温度-浓度耦合作用下可溶岩钙芒硝溶浸细观结构演化

岩石细观结构通常随外部环境变化而逐渐发展演化,为了研究不同溶浸条件下钙芒硝细观结构演化的规律。通过对特殊的钙芒硝可溶岩在不同温度与浓度溶液中溶蚀过程进行显微CT观测,以孔隙率为表征参数,研究了不同温度、不同浓度盐溶液中,4 mm×4 mm×9 mm长方体试样同一截面的孔隙结构演化特征。试验结果表明,各种条件下钙芒硝均由表及里进行溶解,孔隙发展具有明显的渐进过程;3种浓度条件下,钙芒硝在淡水中的溶浸速度及细观结构演化最快,孔隙率随时间呈线性规律急速增大。在常温淡水溶液中溶浸48 h后,钙芒硝的孔隙率较初始孔隙率增大近10倍,而在半饱和与饱和盐溶液中仅增大1~2倍。不同温度条件下,95℃溶液比常温溶液作用下钙芒硝孔隙率演化速率提高了4~5倍。溶浸作用下钙芒硝可溶岩孔隙率演化存在显著温度与浓度效应。     

多场耦合作用下钙芒硝三维孔隙结构及渗流模拟研究

钙芒硝溶浸开采是一个多场耦合的过程,每个因素都会改变其连通性,从而影响其渗透特性。以钙芒硝为研究对象,利用显微CT技术和AVIZO三维重构软件,建立了不同温度淡水溶液作用后的钙芒硝细观孔隙结构三维模型,定量表征了其内部连通性的变化,并在此基础上,进行了细观尺度的渗流模拟,研究了不同温度淡水溶液作用后钙芒硝的渗透特性。研究结果表明:钙芒硝的连通度和渗透率均与温度呈正相关关系。35℃和65℃时钙芒硝内部的孔隙空间多以小孔吼、短吼道为主,连通性较差,渗流通道较为狭小;95℃时孔隙空间多以大孔吼、长吼道为主,连通性较好,渗流通道较为宽广;35℃到65℃渗透率增幅较小,仅为0.23μm2;65℃到95℃钙芒硝渗透率急剧增加,增幅为2.75μm2。该研究结果对提高钙芒硝矿床的开采效率及层状盐岩溶腔储库的稳定性具有一定的指导意义。     

溶解-应力耦合作用下钙芒硝的细观结构演化特征

矿物溶解是一个多因素耦合作用下的复杂物理化学过程。为了研究钙芒硝细观结构演化规律,选用常温淡水溶浸后的钙芒硝,对其进行不同轴向应力作用下的试验研究。通过显微CT扫描观测和孔裂隙统计分析,结果表明:钙芒硝在淡水中溶浸后,孔隙总数量随轴向应力的增大先增加后减少。随着轴向应力的增加,等效直径0.05mm的原生孔隙逐渐减少,0.05～0.5 mm的孔隙逐渐增多,当应力为8MPa时出现了0.5mm的裂隙,9.6 MPa时出现了明显的裂隙。钙芒硝经淡水溶浸作用后,力学特性弱化,抗压强度大幅降低。轴向应力升高加剧钙芒硝孔裂隙的发生发展,提高矿体所受应力有助于钙芒硝溶解通道的形成。     

钙芒硝盐岩多场耦合作用下蠕变的温度效应研究

为了研究温度-溶浸-应力耦合作用下钙芒硝盐岩蠕变的温度效应,利用自主研发的三轴岩石力学试验机,进行了围压4 MPa、轴压5 MPa、不同温度(30,60,90℃)、不同渗透压(3,2,1 MPa)条件下的三轴蠕变试验,并在试验前后对试件进行CT扫描,分析了不同蠕变过程中温度对钙芒硝蠕变变形的影响。结果表明:溶浸连通过程,对钙芒硝盐岩蠕变变形起主要作用的是渗透压和温度,渗透压越小且温度越高,蠕变应变越大;饱水蠕变过程,温度和有效应力是影响蠕变变形特性的主要因素,随温度的升高蠕变应变逐渐增大,但其增加幅度逐渐减小。在72 h的饱水蠕变过程中,渗透压为2 MPa时,30,60,90℃条件下的蠕变应变分别为0.009 5×10~(-2),0.014 4×10~(-2),0.019 5×10~(-2),渗透压为3 MPa时,分别为0.001×10~(-2),0.003×10~(-2),0.007×10~(-2);排水蠕变过程,影响钙芒硝蠕变变形的主要因素是温度-溶浸-应力作用的历史过程对钙芒硝固体骨架力学性能的弱化程度和温度对蠕变过程的热损伤作用,随温度的升高蠕变应变和其增加幅度都逐渐增大;基于非线性流变力学理论,对广义开尔文模型进行改进,根据蠕变试验结果,采用曲线拟合法对改进后模型的参数进行反演识别,结果与实测数据吻合效果良好,说明改进后的模型可以较好的描述钙芒硝在温度-溶浸-应力耦合作用下的排水蠕变过程。     

微焦点显微CT机在岩石微细观结构中的应用

采用焦点尺寸＜3μm,分辨率0.5 μm,密度分辨率0.3％的显微CT系统,研究岩石微细观结构.研究了煤岩、油页岩、花岗岩在不同温度下的孔裂隙结构和钙芒硝的水溶过程,结果表明:1)随温度的增加,煤体孔隙率、连通团大小呈先增后减变化,逾渗转变发生在230～250℃.2)花岗岩在高温时形成包围花岗岩晶体颗粒的封闭多边形裂纹,裂纹多产生于颗粒之间,有少部分穿晶裂纹,且穿晶裂纹的比例随温度的升高而增大.3)钙芒硝的溶解速度与时间呈反比关系,溶解时间越长,速度越慢.     

钙芒硝盐岩溶解的温度效应

钙芒硝盐岩化学成分为硫酸钠与硫酸钙的化合物,其化学成分的复杂性决定了其属于难溶性盐。溶解机理分析发现,其溶解过程包括硫酸钠和硫酸钙的溶解与其结晶,但硫酸钙结晶后会形成一层膜覆盖在矿物表面,减少溶解表面面积,对硫酸钠的溶解有抑制作用。实验发现,钙芒硝的溶解具有温度效应:温度越高使溶解速率及溶解速度下降越迅速,使钙芒硝溶解变慢。压力浸泡溶解开采使现场采出效率提高了30%~40%。     

压力溶浸作用下钙芒硝盐岩力学特性基础研究

目前钙芒硝矿多采用就地溶浸或井工开采方法,效率低、污染大,基于原位改性采矿理论欲对其实现固体矿物流体化开采,因此通过室内模拟压力水溶浸钙芒硝盐岩,并对其强度变化进行分析。试验发现:压力溶浸过程中矿物胶结处较先产生裂缝,压力溶浸环境下盐岩强度弱化程度大于自然溶浸下盐岩强度的弱化,弱化程度随着溶浸压力的增大而增大,在1.0MPa和1.5 MPa压力水环境下溶浸24h之后,试样强度的弱化系数分别为0.67,0.55。1.0 MPa压力水环境下溶浸7d之后,试样强度的弱化系数为0.34,压力溶浸对盐岩强度的弱化在溶浸初期影响显著,随后时间因素占主导地位。通过拟合得出钙芒硝盐岩强度与压力溶浸时间的关系,为实现钙芒硝矿固体矿物流体化开采提供一定的理论基础。     

钙芒硝水溶过程结构变化的细观研究

通过实验,研究了钙芒硝在水溶过程中结构上的细观变化。实验结果分析,得出了以下结论:钙芒硝的水溶过程既包含晶体的溶解过程也包含晶体的析出过程;溶液是顺着裂隙进行渗流的,并首先溶解裂隙处的钙芒硝,钙芒硝溶解后空出一定的空间,然后溶液再顺着所产生的空间向裂隙周围流动;水溶后的固体残留物可以认为是多孔介质,其渗透性和力学特性在不断的变化;水溶过程中,溶液在钙芒硝矿石中的流动可以认为是溶液在多孔介质中的渗流;溶质在溶液中的运输过程可以看成是溶质在溶液中的扩散过程。     

溶浸作用下钙芒硝盐岩蠕变特性研究

在原位溶浸开采过程中,钙芒硝长期在应力、水的作用下,其岩体强度不断发生变化,上覆岩层逐渐失去钙芒硝的承载作用。为了研究开采过程中钙芒硝的蠕变特性,采用三轴岩石力学试验机,通过物理试验方法,进行了轴压5 MPa、围压4 MPa、不同渗透液浓度条件下的钙芒硝三轴蠕变试验。研究结果表明:钙芒硝的溶解具有显著的浓度效应,该效应对其蠕变变形有很重要的影响。在蠕变初期,蠕变应变随渗透液浓度的增大而减小,在蠕变后期,蠕变应变随渗透液浓度的增大而增大;当渗透液分别为饱和氯化钠溶液、半饱和氯化钠溶液、淡水时,钙芒硝分别经历336 h、101.7 h、67.2 h的蠕变后,其蠕变应变分别为0.1335%、0.051%、0.04%。     

含钒粘土矿两段浸出提钒工艺

采用碱浸预处理-酸浸提钒的两段浸出工艺从含钒粘土矿中浸出钒, 考察了碱浸预处理工序中NaOH用量和浸出时间、预处理后酸浸工序中H₂SO₄用量、浸出温度、浸出时间、液固比等因素对钒浸出率的影响。碱浸预处理能部分溶解Si、Al矿物, 从而破坏含钒矿物晶体结构, 为酸浸提钒时提高钒浸出率并降低酸耗创造条件。实验结果表明, 在95 ℃温度下用20%NaOH对矿样浸出24 h后, 酸浸工序中H₂SO₄用量30%, 温度95 ℃, 液固比1.5∶1, 浸出时间12 h, 钒浸取率达到了80%以上。     

钙芒硝物质的早强机理和应用

本文简要介绍了钙芒硝的矿物组成和化学成分，剖析了钙芒硝在水－水泥体系中发挥促凝早强作用的机理，对比分析了作为砼外加剂原料芒硝比硫酸钠更加优越的原则，拓展了钙芒硝在建筑业中应用的广阔前景。     

钙芒硝空隙的CT实验研究

采用μCT225KVFCB高精度显微CT试验系统,利用CT衰减系数,从细观角度研究了自然状态下钙芒硝的空隙情况.研究表明:钙芒硝岩样的空隙度仅为0.59%-0.7%,等效空隙直径仅为1.11μm.这些研究结论对钙芒硝原位水溶开采的实施和控制具有非常重要的意义.     

深部盐岩溶解速率试验研究

利用自制仪器对某超深地层(约2000m)盐岩、含泥盐岩进行了常温和高温溶解试验,发现密度与时间关系呈现指数衰减,并对其参数进行了拟合,得出常温下纯盐岩的溶解速率是含泥盐岩的1.26倍,高温86℃和高温50℃时的溶解速率分别是常温下的2.32和1.49倍。根据质量守恒原理,分别推导得出了常温和高温下溶解速率与密度的函数关系。通过实验数据得出,常温和高温下溶解速率与密度都可以近似成线性关系,并对各个参数进行了拟合,为深部盐岩溶腔建腔模拟提供了基本参数。     

用石英、石灰石和γ-氧化铝合成钙长石的研究

以天然石灰石、石英粉以及γ-氧化铝为原料,分别在1 400℃和1 450℃下进行烧结,成功制备了钙长石耐高温陶瓷试样。借助XRD和SEM分析方法对试样在不同温度下的物相和显微形貌进行了分析,对不同温度下试样的显气孔率、体积密度和抗折强度进行了测试,结果表明:1 450℃下试样显气孔率较低,体积密度及抗折强度较大,形成单一钙长石相。烧结温度对所合成的钙长石的力学性能有重要影响。随着烧结温度的提高,试样的显气孔率降低,体积密度增加,抗折强度从17.66MPa增加到19.52MPa。     

深海锰结核采矿输送过程对海水水质的影响研究

模拟深海采矿输送环境, 研究了深海锰结核在采矿输送过程中重金属的溶出情况, 考察其对海水水质产生的影响。结果表明: 在锰结核矿浆体积浓度15%(液固质量比1.65∶1)、溶出时间30 min、溶出温度25 ℃、搅拌速度200 r/min、溶出压力10 MPa最优溶出条件下, 海水中重金属Pb、Zn、Ni和Mn的浓度最高, 但均未超过《海水水质标准》(GB3097-1997)Ⅳ类水水质标准, 因此, 此类以氧化矿为主的锰结核采矿输送过程不会造成海水重金属污染。     

Pumping characteristics of Ti-based non-evaporable getter

The application of non-evaporable getters is increasing, they have been widely used in sealed-off vacuum or controlled atmosphere devices. A new type of Ti-based sintered non-evaporable getter has been studied. The room temperature pumping speeds under three activation processes for H2 were measured as a function of sorbed gas quantities in this paper. At the same time, the optimal activation processes were discussed. The results indicate that the getter combines high porosity and large specific surface area which confirm good performances at room temperature. The threshold of activation temperature is about 500 ℃ and optimal pumping speed and pumping capacity can be achieved with activation temperature around 600℃ for 30 min. Besides, different configurations can be available in accordance with requirements.     

WC-B-Al2O3作结合剂的聚晶立方氮化硼复合材料性能研究

以CBN、WC、B、Al₂O₃等高纯度粉末为原料,在高温高压下合成了聚晶立方氮化硼(PCBN)复合材料,研究了不同烧结温度合成的PCBN复合材料的微观形貌、物相和力学性能。结果显示,在超高压6 GPa、温度1200~1500 ℃、合成时间700 s条件下,合成的PCBN组织主要由BN、WB₂和WB相组成。1500 ℃烧结时,PCBN综合力学性能较好,气孔率1.05%、抗弯强度789 MPa、显微硬度36.5 GPa、磨耗比9810。