CN209490511U - 一种多过程模拟装置以及模拟层析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多过程模拟装置以及模拟层析系统，涉及实验器械领域，该多过程模拟装置包括淋滤柱、支撑架、空气过滤器以及空气泵，淋滤柱包括管柱本体和密封头机构，管柱本体设置在支撑架的顶部，密封头机构可拆卸地设置在管柱本体的顶端并具有一空气通道，管柱本体的底部开设有空气进管和滤液出管，空气泵与空气过滤器通过管道连接，空气过滤器与空气进管通过管道连接。相较于现有技术，本实用新型提供的一种多过程模拟装置，能够结合干燥风化实验和动态淋滤柱实验模拟煤矸石在风化淋滤过程中元素的迁移转化和释放规律，可综合模拟考察环境样品在风化和淋滤共同作用下有害元素的迁移规律，同时避免了更换实验载体对样品产生的扰动。

Description

一种多过程模拟装置以及模拟层析系统

技术领域

本实用新型涉及实验器材领域，具体而言，涉及一种多过程模拟装置以及模拟层析系统。

背景技术

岩石、矿物中的有害元素可以通过自然风化和雨水淋滤过程释放进入表生环境中，并随着地表水或地下水迁移。有害元素大量富集会污染生态环境，并可通过食物链等途径在人体累积，对人的健康带来潜在的威胁。故学术界常采用风化或淋滤实验模拟岩石矿物中有害元素在风化淋滤过程中的释放特征，评价矿物岩石中的有害元素对周边土壤和水体的污染情况。

煤矿开采的过程中会产生大量的煤矸石，煤矸石已成为我国累计储量最大的工业固体废弃物。长期露天堆放的煤矸石在风化和雨水淋滤过程中会释放含有大量有害元素的酸性废水，降低周边土壤功能，污染水质，影响生态环境和人体健康。研究煤矸石中有害元素的释放特征，能够为有效预测和控制煤矿开采过程中有害元素向环境排放、建立和完善污染防治奠定理论基础。目前学术界常使用淋滤柱实验、湿度室实验、浸泡实验等模拟煤矸石等煤矿开采冶炼过程中产生的废石在风化、淋滤过程中有害元素的析出规律。

淋滤柱是室内淋滤实验中必不可缺的器材，常见的淋滤柱主要由石英/玻璃管、砂芯、活塞、淋洗液出口玻璃管几个部分组成

经发明人调研可知，淋滤柱实验、湿度室实验或浸泡实验一般只能模拟煤矸石样品在单一过程(风化过程/淋滤过程)中的元素析出规律，无法模拟样品中有害元素在风化和淋滤共同作用下的迁移规律，限制了上述实验装置的适用范围。

有鉴于此，设计制造出一种结构简单，并且能够同时实现模拟淋滤过程和风化过程的多过程模拟装置就显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多过程模拟装置，结构简单，并且能够同时实现模拟淋滤过程和风化过程，适用性强。

本实用新型的另一目的在于提供一种模拟层析系统，结构简单，并且能够同时实现模拟淋滤过程和风化过程，适用性强。

本实用新型是采用以下的技术方案来实现的。

一种多过程模拟装置，包括淋滤柱、支撑架、空气过滤器以及空气泵，淋滤柱包括管柱本体和密封头机构，管柱本体设置在支撑架的顶部，密封头机构可拆卸地设置在管柱本体的顶端并具有一空气通道，以使管柱本体与外界连通，管柱本体的底部开设有空气进管和滤液出管，空气泵与空气过滤器通过管道连接，空气过滤器与空气进管通过管道连接。

进一步地，多过程模拟装置还包括湿度箱，湿度箱设置在空气过滤器于空气进管之间并具有进气管和出气管，进气管与空气过滤器通过管道连接，出气管与空气进管通过管道连接。

进一步地，湿度箱包括水箱本体、密封盖板和气泡头，水箱本体中填充有去离子水，密封盖板盖设在水箱本体上并与水箱本体密封连接，进气管和出气管均插入密封盖板并伸入水箱本体，气泡头设置在去离子水的液面之下并与进气管连接，出气管伸入水箱本体的一端设置在去离子水的液面之上。

进一步地，密封头机构包括密封塞和空气导管，密封塞密封设置在管柱本体的顶部，空气导管插入密封塞并与管柱本体连通，以形成空气通道。

进一步地，管柱本体的顶端内侧具有磨砂区域，密封塞伸入管柱本体并抵接在磨砂区域。

进一步地，空气导管设置在密封塞的中部。

进一步地，管柱本体内具有淋滤内腔，淋滤内腔的底部设置有砂芯盘，砂芯盘与管柱本体的内周壁相抵接。

进一步地，砂芯盘上开设有多个流通孔，且砂芯盘的上表面设置有滤膜，滤膜盖合在多个流通孔上。

进一步地，空气进管上设置有密封块，滤液出管上设置有旋转活塞。

一种模拟层析系统，包括淋洗液收集器和多过程模拟装置，多过程模拟装置，包括淋滤柱、支撑架、空气过滤器以及空气泵，淋滤柱包括管柱本体和密封头机构，管柱本体设置在支撑架的顶部，密封头机构可拆卸地设置在管柱本体的顶端并具有一空气通道，以使管柱本体与外界连通，管柱本体的底部开设有空气进管和滤液出管，空气泵与空气过滤器通过管道连接，空气过滤器与空气进管通过管道连接。淋洗液收集器设置在支撑架的底部并与滤液出管相对设置。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种多过程模拟装置，将密封头机构可拆卸地设置在管柱本体的顶端，且密封头机构具有空气通道，管柱本体的底部开设有空气进管和滤液出管，空气进管与空气过滤器连接，空气过滤器与空气泵连接。在实际使用时，当需要进行模拟干燥空气风化实验时，将管柱本体固定在支架上，并在管柱本体内放入样品，将密封头机构安装在管柱本体的顶部，关闭滤液输出管，通过空气泵抽取的空气经过空气过滤器处理后从空气进管处进入管柱本体，空气可在管柱本体内自下而上的流动，并最终从管柱本体的顶部流出，实现模拟干燥空气下的风化过程；当需要进行模拟淋滤实验时，取掉管柱本体顶部的密封头机构，关闭空气进管，并打开滤液输出管，从管柱本体的顶部缓慢加入配置好的模拟酸雨淋洗液，淋洗液在重力的作用下会从砂芯正下方的石英玻璃管流出，方便进行后续分析测试。相较于现有技术，本实用新型提供的一种多过程模拟装置，能够结合干燥风化实验和动态淋滤柱实验模拟煤矸石在风化淋滤过程中元素的迁移转化和释放规律，可综合模拟考察环境样品在风化和淋滤共同作用下有害元素的迁移规律，适用于模拟煤矸石等工业废弃物的风化淋滤过程，同时避免了更换实验载体对样品产生的扰动。

本实用新型提供的一种多过程模拟装置，在空气过滤器与空气进管之间设置有湿度箱，湿度箱具有进气管和出气管，进气管与空气过滤器通过管道连接，出气管与空气进管通过管道连接。在进行模拟湿空气风化过程时，将管柱本体固定在支架上，并在管柱本体内放入样品，将密封头机构安装在管柱本体的顶部，关闭滤液输出管，通过空气泵抽取的空气依次经过空气过滤器和湿度箱处理后从空气进管处进入管柱本体，空气可在管柱本体内自下而上的流动，并最终从管柱本体的顶部流出，实现模拟湿空气下的风化过程。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的多过程模拟装置的结构示意图；

图2为图1中淋滤柱的结构示意图；

图3为图2中密封头机构的结构示意图；

图4为本实用新型第二实施例提供的多过程模拟装置的结构示意图；

图5为图4中湿度箱的结构示意图。

图标：10-多过程模拟装置；100-淋滤柱；110-管柱本体；111-淋滤段；113-封堵段；115-磨砂区域；130-密封头机构；131-密封塞；133-空气导管；150-砂芯盘；151-滤膜；170-空气进管；171-密封块； 190-滤液出管；191-旋转活塞；200-支撑架；300-空气过滤器；400-空气泵；500-湿度箱；510-进气管；530-出气管；550-水箱本体；570- 密封盖板；590-气泡头。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

结合参见图1至图3，本实施例提供了一种多过程模拟装置10，包括淋滤柱100、支撑架200、空气过滤器300以及空气泵400，淋滤柱100包括管柱本体110和密封头机构130，管柱本体110设置在支撑架200的顶部，密封头机构130可拆卸地设置在管柱本体110的顶端并具有一空气通道，以使管柱本体110与外界连通，管柱本体 110的底部开设有空气进管170和滤液出管190，空气泵400与空气过滤器300通过管道连接，空气过滤器300与空气进管170通过管道连接。

需要说明的是，空气泵400与空气过滤器300之间、空气过滤器 300与空气进管170之间均采用软管连接，且软管可拆卸，方便进行不同的组合。

在本实施例中，空气进管170上设置有密封块171，滤液出管190 上设置有旋转活塞191。具体地，密封块171为橡胶密封块171，可通过该橡胶密封块171开启或者关闭空气进管170，从而隔断或者导通空气泵400提供的空气。旋转活塞191包括旋转筒部与活塞头，旋转筒部设置在滤液出管190上并具有与滤液出管190连通的锥形内腔，活塞头容置在锥形内腔中并与旋转筒部密封抵接，以隔断滤液出管190。

本实施例提供的多过程模拟装置10，通过设置密封头机构130 和空气进管170，使得该多过程模拟装置10同时具有了模拟风化过程和模拟淋滤过程的作用，大大提高其适用性。

在本实施例中，管柱本体110采用透明的石英玻璃制成，强度高且具有较高的耐温性，当然，此处管柱本体110也可以采用其他材料例如金属或者塑料等制成。本实施例中管桩本体为圆柱形，并在底部作了圆弧过渡，方便制造同时方便清洗，当然，此处管柱本体110也可以采用矩形柱或者棱形柱等其他形状，在此不作具体限定。

在本实施例中，管柱本体110包括一体成型的淋滤段111和封堵段113，密封头机构130设置在封堵段113的顶端，且封堵段113的直径小于淋滤段111的直径。具体地，淋滤段111的直径为5cm，长度为44cm，样品材料多是设置在淋滤段111中，相较于原有的7cm 的大管径，管径的减少可以增加样品与空气和清洗液的接触反应时间。

密封头机构130包括密封塞131和空气导管133，密封塞131密封设置在管柱本体110的顶部，空气导管133插入密封塞131并与管柱本体110连通，以形成空气通道。具体地，密封塞131封堵设置在封堵段113的顶部并与封堵段113的内侧壁相抵接。优选地，空气导管133的内径为0.8cm，长度为6cm，密封塞131的平均直径为4cm，高度为4cm。

在本实施例中，密封塞131为橡胶密封塞131，并在橡胶密封塞 131的外周面设置有多个密封条，当密封塞131塞入管柱本体110的顶部时，多个密封条与管柱本体110的顶部内侧壁密封抵接。需要说明的是，本实施例中所提及的密封抵接，指的是二者相互之间相互抵接并且没有间隙，能够起到密封作用。

在本实施例中，空气导管133插入密封塞131的中部并与管柱本体110同轴设置。且空气导管133也采用石英玻璃制成，通过将空气导管133设置在密封塞131的圆心位置，可保证淋滤内腔中的空气以稳定的速率排出，同时也减少了外部环境对淋滤内腔中的样品的污染。

在本实施例中，管柱本体110的顶端内侧具有磨砂区域115，密封塞131伸入管柱本体110并抵接在磨砂区域115。具体地，磨砂区域115设置在封堵段113的顶部内侧，能够进一步保证密封塞131与管柱本体110之间能够密封抵接，提升密封效果。

在本实施例中，封堵段113为变径设置，封堵段113靠近淋滤段 111的一端的直径小于封堵段113远离淋滤段111的一端的直径，密封塞131的形状与封堵段113形状相配合。

管柱本体110内具有淋滤内腔，淋滤内腔的底部设置有砂芯盘 150，砂芯盘150与管柱本体110的内周壁相抵接。砂芯盘150上开设有多个流通孔，且砂芯盘150的上表面设置有滤膜151，滤膜151 盖合在多个流通孔上。通过在砂芯盘150上放置滤膜151后加入实验样品，可放置样品被淋洗液冲刷流出淋滤柱100，保证模拟淋滤结果的精确性。

在本实施例中，实验样品可以是煤矸石，其具体填装方式如下：在滤膜151上依次放置5cm后的60-80目石英砂，10-35目的煤矸石样品，5cm后的60-80目石英砂，其中下层石英砂的目的在于保证实验样品的细小颗粒不会进入渗滤液，上层石英砂的目的在于避免加淋滤液时对样品造成的扰动。

在本实施例中，砂芯盘150设置在管柱本体110的底部，且直径为5cm，厚度为0.3cm。

在本实施例中，空气进管170倾斜向下设置，滤液出管190设置在管柱本体110的底端的中部并与管柱本体110同轴设置，能够保证淋滤内腔中的淋滤液顺利流出。

综上所述，本实施例提供的一种多过程模拟装置10，其工作原理如下：当需要进行模拟淋滤实验时，将密封塞131从管柱本体110 上取下，并通过密封块171将空气进管170关闭，通过旋转活塞191 打开滤液出管190，将样品材料放入淋滤内腔，从管柱本体110的顶部缓慢加入淋洗液，淋洗液在重力的作用下会从砂芯正下方的滤液出管190流出，用干净的容器收集淋洗液并进行分析测试，实现模拟淋滤过程，其中淋滤液可以是模拟酸雨溶液；当需要进行模拟风化实验时，将样品材料放入淋滤内腔，将密封塞131封堵设置在管柱本体 110的顶部，通过密封块171将空气进管170打开，通过旋转活塞191 关闭滤液出管190，通过空气泵400收集的空气进管170空气过滤器 300后从空气进管170端进入管柱本体110，空气可在管柱本体110 内自下而上的流动，并由空气导管133流出，实现模拟风化过程，其中，空气为干燥空气，模拟的是干燥空气下的风化过程。相较于现有技术，本实施例提供的一种多过程模拟装置10，可分别实现模拟风化过程与模拟淋滤过程，避免更换实验载体对样品产生的扰动，方便后续研究，并结合湿度室实验和动态淋滤柱100实验模拟煤矸石在风化淋滤过程中元素的迁移转化和释放规律，可综合模拟考察环境样品在风化和淋滤共同作用下有害元素的迁移规律，适用于模拟煤矸石等工业废弃物的风化淋滤过程。

第二实施例

结合参见图4和图5，本实施例提供了一种多过程模拟装置10，其基本结构和原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。

本实施例提供的多过程模拟装置10包括淋滤柱100、支撑架200、空气过滤器300、空气泵400以及湿度箱500，淋滤柱100包括管柱本体110和密封头机构130，管柱本体110设置在支撑架200的顶部，密封头机构130可拆卸地设置在管柱本体110的顶端并具有一空气通道，以使管柱本体110与外界连通，管柱本体110的底部开设有空气进管170和滤液出管190，空气泵400与空气过滤器300通过管道连接，空气过滤器300与空气进管170通过管道连接。湿度箱500设置在空气过滤器300于空气进管170之间并具有进气管510和出气管 530，进气管510与空气过滤器300通过管道连接，出气管530与空气进管170通过管道连接。

在本实施例中，进气管510与空气过滤器300的出口通过软管连接，出气管530与空气进管170通过软管连接。

湿度箱500包括水箱本体550、密封盖板570和气泡头590，水箱本体550中填充有去离子水，密封盖板570盖设在水箱本体550 上并与水箱本体550密封连接，进气管510和出气管530均插入密封盖板570并伸入水箱本体550，气泡头590设置在去离子水的液面之下并与进气管510连接，出气管530伸入水箱本体550的一端设置在去离子水的液面之上。进管空气过滤器300过滤后的空气由气泡头 590进入去离子水并再由出气管530排出，从而形成潮湿空气并由空气进管170进入管柱本体110。

在实际使用过程中，在模拟潮湿空气风化实验时，将管柱本体 110固定在支架上，并在管柱本体110内放入样品，将密封头机构130 安装在管柱本体110的顶部，关闭滤液输出管，通过空气泵400抽取的空气依次经过空气过滤器300和湿度箱500处理后从空气进管170 处进入管柱本体110，空气可在管柱本体110内自下而上的流动，并最终从管柱本体110的顶部流出，实现模拟湿空气下的风化过程。

第三实施例

本实施例提供了一种模拟层析系统，包括淋洗液收集器(图未示) 和多过程模拟装置10，其中多过程模拟装置10的基本结构和原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。

多过程模拟装置10包括淋滤柱100、支撑架200、空气过滤器 300以及空气泵400，淋滤柱100包括管柱本体110和密封头机构130，管柱本体110设置在支撑架200的顶部，密封头机构130可拆卸地设置在管柱本体110的顶端并具有一空气通道，以使管柱本体110与外界连通，管柱本体110的底部开设有空气进管170和滤液出管190，空气泵400与空气过滤器300通过管道连接，空气过滤器300与空气进管170通过管道连接。淋洗液收集器设置在支撑架200的底部并与滤液出管190相对设置。

在本实施例中，支撑架200的底端设置有放置盘，淋洗液收集器放置在放置盘上并开口向上与滤液出管190相对，从而收集从滤液出管190中流出的淋洗液，方便后续进行分析。

需要说明的是，此处淋滤液收集器为干净的烧杯，其结构与现有的烧杯一致，当然，也可以是试管或者托盘等其他能够收集淋滤液的装置，在此不作具体限定。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多过程模拟装置，其特征在于，包括淋滤柱、支撑架、空气过滤器以及空气泵，所述淋滤柱包括管柱本体和密封头机构，所述管柱本体设置在所述支撑架的顶部，所述密封头机构可拆卸地设置在所述管柱本体的顶端并具有一空气通道，以使所述管柱本体与外界连通，所述管柱本体的底部开设有空气进管和滤液出管，所述空气泵与所述空气过滤器通过管道连接，所述空气过滤器与所述空气进管通过管道连接。

2.根据权利要求1所述的多过程模拟装置，其特征在于，所述多过程模拟装置还包括湿度箱，所述湿度箱设置在所述空气过滤器于所述空气进管之间并具有进气管和出气管，所述进气管与所述空气过滤器通过管道连接，所述出气管与所述空气进管通过管道连接。

3.根据权利要求2所述的多过程模拟装置，其特征在于，所述湿度箱包括水箱本体、密封盖板和气泡头，所述水箱本体中填充有去离子水，所述密封盖板盖设在所述水箱本体上并与所述水箱本体密封连接，所述进气管和所述出气管均插入所述密封盖板并伸入所述水箱本体，所述气泡头设置在所述去离子水的液面之下并与所述进气管连接，所述出气管伸入所述水箱本体的一端设置在所述去离子水的液面之上。

4.根据权利要求1所述的多过程模拟装置，其特征在于，所述密封头机构包括密封塞和空气导管，所述密封塞密封设置在所述管柱本体的顶部，所述空气导管插入所述密封塞并与所述管柱本体连通，以形成所述空气通道。

5.根据权利要求4所述的多过程模拟装置，其特征在于，所述管柱本体的顶端内侧具有磨砂区域，所述密封塞伸入所述管柱本体并抵接在所述磨砂区域。

6.根据权利要求4或5所述的多过程模拟装置，其特征在于，所述空气导管设置在所述密封塞的中部。

7.根据权利要求1所述的多过程模拟装置，其特征在于，所述管柱本体内具有淋滤内腔，所述淋滤内腔的底部设置有砂芯盘，所述砂芯盘与所述管柱本体的内周壁相抵接。

8.根据权利要求7所述的多过程模拟装置，其特征在于，所述砂芯盘上开设有多个流通孔，且所述砂芯盘的上表面设置有滤膜，所述滤膜盖合在多个所述流通孔上。

9.根据权利要求1所述的多过程模拟装置，其特征在于，所述空气进管上设置有密封块，所述滤液出管上设置有旋转活塞。

10.一种模拟层析系统，其特征在于，包括淋洗液收集器和如权利要求1-9任一项所述的多过程模拟装置，所述淋洗液收集器设置在所述支撑架的底部并与所述滤液出管相对设置。