巖石高溫水解模擬裝置及其控制方法
2023-09-18 23:17:10 1
巖石高溫水解模擬裝置及其控制方法
【專利摘要】巖石高溫水解模擬裝置及其控制方法，由水解反應釜、進水儲水系統、自動控制系統及安全裝置組成：水解反應釜上部設有水噴淋機構；底部設有下水及巖石分解細粒的收集器；外部設有加熱設備；內設有溫度傳感器，其輸出接控制系統；進水儲水系統設有儲水器、水位傳感器，其輸出接控制系統；儲水器通過水泵與電磁閥控制進水與出水，通過隔離內外氣壓使儲水器中的水可以順利進入反應釜，出水輸送到水解反應釜上部；自動控制系統的單片機與控制計算機連接；並設有安全閥。本發明通過模擬巖石的水解反應，加快風化和剝蝕速度，測定溶解出的及巖石分解的細粒等的各種物質元素含量和新形成的礦物，以及相關的熱力學和動力學過程，便於研究巖石的風化機理。
【專利說明】巖石高溫水解模擬裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及地質學中的巖石侵蝕、風化研究領域，尤其涉及一種巖石高溫水解模擬裝置。本發明還涉及這種巖石高溫水解模擬裝置的控制方法。
【背景技術】
[0002]巖石風化作用是地球表面最重要而普遍的地質作用。引起巖石破壞的外界因素有溫度的變化、水以及各種酸的溶蝕作用、生物的作用以及各種地質營力的剝蝕作用等。巖石風化按其性質可分為物理分解、化學分解和生物分解。而巖石水解屬於化學風化的其中一種，在水的作用下，巖石遭受水解變化，不但分解而產生新礦物，而且溶解出氯、硫、鈣、鈉、鎂、鉀、矽、鐵、鋁、磷等物質。前面的物質溶解度較大，多呈真溶液；後面的物質溶解度較小，多呈膠體溶液(見《朱筱敏.沉積巖石學[M].石油工業出版社，2008》)。這一過程對物質遷移和沉積巖的形成及演化的研究具有重要意義。但巖石風化作用在地表一般環境下通常是一個長期的、漫長的過程，為進一步研究巖石的風化機理以及巖石的化學變化過程，而且完全發生在山區、野外。給觀察、研究這一自然過程造成很大困難。如果能夠在實驗室中模擬這一過程，將給研究工作帶來很多便利，對數據的嚴謹性也非常有益。但是現有技術中尚未有這類巖石高溫水解的模擬裝置。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種巖石高溫水解模擬裝置，以及這種巖石高溫水解模擬裝置的控制方法，通過模擬高溫條件下巖石的水解反應，加快巖石風化速度，測定溶解出的各種物質元素含量，以及相關的熱力學和動力學過程，以及了解水的礦化機理和過程。本發明將便於研究巖石的風化機理以及巖石的化學變化過程。
[0004]完成上述發明任務的技術方案如下:
一種巖石高溫水解模擬裝置，本巖石高溫水解模擬裝置由四部分組成，分別為水解反應釜、進水儲水系統、自動控制系統及安全裝置，
其中，水解反應釜為一個剛性容器，該容器上部設有水噴淋機構；底部設有下水及巖石分解細粒的收集器；該水解反應釜外部設有加熱設備；該水解反應釜內設有溫度傳感器，該溫度傳感器的輸出接控制系統；所述的加熱設備的加熱運作是由控制系統控制；
所述進水儲水系統設有儲水器，該儲水器中設有水位傳感器，該水位傳感器的輸出接控制系統；所述儲水器通過水泵與電磁閥控制進水與出水，該出水是輸送到所述水解反應釜的上部；
所述的自動控制系統中設有單片機，該單片機與所述水解反應釜中的溫度傳感器及加熱設備連接；接收溫度傳感器的輸出、控制加熱設備的加熱溫度；該單片機與所述進水儲水系統中的水位傳感器、水泵及電磁閥連接；接收水位傳感器的輸出、控制水泵的運轉及各個電磁閥的開關；所述的單片機與控制計算機連接；
所述的安全裝置是:在水解反應釜上設有安全閥。
[0005]更具體和更優化地說，以上巖石高溫水解的模擬裝置的具體結構是:
所述水解反應釜傾斜放置，其內部裝有顆粒狀巖石碎片樣品，底部的下水收集器的出水口用304不鏽鋼紗網封閉，既能保存巖石顆粒，又能使液體透過。
[0006]所述水解反應釜上部連有Y型過濾器和安全閥。
[0007]所述加熱設備的結構是:所述水解反應釜外部包裹石棉網加熱絲，可加熱溫度範圍為 O—450°C。
[0008]所述水解反應釜右邊通過電磁閥連接儲水器底部，儲水器上部通過電磁閥連接水解反應釜上部，構成一個循環迴路。儲水器底部通過電磁閥連接蠕動泵，此為進水口。儲水器上部接有電磁閥，構成防溢管路。
[0009]所述儲水器內設有水位傳感器，可以控制加入水解反應釜的水量，定量研究巖石的高溫水解反應。
[0010]所述由電磁閥、儲水器與水解反應釜構成的循環迴路，可平衡反應釜內進行高溫水解反應時產生的瞬間高壓，以保證在產生高壓時，反應用的水能夠繼續進入反應釜。
[0011]所述石棉網加熱絲、溫度傳感器、水位傳感器、電磁閥和蠕動泵都由單片機進行控制，再由單片機連接控制計算機，可在控制計算機上輸入各種參數，自動控制裝置運行。
[0012]完成本申請第二個發明任務的技術方案是，所述巖石高溫水解模擬裝置的控制方法，其特徵在於，步驟如下:
(I).在所述巖石高溫水解模擬裝置的水解反應釜中裝填準備測試的巖石顆粒；
⑵.運行時先在控制計算機中輸入反應所需溫度和所需水量；
(3).控制計算機通過單片機控制水解反應釜上的加熱設備開始加熱；
⑷.當溫度傳感器檢測到水解反應釜達到所需溫度時，單片機打開蠕動泵以及電磁閥11和12，水通過電磁閥11進入儲水器；
(5).水位傳感器根據控制計算機通過單片機發來的指令調節儲水器中的水量，然後同時關閉電磁閥11和12，打開電磁閥9和10，水從儲水器中流向水解反應釜；
(6).從儲水器中流來的水，在水解反應釜上部衝淋下來，與巖石顆粒產生水解反應，反應後溶液透過304不鏽鋼紗網往下流；
(7).不斷循環操作，直到水解反應釜下部的下水收集器收集到足夠的水量；
(8).對收集到的水進行各種檢測，確定高溫下巖石水解後的各種物質元素含量及礦物微粒。
[0013]本發明填補了現有技術的空白，提供了一種巖石高溫水解模擬裝置，以及這種巖石高溫水解模擬裝置的控制方法，通過模擬不同溫度，特別是高溫條件下巖石的水解反應，加快巖石風化和剝蝕速度，測定溶解出的及巖石分解的細粒等的各種物質元素含量和新形成的礦物，以及相關的熱力學和動力學過程。本發明便於研究巖石的風化機理以及巖石的化學變化過程；以及了解水的礦化機理和過程。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1所示為巖石高溫水解模擬裝置的結構示意圖。
具體實施方案
[0015]實施例1，巖石高溫水解模擬裝置。下面將參考附圖來描述本發明所述的巖石高溫水解模擬裝置。如圖1所示，該裝置結構包括水解反應釜1、石棉網加熱絲2、304不鏽鋼紗網3、溫度傳感器4、儲水器5、水位傳感器6、Y型過濾器7、安全閥8、電磁閥9、10、11、12、蠕動泵13、單片機14、計算機15。水解反應釜I外包裹石棉網加熱絲2，反應釜外壁和石棉網加熱絲2之間設有溫度傳感器4，內部裝有顆粒狀巖石碎片樣品，底部由304不鏽鋼紗網3封閉。水解反應釜I傾斜放置，上部連有Y型過濾器7和安全閥8，右邊通過電磁閥9連接儲水器5底部。儲水器5內設有水位傳感器6，上部通過電磁閥10連接水解反應釜I上部，構成一個循環迴路。儲水器5底部通過電磁閥11連接蠕動泵13，此為進水口。儲水器5上部接有電磁閥12，構成防溢管路。石棉網加熱絲2、溫度傳感器4、水位傳感器6、電磁閥
9、10、11、12、蠕動泵13連接到單片機14，再由單片機14連接計算機15。
[0016]該裝置運行時預先在計算機15中輸入反應所需溫度和所需水量，當溫度傳感器4檢測到水解反應釜I達到所需溫度時,打開蠕動泵13以及電磁閥11和12，水通過電磁閥11進入儲水器5，水位傳感器6根據計算機15的指令調節儲水器5中的水量，然後同時關閉電磁閥11和12，打開電磁閥9和10，水從儲水器5中流向水解反應釜1，在水解反應釜I上部衝淋下來，與巖石顆粒產生水解反應，反應後水滴透過304不鏽鋼紗網3往下流，不斷循環操作，收集到足夠液體和礦物進行各種檢測，確定高溫下巖石水解後的各種物質元素含量。
【權利要求】
1.一種巖石高溫水解模擬裝置，其特徵在於，本巖石高溫水解模擬裝置由四部分組成，分別為水解反應釜、進水儲水系統、自動控制系統及安全裝置， 其中，水解反應釜為一個剛性容器，該容器上部設有水噴淋機構；底部設有下水及巖石細粒的收集器；該水解反應釜外部設有加熱設備；該水解反應釜內設有溫度傳感器，該溫度傳感器的輸出接控制系統；所述的加熱設備的加熱運作是由控制系統控制； 所述進水儲水系統設有儲水器，該儲水器中設有水位傳感器，該水位傳感器的輸出接控制系統；所述儲水器通過水泵與電磁閥控制進水與出水，該出水是輸送到所述水解反應釜的上部，並利用電磁閥隔離外界低壓可能造成的進水不暢； 所述的自動控制系統中設有單片機，該單片機與所述水解反應釜中的溫度傳感器及加熱設備連接；接收溫度傳感器的輸出、控制加熱設備的加熱溫度；該單片機與所述進水儲水系統中的水位傳感器、水泵及電磁閥連接；接收水位傳感器的輸出、控制水泵的運轉及各個電磁閥的開關；所述的單片機與控制計算機連接； 所述的安全裝置是:在水解反應釜上設有安全閥。
2.根據權利要求1所述的巖石高溫水解模擬裝置，其特徵在於，所述水解反應釜傾斜放置，其內部裝有顆粒狀巖石碎片樣品，底部的下水及巖石分解細粒的收集器的出水口用304不鏽鋼紗網封閉。
3.根據權利要求1所述的巖石高溫水解模擬裝置，其特徵在於，所述水解反應釜上部連有Y型過濾器和安全閥。
4.根據權利要求1所述的巖石高溫水解模擬裝置，其特徵在於，所述加熱設備的結構是:所述水解反應釜外部包裹石棉網加熱絲，可加熱溫度範圍為O — 500°C。
5.根據權利要求1-4之一所述的巖石高溫水解模擬裝置，其特徵在於，所述水解反應釜右邊通過電磁閥連接儲水器底部，儲水器上部通過電磁閥連接所述水解反應釜上部，構成一個內部恆壓循環迴路，以防止高壓造成進水困難；所述儲水器底部通過電磁閥連接蠕動泵，此為進水口 ；所述儲水器上部接有電磁閥，構成防溢管路。
6.權利要求1所述的巖石高溫水解模擬裝置的控制方法，其特徵在於，步驟如下: (I).在所述巖石高溫水解模擬裝置的水解反應釜中裝填準備測試的巖石顆粒； ⑵.運行時先在控制計算機中輸入反應所需溫度和所需水量； (3).控制計算機通過單片機控制水解反應釜上的加熱設備開始加熱； ⑷.當溫度傳感器檢測到水解反應釜達到所需溫度時，單片機打開蠕動泵以及電磁閥11和12，水通過電磁閥11進入儲水器； (5).水位傳感器根據控制計算機通過單片機發來的指令調節儲水器中的水量，然後同時關閉電磁閥11和12，打開電磁閥9和10，水從儲水器中流向水解反應釜； (6).從儲水器中流來的水，在水解反應釜上部衝淋下來，與巖石顆粒產生水解反應，反應後溶液透過304不鏽鋼紗網往下流； (7).不斷循環操作，直到水解反應釜下部的下水收集器收集到足夠的水量； (8).對收集到的水進行各種檢測，確定高溫下巖石水解後的各種物質元素含量及礦物微粒。
【文檔編號】G01N25/00GK104048984SQ201410249178
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2014年6月6日
【發明者】王偉, 盧傑妍, 劉斌, 劉靜, 曹媛, 陳孝政 申請人:中國科學院南京地質古生物研究所