CN104048984A - 岩石高温水解模拟装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

岩石高温水解模拟装置及其控制方法，由水解反应釜、进水储水***、自动控制***及安全装置组成：水解反应釜上部设有水喷淋机构；底部设有下水及岩石分解细粒的收集器；外部设有加热设备；内设有温度传感器，其输出接控制***；进水储水***设有储水器、水位传感器，其输出接控制***；储水器通过水泵与电磁阀控制进水与出水，通过隔离内外气压使储水器中的水可以顺利进入反应釜，出水输送到水解反应釜上部；自动控制***的单片机与控制计算机连接；并设有安全阀。本发明通过模拟岩石的水解反应，加快风化和剥蚀速度，测定溶解出的及岩石分解的细粒等的各种物质元素含量和新形成的矿物，以及相关的热力学和动力学过程，便于研究岩石的风化机理。

Description

岩石高温水解模拟装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及地质学中的岩石侵蚀、风化研究领域，尤其涉及一种岩石高温水解模拟装置。本发明还涉及这种岩石高温水解模拟装置的控制方法。

背景技术

岩石风化作用是地球表面最重要而普遍的地质作用。引起岩石破坏的外界因素有温度的变化、水以及各种酸的溶蚀作用、生物的作用以及各种地质营力的剥蚀作用等。岩石风化按其性质可分为物理分解、化学分解和生物分解。而岩石水解属于化学风化的其中一种，在水的作用下，岩石遭受水解变化，不但分解而产生新矿物，而且溶解出氯、硫、钙、钠、镁、钾、硅、铁、铝、磷等物质。前面的物质溶解度较大，多呈真溶液；后面的物质溶解度较小，多呈胶体溶液（见《朱筱敏．沉积岩石学[M]．石油工业出版社，2008》）。这一过程对物质迁移和沉积岩的形成及演化的研究具有重要意义。但岩石风化作用在地表一般环境下通常是一个长期的、漫长的过程，为进一步研究岩石的风化机理以及岩石的化学变化过程，而且完全发生在山区、野外。给观察、研究这一自然过程造成很大困难。如果能够在实验室中模拟这一过程，将给研究工作带来很多便利，对数据的严谨性也非常有益。但是现有技术中尚未有这类岩石高温水解的模拟装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩石高温水解模拟装置，以及这种岩石高温水解模拟装置的控制方法，通过模拟高温条件下岩石的水解反应，加快岩石风化速度，测定溶解出的各种物质元素含量，以及相关的热力学和动力学过程，以及了解水的矿化机理和过程。本发明将便于研究岩石的风化机理以及岩石的化学变化过程。

完成上述发明任务的技术方案如下：

一种岩石高温水解模拟装置，本岩石高温水解模拟装置由四部分组成，分别为水解反应釜、进水储水***、自动控制***及安全装置，

其中，水解反应釜为一个刚性容器，该容器上部设有水喷淋机构；底部设有下水及岩石分解细粒的收集器；该水解反应釜外部设有加热设备；该水解反应釜内设有温度传感器，该温度传感器的输出接控制***；所述的加热设备的加热运作是由控制***控制；

所述进水储水***设有储水器，该储水器中设有水位传感器，该水位传感器的输出接控制***；所述储水器通过水泵与电磁阀控制进水与出水，该出水是输送到所述水解反应釜的上部；

所述的自动控制***中设有单片机，该单片机与所述水解反应釜中的温度传感器及加热设备连接；接收温度传感器的输出、控制加热设备的加热温度；该单片机与所述进水储水***中的水位传感器、水泵及电磁阀连接；接收水位传感器的输出、控制水泵的运转及各个电磁阀的开关；所述的单片机与控制计算机连接；

所述的安全装置是：在水解反应釜上设有安全阀。

更具体和更优化地说，以上岩石高温水解的模拟装置的具体结构是：

所述水解反应釜倾斜放置，其内部装有颗粒状岩石碎片样品，底部的下水收集器的出水口用304不锈钢纱网封闭，既能保存岩石颗粒，又能使液体透过。

所述水解反应釜上部连有Y型过滤器和安全阀。

所述加热设备的结构是：所述水解反应釜外部包裹石棉网加热丝，可加热温度范围为0—450℃。

所述水解反应釜右边通过电磁阀连接储水器底部，储水器上部通过电磁阀连接水解反应釜上部，构成一个循环回路。储水器底部通过电磁阀连接蠕动泵，此为进水口。储水器上部接有电磁阀，构成防溢管路。

所述储水器内设有水位传感器，可以控制加入水解反应釜的水量，定量研究岩石的高温水解反应。

所述由电磁阀、储水器与水解反应釜构成的循环回路，可平衡反应釜内进行高温水解反应时产生的瞬间高压，以保证在产生高压时，反应用的水能够继续进入反应釜。

所述石棉网加热丝、温度传感器、水位传感器、电磁阀和蠕动泵都由单片机进行控制，再由单片机连接控制计算机，可在控制计算机上输入各种参数，自动控制装置运行。

完成本申请第二个发明任务的技术方案是，所述岩石高温水解模拟装置的控制方法，其特征在于，步骤如下：

⑴.在所述岩石高温水解模拟装置的水解反应釜中装填准备测试的岩石颗粒；

⑵.运行时先在控制计算机中输入反应所需温度和所需水量；

⑶.控制计算机通过单片机控制水解反应釜上的加热设备开始加热；

⑷.当温度传感器检测到水解反应釜达到所需温度时，单片机打开蠕动泵以及电磁阀11和12，水通过电磁阀11进入储水器；

⑸.水位传感器根据控制计算机通过单片机发来的指令调节储水器中的水量，然后同时关闭电磁阀11和12，打开电磁阀9和10，水从储水器中流向水解反应釜；

⑹.从储水器中流来的水，在水解反应釜上部冲淋下来，与岩石颗粒产生水解反应，反应后溶液透过304不锈钢纱网往下流；

⑺.不断循环操作，直到水解反应釜下部的下水收集器收集到足够的水量；

⑻. 对收集到的水进行各种检测，确定高温下岩石水解后的各种物质元素含量及矿物微粒。

本发明填补了现有技术的空白，提供了一种岩石高温水解模拟装置，以及这种岩石高温水解模拟装置的控制方法，通过模拟不同温度，特别是高温条件下岩石的水解反应，加快岩石风化和剥蚀速度，测定溶解出的及岩石分解的细粒等的各种物质元素含量和新形成的矿物，以及相关的热力学和动力学过程。本发明便于研究岩石的风化机理以及岩石的化学变化过程；以及了解水的矿化机理和过程。

附图说明

图1所示为岩石高温水解模拟装置的结构示意图。

具体实施方案

实施例1，岩石高温水解模拟装置。下面将参考附图来描述本发明所述的岩石高温水解模拟装置。如图1所示，该装置结构包括水解反应釜1、石棉网加热丝2、304不锈钢纱网3、温度传感器4、储水器5、水位传感器6、Y型过滤器7、安全阀8、电磁阀9、10、11、12、蠕动泵13、单片机14、计算机15。水解反应釜1外包裹石棉网加热丝2，反应釜外壁和石棉网加热丝2之间设有温度传感器4，内部装有颗粒状岩石碎片样品，底部由304不锈钢纱网3封闭。水解反应釜1倾斜放置，上部连有Y型过滤器7和安全阀8，右边通过电磁阀9连接储水器5底部。储水器5内设有水位传感器6，上部通过电磁阀10连接水解反应釜1上部，构成一个循环回路。储水器5底部通过电磁阀11连接蠕动泵13，此为进水口。储水器5上部接有电磁阀12，构成防溢管路。石棉网加热丝2、温度传感器4、水位传感器6、电磁阀9、10、11、12、蠕动泵13连接到单片机14，再由单片机14连接计算机15。

该装置运行时预先在计算机15中输入反应所需温度和所需水量，当温度传感器4检测到水解反应釜1达到所需温度时，打开蠕动泵13以及电磁阀11和12，水通过电磁阀11进入储水器5，水位传感器6根据计算机15的指令调节储水器5中的水量，然后同时关闭电磁阀11和12，打开电磁阀9和10，水从储水器5中流向水解反应釜1，在水解反应釜1上部冲淋下来，与岩石颗粒产生水解反应，反应后水滴透过304不锈钢纱网3往下流，不断循环操作，收集到足够液体和矿物进行各种检测，确定高温下岩石水解后的各种物质元素含量。

Claims (6)

1. 一种岩石高温水解模拟装置，其特征在于，本岩石高温水解模拟装置由四部分组成，分别为水解反应釜、进水储水***、自动控制***及安全装置，

其中，水解反应釜为一个刚性容器，该容器上部设有水喷淋机构；底部设有下水及岩石细粒的收集器；该水解反应釜外部设有加热设备；该水解反应釜内设有温度传感器，该温度传感器的输出接控制***；所述的加热设备的加热运作是由控制***控制；

所述进水储水***设有储水器，该储水器中设有水位传感器，该水位传感器的输出接控制***；所述储水器通过水泵与电磁阀控制进水与出水，该出水是输送到所述水解反应釜的上部，并利用电磁阀隔离外界低压可能造成的进水不畅；

所述的自动控制***中设有单片机，该单片机与所述水解反应釜中的温度传感器及加热设备连接；接收温度传感器的输出、控制加热设备的加热温度；该单片机与所述进水储水***中的水位传感器、水泵及电磁阀连接；接收水位传感器的输出、控制水泵的运转及各个电磁阀的开关；所述的单片机与控制计算机连接；

所述的安全装置是：在水解反应釜上设有安全阀。

2. 根据权利要求1所述的岩石高温水解模拟装置，其特征在于，所述水解反应釜倾斜放置，其内部装有颗粒状岩石碎片样品，底部的下水及岩石分解细粒的收集器的出水口用304不锈钢纱网封闭。

3. 根据权利要求1所述的岩石高温水解模拟装置，其特征在于，所述水解反应釜上部连有Y型过滤器和安全阀。

4. 根据权利要求1所述的岩石高温水解模拟装置，其特征在于，所述加热设备的结构是：所述水解反应釜外部包裹石棉网加热丝，可加热温度范围为0—500℃。

5. 根据权利要求1-4之一所述的岩石高温水解模拟装置，其特征在于，所述水解反应釜右边通过电磁阀连接储水器底部，储水器上部通过电磁阀连接所述水解反应釜上部，构成一个内部恒压循环回路，以防止高压造成进水困难；所述储水器底部通过电磁阀连接蠕动泵，此为进水口；所述储水器上部接有电磁阀，构成防溢管路。

6. 权利要求1所述的岩石高温水解模拟装置的控制方法，其特征在于，步骤如下：

⑴.在所述岩石高温水解模拟装置的水解反应釜中装填准备测试的岩石颗粒；

⑵.运行时先在控制计算机中输入反应所需温度和所需水量；

⑶.控制计算机通过单片机控制水解反应釜上的加热设备开始加热；

⑷.当温度传感器检测到水解反应釜达到所需温度时，单片机打开蠕动泵以及电磁阀11和12，水通过电磁阀11进入储水器；

⑸.水位传感器根据控制计算机通过单片机发来的指令调节储水器中的水量，然后同时关闭电磁阀11和12，打开电磁阀9和10，水从储水器中流向水解反应釜；

⑹.从储水器中流来的水，在水解反应釜上部冲淋下来，与岩石颗粒产生水解反应，反应后溶液透过304不锈钢纱网往下流；

⑺.不断循环操作，直到水解反应釜下部的下水收集器收集到足够的水量；

⑻. 对收集到的水进行各种检测，确定高温下岩石水解后的各种物质元素含量及矿物微粒。