一种纳米铜晶体生长实验模拟装置及方法与流程

1.本发明涉及水热合成黄铜矿晶体领域，具体涉及一种纳米铜晶体生长实验模拟装置及方法。


背景技术：

2.作为最重要的cu
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s标型矿物，不同产状与矿物组合特征的黄铜矿，可为找矿方向提供重要标志。黄铜矿对热液流体物理化学条件的变化反应敏感，可提供有关热液成矿作用环境方面的重要信息。结合现代科学技术，模拟热液活动环境及硫化物的成矿作用过程，是研究热液活动这一复杂地质过程的必要手段之一。黄铜矿纳
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微米晶体的生长方式显示出与传统理论中宏观晶体生长不同的路径和过程，关于其生长机制的研究，对认识天然地质体中黄铜矿的形成环境与分布规律，揭示其形成的复杂地质作用过程，以及获取纳米矿物材料制备的技术方法等方面都具有重要的理论意义和实际价值。
3.目前，纳微米黄铜矿主要利用水热法制备，现有实验一般在单个反应釜、静置环境、固定温度压力条件下进行。但是，单釜
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静置
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固定温压装置无法模拟流动体系温压变化条件下热液成矿过程中纳微米黄铜矿的生长过程。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的不足，提供一种纳米铜晶体生长实验模拟装置及方法。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种纳米铜晶体生长实验模拟装置，包括空气压缩机、加液容器以及多个反应器，多个所述反应器串联布置，所述空气压缩机与所述加液容器连接，所述加液容器通过加液管路与多个串联反应器位于首端的反应器连接，多个串联的反应器的入口管路上分别设有第一压力阀和压力表。
6.本发明的有益效果是：本发明通过利用多个串联的反应器，每个反应器可以独立控制温度和压力，利用反应器合成模拟成矿热液流动演化过程中的黄铜矿，获得不同温度压力条件下生成的黄铜矿样品，整个合成过程在密闭系统中自动完成，提高了自动化程度。
7.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
8.进一步，还包括增压器，所述增压器分别通过增压管路与多个串联的反应器的入口管路连接，所述增压管路上设有第二压力阀。
9.采用上述进一步方案的有益效果是：可以利用增压器为各个串联的反应器提供压力。
10.进一步，所述增压器提供的最大压力不大于50mpa。
11.进一步，多个串联的反应器的出口管路上分别连接有第三压力阀；多个串联的反应器的出口管路上分别连接有出口支路，所述出口支路与冷凝罐连接，所述出口支路上连接有第四压力阀。
12.采用上述进一步方案的有益效果是：各级反应器中的溶液在出口支路的第四压力阀的控制下导入冷凝罐中，可以利用冷凝罐将各个反应器实验完成后的反应液进行冷却。
13.进一步，所述加液管路上设有第五压力阀，所述空气压缩机与所述加液容器之间的管路上设有第六压力阀。
14.进一步，所述反应器上连接有加热装置，所述加热装置加热的温度不大于500℃。
15.采用上述进一步方案的有益效果是：加热装置为反应器提供所需的反应温度。
16.进一步，三个反应器串联布置。
17.一种纳米铜晶体生长实验模拟方法，包括以下步骤：
18.s1，加液容器盛放配置好的初始溶液，并在空气压缩机提供的压力作用下，向多个串联布置的反应器中位于首端的一级反应器注入初始溶液；
19.s2，通过各个串联布置的反应器各自对应的压力表监测待实验的反应器的压力，待实验的反应器压力达到实验要求压力后进行实验；位于首端的一级反应器压力达到实验要求压力后进行反应得到一级反应溶液，一级反应溶液导入与位于首端的一级反应器串联的其他级反应器中进行反应；各个串联的反应器中，待实验的反应器的压力小于上一个串联反应器的压力，以便于将反应溶液依靠压力差流入到下游的反应器中。
20.本发明的有益效果是：本发明的方法，通过利用多个串联的反应器，每个反应器可以独立控制温度和压力，利用反应器合成模拟成矿热液流动演化过程中的黄铜矿，获得不同温度压力条件下生成的黄铜矿样品，整个合成过程在密闭系统中自动完成，提高了自动化程度。
21.进一步，s2中，通过各个串联布置的反应器各自对应的压力表监测待实验的反应器的压力，若待实验的反应器压力未达到实验要求压力，通过增压器给待实验的反应器加压，待实验的反应器压力达到实验要求压力后，关闭待实验的反应器入口管路的第一压力阀以及增压管路上的第二压力阀。
22.进一步，s2中，通过加热装置加热待实验的反应器，待达到反应器的设定温度后，观察待实验的反应器入口管路的压力表显示的压力是否达到实验要求压力。
附图说明
23.图1为本发明纳米铜晶体生长实验模拟装置的结构流程示意图。
24.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
25.1、一级反应器；2、二级反应器；3、三级反应器；4、加热装置；5、空气压缩机；6、加液容器；7、增压器；8、第一压力阀；9、压力表；10、第二压力阀；11、第三压力阀；13、第四压力阀；14、冷凝罐；15、第五压力阀；16、第六压力阀。
具体实施方式
26.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
27.实施例1
28.如图1所示，本实施例的一种纳米铜晶体生长实验模拟装置，包括空气压缩机5、加液容器6以及多个反应器，多个所述反应器串联布置，所述空气压缩机5与所述加液容器6连接，所述加液容器6通过加液管路与多个串联反应器位于首端的反应器连接，多个串联的反应器的入口管路上分别设有第一压力阀8和压力表9。
29.本实施例的空气压缩机5用于为增压器7和加液容器6提供压力和动力。加液容器6用于盛放配置好的初始溶液，并在空气压缩机5提供压力和动力作用下，向一级反应器1中注入反应溶液。
30.本实施例的反应器作为晶体生长的主要场所，采用耐高温、耐高压、耐腐蚀材料制成。
31.如图1所示，本实施例的模拟装置还包括增压器7，所述增压器7分别通过增压管路与多个串联的反应器的入口管路连接，所述增压管路上设有第二压力阀10。可以利用增压器为各个串联的反应器提供压力。
32.其中，可以利用空气压缩机5为增压器7和加液容器提供压力和动力。所述增压器7提供的最大压力不大于50mpa。
33.如图1所示，多个串联的反应器的出口管路上分别连接有第三压力阀11；多个串联的反应器的出口管路上分别连接有出口支路，所述出口支路与冷凝罐14连接，所述出口支路上连接有第四压力阀13。各级反应器中的溶液在出口支路的第四压力阀13的控制下导入冷凝罐14中，可以利用冷凝罐14将各个反应器实验完成后的反应液进行冷却。
34.如图1所示，所述加液管路上设有第五压力阀15，所述空气压缩机5与所述加液容器6之间的管路上设有第六压力阀16。
35.如图1所示，所述反应器上连接有加热装置4，所述加热装置4加热的温度不大于500℃。反应器固定在加热装置4内，加热装置为4反应器提供所需的反应温度。
36.如图1所示，本实施例的模拟装置包括多个串联布置的反应器，各个反应器按照溶液反应顺序依次为一级反应器、二级反应器、
……
、n级反应器(n不小于2)。各级反应器作为晶体生长的反应釜容器，每级反应器都连接有加热装置4，用于为对应的反应器加热。
37.如图1所示，多个串联的反应器包括两个串联的反应器、三个串联的反应器、四个串联的反应器、五个串联的反应器等。
38.本实施例的加热装置、反应器以及压力表构成一级独立的反应系统，各级反应系统的反应器的温度以及压力均可单独控制，各级反应器之间通过压力阀连接，压力阀定向控制流体从一级反应器流向二级反应器，再依次流向n级反应器(n不小于2)。各级反应器均与冷凝罐连接，解决了流动体系下纳米铜晶体生长实验模拟装置短缺的问题。
39.本实施例的各个串联的反应器可以单独独立使用，也可以串联之后使用。
40.本实施例纳米铜晶体生长实验模拟装置的工作过程为，在空气压缩机提供的压力动力下，加液容器中的初始溶液可以导入到一级反应器1中，一级反应器中反应过后的溶液，可以通过一级反应器出口管路的第三压力阀13导入到二级反应器2中进行进一步反应，也可以通过一级反应器出口管路上连接的出口支路上设置的第四压力阀13导入到冷凝罐14中。二级反应器2中的溶液可以通过二级反应器2出口管路的第三压力阀13导入到三级反应器3中进行进一步反应，也可以通过二级反应器2出口管路上连接的出口支路上设置的第四压力阀13导入到冷凝罐14中。三级反应器3中的反应溶液可以通过三级反应器3出口管路的第三压力阀13导入到下一级反应器进行反应，也可以通过三级反应器3出口管路上连接的出口支路上设置的第四压力阀13导入到冷凝罐14中。可以只设置三个反应器，即三级反应器3反应完成后不再进行后续反应，可以将三级反应器3的反应溶液导入到冷凝罐14中冷却，也可以通过三级反应器3出口管路上的第三压力阀13直接排出。冷凝罐14中的反应溶液
冷却后可以通过冷凝罐14出口管路上的压力阀排出收集。
41.本实施例的实验模拟装置每次实验开始之前，所有的压力阀都处于关闭状态，每次使用时先将反应溶液加入到加液容器中，打开空气压缩机，打开空气压缩机与加液容器之间的第六压力阀16、加液管路上的第五压力阀15以及增压管路上的第二压力阀10，在压力的所用下，反应溶液从加液容器进入到一级反应器1中，设置好以及反应器1上的加热装置的加热温度，待达到设定温度后，观察一级反应器入口管路上的压力表，如未达到实验要求的压力，再通过增压器给一级反应器加压，达到实验要求压力后关闭第二压力阀10以及第一压力阀8，待一级反应器中的实验完成后，设置好二级反应器上的加热装置的加热温度，达到设定温度后，打开一级反应器出口管路的第三压力阀13以及二级反应器入口管路上的第一压力阀8，一级反应器中的溶液在压力差的作用在进入到二级反应器2中，完成溶液转移后，关闭一级反应器1出口管路的第三压力阀13；然后观察二级反应器2入口管路的压力表9，如未达到实验要求的压力，打开增压管路上的第二压力阀10通过增压器7为二级反应器2加压，加压完成后，关闭增压管路上第二压力阀10和二级反应器2入口管路上的第一压力阀8；待二级反应器2中的实验完成后，设置好二级反应器2上的加热装置的加热温度，达到设定温度后，打开二级反应器2出口管路上的第三压力阀13以及三级反应器3入口管路上的第一压力阀8，二级反应器2中的溶液在压力差的作用下进入到三级反应器3中，完成溶液转移后，关闭二级反应器出口管路上的第三压力阀13；观察三级反应器3入口管路上的压力表，如未达到实验要求的压力，打开增压管路上的第二压力阀10通过增压器为三级反应器加压，加压完成后，关闭第二压力阀10以及三级反应器3入口管路上第一压力阀8，待二级反应器2中的实验完成后，打开三级反应器出口管路上连接的出口支路上的第四压力阀13，使反应液进入到冷凝罐中，反应溶液转移完成后，关闭三级反应器3出口管路上连接的出口支路上的第四压力阀13，收集反应液，从而实现基于三级反应器流动体系不同温度压力条件下水热法合成的纳微米黄铜矿。当然在以上试验中，也可以通过一级反应器1出口管路上连接的出口支路上的第四压力阀13，以及通过二级反应器2出口管路上连接的出口支路上的第四压力阀13，直接将一级反应器1和二级反应器2中的反应液导入到冷凝罐中冷却收集。上述实验过程只说明了三个反应器的情况，针对多于三个反应器的情况，可以参照三个反应器的实验过程进行。
42.本实施例能够解决纳米铜晶体仅能在固定稳压条件下合成的问题，通过利用多个串联的反应器，每个反应器可以独立控制温度和压力，利用反应器合成模拟成矿热液流动演化过程中的黄铜矿，获得不同温度压力条件下生成的黄铜矿样品，整个合成过程在密闭系统中自动完成，提高了自动化程度。
43.实施例2
44.本实施例的一种纳米铜晶体生长实验模拟方法，包括以下步骤：
45.s1，加液容器6盛放配置好的初始溶液，并在空气压缩机5提供的压力作用下，向多个串联布置的反应器中位于首端的一级反应器1注入初始溶液；
46.s2，通过各个串联布置的反应器各自对应的压力表9监测待实验的反应器的压力，待实验的反应器压力达到实验要求压力后进行实验；位于首端的一级反应器1压力达到实验要求压力后进行反应得到一级反应溶液，一级反应溶液导入与位于首端的一级反应器1串联的其他级反应器中进行反应；各个串联的反应器中，待实验的反应器的压力小于上一
个串联反应器的压力，以便于将反应溶液依靠压力差流入到下游的反应器中。
47.s2中，通过各个串联布置的反应器各自对应的压力表9监测待实验的反应器的压力，若待实验的反应器压力未达到实验要求压力，通过增压器7给待实验的反应器加压，待实验的反应器压力达到实验要求压力后，关闭待实验的反应器入口管路的第一压力阀8以及增压管路上的第二压力阀10。
48.s2中，通过加热装置4加热待实验的反应器，待达到反应器的设定温度后，观察待实验的反应器入口管路的压力表9显示的压力是否达到实验要求压力。
49.本实施例方法的具体实验过程可以参照实施例1中纳米铜晶体生长实验模拟装置的工作过程，在此不再赘述。本实施例的方法，当二级反应器2进行实验的时候，一级反应器1也可以同时进行下一次反应实验。各级反应器可以同时进行实验，以便于提高效率，加快循环。
50.本实施例的方法，通过利用多个串联的反应器，每个反应器可以独立控制温度和压力，利用反应器合成模拟成矿热液流动演化过程中的黄铜矿，获得不同温度压力条件下生成的黄铜矿样品，整个合成过程在密闭系统中自动完成，提高了自动化程度。
51.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
52.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
55.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
56.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。