本發(fā)明屬于白云石制備，具體而言涉及一種去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法及制備裝置。

背景技術(shù)：

1、在常溫常壓實(shí)驗(yàn)室條件下，合成化學(xué)計(jì)量的原白云石難度較大，但在微生物介導(dǎo)、帶負(fù)電荷物質(zhì)催化等特定條件下，在mg：ca比較高的鹵水中，能夠沉淀出原白云石。在現(xiàn)代沉積物和古老沉積地層中，也存在微生物成因和無(wú)機(jī)成因的白云石沉積。不過，最初沉淀形成的“原白云石”純度不高、有序度較低，屬于鈣-鎂碳酸鹽混合物，需要經(jīng)過反復(fù)的溶解-沉淀循環(huán)，才能轉(zhuǎn)化為化學(xué)計(jì)量高度有序的白云石。

2、在常溫常壓實(shí)驗(yàn)室條件下，沉淀形成非化學(xué)計(jì)量的富鎂碳酸鹽相對(duì)容易，在現(xiàn)代自然環(huán)境中和古老沉積地層中，高鎂方解石等富鎂碳酸鹽廣泛分布，但因其特征不顯著，未被廣泛關(guān)注，也未與白云巖化建立聯(lián)系。最新研究表明，白云石在自然環(huán)境條件下，甚至在高度過飽和的溶液中都難以生長(zhǎng)，其原因并非水合mg2+離子強(qiáng)大的脫水動(dòng)力學(xué)屏障，而是白云石最初沉淀出陽(yáng)離子無(wú)序的表面，在無(wú)序白云石基底上生長(zhǎng)白云石層時(shí)，表面生長(zhǎng)層與下面無(wú)序基底之間原子不匹配產(chǎn)生的應(yīng)變能高達(dá)15kj/mol，這種高應(yīng)力能抑制晶體的進(jìn)一步生長(zhǎng)。而ph值較低的弱酸性不飽和溶液會(huì)優(yōu)先溶解這些無(wú)序區(qū)域，進(jìn)而在再沉淀時(shí)增加有序性。

3、然而，當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有一種能夠在常溫常壓實(shí)驗(yàn)室條件下，以去鈣富鎂重結(jié)晶方式制備白云石的方法及裝置，從而限制了對(duì)白云巖化成因的深入研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述的分析，本發(fā)明實(shí)施例旨在提供一種去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法及制備裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題中的一者或多者。

2、本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一方面，提供一種去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法，包括：

4、步驟一，配置反應(yīng)液一，反應(yīng)液一中的ca2+、mg2+、na+離子濃度等于標(biāo)準(zhǔn)海水中ca2+、mg2+、na+離子濃度值；

5、步驟二，配置反應(yīng)液二，反應(yīng)液二中的co32-離子濃度與反應(yīng)液一中的ca2+離子一致，反應(yīng)液二中的na+離子濃度與反應(yīng)液一中的na+離子濃度一致；

6、步驟三，向反應(yīng)器中加入配置的基礎(chǔ)反應(yīng)溶液；

7、步驟四，將制備的富鎂碳酸鹽巖種子加入反應(yīng)器中的基礎(chǔ)反應(yīng)溶液中；

8、步驟五，將反應(yīng)液一和反應(yīng)液二通過蠕動(dòng)泵注入反應(yīng)容器中，與加入富鎂碳酸鹽巖種子的基礎(chǔ)反應(yīng)溶液進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)過程中通過供入不同成分的氣源來調(diào)節(jié)反應(yīng)容器中的溶液ph值，按照日夜連續(xù)交替的方式進(jìn)行降低ph、升ph調(diào)節(jié)，經(jīng)過30-60天得到高鎂鈣比的白云石樣品。

9、進(jìn)一步地，步驟一中，按照如下步驟配置反應(yīng)液一：

10、稱取所需重量的nacl、cacl2、mgcl2化合物粉末，在容器中加入去離子水溶解，并補(bǔ)水至預(yù)設(shè)的體積，攪拌均勻后倒入事先清洗干凈的注入容器一，完成反應(yīng)液一的配置。

11、進(jìn)一步地，步驟二中，按照如下步驟配置反應(yīng)液二：

12、先在一容器中加入1/4去離子水，然后依次加入稱取所需重量的nacl粉末、余下的3/4去離子水，混勻后再加入na2co3粉末，補(bǔ)水至預(yù)設(shè)的體積，攪拌均勻后將配置的反應(yīng)液二倒入事先清洗干凈的注入容器二，完成反應(yīng)液二的配置。

13、進(jìn)一步地，步驟三中，基礎(chǔ)反應(yīng)溶液為濃度為0.45m的nacl溶液。

14、進(jìn)一步地，步驟四中，制備富鎂碳酸鹽巖種子的步驟為：

15、選擇成分和結(jié)構(gòu)均勻，mg/ca比>5的高鎂方解石或含鎂灰?guī)r，破碎至60-80目，洗凈烘干，得到制備的富鎂碳酸鹽巖種子。

16、進(jìn)一步地，步驟五中，反應(yīng)液一和反應(yīng)液二通過蠕動(dòng)泵注入反應(yīng)容器中的速度為7μl/min；氣源的供氣壓力在1-1.2bar。

17、進(jìn)一步地，步驟五中，采用以下供氣方式進(jìn)行日夜連續(xù)交替降低ph、升高ph調(diào)節(jié)：

18、在白天持續(xù)供入純co2氣體或者co2和n2的混合氣，使溶液ph維持在6～6.3，caco3優(yōu)先溶解；

19、在夜間持續(xù)供入純n2氣，使溶液ph維持在7.5～7.8，抗溶解能力較強(qiáng)的mgco3在沉積物中持續(xù)富集。

20、進(jìn)一步地，步驟五中，在日夜連續(xù)交替降低ph、升高ph調(diào)節(jié)之前，還包括：

21、在反應(yīng)初期，連續(xù)5天向反應(yīng)容器中持續(xù)供入由nacl溶液清洗后的空氣，使溶液的ph值穩(wěn)定在8.1～8.4。

22、進(jìn)一步地，步驟五中，在反應(yīng)初期的第1日，第一氣瓶按照第一流速v1向反應(yīng)容器中供入清洗后的空氣；從第2日開始至第5日，第一氣瓶按照第二流速v2向反應(yīng)容器中供入清洗后的空氣，v2＝(1.1-1.5)·v1。

23、另一方面，還提供一種應(yīng)用于上述去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法的去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備裝置，包括反應(yīng)容器、注入容器一、注入容器二、第一氣瓶、第二氣瓶和第三氣瓶。

24、進(jìn)一步地，反應(yīng)容器作為制備白云石的反應(yīng)場(chǎng)所，預(yù)先盛裝有基礎(chǔ)反應(yīng)溶液；注入容器一和注入容器二分別通過一條供液管路連接到反應(yīng)容器，注入容器一中盛裝有反應(yīng)液一，注入容器二中盛裝有反應(yīng)液二，供液管路上設(shè)置有蠕動(dòng)泵，通過蠕動(dòng)泵將反應(yīng)液一和反應(yīng)液二供入到反應(yīng)容器中，與基礎(chǔ)反應(yīng)溶液發(fā)生反應(yīng)生成高鎂鈣比的白云石樣品；第一氣瓶、第二氣瓶和第三氣瓶通過供氣管路連接反應(yīng)容器，并且能夠各自獨(dú)立的向反應(yīng)容器內(nèi)提供反應(yīng)所需的氣體；其中，第一氣瓶為清洗瓶，與大氣連通，清洗瓶中預(yù)先裝有nacl溶液，用于對(duì)供入反應(yīng)容器中的空氣進(jìn)行清洗；第二氣瓶為n2氣瓶，內(nèi)裝一定壓力的純凈n2氣；第三氣瓶為co2氣瓶，內(nèi)裝具有一定壓力的純凈co2氣體。

25、進(jìn)一步地，供氣管路包括三條分支氣路和一條主氣路，第一氣瓶、第二氣瓶和第三氣瓶分別連接有一根分支氣路，三根分支氣路接入主氣路上，主氣路接入反應(yīng)容器。

26、進(jìn)一步地，在每一根分支氣路上設(shè)置閥門，主氣路上設(shè)置主閥門。

27、進(jìn)一步地，去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備裝置還包括布?xì)鈾C(jī)構(gòu)，布?xì)鈾C(jī)構(gòu)具有圓盤和氣管，圓盤水平布置在反應(yīng)容器內(nèi)，圓盤的內(nèi)部具有儲(chǔ)氣空腔，氣管貫穿反應(yīng)容器的底壁設(shè)置，儲(chǔ)氣空腔通過氣管與主氣路連通，圓盤的頂面和/或底面均布有多個(gè)通氣孔，通氣孔與儲(chǔ)氣空腔連通。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法及制備裝置，實(shí)現(xiàn)了在常溫常壓實(shí)驗(yàn)室條件下，以去鈣富鎂重結(jié)晶方式制備白云石，對(duì)于白云巖化成因的深入研究具有積極意義。

29、本發(fā)明中，上述各技術(shù)方案之間還可以相互組合，以實(shí)現(xiàn)更多的優(yōu)選組合方案。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優(yōu)點(diǎn)可從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過說明書以及附圖中所特別指出的內(nèi)容中來實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法，其特征在于，步驟一中，按照如下步驟配置反應(yīng)液一：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法，其特征在于，步驟二中，按照如下步驟配置反應(yīng)液二：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法，其特征在于，步驟三中，基礎(chǔ)反應(yīng)溶液為濃度為0.45m的nacl溶液。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法，其特征在于，步驟四中，制備富鎂碳酸鹽巖種子的步驟為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法，其特征在于，步驟五中，反應(yīng)液一和反應(yīng)液二通過蠕動(dòng)泵注入反應(yīng)容器中的速度為7μl/min；氣源的供氣壓力在1-1.2bar。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法，其特征在于，步驟五中，采用以下供氣方式進(jìn)行日夜連續(xù)交替降低ph、升高ph調(diào)節(jié)：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法，其特征在于，步驟五中，在日夜連續(xù)交替降低ph、升高ph調(diào)節(jié)之前，還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法，其特征在于，步驟五中，在反應(yīng)初期的第1日，第一氣瓶按照第一流速v1向反應(yīng)容器中供入清洗后的空氣；從第2日開始至第5日，第一氣瓶按照第二流速v2向反應(yīng)容器中供入清洗后的空氣，v2＝(1.1-1.5)·v1。

10.一種應(yīng)用于權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法的去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備裝置，其特征在于，包括反應(yīng)容器10、注入容器一、注入容器二、第一氣瓶、第二氣瓶和第三氣瓶。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種去鈣富鎂重結(jié)晶白云石制備方法及制備裝置，所述方法包括：配置反應(yīng)液一，反應(yīng)液一中的Ca<supgt;2+</supgt;、Mg<supgt;2+</supgt;、Na<supgt;+</supgt;離子濃度等于標(biāo)準(zhǔn)海水中Ca<supgt;2+</supgt;、Mg<supgt;2+</supgt;、Na<supgt;+</supgt;離子濃度值；配置反應(yīng)液二，反應(yīng)液二中的CO<subgt;3</subgt;<supgt;2?</supgt;離子與反應(yīng)液一中的Ca<supgt;2+</supgt;離子濃度一致，反應(yīng)液二中的Na<supgt;+</supgt;離子與反應(yīng)液一中的Na<supgt;+</supgt;離子濃度一致；向反應(yīng)器中加入配置的基礎(chǔ)反應(yīng)溶液；將制備的富鎂碳酸鹽巖種子加入反應(yīng)器中的基礎(chǔ)反應(yīng)溶液中；將反應(yīng)液一和反應(yīng)液二通過蠕動(dòng)泵注入反應(yīng)容器中，反應(yīng)過程中供入不同成分的氣源來調(diào)節(jié)反應(yīng)容器中的溶液pH值，按照日夜連續(xù)交替的方式進(jìn)行降低pH、升高pH調(diào)節(jié)，經(jīng)過30?60天得到高鎂鈣比的白云石樣品。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在常溫常壓實(shí)驗(yàn)室條件下以去鈣富鎂重結(jié)晶方式制備白云石。

技術(shù)研發(fā)人員：趙悅,李延河,胡斌,侯可軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15