Angesichts des Problems, dass die Reinheit der Rückgewinnung wertvoller Elemente aufgrund gemeinsam vorkommender Härteionen in Produktionswasser aus Öl und Gas eingeschränkt ist, wird eine auf der Kernkristallisationspelletierung (Nucleation Crystallization Pelleting, NCP) basierende Entkalkungstechnologie vorgeschlagen, die eine effiziente Trennung von Härteionen und eine hochreine Rückgewinnung wertvoller Elemente zum Ziel hat. Mithilfe von Natriumcarbonat/Natriumhydroxid als zusammengesetztem Induktionsmittel wurden durch Optimierung des pH-Werts, der Dosierungsmenge und der hydraulischen Bedingungen systematisch die Entfernung von Calcium- und Magnesiumionen sowie die Verlustquote wertvoller Elemente untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass unter optimalen Prozessparametern die Entfernung von Calcium- und Magnesiumionen 94,5 % bzw. 85,3 % betrug, während der Verlust an wertvollen Elementen unter 20 % lag. Durch multidimensionale Charakterisierungsmethoden wie XRD, Raman und SEM-EDS wurde der Mechanismus der Entfernung von Calcium- und Magnesiumionen aufgedeckt, wonach heterogenes Keimen in Form von Calciumcarbonat und Magnesiumhydroxid an der Oberfläche der Kristallkeime stattfindet und zu dichten Pellets heranwächst; zusätzlich weist die Oberfläche der gebildeten Pellets eine raue Struktur auf, die den Verlust aktiver Stellen durch das Größenwachstum der Partikel effektiv kompensiert und so die kontinuierliche Verarbeitungsfähigkeit des Systems aufrechterhält. Die Mechanismusanalyse zeigte, dass aufgrund der negativen Ladung der Keimoberfläche unter alkalischen Bedingungen freie Calcium- und Magnesiumionen durch elektrostatische Wechselwirkung bevorzugt an der Keimoberfläche angereichert werden. Nach Zugabe des Induktionsmittels wird innerhalb der Keimbegrenzung ein lokal übersättigtes Mikroenviroment aufgebaut, das den heterogenen Kristallisationsprozess antreibt.

Produktionswasser Öl und Gas; Kernkristallisationspelletierung; Calciumcarbonat; Magnesiumhydroxid; elektrostatische Wirkung; hochreine Rückgewinnung