Казахский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа», 130000, Республика Казахстан, г. Актау, 6 мкр., зд. 2

В настоящее время во всем мире уделяется повышенное внимание альтернативным источникам углеводородного сырья, в частности, тяжелым высоковязким нефтям и природным битумам. Освоение и рациональное использование таких месторождений является важнейшей научной задачей в направлении по извлечению синтетической нефти и редкоземельных металлов, получения вяжущих материалов для дорожного строительства. В работе изучено распределение микроэлементов между минеральной и органической частью, а также в смолисто-асфальтеновых веществах. Выявлено, что концентрирование никеля, ванадия и сопутствующих микроэлементов происходит неравномерно во всех составляющих кира. Основная часть металлов сосредоточена в составе высокомолекулярных соединений. Полученные данные по распределению металлов в минеральной, органической частях нефтебитуминозной породы, а также при групповом компонентном составе смо-листо-асфальтеновых веществ природного битума будут полезными при разработке технологических схем комплексной переработки, а также сделают возможным полное использование нефте-битуминозной породы.

Ключевые слова: нефтебитуминозные породы, органическая часть, минеральная часть, металлы, Карасязь-Таспас, смолы, масла, асфальтены.

Формат цитирования: Аяпбергенов Е.О. Металлоносность органической и минеральной части нефтебитуминозной породы // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8, N 1. С. 148-152. DOI: 10.21285/2227-2925-2018-8-1-148-152

THE METAL-BEARING CAPACITY OF THE ORGANIC AND MINERAL FRACTIONS OF OIL BITUMINOUS ROCK

© Y.O. Ayapbergenov

«Kazakh oil and gas research and design institute» JSC, 2 bld, 6 district, Aktau city, Republic of Kazakhstan, 130000

Heavy high-viscosity oils and natural bitumen are increasingly attracting research attention as al-ternative sources of hydrocarbon raw materials. The development and rational use of their deposits is considered to be essential for extracting synthetic oil and rare earth metals, as well as for obtaining astringent materials for road construction. Since natural bitumen is rich in microelements, this research sets out to investigate their distribution across the mineral and organic fractions of the rock, as well as in the tar-asphaltene substances contained in natural bitumen. The concentration of nickel, vanadium and accompanying trace elements is found to be uneven in all kir constituents. The largest share of the metals is observed to be concentrated in high-molecular compounds. The data obtained on the distribution of metals in the mineral and organic fractions of petroleum bituminous rock, as well as in the tar-asphaltene substances obtained from natural bitumen are deemed useful for developing technological schemes for their comprehensive processing. In addition, complete utilization of oil bituminous rock can be achieved.

Keyword: bitumen, organic parts, mineral parts, metals, Karasyaz-Taspas, resins, oil, asfaltenes

For citation: Ayapbergenov Y.O. The metal-bearing capacity of the organic and mineral fractions of oil bituminous rock. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2018, vol. 8, no 1, pp. 148-152 (in Russian). DOI: 10.21285/2227-2925-20188-1-148-152

ВВЕДЕНИЕ

По данным [1] общие мировые запасы тяжелых высоковязких нефтей (ВВН) и природных битумов (ПБ) оценивают в 9-13 трлн т., что в 2,5-3 раза превышает запасы традиционных (легких) нефтей. В связи с этим в настоящее время во всем мире уделяется повышенное внимание альтернативным источникам углеводородного сырья, в частности ВВН и ПБ.

По оценкам [2, 3] около 70% мировых запасов ПБ находятся в Канаде. Скопления битумов также установлены в Венесуэле, России, Казахстане, США, Мексике, Кувейте, Китае, Аргентине, Нигерии, Мадагаскаре и др. странах. На территории Западного Казахстана найдены многочисленные залежи НБП (более 100 месторождений, размещенных на малых глубинах до 120 м), запасы которых составляют более 1 млрд т ПБ или свыше 15-20 млрд т нефтебиту-минозной породы (НБП) [4]. Из-за малой изученности месторождений НБП, отсутствия эффективных технологий и недостатка информации о возможных путях их использования, НБП в нашей республике практически не применяются.

Запасы и большое количество месторождений НБП в Казахстане предопределяет их переработку с получением до 30% битумов, а также до 85% минеральной части. Освоение таких месторождений позволит увеличить долю местного сырья, в частности, полностью удовлетворить потребность Казахстана в вяжущих материалах для дорожного строительства. Совместно с этим, в настоящее время актуальны исследования по извлечению «синтетической нефти» и редкоземельных металлов из НБП, которые имеют высокий спрос в структурообразующих отраслях промышленности многих развитых стран. В настоящее время НБП являются сырьем для промышленного производства ванадия, никеля, технического углерода и серы, извлечение которых технически осуществимо [5].

Выявлено, что, по сравнению с обычной нефтью, в НБП концентрируется большое количество микроэлементов, более 80 металлов и неметаллов, вследствие чего они могут служить альтернативным сырьем для извлечения редких элементов.

В данной работе изучено распределение металлов между минеральной и органической частью кира Мангышлака месторождения Кара-сязь-Таспас, так как содержание металлов в них вызывает большой интерес.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Объектом исследования являлось органическая и минеральная часть НБП (кир) месторождения Карасязь-Таспас (Мангышлак). Органическая часть экстрагировалась бензолом в аппарате Сокслета. Экстракт центрифугировали для отделения тонкодисперсных минеральных частиц, после чего во избежание разложения продукта отгон растворителя проводился под вакуумом.

Полученные образцы органической части (битум) исследовались на содержание высоковязких компонентов способом Гольде согласно методике1 [6]. Разделение деасфальтизата на масла и смолы проводилось методом колоночной хроматографии с использованием растворителей и их смесей. Последовательно элюи-ровали масла - петролейным эфиром, фракции смол I - четыреххлористым углеродом, смолы II и III - смесями гептан + бензол 20:1 и 1:1, смолы IV - бензолом и смолы V - смесью этанол + бензол 1:1.

Определение микроэлементов (М, V, Pb, Fe, Mn, Zn) в органической и минеральной части НБП проводились на рентгенофлуоресцентном аппарате для спектрального анализа «Спек-троскан Макс GF».

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Результаты экспериментальных исследований показывают (табл. 1), что содержание органических веществ в НБП Карасязь-Таспас-ского месторождения изменяется в широких пределах от 1,15 до 20,06% (среднее содержание 9,66% масс.), относится к классу мальт: вязкие, смолоподобные вещества черного цвета. Плотность изменяется в пределах 0,92240,9731 г/см3, среднее содержание серы -0,190%. Содержание высоковязких компонентов (групповой химический состав): асфальте-нов 10,86-20,54%, масла 53-64% и смолы 2431% массы органической части.

Минеральная часть породы представляет собой глину и мелкий песок. По данным [7, 8] установлен состав минеральной части породы, которая состоит из песка, кальцита, сульфида кальция, портландита и графита.

Результаты количественного исследования микроэлементов (№, V, Fe, Zn, Pb, Mn) выявили ряд особенностей в распределении металлов в минеральной, органической составляющей и групповом трехкомпонентном составе (табл. 2).

1Абрютина Н.Н., Абушаева В.В., Арефьев О.А.

Современные методы исследования нефтей /

Под ред. А.И. Богомоловой, М.Б. Темянко, Л.И. Хотынцевой. Л.: Недра, 1987. 431 с.

Abryutina N.N., Abushaeva V.V., Arefev O.A. Sov-remennyie metodyi issledovaniya neftey. Pod red. A.I. Bogomolovoy, M.B. Temyanko, L.I. Hotyin-tsevoy. Leningrad.: Nedra Publ., 1987, 431 p.

Металлоносность органической и минеральной части нефтебитуминозной...

Таблица 1

Общие характеристики органической части НБП

Table 1

The General characteristics of the organic part of the NBP

Показатель Проба кира, №

1 2 3 4 5 6

Содержание органической части, % Плотность, г/см3 6,82 0,9273 8,03 0,9224 1,15 0,9295 9,36 0,9731 20,06 0,9509 12,56 0,9689

Содержание общей серы, % 0,010 Отс. 0,159 0,657 0,187 0,127

Групповой химический состав, % масс.

- масла 53,21 64,25 56,02 55,92 56,68 54,85

- сумма смол, в т. ч.: 30,74 24,89 31,01 31,03 29,18 24,61

смолы I 4,04 3,46 4,49 4,47 4,55 2,64

смолы II 2,18 1,35 1,21 1,28 1,25 1,23

смолы III 3,96 4,17 3,77 4,88 3,88 4,28

смолы IV 3,85 3,66 1,86 5,13 4,73 3,01

смолы V 16,71 12,25 19,68 15,27 14,77 13,45

- асфальтены 16,05 10,86 12,97 13,05 14,14 20,54

Таблица 2

Металлоносность органической части НБП и группового трехкомпонентного состава ПБ

Table 2

Metal content of the organic part of NBP and group three-component composition of PB

Значение Содержание металлов, ppm

Ni V Pb Fe Mn Zn

Минеральная часть 4 22 12 7793 483 0

Органическая часть 44 1 19 1565 69 7

Асфальтены 29,31 1,00 14,65 948,77 36,63 7,33

Масла 15,43 отс. 15,43 493,82 15,43 отс.

Смолы 1 4,43 отс. 26,57 13,28 отс. отс.

Смолы 2 отс. отс. 22,54 отс. отс. отс.

Смолы 3 отс. отс. 8,02 отс. отс. отс.

Смолы 4 отс. отс. 15,70 отс. отс. отс.

Смолы 5 отс. отс. 18,36 3,06 отс. 15,30

Из приведенных данных следует, что концентрирование никеля (N0, ванадия (V) и сопутствующих элементов - железа марганца ^п) и др. микроэлементов - происходит не равномерно во всех составляющих НБП и ПБ. При выделении смол и асфальтенов из ПБ основная часть металлов сосредотачивается в составе высокомолекулярных соединений. По данным табл. 2, в продуктах адсорбции ПБ ванадий (V) и никель (N0 отсутствуют или содержатся в виде следов. При более тщательном и полном отделении масел некоторая часть металлов вымывается из слоя адсорбента петролейным эфиром.

Массовое содержание свинца обнаруживается во всех высших фракциях ПБ (в ас-фальтенах, маслах и смолах). Практически вся масса свинца и марганца (Мп) сосредоточены в смолистых фракциях. Содержание никеля (N0 и ванадия (V) варьируется в очень широких пределах. Концентрация ванадия (V) и других микроэлементов в смолах значительно

выше, чем в ПБ, т.к. основная доля микроэлементов присутствовавших в ПБ, после разделения накапливаются в составе смол. Основная часть ванадия (V) не переходит в ПБ и концентрируется в минеральной части, что является дополнительным источником сырья для переработки с целью извлечения редкого элемента. Содержание цинка ^п) в НБП колеблется от практически полного отсутствия до 7,33 ppm в исходных образцах ПБ и асфаль-тенах.

ВЫВОДЫ

Несмотря на то, что содержание редких элементов в НБП на порядок ниже, чем в традиционно используемом рудном сырье, огромные разведанные запасы нБп во всем мире являются условием, определяющим возможность высокопроизводительного получения концентратов с содержаниями редких микроэлементов в качестве попутно получаемых продуктов переработки.

Таким образом, металлоносность минеральной и органической части НБП месторождения Карасязь-Таспасс предоставляет возможность рассмотреть ее как сырьевую базу для извлечения ценных, промышленно важных

1. Липаев А.А. Разработка месторождений тяжелых нефтей и природных битумов. М.Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2013. 484 с.

2. Ахметов И.М. Добыча тяжелых и высоковязких нефтей. М.: Недра, 1985. 205 с.

3. Надиров Н.К., Тервартанов М.А., Ель-кин В.Н. Нефтебитуминозные породы: Тяжелые нефти и природные органические вяжущие. Алма-Ата: Наука, 1983. 240 с.

4. Надиров Н.К. Высоковязкие нефти и природные битума. В 5 т. Т. 2. Добыча, подготовка, транспортировка. Алма-Ата: Гылым, 2001. 322 с.

5. Суханов А.А. Нефти и природные битумы - сырьевая база редких металлов // Сборник материалов международной научно-практи-

металлов, в частности ванадия (V) и никеля (№). Наряду с этим полное извлечение и деме-таллирование их из НБП являются одним из перспективных направлений ближайшего будущего.

КИЙ СПИСОК

ческой конференции «Природные битумы и тяжелые нефти». Санкт-Петербург, 2006. 500 с.

6. Надиров Н.К., Ибрагимов Г.И., Мусаев Г.А., Лебедев А.К., Горбунова Л.В., Камьянов В.Ф. Химический состав природных битумов Западного Казахстана // Труды Всесоюзной конференции по проблемам комплексного освоения природных битумов и высоковязких нефтей. Казань, 1992. С. 258-268.

7. Батманов К.Б. Исследование природного битума Мангышлака // Новости науки Казахстана. 2008. N 3. С. 45-50.

8. Иманбаев Е.И., Онгарбаев Е.К., Симаков С.В., Тилеуберди Е., Тулеутаев Б.К., Мансуров З.А. Состав нефтебитуминозной породы месторождения Беке (Казахстан) // Научные ведомости БелГУ. Серия: Естественные науки. 2013. N 4 (167). С. 139-142.

REFERENCES

1. Lipaev A.A. Razrabotka mestorozhdeniy tyazhelyih neftey i prirodnyih bitumov. Moscow-Izhevsk: Institut kompyuternyih issledovaniy Publ., 2013. 484 p.

2. Ahmetov I.M. Dobyicha tyazhelyih i vyisokovyazkih neftey. Moscow: Nedra Publ., 1985. 205 p.

3. Nadirov N.K. i dr. Neftebituminoznyie poro-dyi: Tyazhelyie nefti i prirodnyie organicheskie vyazhuschie. Alma-Ata: Nauka, 1983. 240 p.

4. Nadirov N.K. Vyisokovyazkie nefti i prirodnyie bituma. V 5 t. T.2. Dobyicha, podgotovka, transportirovka. Alma-Ata:: Galym, 2001. 322 p.

5. Suhanov A.A. Nefti i prirodnyie bitumyi -syirevaya baza redkih metallov // Sbornik materi-alov Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii prirodnyie bitumyi i tyazhelyie nefti. Sankt-Peterburg, 2006. 500 p.

6. Nadirov N.K., Ibragimov G.I., Musaev G.A.,

Lebedev A.K., Gorbunova L.V., Kamyanov V.F. Khimicheskii sostav prirodnykh bitumov Zapad-nogo Kazakhstana. Trudy Vsesoyuznoi konferentsii po problemam kompleksnogo osvoeniya prirodnykh bitumov i vysokovyazkikh neftei [Proc. of the All-Union conf. on the integrated development of natural bitumen and high-viscosity oils]. Kazan', 1992, pp. 258-268.

7. Batmanov K.B. Issledovanie prirodnogo bituma Mangyishlaka. Novosti nauki Kazahstana [Science News of Kazakhstan]. 2008, N 3, pp. 45-50.

8. Imanbaev E.I., Ongarbaev E.K., Simakov S.V., Tileuberdi E., Tuleutaev B.K., Mansurov Z.A. Sostav neftebituminoznoy porodyi mestorozh-deniya Beke (Kazahstan). Nauchnyie vedomosti BelGU. Seriya: Estestvennyie nauki [Belgorod State University Scientific Bulletin]. 2013, N 4 (167), pp. 139-142.

Критерии авторства

Аяпбергенов Е.О. выполнил экспериментальную работу, на основании полученных результатов провел обобщение и написал рукопись. Аяпбергенов Е.О. имеет на статью авторские права и несет ответственность за плагиат.

Contribution

Ayapbergenov Y.O. carried out the experimental work, on the basis of the results summarized the material and wrote the manuscript. Ayapbergenov Y.O. have author's rights and bear responsibility for plagiarism.

Конфликт интересов

Conflict of interests

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

The author declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

Металлоносность органической и минеральной части нефтебитуминозной..

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации

Ерболат О. Аяпбергенов

Акционерное общество «Казахский научно - исследовательский и проектный институт нефти и газа»

Магистр техники и технологии, зав. лабораторией Ayapbergenov_E@kaznipi.kz

Поступила 31.05.2017

AUTHORS' INDEX Affiliations

Yerbolat O. Ayapbergenov

"KazNIPImunaigaz" JSC

Master of technics and technology, head of the labors tory

Ayapbergenov_E@kaznipi.kz

Received 31 May 2017