Previsione e determinazione sperimentale della solubilità di scale esotiche ad alte temperature-Zinc Sulfide

È stata identificata la presenza di scale “esotiche” come il solfuro di zinco (ZnS), il solfuro di piombo (PbS) e il solfuro di ferro (FeS) nei serbatoi HP/HT. I materiali in scala “esotici” rappresentano una nuova sfida nei serbatoi HP/HT. Ciò ha portato allo sviluppo di strumenti più avanzati per prevedere il loro comportamento in condizioni estreme. Lo scopo di questo lavoro è quello di includere ZnS nel gruppo di materiali in scala che possono essere modellati con il modello UNIQUAC esteso.

I dati di solubilità per ZnS sono scarsi nella letteratura aperta. Al fine di migliorare i dati disponibili, studiamo il comportamento sperimentale della solubilità ZnS ad alte temperature. La determinazione della solubilità di ZnS viene effettuata a temperature fino a 250°C. Il solfuro di zinco (99,99%) e l’acqua ultra-pura vengono posti in una fiala in un’atmosfera di ossigeno ridotta. Il campione viene posto in un bagno controllato e mescolato fino al raggiungimento dell’equilibrio. La sospensione viene filtrata alla stessa temperatura di processo e diluita immediatamente. Successivamente la soluzione acquosa viene analizzata utilizzando la spettroscopia di emissione ottica al plasma accoppiata induttivamente (ICP-OES) come tecnica analitica. Vengono analizzate le concentrazioni di Zn2 + e S2-ioni. I dati sperimentali sono utilizzati per la stima dei parametri nel modello UNIQUAC esteso presentato da Villafafila et al. (2005); (2006).

Gli equilibri di fase solido-liquido del sistema sono rappresentati utilizzando il modello UNIQUAC esteso. Questo modello è scelto a causa della sua versatilità e meno numero di parametri (due parametri per specie più due parametri per coppia di specie) da stimare rispetto ad altri modelli (modello di Pitzer). Si osserva che la solubilità di ZnS aumenta con l’aumentare della temperatura. Questa dipendenza dalla temperatura è molto ben rappresentata dal modello UNIQUAC esteso. Il modello è in grado di prevedere i dati sperimentali all’interno dell’errore sperimentale.

L’accordo tra i dati sperimentali e il modello UNIQUAC esteso mostra che questo modello termodinamico è uno strumento promettente in grado di determinare l’occorrenza del ridimensionamento ZnS nei serbatoi HP/HT. Questa metodologia può essere estesa ad altri materiali di scaling (PbS, FeS), rendendo il modello Extended UNIQUAC un modello leader nella previsione del ridimensionamento nei serbatoi HP/HT.