摘要：查明碳酸溶液与伊利石矿物（煤层主要黏土矿物之一）的反应特征,能够为煤层气井注CO2提高采收率（ECBM）工艺泵注参数优化及储层物性变化分析提供理论依据.为此,以沁水盆地潞安矿区余吾、常村矿煤样为例,测试了煤样中黏土矿物的含量,进行了25℃、35℃、45℃条件下,单一伊利石矿物与不同酸度碳酸溶液的反应实验;应用分光光度计、X射线衍射仪、能谱仪测试分析了反应液中Si、Al元素含量和反应前后伊利石结构与元素变化的情况,得出了Si元素溶出的反应动力学模型,并求取了Si元素溶出的表观活化能.实验结果表明：①当溶液pH值和反应时间相同时,Si元素的溶出量随温度的升高而增大,而Al元素的溶出量变化却很小;②当溶液pH值和温度相同时,随反应时间增加,Si元素含量呈先增加后减小的趋势,并有一定的振荡,且温度越高,Si元素达到溶出最大值的时间越短,而Al元素溶出速率较快,迅速达到溶出平衡;③Si元素的溶出符合扩散控制的界面反应模型,pH值越低,Si元素越易于溶出,表观活化能越小;④由于碳酸酸性较弱,伊利石与其反应后,晶体结构未发生明显的破坏.

关键词：伊利石 碳酸 硅元素 铝元素 溶解 

单位：河南理工大学能源科学与工程学院; 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室; 中国矿业大学地球科学与测绘工程学院