[发明专利]一种柱塞式高温高压热液实验装置

说明书

技术领域

本发明属于实验地球化学技术领域，具体涉及一种反应腔容积可变的柱塞式高温高压热液实验装置。

背景技术

在实验室开展热液条件下的实验，包括水岩相互作用实验等，对于认识海底热液系统性质和演化机制以及热液成矿作用等具有十分重要的意义。目前，人们已经应用多种热液实验装置开展实验研究，并且取得了丰硕的认识成果（曾贻善，2003）。

这些热液实验装置根据反应腔的特点可以分为两类：（1）反应腔容积固定-反应腔容积在实验过程中不能改变；（2）反应腔容积可变-反应腔容积在实验过程中可以在一定限度内改变。这些热液实验装置有的只能执行封闭反应（反应腔内物质不与腔外物质进行交换），而有的可用于开展半封闭反应实验（反应过程中可以向从反应腔取出溶液或向其中加入溶液）甚至流动反应实验（反应过程中持续有溶液流过反应腔）。例如，高压弹属于反应腔容积固定的实验装置，它只能用于封闭反应实验，实验时，实验材料被密封隔离于高压弹中，实验过程中只对高压弹进行温度控制，实验结束后打开高压弹取出样品。并联式极端环境模拟流动反应系统（专利号：ZL 2004 1 0016762.7）和串联式极端环境模拟流动反应装置（专利号：ZL 2004 1 0016760.8）也应属于反应容积固定的反应装置，它们既可执行流动反应实验，通过改变管路连接也可执行封闭反应和半封闭反应实验。

目前反应腔容积可变的热液实验装置的基本原理是将实验样品封装于柔性材料制成的反应腔（如金管或金袋）中，再置于高温高压容器中进行实验，反应腔通过改变容积以适应高压釜内的压力变化。这些实验装置也可执行封闭反应、半封闭反应或流动反应实验。例如，冷封口高温高压热液实验装置只能进行封闭反应实验，应用较广（如王玉荣和胡受奚，2000），使用时，将实验样品焊封于金管中，再置于高压釜中进行实验，以水或者气体作为传压介质，实验过程中控制高压釜内的温度和压力，实验结束后以冰水或者空气进行淬火，然后取出金管，割开金管取出样品。如果在金管上连接毛细管并穿过高温高压容器端盖连至容器外的阀门上，则可以实现实验过程中的取样和加液，这就成了可变形袋式热液实验装置，其中具代表性的是金-钛热液反应装置（Seyfried等，1987）。该装置使用时，将样品封装于金袋中，金袋通过钛塞封口，钛塞上连接的毛细管穿过高压容器端盖连接至釜外的阀门，实验中可通过此阀门将金袋中的反应溶液取出，或者向金袋中加入的溶液。当金袋或金管两端分别通过毛细管连至高压容器外时，则可组成可进行流动反应实验的可变形袋式热液实验装置。

对于需要在实验中进行取样和加液的实验来说，反应容腔可变的热液实验装置要优于反应容腔固定的实验装置，因为向容积固定的反应腔中加液时，为维持腔内压强不变必须同时从腔内排出相应量的溶液，而对于容积可变的反应腔，只要加液量在一定的范围内，反应腔内的溶液无需排出，只需要其它途径调节压强，如金袋所在的高温高压容器排出相应量的水。也正是这一优势，可变形袋式热液实验装置的代表金-钛热液反应装置得到了广泛的应用。然而，由于金袋的容积有限，因此取出或加入流体的量需要精确测量和计算，并且操作时需要格外小心，以避免金袋损坏；同时，金袋口的密封和打开操作较为繁琐，操作不好容易造成实验失败。另外，对于溶解度受温度影响大的物质，它可能在取样过程中沉淀，造成实验结果不理想。

本发明在于采用另一种原理，实现一种新的反应容腔可变的热液实验装置，该装置具有传统可变容腔反应装置的优点，并且克服了它们在使用操作上的部分缺点，易于操作和使用。

参考资料：

（1）曾贻善（编著），实验地球化学（第2版），北京大学出版社，2003。

（2）王玉荣和胡受奚，钾交代蚀变过程中金活化转移实验研究──以华北地台金矿为例。中国科学（D辑），2000，30（5）：499-508.

（3）Seyfried W.E., Janecky D.R., Berdent M.E. Rocking autoclaves for hydrothermal experiments. Ⅱ. The flexible reaction-cell system. In: Hydrpthermal Experimental Techniques. Ulmer G.C. and Barnes H.L.(eds), Wiely-Interscience Publication, John Eiely&Sons, New York, 1987,pp216-239。

发明内容