高铝粉煤灰烧结反应热力学分析与实验

分别以碳酸钙和碳酸钠为助剂,对高铝粉煤灰在烧结过程中可能发生的化学反应进行研究。基于热力学计算结果,对比了两种工艺的能耗、物耗、温室气体排放量等因素,结合粉煤灰-碳酸钠烧结反应实验,证明以碳酸钠为配料,高铝粉煤灰烧结过程具有一次性资源消耗量少,能耗最低,温室气体CO2排放量最小,且可生产高附加值产品,实现完全清洁生产等优点。因此,选择以碳酸钠为配料分解高铝粉煤灰中的莫来石和铝硅酸盐玻璃相技术路线,具有良好的工业化应用前景。     

碎屑岩成岩过程中浊沸石形成条件的热力学解释

不同温度和压力条件下，与碎屑岩成岩作用中浊沸石形成有关的两个反应吉布斯自由能增量（△G）的计算结果说明，埋藏成岩条件下斜长石蚀变（斜长石，石英和水反应）形成浊沸石的反应在温度大于36℃的条件下就可以进行（按埋藏深度2000m，正常压力梯度考虑相应压力），而高龄石与方解石反应形成浊沸石（同时有石英和水参与）所需的最低温度为170℃（埋藏深度2000m，正常压力梯度考虑相应压力）；与温度相比，压力对碎屑岩成岩作用中浊沸石的形成影响较小。因而沉积岩成岩过程中形成的浊沸石主要与斜长石蚀变有关，同时也不应将浊沸石一概作为低级变质作用的产物。     

碳酸盐岩溶解-沉淀热力学模型及其在塔北地区的应用

 碳酸盐岩作为一种化学岩类其物性受成岩作用的影响十分明显,溶解作用是否发育直接关系到碳酸盐岩储层质量的好坏。碳酸盐矿物在埋藏环境中的溶解度与地层水的化学成分、环境的温度、pH等有着密切的关系。利用地层水化学资料,根据化学热力学的理论,通过方解石及白云石与地层水作用的平衡反应,计算吉布斯自由能变化ΔG,以此来判断方解石及白云石的溶解趋势,并建立了封闭系统中这两种矿物与水作用的热力学模型。根据这个理论模型,对塔北地区159口井奥陶系及6口井的寒武系地层水进行了ΔG的计算,结果显示,塔北地区碳酸盐岩与地层水反应的ΔG基本为负值,表明该地区总体处于碳酸盐岩溶解的环境,寒武系白云岩反应的自由能小于奥陶系灰岩,即在这种深埋条件下白云岩比灰岩更易溶解,这一点在实际岩芯资料上及前人的实验模拟中均有显示。塔北于奇地区自由能的计算结果也为负值,说明该地区强烈的充填作用并非发生在现今条件下,于奇地区现今的埋藏环境是有利于碳酸盐矿物溶解的,这一结论也在该地区奥陶系及寒武系岩芯上得到了验证。
      

用线性自由能关系预测金属络合物的热力学性质

Sverjensky与Molling提出的线性自由能关系是根据金属阳离子的热力学性质来预测等结构系列中固体相的标准生成自由能。本文研究结果证实,水溶液中金属络合物与简单金属阳离子之间也存在类似的相关关系,预测值与实验值的差异通常小于1．5kcal／mol或小于一个log单位,这一线性自由能关系对于预测自然环境中重金属的水溶物种的配分、迁移和毒性具有非常重要的应用价值。     

硅酸盐体系的化学平衡:(2)反应热力学

通过具体的应用实例,系统介绍了在矿物材料学研究中硅酸盐体系的多相平衡反应热力学的基本原理。对硅酸盐体系的典型多相平衡反应进行了热力学计算,包括:(1)微晶玻璃制备过程中的硅酸盐熔融反应;(2)霞石正长岩和高铝粉煤灰利用技术中的硅酸盐烧结反应;(3)S iO2-CaO-H2O体系和KA lS i3O8-CaO-H2O体系雪硅钙石、硬硅钙石的水热晶化反应;(4)高铝粉煤灰和霞石正长岩烧结产物的溶解反应;(5)Na[A l(OH)4]-A l(OH)3-H2O体系和Na2SO4-Ca(OH)2-H2O体系中α-A l(OH)3和CaSO4.2H2O的析晶反应。研究成果可望对矿物材料制备实验方案设计、工业生产过程优化及改进产品性能提供理论指导,同时为同类材料学研究提供借鉴。     

一个基于热力学的土体本构模型

修正剑桥模型假设体积塑性功的一半转化为耗散能,一半转化为由塑性变形约束的自由能,但通常体积耗散能和塑性体积自由能并不相等。基于热力学理论,通过引进间隔应力比来表征体积塑性功和塑性体积自由能的比例关系,构建了一个土的体积硬化模型。由于岩土材料耗散函数与所处的应力状态有关,因此,需要应用非关联流动法则,修正剑桥模型是适合应用相关联流动法则的一个特例,也是所提出模型的一个特例。     

埋藏条件下方解石热力学平衡及其在塔河油田埋藏岩溶预测中的应用

方解石在成岩环境中的溶解度与地下水化学特征、温度等有着极为密切的关系。通过CaCO3溶解沉淀反应平衡以及地下水中的Ca2+活度可以确定不同温压的地下水条件下方解石的溶解趋势。地下水溶液的pH值和温度是方解石溶解度最直接的控制因素。方解石溶解趋势可以通过CaCO3电离反应的吉布斯自由能(ΔG)来判断:ΔG<0时,反应向溶解方向进行;ΔG>0时,反应向沉淀方向进行。根据方解石的水岩反应理论,对塔河油田34口井的奥陶系地层水进行了ΔG的统计计算。结果显示:塔河油田现今地下水条件有利于方解石的溶解,西部地区较东部溶解趋势强,北部地区溶解趋势相对较弱。这为定量了解塔河地区埋藏岩溶趋势及该地区的储层评价预测提供了理论依据。     

埋藏条件下碳酸盐岩实验室溶蚀作用模拟的热力学模型与地质勘探方向——以陕甘宁盆地下奥陶统马家沟组第五段为例

陕甘宁盆地下奥陶统马家沟组五段为潮坪相碳酸盐岩夹蒸发盐沉积。马五段经历了多期复杂的成岩作用,其中溶蚀作用对马五段影响深刻。首次引用热力学理论对埋藏条件下碳酸盐岩溶蚀作用进行了理论分析和计算。其结果表明碳酸盐岩在埋藏成岩的不同温度压力条件下,酸性介质中溶解反应的吉布斯自由能均为负值,说明反应可自动向方解石、白云石溶解的方向进行,并随着温压的升高溶解的趋势增大.而且白云石溶解的趋势比方解石更大.碳酸盐岩溶蚀作用是受热力学规律支配的自然地质作用。碳酸盐岩溶蚀实验模拟的热力学数学模型对陕甘宁盆地油气田勘探具有重大的理论意义和实际应用价值。     

埋藏条件下碳酸盐岩实验室溶蚀作用模拟的热力学模型与地质勘探方向——以陕甘宁盆地下奥陶统马家沟组第五段为例

陕甘宁盆地下奥陶统马家沟组五段为潮坪相碳酸盐岩夹蒸发盐沉积。马五段经历了多期复杂的成岩作用，其中溶蚀作用对马五段影响深刻。首次引用热力学理论对埋藏条件下碳酸盐岩溶蚀作用进行了理论分析和计算。其结果表明碳酸盐岩在埋藏成岩的不同温度压力条件下，酸性介质中溶解反应的吉布斯自由能均为负值，说明反应可自动向方解石、白云石溶解的方向进行，并随着温压的升高溶解的趋势增大，而且白云石溶解的趋势比方解石更大。碳酸盐岩溶蚀作用是受热力学规律支配的自然地质作用。碳酸盐岩溶蚀实验模拟的热力学数学模型对陕甘宁盆地油气田勘探具有重大的理论意义和实际应用价值。     

基于广义热力学的超固结土本构模型

基于广义热力学基本理论,通过考虑塑性剪切变形产生的能量一部分以塑性自由能的形式储存,并且该部分自由能与超固结度相关,结合修正剑桥模型的热力学函数形式建立了适用于超固结土的自由能函数和耗散函数。该耗散函数与当前应力状态无关,相关联流动法则仍然适用。由建立的耗散函数和自由能函数,推导了弹塑性本构关系的屈服函数、流动法则、硬化定律。通过4种不同超固结土的试验结果和计算结果进行比较,验证了模型的合理性。     

钾长石热分解反应的热力学分析与实验研究

0 前言 我国水溶性钾盐资源奇缺,而以钾长石(KAlSi3O8)为主要物相的非水溶性钾资源储量大、分布广.     

霞石正长岩烧结反应的热力学分析与实验

霞石正长岩是一种富含K₂O、Al₂O₃、SiO₂的矿产资源。在综合分析云南个旧白云山霞石正长岩物相组成的基础上,对以Na₂CO₃为助剂中温分解霞石正长岩中的铝硅酸盐矿物,提取碳酸钾和氧化铝的技术路线进行了研究。根据热力学理论计算以Na₂CO₃为助剂,主要烧结产物为NaAlSiO₄、KAlSiO₄、Na₂SiO₃时的反应温度,结果表明理论上反应在800 K(527 ℃)左右开始发生。通过烧结反应实验,得到优化反应温度为800～850 ℃,霞石正长岩的分解率达95%以上。X射线衍射分析结果表明,烧结产物的主要物相为NaAlSiO₄、KAlSiO₄和Na₂SiO₃,与热力学计算结果一致。烧结产物的硫酸酸浸实验表明,硅铝分离效果良好,SiO₂、Al₂O₃、K₂O三者的提取率分别高达91.4%、92.2%、92.5%。与前苏联的石灰石烧结法相比,本工艺具有低能耗、低物耗和生产过程清洁高效等优点。     

假白榴正长岩烧结反应过程的热力学分析与评价

在综合分析假白榴正长岩物相组成的基础上,以碳酸钠为助剂,分解假白榴正长岩中主要矿物相,对其进行热力学分析,并与石灰石烧结法进行比较。烧结反应实验结果表明,采用碳酸钠为助剂,假白榴正长岩粉体在760～880 ℃条件下反应10～15 h,矿石中主要矿物的分解率可达971％。热力学计算结果表明,纯碱烧结法处理1 t假白榴正长岩矿石,消耗Na2CO3 065 t,且约95％的Na2CO3可以回收循环利用,消耗标准煤19097～20682 kg,排放CO2 077～081 t,一次性资源消耗量、标准煤耗、温室气体CO2排放量分别比石灰石烧结法分别减少了65％、63％、65％。纯碱烧结法具有一次性资源消耗低、能耗低和温室气体CO2排放量少等优点,工业化应用前景十分广阔。     

方解石在不同水环境中的溶解与沉淀作用

方解石的溶解与沉淀是各种岩溶地质作用的基础,但对其在不同水环境条件下的溶解过程和溶解度有待深入研究。文章通过实验研究了天然方解石(CaCO₃)在不同水环境中的溶解作用。结果表明,方解石在纯净水、空气饱和水、CO₂饱和水、初始pH=3的溶液和初始pH=9的溶液中溶解时,Ca浓度随着溶解时间的增加呈现缓慢升高并趋于稳定,在溶解4 080 h后达到0.4444～0.4696 mmol·L^-1、0.402 0～0.415 4 mmol·L^-1、0.573 9-0.659 7 mmol·L^-1、1.098 1 mmol·L^-1和0.448 9 mmol·L^-1;方解石(CaCO₃)在纯净水中溶解时溶度积(K_sp)为10^-8.48±0.08～10^-8.48±0.13,吉布斯生成自由能ΔG_f^o[CaCO₃     

天然气水合物稳定带的计算方法与参数选择探讨

天然气水合物稳定带的研究对于认识天然气水合物的成矿与分布规律以及资源评价都具有重要的指导意义。在计算稳定带厚度的不同方法之间,特别是在参数的选择上存在很大的差异。通过简单评价天然气水合物稳定带计算的几种方法和参数选择,认为选择压力计算公式时要考虑孔隙水产生的压力、海底以上水柱的压力和大气压;考虑大气压的压力随纬度变化的二阶方程是最符合实际的深度-压力转换方程;通过实验得到的方程只适用于纯水或盐度为33.5‰的海水中纯甲烷的预测;根据热力学理论可以计算不同盐度、不同气体组分的稳定带的温压条件;用相平衡图的方法最简单,但误差很大;通过四阶方程拟合实验数据和热力学数据得到的稳定带厚度更接近实际情况;不同方法预测的稳定带底界与实际含水合物沉积底界很难一致。     

成岩过程中碳酸盐-二氧化碳平衡体系的热力学模拟

碳酸盐矿物的溶解与沉淀在沉积岩成岩作用中具有非常重要的意义,在与之有关的地层流体中,CO_2组分受到了广泛关注.本文选取CaCO_3(方解石)-H_2O-CO_2与CaMg(CO_3)2(白云石)-H_2O-CO_2体系作为研究对象,利用热力学方法在假设体系达到平衡的前提下对100～7000m深度范围的温度压力条件下的CaCO_3-H_2O-CO_2与CaMg(CO_3)2-H_2O-CO_2体系中各组分的平衡浓度([H~+]、[Ca~(2+)]、[Mg~(2+)]……)进行了数值模拟,并对不同埋藏深度的温度压力下方解石、白云石的溶解与沉淀,流体对CO_2的吸收与释放,pH变化等相关地质过程进行了讨论.研究表明:随埋深增加,体系的pH值越来越趋于酸性,但碳酸盐并没有持续溶解,而是呈先溶解后沉淀的趋势.对比CaCO_3-H_2O-CO_2体系中碳酸盐的溶解量和沉淀量,可将小于700m的深度范围定义为碳酸盐溶解带,700～2500m的深度范围定义为补偿带,大于2500m的深度范围定义为沉淀带.对比两个体系的固体相体积变化发现,含CO_2的溶蚀性流体虽然不能在白云岩地层中溶出较灰岩地层更多的阳离子,但会产生更高的孔隙度.     

地热系统气-水-岩石体系化学热力学平衡及其模拟计算

结合在冰岛地热田所取得的实际资料,本文讨论了影响地热井中地热流体样品代表性的因素,深入探讨了地热系统中气-液、气-气间的化学热力学平衡过程,认为Fischer-Tropsch反应在冰岛Krafla地热田部分热储(t>240℃)中是能够达到或接近平衡状态的。文中详细阐述了在气-水-岩石体系中对矿物组合和气体浓度关系进行化学热力学模拟计算的方法,提出黄铁矿+磁铁矿+绿帘石+葡萄石同样控制着一些热储(t<220℃,Cl~-<500ppm)中硫化氢的浓度,并对二氧化碳、硫化氢地热温度计作了热力学评价。     

大厂矿田成矿条件及硫同位素体系的热力学分析

对大厂矿田成矿的pH和fo2条件及硫同位素体系进行了热力学处理。计算表明，大厂矿田从成矿早期到晚期，成矿pH减小，氧化程度增大，硫的作用加强。硫是多来源的，但主要来自沉积围岩。成矿作用各阶段硫同位素组成基本保持恒定，表明成矿体系对硫是开放的，硫得到充分的供应。     

低温平衡ZnS-PbS-FeS-H_2S四组分体系的热力学分析

本文介绍了热力学相图在浅成低温热液硫化物矿床中的应用,并以三江地区金顶铅锌矿床中的矿物含量为例进行定量分析。一方面在相同温度下,浓度与矿物(组合)之间存在对应关系,并且一些矿物(组合)对应特定的酸碱条件,例如在400K和105Pa条件下,黄铁矿与方铅矿的组合在碱性环境下稳定,而方铅矿与闪锌矿的组合在酸性环境中稳定,且酸性条件下当lg[Pb2+]≥-11.29时,才开始出现方铅矿;另一方面对比了298.15K和400K条件下矿物共生组合的及介质pH值的变化情况,并得到400K条件下形成矿物或矿物组合所需离子的浓度更高。     

高含硅地下水成因的热力学分析

本文从热力学能量转化原理入手，结合实际，对西窑矿泉水硅的形成方式进行了探索分析，提出了用热力学分析方法进行地下水物质组份成因推测的可行性。