[发明专利]一种水岩化学动力学反应双系统试验装置

说明书

技术领域

本发明属于水岩化学动力学技术领域，特别涉及水岩化学动力学的模拟试验技术。

背景技术

水岩化学作用是影响地表岩石风化过程非常重要的因素，因其反应机理非常复杂、可显著改变岩体工程性质，早已引起全球学者们高度重视。传统的水岩作用模拟主要从化学热力学角度出发，研究各种水-岩相互作用体系中水和矿物之间及其本身在不同的环境条件下所发生的各种地球化学反应。在自然条件下，大量的地质事实反映水岩化学作用常常具有不平衡性，这与不同外界条件影响下(如温度、压力等)水岩作用的动力学反应速率以及溶液性质和矿物颗粒自身性质相关。同时水岩化学反应的类型可分为很多种，如氧化、溶解、聚合等，不同的反应类型对于矿物的影响机制各不相同，如酸性条件下碳酸盐可通过分解反应迅速溶解，造成岩体力学结构弱化、渗透性能加强，同样在酸性条件下溶液与岩石作用也可能通过聚合反应，在岩体裂隙位置生成一些胶结物，反而造成岩体的力学强度提高，渗透性能降低。

中国专利201110440668.4号公开了一种CO₂地质封存中水岩反应的批式实验装置。该装置具有可满足CO₂-水-岩反应的温度、压力要求，使CO₂-水-岩反应实验在恒定压力下有足量的水、岩、气样品相互反应。该实验装置主要包括以环封连接可拆卸的反应釜、CO₂气瓶和排气阀，本发明结构合理，实用性强，具有操作简单和较为经济的特点。但该装置只能作为单一的批式系统反应装置，且反应过程中实时变化的溶液性质无法及时获取。设计一种可调节的模拟从有无氧至富氧气体环境、不同水溶液环境(如酸性H₂SO₄、碱性NaOH、弱氧化性H₂O₂等)和不同浸泡条件(浸泡高度可设定)多种环境条件的是本发明的任务。

发明内容

本发明的目的是提供一种水岩化学动力学反应双系统试验装置，它能有效地解决模拟岩体试样与各种可调节反应条件下水溶液的水岩化学作用问题。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种水岩化学动力学反应双系统试验装置，包括高压气瓶和反应溶液存储器,高压气瓶通过高压管路与设有密闭螺栓的反应装置相连，所述高压管路中设有电子压力计和压力表；溶液存储器通过设有阀门和流量速率监测计的管道与反应装置相连；反应装置的底部设有网状架台，网状架台下方设有带磁力搅拌转子的搅拌电机；反应装置的上肩部设有蝶形螺栓和五个插孔，分别设有酸度计、水样采集器、溶解氧计、电导率计和电位计，出水管路设有阀门和流量速率监测计。

所述搅拌电机设在反应装置的外部下方。

所述反应装置的上部侧壁外设有通气螺栓。

该装置的功能分为三大部分：外部条件模拟部分、水岩化学反应部分和水质测试装置。其中：

外部条件模拟部分包括高压气瓶和溶液存储器，高压气瓶与电子压力计相连和反应装置通过高压管路相连，溶液存储器与阀门、流量监测计和反应容器通过管道相连。

水岩化学反应装置部分包括一个带有若干插孔和设有阀门的进水口和出水口的反应装置，内部设有放置岩样的网状架台，网状架台下方设有磁力搅拌器。其中反应装置出水口和进水口的阀门均与流量监测计相连，上部插孔位置设有与水质测试相关的各测试仪器、气体进口管道和水样分析采集器相连，反应装置制作为抗高压且带有容积刻度的透明容器，磁力搅拌器磁子放置在反应装置容器底部，搅拌发生器放置在反应装置外部下方。

水质测试部分包括酸度计、水样采集器、溶解氧计、电导率计和电位计。工作时各个仪器监测感应端放置在反应溶液中。

本发明中：外部条件模拟部分中高压气瓶可设置为100％纯氧气(O₂)瓶、100％纯氮气瓶(N₂)或指定氧气浓度的氮/氧混合气压瓶。高压气瓶中的气体通过高压管道进入水岩化学反应装置，通过电子压力计和进气阀门可监测和调整反应装置内气体压力。反应溶液盛放容器根据溶液不同性质(如酸性H₂SO₄、碱性NaOH、弱氧化性H₂O₂)用不同材料制作，与反应装置相连的进水和出水阀门根据实验需要，可在间歇式与混合流式反应系统间转换。当两个阀门关闭时，为间歇式反应系统，当阀门打开，且控制进水与出水流量相等时，为混合流式反应系统。