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利用SEM以及配合EDS元素半定量分析结果
將完成管柱流動實驗之填充床取管柱前5公分與52公分處取樣,利用SEM以及配合EDS元素半定量分析結果,近一步探討溶解/沈澱在多孔隙介質中之微觀變化。實驗觀察發現溶解/沈澱反應大部分集中在前段,管柱尾端反應較少(圖4-10)。
SEM顯微型態以纖長狀為主圖(4-11a),對照Sudmalis and Scheikholeslami ,[26]之研究結果可得知此結晶體為石膏。由EDS元素半定量分析發現其中包含之元素有硫、鈣、氧三種成分組成,其中S為23.67%、Ca為29.07%、O為41.17% (表4-2),證實管柱前端確實有生成石膏結晶。
圖4-11b可看出現白色結晶,對照Sudmalis and Scheikholeslami, [26]之研究結果確定為方解石結晶,由EDS元素半定量分析包含之元素有鈣、氧、鎂三種成分組成, Ca為70.27%、O為28.72%、Mg為1.01%(表4-3)。
而此三種粒徑其SEM/EDS結果近乎相似,整體皆為管柱前端皆出現石膏結晶(圖4-11a、圖4-12a、圖4-13a),對照EDS結果可證實石膏結晶產生(表4-2、表4-4、表4-6),而管柱尾端皆出現有方解石結晶(圖4-11b、圖4-12b、圖4-11b),對照EDS結果可證實無石膏結晶產生(表4-3、表4-5、表4-7),其石膏沈澱結晶只出現於管柱前端原因,推測因為注入硫酸根濃度不高,所以當硫酸根離子再注入管柱後會快速的與碳酸鈣反應使得前段產生沈澱。
根據Sudmalis and Scheikholeslami [27] 提出硫酸鈣結晶的產生取決於質量傳輸與流體內過飽和之程度,因此過飽和之臨界值是造成石膏結晶只出現在進流口之主要原因。Hall and Cullen [28]提出造成硫酸鈣結晶取決於質傳ass transfer)、過飽和與核種之數量。由上述條件促使石膏結晶生成並覆蓋於碳酸鈣上而使反應往管柱尾端進行(圖4-11a、圖4-12a、圖4-13a),而石膏的結晶產生會導致孔隙之空間受到阻塞降低孔隙率。在粒徑4.00~4.76mm之管柱尾端方解石生成於碳酸鈣上(圖4-13b),其主要原因為此粒徑之顆粒表面積較大,使得產出較多方解石結晶,覆滿碳酸鈣表面。
圖4-10管柱流動實驗反應後之變化: (a)管柱前端(b)管柱尾端
圖4-11碳酸鈣粒徑0.841~1.0mm
圖4-12碳酸鈣粒徑為2.00 ~2.38 mm
圖4-13碳酸鈣粒徑為4.00~4.76mm時,管柱反應過後之SEM照片(3000倍):(a)前段;(b) 後段
圖4-14粒徑0.841~1.0mmEDS 元素分析圖譜
表.841~1.0mm EDS分析重量原子百分比Element
Weight(%)
Atomic(%)
S
23.76
16.79
Ca
29.07
16.43
O
47.17
66.79
Totals
100.00
-
=====
圖4-15粒徑 0.841~1.0mmEDS 元素分析圖譜
表0.841~1.0mm時管柱前端EDS分析重量原子百分比
Element
Atomic(%)
Mg
1.01
1.16
Ca
70.27
48.84
O
28.72
50.00
Totals
100.00
-
圖4-16粒徑2.00~2.38 mmEDS 元素分析圖譜
表2.00~2.38 mmEDS分析重量原子百分比Element
Weight(%)
Atomic(%)
S
23.53
16.65
Ca
29.48
16.69
O
46.99
66.65
Totals
100.00
-
圖4-17粒徑2.00~2.38 mmEDS 元素分析圖譜
表2.00~2.38 mmEDS分析重量原子百分比Element
Weight(%)
Atomic(%)
Ca
71.47
50.00
O
28.53
50.00
Totals
100.00
-
。
圖 4-18粒徑為4.00~4.76mm,管柱前端EDS 元素分析之圖譜
表4.00~4.76mm管柱前端EDS分析重量原子百分比Element
Weight(%)
Atomic(%)
S
22.73
16.19
Ca
30.91
17.62
O
46.36
66.19
Totals
100.00
-
圖 4-19粒4.00~4.76mm,管柱尾端EDS 元素分析之圖譜
表4.00~4.76mm時,管柱尾端EDS分析重量原子百分比
Element
Atomic(%)
Ca
71.47
50
O
28.53
50
Totals
100
-
(a)
(b)
(a
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