【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地球化学水-岩反应，涉及一种水-岩反应体系中岩石物相反应表面积的测量计算方法。
技术介绍
1、水-岩反应普遍存在于各种地质工程，尤其涉及利用玄武岩进行co2矿化封存。co2矿化封存技术包括原位(in-situ)co2矿化封存技术和异位(ex-situ)co2矿化封存技术。原位co2矿化封存技术，是指将co2注入到地下玄武岩层，例如冰岛的carbfix项目。在地层的高温高压条件下，co2溶解于咸水，并与玄武岩反应，最终生存稳定的碳酸盐。异位co2矿化封存技术，是指利用粉碎的玄武岩颗粒在大气温压条件下与co2反应，生成稳定碳酸盐沉淀。由于玄武岩具备毒性元素(ni、cr等)含量低、营养性元素(k、si、ca、p等)含量高等特点，将异位co2矿化封存技术应用于农田就是增强风化技术(erw)。
2、为了评估碳化反应速率与co2封存量，研究人员普遍采用反应动力学进行模拟、预测。其中，影响预测结果的最大的不确定性因素之一就是各物相的反应表面积。具体的水-岩反应均发生在相界面，其上的反应位点密度控制反应进程。由于界面反应位点密度无法直接测量，通常采用气体吸附法获得比表面积或者采取几何表面积以替代。在以往研究中，只关注一种矿物，通常是筛选出均一粒径的颗粒，开展实验研究，针对特定的对象获得的结果是相对可信的(chenet al.,2023.geochemical modeling to aid experimentaldesign for multiple isotope tracer studies of coupled
3、目前存在的方法无法有效、准确地给出岩石各物相的反应表面积，进而影响准确评估co2矿化速率与封存量。本专利技术针对该问题，提出了一种水-岩反应体系中岩石物相反应表面积的测量计算方法，利用物相质量百分比、单矿物的孔隙特征以及粉碎后的粒径分布，确定各个物相的反应表面积。
技术实现思路
1、为实现本专利技术的目的，本专利技术提供一种水-岩反应体系中岩石物相反应表面积的测量计算方法。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种水-岩反应体系中岩石物相反应表面积的测量计算方法，步骤如下：
4、步骤一，根据岩石样品类型，开展物性测试分析
5、岩石样品根据形态，划分为岩石块体与岩石粉末；
6、针对岩石块体，获得总比表面积(ssat)、岩石密度(ρ)与物相质量百分数；
7、针对岩石粉末，获得总比表面积(ssat)、粒径分布、岩石密度(ρ)与物相质量百分数。
8、步骤二，根据粒径分布，计算代表粒径及其相应的质量百分比(di-pi)
9、对于岩石粉末，考虑到岩石粉碎可采用球磨仪或研体，假定各物相都能一致地粉碎，不考虑物相间的硬度差异。因此，粒径分布数据给出的粒径-体积百分比分布，等效为对应粒径下的质量百分比分布(dj-pj)。
10、由于粒径越小，单位质量的表面积越高。假定颗粒为正方体，计算粒径dj的比表面积ssaj；选择最大粒径为标准粒径dstd，并计算比表面积ssastd，获得粒径dj对应的比表面积的相对比值rj，其仅与粒径尺寸相关。
11、
12、基于粒径dj与比表面积的相对比值rj分布数据，采用均分方式分配初始设定的代表粒径的数目，代表粒径di对应于粒径范围dj1到dj2。在dj1到dj2范围内，首先计算质量百分比pi，其次计算代表粒径di。具体计算公式如下：
13、pi＝σpj2-σpj1 (3)
14、
15、进一步，将岩石粉末的总质量(mt)、总比表面积(sat)根据代表粒径及其相应的质量百分比(di-pi)进行分配。具体计算公式如下：
16、mi＝mt×pi(5)
17、sat＝ssat×mt(6)
18、sai＝sat×pi(7)
19、对于岩石块体，代表粒径di(任意值，不重要)及其相应的质量百分比pi＝100％是确定的。
20、步骤三，根据物相质量百分数与单矿物孔隙结构特征，计算代表粒径di下每个物相的反应表面积sai,k。
21、由于假定了岩石各物相是一致性粉碎的，岩石的物相质量百分数wk可适用于各个代表粒径下的岩石粉末，也包括岩石块体，即：
22、
23、式中，mi,k代表了代表粒径di下物相k的质量，wi,k代表了代表粒径di下物相k的质量百分数。
24、综述以往针对单矿物的研究，发现由于晶体结构差异，单矿物孔隙结构特征存在显著差异，可用单矿物相比表面积ssak进行描述。
25、在代表粒径di下，基于物相质量百分数wi,k，结合单矿物的密度ρk计算体积百分数。利用体积与面积的量纲关系，体积百分数的2/3次幂为面积百分数。基于单矿物相比表面积ssak对各物相的面积百分数做加权平均，计算代表粒径下的各物相表面积分配系数fi,k。进而，计算各物相具体的表面积sai,k。具体计算公式如下：
26、
27、sai,k＝sai×fi,k(10)。
28、本专利技术的有益效果：
29、(1)针对岩石粉末，基于比表面积的相对比值，通过加权平均合理简化了复杂的粒径分布，计算得到代表粒径及其质量百分数，避免了使用单一粒径，更符合实际情况。
30、(2)针对岩石粉末与岩石块体，基于物相质量百分数和单矿物与岩石的密度，结合单矿物比表面积，计算得到代表粒径下各物相的表面积分配系数，充分考虑了岩石中不同物相的质量含量与单矿物孔隙结构特征。
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1.一种水-岩反应体系中岩石物相反应表面积的测量计算方法，其特征在于，步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种水-岩反应体系中岩石物相反应表面...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋永臣，陈明坤，董爽，张毅，朱晨，蒋兰兰，刘瑜，杨明军，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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