碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統及其使用方法技術方案

本發明專利技術公開了一種碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統及其使用方法，該系統包括反應裝置、二氧化碳裝置、Mg/Ca裝置、多功能注入口(NaCl、Na2CO3、NaHCO3溶液及微生物菌液可在此處注入)、pH裝置、無菌過濾器和礦物儲集室，同時設置有攪拌器和溫控裝置。反應裝置中的碳酸鹽礦物在一定壓強、溫度、CO2濃度、Mg/Ca流體、不同濃度NaCl和Na2CO3/NaHCO3溶液及微生物菌液、pH等條件下可發生白云石化；通過無菌過濾器抽取溶液，測量影響白云石化的參數；礦物儲集室可獲取生成的礦物。本發明專利技術能夠有助于研究不同壓力、溫度、Mg/Ca、鹽濃度、離子強度及微生物對碳酸鹽礦物白云石化作用的影響。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及碳酸鹽巖礦物分析
，具體涉及一種碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統及其使用方法。
技術介紹
碳酸鹽礦物白云石化的主要理論基礎有準同生白云巖化、蒸發泵白云巖化、埋藏白云巖化等。關于白云石形成的化學反應具有熱力學可行性，因此研究者普遍認為白云巖形成的障礙主要是動力學障礙，主要表現為堿度、鹽度、溫度、壓力、離子強度及微生物作用等對白云石化的控制。研究者普遍認為，升高的壓力、溫度、鹽度、堿度及微生物作用對于突破白云石形成的動力學障礙具有十分關鍵的作用。因此，在現階段碳酸鹽巖研究中，研究者除了關注不同濃度Mg2+與Ca2+的混合溶液，即Mg/Ca比溶液對碳酸鹽礦物性質變化的影響外，壓力、溫度等因素對于碳酸鹽礦物的沉積動力學參數的影響也成為一個熱點問題。一般認為方解石等礦物轉變為含鎂碳酸鹽礦物的反應過程為：CaCO3+(1-x)Mg2+→Mg1-xCax(CO3)+(1-x)Ca2+因此為反應提供充足的Mg2+，設計不同的鹽度、堿度、壓力、溫度及微生物因素等，使Mg2+、Ca2+與CO32-反應形成白云石是研究過程中必須考慮的問題。在模擬白云巖化過程中，實驗研究需要一種能夠方便地對碳酸鹽礦物施加壓力，最好能夠同時調節鹽度、堿度、溫度、離子強度及微生物等條件的裝置來摸索碳酸鹽礦物發生白云石化的條件。目前對于高壓下碳酸鹽礦物研究的主要設備為反應釜，然而該工具存在價格昂貴、操作復雜、危險系數高的缺陷。
技術實現思路
為解決上述現有技術中存在的問題，本專利技術提出了一種碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統及其使用方法，該系統能夠研究和模擬不同鹽度、堿度、壓力、溫度、離子強度及微生物條件下對白云石化的控制及作用。本專利技術的任務之一在于提供一種碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統。一種碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統，其包括反應裝置、二氧化碳裝置、Mg/Ca裝置和pH調節裝置，所述反應裝置包括反應室及包裹在反應室外圍的嵌套層，所述嵌套層自內而外包括帶孔耐堿不銹鋼支撐層和封閉控制層，通過控制所述封閉控制層的安裝和拆卸來控制所述反應室的封閉或開放，所述反應室由吸水性和透水性良好的材質制成，所述反應室的頂部分別設置
有進口一、進口二和進口三，所述進口一通過管道一與所述二氧化碳裝置連接，所述進口二通過管道二與所述Mg/Ca裝置連接，所述進口三通過管道三與所述pH調節裝置連接；在所述反應室的側上方相對位置處連接有用于使流體循環的主管道，所述主管道中部相對位置處連接有用于使流體及礦物顆粒通過的支路管道，在靠近流體出口側的支路管道上設置有水泵，靠近流體回流側的支路管道上設置有無菌過濾器，通過無菌過濾器抽取溶液并測定相關參數；在所述水泵上方的支路管道設置有用于注入NaCl、Na2CO3、NaHCO3溶液及微生物菌液的多功能注入口；在所述無菌過濾器和水泵之間的支路管道下方設置有礦物儲集室，所述礦物儲集室與所述支路管道保持相通，所述礦物儲集室由耐堿橡膠材料制作而成；所述反應室的底部設置有攪拌器及調節并控制溫度的加熱器。作為本專利技術的一個優選方案，所述Mg/Ca裝置包括濃縮罐，所述濃縮罐內盛放不同Mg/Ca比流體，在所述濃縮罐的底部設置有加熱板。作為本專利技術的另一個優選方案，在所述管道一、管道二、管道三上分別設置有流量計、壓力計和閥門。優選的，所述pH調節裝置包括酸液罐和堿液罐，通過調節二者的進液量來控制反應室內的pH值。優選的，所述反應室是由礦渣或黏土壓制成的圓柱形腔室。優選的，所述水泵的抽水流量與所述反應室的透水系數相對應。本專利技術的另一任務在于提供上述系統的使用方法。上述碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統的使用方法，依次包括以下步驟：a預備實驗步驟，首先將礦物或巖石顆粒處理成納米級和微米級的顆粒，加入反應室后，通過帶孔耐堿不銹鋼支撐層和封閉控制層將反應室封閉；接著，打開Mg/Ca裝置的加熱器流體加熱，使熱的Mg/Ca流體向下滲透；然后通過二氧化碳裝置向反應室內通入二氧化碳氣體并維持在較低的壓強下促進礦物、巖石顆粒的溶解，礦物溶解一段時間后打開封閉控制層，通過pH調節裝置調節反應室內的pH值；反應室內環境呈堿性環境后再關閉封閉控制層，并通過二氧化碳裝置向反應室內通入二氧化碳氣體升高至實驗要求的壓強，當反應室內分壓達到實驗所需條件時，停止通氣；b啟動實驗步驟，打開加熱器及攪拌器，達到實驗所需溫度和分壓后，將封閉控制層移除，此時，反應室內的顆粒物與流體接觸開始循環，打開水泵，反應室內的流體通過主管道、支路管道開始循環，此時根據研究所需的條件通過多功能注入口向循環流體中加入NaCl、Na2CO3、NaHCO3溶液及微生物菌液來調控白云石化的進行，反應進行一段時間后，通過無菌過濾器抽取循環流體并測量相關參數，與此同時，循環流體中形成的礦物顆粒落入所述礦
物儲集室，收集沉淀在礦物儲藏室中的礦物進行下一步的分析研究。通過與反應室相連接的二氧化碳裝置、Mg/Ca裝置、pH控制裝置以及多功能注入口，可以模擬不同壓力、不同溫度，不同離子強度、鹽度、堿度和不同微生物活動等因素對碳酸鹽巖白云石化作用動力學因素的影響和控制。選用由礦渣或黏土壓制成的圓柱形腔室作為反應室，由于其有良好的吸水性和透水性，方便流體地循環流動。礦物儲集室由橡膠材料制作而成，可方便刺破礦物儲集室，吸取礦物沉淀隨時展開分析，本專利技術可系統地研究鹽度、堿度、壓力、溫度及微生物活動對白云石化作用動力學參數的影響，并且該系統具有安裝方便，操作簡單，多參數同時研究，方便模擬的優點。附圖說明下面結合附圖對本專利技術做進一步說明：圖1為本專利技術研究裝置的結構示意圖；圖中，1、反應室，2、帶孔耐堿不銹鋼支撐層，3、封閉控制層，4、主管道，5、支路管道，6，無菌過濾器，7、水泵，8、礦物儲集室，9、攪拌器，10、溫度控制器，11、CO2氣瓶，12、流量計，13、壓力計，14、Mg/Ca裝置，15、加熱板，16、流量計，17、18、19、20-閥門，21、酸液罐，22、堿液罐，23、多功能注入口。具體實施方式本專利技術提出了一種碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統及其使用方法，為了使本專利技術的優點、技術方案更加清楚、明確，下面結合具體實施例對本專利技術做詳細說明。如圖1所示，本專利技術碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統，主要由反應室1、二氧化碳裝置、Mg/Ca裝置14、pH調節裝置和加熱器組成，其中，二氧化碳裝置如CO2氣瓶11，通過它向反應室內通入氣體并加壓，Mg/Ca裝置14由濃縮罐和位于濃縮罐的底部加熱板15組成，通過底部的加熱板對Mg/Ca流體濃縮罐內的流體進行加熱和濃縮，以滿足實驗所需。pH調節裝置包括酸液罐21和堿液罐22，通過向反應室內加酸液或堿液來調節pH。上述反應室1優選為圓柱形腔體結構，在它內部放置納米級和微米級的礦物或巖石顆粒，為了使其循環良好，反應室1須由吸水性和透水性良好的材質制成，優選為由礦渣或黏土壓制成。在反應室的外圍包裹有嵌套層，嵌套層自內而外依次為帶孔耐堿不銹鋼支撐層2和封閉控制層3，封閉控制層可在軸向上拆卸或安裝，通過安裝或拆卸來控制反應器的封閉或開放。在該反應室的頂部分別設置有進口一、進口二和進口三，進口一通過管道一與CO2氣瓶11連接，在該本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統，其包括反應裝置、二氧化碳裝置、Mg/Ca裝置和pH調節裝置，其特征在于：所述反應裝置包括反應室及包裹在反應室外圍的嵌套層，所述嵌套層自內而外包括帶孔耐堿不銹鋼支撐層和封閉控制層，通過控制所述封閉控制層的安裝和拆卸來控制所述反應室的封閉或開放，所述反應室由吸水性和透水性良好的材質制成，所述反應室的頂部分別設置有進口一、進口二和進口三，所述進口一通過管道一與所述二氧化碳裝置連接，所述進口二通過管道二與所述Mg/Ca裝置連接，所述進口三通過管道三與所述pH調節裝置連接；在所述反應室的側上方相對位置處連接有用于使流體循環的主管道，所述主管道中部相對位置處連接有用于使流體及礦物顆粒通過的支路管道，在靠近流體出口側的支路管道上設置有水泵，靠近流體回流側的支路管道上設置有無菌過濾器，通過無菌過濾器抽取溶液并測定相關參數；在所述水泵上方的支路管道設置有用于注入NaCl、Na2CO3、NaHCO3溶液及微生物菌液的多功能注入口；在所述無菌過濾器和水泵之間的支路管道下方設置有礦物儲集室，所述礦物儲集室與所述支路管道保持相通，所述礦物儲集室由耐堿橡膠材料制作而成；所述反應室的底部設置有攪拌器及調節并控制溫度的加熱器。...

【技術特征摘要】
1.一種碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統，其包括反應裝置、二氧化碳裝置、Mg/Ca裝置和pH調節裝置，其特征在于：所述反應裝置包括反應室及包裹在反應室外圍的嵌套層，所述嵌套層自內而外包括帶孔耐堿不銹鋼支撐層和封閉控制層，通過控制所述封閉控制層的安裝和拆卸來控制所述反應室的封閉或開放，所述反應室由吸水性和透水性良好的材質制成，所述反應室的頂部分別設置有進口一、進口二和進口三，所述進口一通過管道一與所述二氧化碳裝置連接，所述進口二通過管道二與所述Mg/Ca裝置連接，所述進口三通過管道三與所述pH調節裝置連接；在所述反應室的側上方相對位置處連接有用于使流體循環的主管道，所述主管道中部相對位置處連接有用于使流體及礦物顆粒通過的支路管道，在靠近流體出口側的支路管道上設置有水泵，靠近流體回流側的支路管道上設置有無菌過濾器，通過無菌過濾器抽取溶液并測定相關參數；在所述水泵上方的支路管道設置有用于注入NaCl、Na2CO3、NaHCO3溶液及微生物菌液的多功能注入口；在所述無菌過濾器和水泵之間的支路管道下方設置有礦物儲集室，所述礦物儲集室與所述支路管道保持相通，所述礦物儲集室由耐堿橡膠材料制作而成；所述反應室的底部設置有攪拌器及調節并控制溫度的加熱器。2.根據權利要求1所述的碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統，其特征在于：所述Mg/Ca裝置包括濃縮罐，所述濃縮罐內盛放不同Mg/Ca比流體，在所述濃縮罐的底部設置有加熱板。3.根據權利要求1所述的碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統，其特征在于：在所述管道一、管道二、管道三上分別設置有流量計、壓力計和閥門。4.根據權利要求1所述的碳酸鹽礦物白云石化作用模擬研究系統，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓作振，趙延洋，閆華曉，趙輝，韓梅，孫彬，孟瑞瑞，莊定祥，李丹，
申請(專利權)人：山東科技大學，
類型：發明
國別省市：山東;37