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(yīng)釜、進(jìn)水儲(chǔ)水系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)及安全裝置組成：水解反應(yīng)釜上部設(shè)有水噴淋機(jī)構(gòu)；底部設(shè)有下水及巖石分解細(xì)粒的收集器；外部設(shè)有加熱設(shè)備；內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，其輸出接控制系統(tǒng)；進(jìn)水儲(chǔ)水系統(tǒng)設(shè)有儲(chǔ)水器、水位傳感器，其輸出接控制系統(tǒng)；儲(chǔ)水器通過水泵與電磁閥控制進(jìn)水與出水，通過隔離內(nèi)外氣壓使儲(chǔ)水器中的水可以順利進(jìn)入反應(yīng)釜，出水輸送到水解反應(yīng)釜上部；自動(dòng)控制系統(tǒng)的單片機(jī)與控制計(jì)算機(jī)連接；并設(shè)有安全閥。本發(fā)明通過模擬巖石的水解反應(yīng)，加快風(fēng)化和剝蝕速度，測(cè)定溶解出的及巖石分解的細(xì)粒等的各種物質(zhì)元素含量和新形成的礦物，以及相關(guān)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程，便于研究巖石的風(fēng)化機(jī)理。
【專利說明】巖石高溫水解模擬裝置及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)學(xué)中的巖石侵蝕、風(fēng)化研究領(lǐng)域，尤其涉及一種巖石高溫水解模擬裝置。本發(fā)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(shù)】
[0002]巖石風(fēng)化作用是地球表面最重要而普遍的地質(zhì)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(zhì)營(yíng)力的剝蝕作用等。巖石風(fēng)化按其性質(zhì)可分為物理分解、化學(xué)分解和生物分解。而巖石水解屬于化學(xué)風(fēng)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(chǎn)生新礦物，而且溶解出氯、硫、鈣、鈉、鎂、鉀、硅、鐵、鋁、磷等物質(zhì)。前面的物質(zhì)溶解度較大，多呈真溶液；后面的物質(zhì)溶解度較小，多呈膠體溶液(見《朱筱敏.沉積巖石學(xué)[M].石油工業(yè)出版社，2008》)。這一過程對(duì)物質(zhì)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(fēng)化作用在地表一般環(huán)境下通常是一個(gè)長(zhǎng)期的、漫長(zhǎng)的過程，為進(jìn)一步研究巖石的風(fēng)化機(jī)理以及巖石的化學(xué)變化過程，而且完全發(fā)生在山區(qū)、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(shí)驗(yàn)室中模擬這一過程，將給研究工作帶來很多便利，對(duì)數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性也非常有益。但是現(xiàn)有技術(shù)中尚未有這類巖石高溫水解的模擬裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于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(yīng)，加快巖石風(fēng)化速度，測(cè)定溶解出的各種物質(zhì)元素含量，以及相關(guān)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程，以及了解水的礦化機(jī)理和過程。本發(fā)明將便于研究巖石的風(fēng)化機(jī)理以及巖石的化學(xué)變化過程。
[0004]完成上述發(fā)明任務(wù)的技術(shù)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(yīng)釜、進(jìn)水儲(chǔ)水系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)及安全裝置，
其中，水解反應(yīng)釜為一個(gè)剛性容器，該容器上部設(shè)有水噴淋機(jī)構(gòu)；底部設(shè)有下水及巖石分解細(xì)粒的收集器；該水解反應(yīng)釜外部設(shè)有加熱設(shè)備；該水解反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，該溫度傳感器的輸出接控制系統(tǒng)；所述的加熱設(shè)備的加熱運(yùn)作是由控制系統(tǒng)控制；
所述進(jìn)水儲(chǔ)水系統(tǒng)設(shè)有儲(chǔ)水器，該儲(chǔ)水器中設(shè)有水位傳感器，該水位傳感器的輸出接控制系統(tǒng)；所述儲(chǔ)水器通過水泵與電磁閥控制進(jìn)水與出水，該出水是輸送到所述水解反應(yīng)釜的上部；
所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)中設(shè)有單片機(jī)，該單片機(jī)與所述水解反應(yīng)釜中的溫度傳感器及加熱設(shè)備連接；接收溫度傳感器的輸出、控制加熱設(shè)備的加熱溫度；該單片機(jī)與所述進(jìn)水儲(chǔ)水系統(tǒng)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(yùn)轉(zhuǎn)及各個(gè)電磁閥的開關(guān)；所述的單片機(jī)與控制計(jì)算機(jī)連接；
所述的安全裝置是:在水解反應(yīng)釜上設(shè)有安全閥。
[0005]更具體和更優(yōu)化地說，以上巖石高溫水解的模擬裝置的具體結(jié)構(gòu)是:
所述水解反應(yīng)釜傾斜放置，其內(nèi)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不銹鋼紗網(wǎng)封閉，既能保存巖石顆粒，又能使液體透過。
[0006]所述水解反應(yīng)釜上部連有Y型過濾器和安全閥。
[0007]所述加熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)是:所述水解反應(yīng)釜外部包裹石棉網(wǎng)加熱絲，可加熱溫度范圍為 O—450°C。
[0008]所述水解反應(yīng)釜右邊通過電磁閥連接儲(chǔ)水器底部，儲(chǔ)水器上部通過電磁閥連接水解反應(yīng)釜上部，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)回路。儲(chǔ)水器底部通過電磁閥連接蠕動(dòng)泵，此為進(jìn)水口。儲(chǔ)水器上部接有電磁閥，構(gòu)成防溢管路。
[0009]所述儲(chǔ)水器內(nèi)設(shè)有水位傳感器，可以控制加入水解反應(yīng)釜的水量，定量研究巖石的高溫水解反應(yīng)。
[0010]所述由電磁閥、儲(chǔ)水器與水解反應(yīng)釜構(gòu)成的循環(huán)回路，可平衡反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行高溫水解反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的瞬間高壓，以保證在產(chǎn)生高壓時(shí)，反應(yīng)用的水能夠繼續(xù)進(jìn)入反應(yīng)釜。
[0011]所述石棉網(wǎng)加熱絲、溫度傳感器、水位傳感器、電磁閥和蠕動(dòng)泵都由單片機(jī)進(jìn)行控制，再由單片機(jī)連接控制計(jì)算機(jī)，可在控制計(jì)算機(jī)上輸入各種參數(shù)，自動(dòng)控制裝置運(yùn)行。
[0012]完成本申請(qǐng)第二個(gè)發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是，所述巖石高溫水解模擬裝置的控制方法，其特征在于，步驟如下:
(I).在所述巖石高溫水解模擬裝置的水解反應(yīng)釜中裝填準(zhǔn)備測(cè)試的巖石顆粒；
⑵.運(yùn)行時(shí)先在控制計(jì)算機(jī)中輸入反應(yīng)所需溫度和所需水量；
(3).控制計(jì)算機(jī)通過單片機(jī)控制水解反應(yīng)釜上的加熱設(shè)備開始加熱；
⑷.當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到水解反應(yīng)釜達(dá)到所需溫度時(shí)，單片機(jī)打開蠕動(dòng)泵以及電磁閥11和12，水通過電磁閥11進(jìn)入儲(chǔ)水器；
(5).水位傳感器根據(jù)控制計(jì)算機(jī)通過單片機(jī)發(fā)來的指令調(diào)節(jié)儲(chǔ)水器中的水量，然后同時(shí)關(guān)閉電磁閥11和12，打開電磁閥9和10，水從儲(chǔ)水器中流向水解反應(yīng)釜；
(6).從儲(chǔ)水器中流來的水，在水解反應(yīng)釜上部沖淋下來，與巖石顆粒產(chǎn)生水解反應(yīng)，反應(yīng)后溶液透過304不銹鋼紗網(wǎng)往下流；
(7).不斷循環(huán)操作，直到水解反應(yīng)釜下部的下水收集器收集到足夠的水量；
(8).對(duì)收集到的水進(jìn)行各種檢測(cè)，確定高溫下巖石水解后的各種物質(zhì)元素含量及礦物微粒。
[0013]本發(fā)明填補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)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(yīng)，加快巖石風(fēng)化和剝蝕速度，測(cè)定溶解出的及巖石分解的細(xì)粒等的各種物質(zhì)元素含量和新形成的礦物，以及相關(guān)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程。本發(fā)明便于研究巖石的風(fēng)化機(jī)理以及巖石的化學(xué)變化過程；以及了解水的礦化機(jī)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(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方案
[0015]實(shí)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(fā)明所述的巖石高溫水解模擬裝置。如圖1所示，該裝置結(jié)構(gòu)包括水解反應(yīng)釜1、石棉網(wǎng)加熱絲2、304不銹鋼紗網(wǎng)3、溫度傳感器4、儲(chǔ)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(dòng)泵13、單片機(jī)14、計(jì)算機(jī)15。水解反應(yīng)釜I外包裹石棉網(wǎng)加熱絲2，反應(yīng)釜外壁和石棉網(wǎng)加熱絲2之間設(shè)有溫度傳感器4，內(nèi)部裝有顆粒狀巖石碎片樣品，底部由304不銹鋼紗網(wǎng)3封閉。水解反應(yīng)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(chǔ)水器5底部。儲(chǔ)水器5內(nèi)設(shè)有水位傳感器6，上部通過電磁閥10連接水解反應(yīng)釜I上部，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)回路。儲(chǔ)水器5底部通過電磁閥11連接蠕動(dòng)泵13，此為進(jìn)水口。儲(chǔ)水器5上部接有電磁閥12，構(gòu)成防溢管路。石棉網(wǎng)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(dòng)泵13連接到單片機(jī)14，再由單片機(jī)14連接計(jì)算機(jī)15。
[0016]該裝置運(yùn)行時(shí)預(yù)先在計(jì)算機(jī)15中輸入反應(yīng)所需溫度和所需水量，當(dāng)溫度傳感器4檢測(cè)到水解反應(yīng)釜I達(dá)到所需溫度時(shí),打開蠕動(dòng)泵13以及電磁閥11和12，水通過電磁閥11進(jìn)入儲(chǔ)水器5，水位傳感器6根據(jù)計(jì)算機(jī)15的指令調(diào)節(jié)儲(chǔ)水器5中的水量，然后同時(shí)關(guān)閉電磁閥11和12，打開電磁閥9和10，水從儲(chǔ)水器5中流向水解反應(yīng)釜1，在水解反應(yīng)釜I上部沖淋下來，與巖石顆粒產(chǎn)生水解反應(yīng)，反應(yīng)后水滴透過304不銹鋼紗網(wǎng)3往下流，不斷循環(huán)操作，收集到足夠液體和礦物進(jìn)行各種檢測(cè)，確定高溫下巖石水解后的各種物質(zhì)元素含量。
【權(quán)利要求】
1.一種巖石高溫水解模擬裝置，其特征在于，本巖石高溫水解模擬裝置由四部分組成，分別為水解反應(yīng)釜、進(jìn)水儲(chǔ)水系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)及安全裝置， 其中，水解反應(yīng)釜為一個(gè)剛性容器，該容器上部設(shè)有水噴淋機(jī)構(gòu)；底部設(shè)有下水及巖石細(xì)粒的收集器；該水解反應(yīng)釜外部設(shè)有加熱設(shè)備；該水解反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，該溫度傳感器的輸出接控制系統(tǒng)；所述的加熱設(shè)備的加熱運(yùn)作是由控制系統(tǒng)控制； 所述進(jìn)水儲(chǔ)水系統(tǒng)設(shè)有儲(chǔ)水器，該儲(chǔ)水器中設(shè)有水位傳感器，該水位傳感器的輸出接控制系統(tǒng)；所述儲(chǔ)水器通過水泵與電磁閥控制進(jìn)水與出水，該出水是輸送到所述水解反應(yīng)釜的上部，并利用電磁閥隔離外界低壓可能造成的進(jìn)水不暢； 所述的自動(dòng)控制系統(tǒng)中設(shè)有單片機(jī)，該單片機(jī)與所述水解反應(yīng)釜中的溫度傳感器及加熱設(shè)備連接；接收溫度傳感器的輸出、控制加熱設(shè)備的加熱溫度；該單片機(jī)與所述進(jìn)水儲(chǔ)水系統(tǒng)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(yùn)轉(zhuǎn)及各個(gè)電磁閥的開關(guān)；所述的單片機(jī)與控制計(jì)算機(jī)連接； 所述的安全裝置是:在水解反應(yīng)釜上設(shè)有安全閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石高溫水解模擬裝置，其特征在于，所述水解反應(yīng)釜傾斜放置，其內(nèi)部裝有顆粒狀巖石碎片樣品，底部的下水及巖石分解細(xì)粒的收集器的出水口用304不銹鋼紗網(wǎng)封閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石高溫水解模擬裝置，其特征在于，所述水解反應(yīng)釜上部連有Y型過濾器和安全閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的巖石高溫水解模擬裝置，其特征在于，所述加熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)是:所述水解反應(yīng)釜外部包裹石棉網(wǎng)加熱絲，可加熱溫度范圍為O — 500°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的巖石高溫水解模擬裝置，其特征在于，所述水解反應(yīng)釜右邊通過電磁閥連接儲(chǔ)水器底部，儲(chǔ)水器上部通過電磁閥連接所述水解反應(yīng)釜上部，構(gòu)成一個(gè)內(nèi)部恒壓循環(huán)回路，以防止高壓造成進(jìn)水困難；所述儲(chǔ)水器底部通過電磁閥連接蠕動(dòng)泵，此為進(jìn)水口 ；所述儲(chǔ)水器上部接有電磁閥，構(gòu)成防溢管路。
6.權(quán)利要求1所述的巖石高溫水解模擬裝置的控制方法，其特征在于，步驟如下: (I).在所述巖石高溫水解模擬裝置的水解反應(yīng)釜中裝填準(zhǔn)備測(cè)試的巖石顆粒； ⑵.運(yùn)行時(shí)先在控制計(jì)算機(jī)中輸入反應(yīng)所需溫度和所需水量； (3).控制計(jì)算機(jī)通過單片機(jī)控制水解反應(yīng)釜上的加熱設(shè)備開始加熱； ⑷.當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到水解反應(yīng)釜達(dá)到所需溫度時(shí)，單片機(jī)打開蠕動(dòng)泵以及電磁閥11和12，水通過電磁閥11進(jìn)入儲(chǔ)水器； (5).水位傳感器根據(jù)控制計(jì)算機(jī)通過單片機(jī)發(fā)來的指令調(diào)節(jié)儲(chǔ)水器中的水量，然后同時(shí)關(guān)閉電磁閥11和12，打開電磁閥9和10，水從儲(chǔ)水器中流向水解反應(yīng)釜； (6).從儲(chǔ)水器中流來的水，在水解反應(yīng)釜上部沖淋下來，與巖石顆粒產(chǎn)生水解反應(yīng)，反應(yīng)后溶液透過304不銹鋼紗網(wǎng)往下流； (7).不斷循環(huán)操作，直到水解反應(yīng)釜下部的下水收集器收集到足夠的水量； (8).對(duì)收集到的水進(jìn)行各種檢測(cè)，確定高溫下巖石水解后的各種物質(zhì)元素含量及礦物微粒。
【文檔編號(hào)】G01N25/00GK104048984SQ201410249178
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】王偉, 盧杰妍, 劉斌, 劉靜, 曹媛, 陳孝政 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所