Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Ванадий относится к рассеянным элементам и в природе в свободном виде не встречается. Содержание ванадия в земной коре 1,6·10−2 % по массе, в воде океанов 3·10−7 %. Наиболее высокие средние содержания ванадия в магматических породах отмечаются в габбро и базальтах (230–290 г/т). Известно около 90 минералов ванадия. Важнейшие минералы сульфиды: патронит VS4, или VS2, V2S5. Ванадинит Pb5Cl(VO4)5, деклуазид – Pb(Zn, Cu)VO4, моттрамит-Pb(Zn,Cu)VO4(OH), карнотит K2(UO2)2(VO4)2.H2O, тюямунит- Ca(UO2)2(VO4)2.8H2O [9].

Ванадий занимает первое место среди присутствующих в нефти металлов. Вместе с Ni он находится в количестве до 10-1%, за ними на третьем месте находится Fe (10-2%) [2,15]. В нефтях и твердых битумах ванадий находится в следующих формах: образует истинные растворы и коллоидные растворы, адсорбированные на активной поверхности нефть/вода, в виде металлоорганических соединений и металлопорфириновых комплексов. В природных нефтях ванадилпорфирины в основном – гомологи двух рядов: алкилзамещенных порфиринов (с различным суммарным числом атомов углерода в боковых заместителях порфиринового цикла) и порфиринов с дополнительным циклопентеновым кольцом. Их концентрации одного порядка. Установлено, что 40% ванадилпорфиринов сосредоточено в дисперсных частицах, а оставшаяся их часть содержится в дисперсной среде. Кстати, оба вида металлопорфиринов в составе асфальтенов вносят значительный вклад в поверхностную активность нефтей [2].

В нефти в свите Офисина в пределах Восточно-Венесуэльского бассейна среднее содержание ванадия составляет 335 г/т. В девонских нефтях Альберты в Канаде ванадий содержится в среднем количестве 13,6 г/т . В нефтях Иллинойса ванадия 0,35÷1,5 г/т, а в арабских – 9,52÷51 г/т. Зольный остаток нефтей из месторождений на западе США содержит 5÷50% ванадия. Максимальное содержание ванадия в нефти-6кг/т. Обогащенные V тяжелые нефти Венесуэльской провинции тяготеют на севере к рудному поясу Анд, где развиты гидротермальные месторождения ванадиевых и никелевых руд. В пределах Уральского рудного пояса нефти содержат до 569 г/т ванадия, а твердые битумы содержат ванадий до 1230 г/т [17,18]. Ванадий присутствует почти во всех месторождениях нефти Западного Казахстана (таблица).

Таблица 1

Содержание ванадия в нефти месторождений России и Западного Казахстана

В Бузачинской нефти содержится ванадия до 300 г/т, а в Акбулакской нефти до 400 г/т [8,12]. Oсновная форма нахождения ванадия в нефтях Западного Казахстана – четырехвалентная, в виде ванадил иона [8,14]. Соотношение концентраций V и Ni в нефтях Западного Казахстана близко к таковому Волго-Уральской провинции, а также Ирана, Кувейта, Анголы, Колумбии, Эквадора и Калифорнии. Закономерная связь V и Ni в нефтях из районов, удаленных друг от друга на тысячи километров и находящиеся в различных географических и климатических условиях, говорит о том, что эти металлы, метан и другие углеводороды имеют мантийное приосхождение. Ванадиевые нефти являются тяжелыми, высокосмолистыми, сернистыми и низкоазотистыми. на основании данных работы [14], нами показано, что для нефти полуострова Бузачи и Мангышлак количество ванадия прямо пропорционально с количеством серы, асфалтенов и плотностью нефти.

V = –(10.65949 ± 15.94072) + +(88.30873 ± 9.36228). S , R=0.95786, N=10.

V = (6.25439±19.04095) + (38.15992+ + –5.3853) .Асф., R=0.92875, N=10.

V= –(1802.823 ± 204.109) + +(2131.963 ± 226.343) Плот., R=0.95776, N=10.

Для нефти Бузачи и Мангишлак с ростом глубины ее залегания содержание ванадия уменьшается.

V= (274.12778 ± 20.85384) – – (28.125 ± 3.193) .Глуб., R=0.95774, N=10.

Однако для нефти месторождения Кара-Арна с ростом глубины ее залегания количество ванадия увеличивается:

V= ( 43.09 ± 15.6775) + + ( 21.18 ± 7.257) . Глуб., R=0.94601, N=3.

Такая же закономерность – увеличение с глубиной содержания ванадия установлена для изученной части многопластового месторождения нефти Сазанкурак. Такое распределение нефтей с разными свойствами внутри пластов подчиняется принципу гравитационной дифференциации, в соответствии с которыми ванадий со смолами и асфальтенами скапливается в нижних частях пласта.

Основные теории о происхождении нефти делятся на две группы – биогенного и абиогенного происхождения [4,16]. Мы придерживаемся абиогенной теории образования нафтидов глубинными мантийными флюидами. В работе [11] нами подробно анализирована несостоятельность биогенной теории образования нефти.

Нефти – сложные гетерогенные коллоидно-дисперсные системы, которые помимо углерода и водорода, содержат также гетероэлементы и прежде всего N, S, O, Ni , V и более 60 микроэлементов. [4,13].

Почти все абиогенные концепции образования нефтей хорошо описывают пути и механизмы образования углеводородной составляющей нефтей, но окончательно не объясняют, являются ли гетероэлементы «спутниками», и в какой из стадии генезиса нефти они внедряются в том или ином количестве в углеводородную систему и как участвуют в процессе нефтеобразования. Представляют интерес механизмы интегрирования всех компонентов нефти, в частности N, S, Ni и V в единую систему.

Следует отметить, что ванадий участвует в эндогенном образовании нефти. Так, по количеству степеней окисления ванадий напоминает азот. Известны соединения ванадия с +2, +3, +4 и + 5 степенях окисления. Ванадий обладает способностью растворять водород, при этом образовать гидрид с -3 степенью окисления. Соединения ванадия в степенях окисления +2 и +3 – сильные восстановители, в степени окисления +5 проявляют свойства окислителей [9]. В работе [7] было показано, чтоV2O5, нанесенный на непористый стекловолокнистый носитель, обладает высокой каталитической активностью в температурном интервале 170÷200օС, при окислении сероводорода до серы. Активность ванадиевых катализаторов растет с ростом содержания V2O5. Этим можно объяснить, что ванадиевые нефти являются тяжелыми и сернистыми [10]. Нефтяные металлпорфирины являются эффективными катализаторами оксигенирования и эпоксидирования олефинов [1]. Никелопорфирин участвует в образовании метана и других углеродов, а также они играют определенную роль в реакциях диспропорционирования водорода в процессе генезиса нефти.

Таким образом показано, что пары V–S и Ni–N по своим каталитическим свойствам являются своего рода антагонистами и уже на ранних стадиях образования абиогенной нефти пары N – Ni и S – V выполняют системообразующую функцию. Параллейно с образованием нефти образуются также руды ванадия, что объясняется тем, что наряду с метаном, аммиаком, сероводородом, серой и азотом ванадий также присутствует в мантийных флюидах.