Menu

Газонасыщенность и кинетика выделения газов

При масс-спектрометрическом мониторинге газовыделения идентифицировались следующие соединения: H2, He, N2, H2O, CO, CH4, CO2. Определялась скорость газовыделения в режиме непрерывного нагрева образцов в вакууме. Характерной особенностью процесса дегазации на исходных образцах, т.е. образцах длительное время находящихся при нормальных РТ условиях или близких к ним, было быстрое нарастание скорости выделения всех газов до 400-500°С, а затем уменьшение скорости (рис. 4.5, 4.6). Этот пик совпадает с проявлением эндотермического эффекта, обусловленного испарением сорбированной влаги и разложением кристаллогидратов. Характер газовыделения из габбро, кварцита и оливина для различных газов показан на рис 4.7. Заметим, что образование молекул происходит уже н а поверхности материалов, после чего происходит их десорбция.

После насыщения образцов водородом и гелием кинетика выделения газов существенно изменяется. Покажем это на примере оливина. Отметим, что почти монотонная зависимость скорости дегазации сменяется резко немонотонной, точнее прерывистой для большинства контролируемых газов, в том числе для гелия (рис. 4.6, 4.8, 4.9, 4.10). Обнаружены следующие особенности насыщения образцов гелием и водородом и последующей дегазации:

1. Отсутствуют закономерности в кинетике выделения гелия в зависимости от времени насыщения образцов. Увеличение времени насыщения гелием не приводило к росту его концентрации в образцах.

[image]

Рис. 4.5. Зависимость скорости выделения водорода и азота из лерцолита, гарцбургита и монгольского оливина от температуры. Водород: 1 - лерцолит, 2 - гарцбургит, 3 - оливин монгольский. Азот: 4 - лерцолит, 5 - монгольский оливин.

[image]

Рис. 4.6 Скорость выделения гелия из лерцолита в режиме непрерывного нагрева (10° С/мин). 1 - исходный образец, 2 - обезгаживание, термообработка в гелиевом вакууме в течение 1 часа. 3 - обезгаживание, термообработка в гелии при давлении 0.5 бар в течение 1 часа.

 

[image]

 

 

[image]

 

[image]

 

Рис. 4.7 Зависимость от температуры скорости дегазации (CO2, CO, N2, H2, H2O, He) из различных горных материалов: а - габбро (Исландия), б - шоктинский кварцит, в - монгольский оливин.

200 400 600 800 1000 1200

'Г, °С

в

I0~

10"

[image]

 

Рис. 4.8 Зависимость скорости выделения водорода (1) и азота (2) из монгольского оливина после термообработки в среде гелия ( давление 1 бар, время насыщения 1 час).

3/

см/е е

[image]

о 200 400 600 800 1000 1200 Т° С

Рис. 4.9 Зависимость скорости выделения гелия из монгольского оливина. 1 - исходный образец, 2, 3, 4 - после термообработки в среде гелия при давлении 1 бар и времени соответственно 2, 5 и 10 часов.

CM/f С

[image]

Рис. 4.10 Скорости выделения водорода и гелия из монгольского оливина. 1,2 - исходные образцы. 3,4 и 5,6 - соответственно после термообработки в среде водорода и гелия. Справа от цифр указан контролируемый массспектроскопически газ.

 

Причем, превысить концентрацию гелия в исходных образцах не удалось.

  1. Скорость дегазации гелия не зависит от температуры. Высокая скорость дегазации наблюдалась также при нормальной температуре.

  2. Предварительная дегазация образцов в вакууме не приводит к полному выходу различных газов, в том числе водорода и гелия.

  3. Наблюдается "импульсный выброс" газов при дегазации (гелий, водород, азот).

  4. Дегазация образцов после имплантации гелия и водорода сопровождается восстановлением начальных структурных параметров. Происходит релаксация возникших напряжений с постоянной времени 3-6 месяцев также при хранении насыщенных образцов в нормальных условиях.

V, см^/г-с

 

Особый интерес вызывает высокая чувствительность горных материалов к изменению внешних условий. Эта чувствительность обусловлена динамикой легких газов в структуре материалов, зависящей от их парциального давления во внешней среде.

 

В качестве иллюстрации приведем изменение параметров кристаллической решетки кварцита в нормальных условиях и последующего вакуумирования непосредственно в камере рентгеноструктурного аппарата.

Таблица 4.4

hkl

Условия эксперимента

1 бар, 20 °С

10-4 бар, 20 °С

I

d, А

I

d, А

100

51

4.236

28

4.250

201

100

3.339

100

3.343

200

27

2.125

35

2.215

211

10

1.5388

12

1.5396

104

20

1.2843

24

1.2847

 

Примечание: hkl - индексы плоскостей, I - интенсивность линий, d - межплоскостное расстояние. Ad = 0.0004 А.

Вакуумирование кварцита привело к деформации его кристаллической структуры примерно на 0.5%. Аналогичные результаты отмечены для оливина и пироксена. Отсюда можно сделать вывод, что уже небольшие вариации концентрации легких газов во флюиде могут способствовать соответствующим вариациям объемов кристаллических структур в литосфере.

Оставьте свой комментарий

Оставить комментарий от имени гостя

0
  • Комментарии не найдены

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:3252 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:6287 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:3373 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Рівномірний усесторонній стиск

Усесторонній стиск називають рівномірним, якщо виконується умова . В цьому випадку дотичні напруження дорівнюють нулю. З третьої і четвертої теорій міцності випливає, що яким би великим не було середнє напруження...

25-09-2011 Просмотров:4177 Механіка гірських порід

Вимоги з техніки безпеки під час здійсне…

Вимоги з техніки безпеки під час здійснення підготовчих робіт біля свердловин та експлуатації обладнання   Робочий майданчик біля гирла свердловини має мати розмір не менше 4х6 м у разі обладнання свердловини вежею і...

19-09-2011 Просмотров:5693 Підземний ремонт свердловин

Химический состав и структура минералов…

Как было показано в гл. 1, химический состав и структура минералов играют столь же важную роль в минералогии, как и основные законы кристаллохимии. Поэтому необходимо более подробно рассмотреть изменения химических...

13-08-2010 Просмотров:7054 Генетическая минералогия