西藏巴达铜金矿床黄铁矿原位主微量元素特征及其环境效应

黄铁矿在自然环境中极易发生氧化,造成严重生态环境问题。为了研究自然条件下不同粒度和晶形黄铁矿化学成分的差异对黄铁矿氧化速率的影响,本文对巴达铜金矿床黄铁矿进行了LA- ICP- MS原位主微量元素分析和矿物面扫描分析。测试结果表明粗粒黄铁矿S、Fe含量较高,成分更纯;微量元素As、Co、Ni和Pb、Cu、Zn分别以类质同象方式和包裹体形式更多地存在于细粒黄铁矿中,二者均能促使细粒黄铁矿氧化速率加快;粗粒黄铁矿中Cr和Ti元素含量较高,其氧化后生成致密氧化膜可抑制黄铁矿被进一步氧化。本文认为对于本矿床中粗粒黄铁矿和细粒黄铁矿氧化污染问题应采用两种不同的治理措施,对于不易被氧化的粗粒黄铁矿,使其处于常温常压的干燥避光环境中即可防止发生氧化;对于易氧化的细粒黄铁矿,其氧化产物造成污染对环境压力较大,应采用源头治理和末端治理相结合的措施进行处理,以达到更科学的治理效果。     

氧化亚铁硫杆菌对黄铁矿的氧化作用初探

利用自行分离培养的氧化亚铁硫杆菌(A.f菌)为实验菌株,比较了黄铁矿化学氧化和生物氧化过程中溶液铁离子浓度的变化。研究发现,Fe3 对黄铁矿的氧化速率较低,而在细菌的作用下可以不断将Fe2 氧化成Fe3 使得黄铁矿的氧化速率明显加快,因此生物氧化具有更高的效率。经过44 d的氧化之后,利用扫描电镜对氧化后的黄铁矿表面进行了显微观察,发现Fe3 的化学氧化主要集中在化学键较弱的晶棱部位,而在生物氧化的情况下矿物表面充满了密集的溶蚀坑,溶蚀坑的形状与A.f菌的外形非常相近,且规则排列。这说明A.f菌能够吸附到黄铁矿表面,并且这种吸附具有定向排列的特点。     

无氧条件下黄铁矿表面的羟基化与自氧化

过去20年里,无氧条件下黄铁矿–水界面产生活性氧是黄铁矿表面反应性的重要发现之一。这一反应不仅对现代环境有重要影响,而且在早期地球环境演化中也扮演着重要角色。无氧条件下黄铁矿–水界面产生的活性氧具有极强的氧化性,理论上有氧化黄铁矿自身的能力。然而,无氧条件下黄铁矿–水界面产生的活性氧对其自身是否有氧化作用(即黄铁矿自氧化)及其反应机制还不得而知。本研究采用原位漫反射红外傅里叶变换光谱(in-situDRIFTS)和准原位X射线光电子能谱(quasi-in-situXPS)结合密度泛函理论(DFT)计算,探究了无氧条件下黄铁矿–水界面的自氧化初始反应过程。结果表明:(1)无氧条件下黄铁矿–水界面会发生自氧化反应,生成高价态的硫物种和铁氧化物;(2)黄铁矿–水界面的自氧化反应伴随着羟基的生成和消耗;(3)黄铁矿–水界面的羟基源于水分子在黄铁矿表面缺陷位点的解离作用,可为活性氧的产生提供物源。这些发现不仅揭示了黄铁矿–水界面的羟基化和自氧化过程,还为深入理解黄铁矿–水界面反应在早期地球环境演化中的重要作用提供了认知基础。     

隧道围岩中黄铁矿的氧化对隧道混凝土衬砌耐久性的影响研究

当隧道工程施工遇到含黄铁矿的地层时，黄铁矿氧化形成的酸性环境以及其引发的一系列化学反应会对隧道混凝土衬砌的耐久性带来不利的影响。利用黄铁矿氧化形成酸性环境水的一系列化学反应和机理，并对隧道混凝土衬砌在酸性环境水条件下的侵蚀过程进行了实验室浸泡试验和理论分析，运用化学热力学对酸性环境下混凝土中不同硅酸盐矿物和铝酸盐矿物侵蚀反应的吉布斯自由能的变化△Gγ^φ和反应的平衡常数lgKT。计算结果表明铝酸盐抗H^ 离子侵蚀的能力比硅酸盐差；在酸性水中，高钙硅比、高碱性的是水化矿物一般比低钙硅比、低碱性的水化矿物稳定性差。研究结果结合具体的隧道工点调查，可以为穿越含黄铁矿地层的隧道混凝土病害整治和预防提出了针对性很强的工程措施。     

尾矿中硫化物风化氧化模拟实验研究

为防治矿山尾矿造成环境污染，对方铅矿，闪锌矿，磁黄铁矿、黄铜矿，黄铁矿进行了风化氧化实验研究，结果显示，硫化物的氧化速率顺序为：方铅矿＞闪锌矿＞磁黄铁矿＞黄铜矿＞黄铁矿，侵蚀液pH值越低，硫化物氧化速率越大，有机物存在对硫化物氧化起缓冲和抑制作用。     

黄铁矿氧化机理

黄铁矿作为一种典型金属硫化物尾矿,在自然环境中容易被Fe3+、O2以及氧化亚铁硫杆菌等氧化,从而产生高酸、高重金属含量的酸性矿山废水(AMD)。自发现这一现象以来,研究者对黄铁矿的氧化做了大量的研究工作,但是,对于黄铁矿氧化为直接氧化还是间接氧化等方面尚存在较大争议。此外,对于黄铁矿氧化过程中硫元素的具体转化途径和形态转变的研究报道鲜少。主要是因为黄铁矿中的硫处于较低价态,氧化过程变成SO2-4会产生多种含硫的中间化合物,这些中间产物极其不稳定,很难被检测。因此,黄铁矿氧化过程中硫元素的转化途径就成为了该领域的研究难点。本文采用电化学方法并结合摇瓶浸矿实验对黄铁矿氧化机理进行了研究。黄铁矿是一种半导体,其氧化过程是一种电化学行为。循环伏安法、阳极极化曲线等电化学研究方法可以为研究其氧化机理提供良好的方法与手段。摇瓶浸矿可以更为接近的模拟出黄铁矿在自然环境下的氧化,较为真实地反映其氧化过程。实验中研究了不同浓度梯度Fe3+,有无氧化亚铁硫杆菌条件下的氧化机理并进行了探讨。循环伏安曲线表明:在较低的氧化还原电位下(400 mV),黄铁矿电极表面有单质硫产生,电极表面被钝化,电流减少;当氧化还原电位升高至约600 mV时,单质硫被氧化生成SO2-4,这一点通过阳极极化曲线同样可以得到证实。Tafel极化曲线表明:当黄铁矿电极电解液体系中Fe3+浓度的升高或者引入氧化亚铁硫杆菌时,电流明显增大,说明Fe3+浓度升高或者氧化亚铁硫杆菌存在时都能加快黄铁矿氧化。摇瓶浸矿实验同样表明:微生物氧化亚铁硫杆菌不会改变黄铁矿的氧化机理,但是可以显著提高黄铁矿的氧化速率。另外,浸矿体系检测出多中含硫中间产物(S、S22O-3、S3O2-6、S4O2-6),依据这些中间产物推测黄铁矿的氧化途径为硫代硫酸盐途径。扫描电镜观察发现:相对于只有Fe3+摇瓶浸矿体系,有微生物存在时,矿渣表面不仅出现了因Fe3+氧化黄铁矿而出现的裂痕,更明显的特征是矿渣表面呈现大量形状类似于氧化亚铁硫杆菌的腐蚀斑痕,表明氧化亚铁硫杆菌存在时,直接氧化与间接氧化同时存在。     

广西凭祥地区金矿床地质地球化学特征研究

凭祥地区金矿床受断层构造与酸性火山岩的双重控制。围岩蚀变为黄铁矿化、绢云母化、硅化等。矿床的形成经历了两个成矿期：热液成矿期与表生氧化期。热液成矿期金由热液迁移至围岩，被黄铁矿与毒砂吸附。表生氧化期黄铁矿与毒砂氧化形成氧化铁矿物，金被吸附到氧化铁矿物之上得到富集。对矿化岩石与围岩的微量元素与稀土元素分析结果表明，本区金矿以Au-As-Sb-Hg组合为特征，As是金的找矿指示元素。根据金矿床的矿物组合与微量元素特征以及矿床地质条件推测，本区金矿床属低温热液矿床，形成时代为燕山期。     

草莓状黄铁矿与古海洋环境恢复

草莓状黄铁矿是指由等粒度的亚微米级黄铁矿晶体或微晶体紧密堆积而成,形似草莓的黄铁矿球形集合体.它们在氧化和缺氧海洋环境中形成的机理不同,沉积岩中草莓状黄铁矿的粒径分布特征是恢复古海洋的氧化还原状态行之有效的方法之一.然而,草莓状黄铁矿粒径统计仅能区分出氧化和缺氧硫化的环境,不能进一步区分缺氧程度及状态(如次氧化、缺氧含...     

湖北古城锰矿Fe同位素特征及其地质意义

本文报导了湖北古城锰矿含锰层位中黄铁矿Fe同位素的研究结果,并利用黄铁矿Fe同位素对黄铁矿成因和大塘坡早期阶段沉积环境的氧化还原状态进行了制约。黄铁矿δ56Fe值变化范围为-0.13‰~+0.54‰,平均值为+0.22‰,显示相对于当时海水（0~-0.5‰）明显富集Fe的重同位素。本文认为黄铁矿的Fe来自海水中Fe2+部分氧化形成的Fe3+,这些Fe3+在成岩过程中被全部还原,与细菌硫酸盐还原作用形成的H2S结合最终以黄铁矿形式保存在沉积物中。大塘坡式锰矿含锰层位中黄铁矿Fe同位素特征表明,古城冰期（Sturtian冰期）结束之后,大塘坡早期阶段海洋深部已经开始氧化,但是并没有完全被氧化。     

黄铁矿表面次生色:氧化程度的标志

对具有不同表面次生色的黄铁矿氧化表面进行了XPS、AES成分分析，认为黄铁矿表面氧化作用形成了由Fe(Ⅲ）－O组分、单质硫和水绿矾等组分组成的表面氧化层。黄铁矿表面次生色的变化取决于表面氧化层的厚度及其中Fe(Ⅲ)-O组分、单质硫的相对含量。氧化程度较弱时，或者由于氧化层中单质硫含量相对较高，或者由于表面氧化层太薄，可见光能直接透过该层，黄铁矿表面以黄色调为主；而黄铁矿表面呈蓝色是由于氧化程度增强，氧化层厚度增加到适合于可见光产生干涉作用，因而是一种干涉作用所致的锖色，而不是铜蓝致色；氧化程度进一步增强时，形成了足够厚的Fe(Ⅲ)-O组分层，使黄铁矿表面呈Fe(Ⅲ)-O组分的颜色。     

黑色页岩水岩化学作用实验研究

水岩作用是黑色页岩化学风化的重要途径,并与岩体矿物组分、工程性质及地质环境有着密切的联系。利用自制的流通实验装置对取自三江县团结电站附近的寒武系清溪组黑色页岩与富含溶解氧去离子水的化学反应进行试验模拟研究,并利用离子分析仪、电感耦合等离子体质谱仪对反应后溶液离子浓度进行分析,使用扫描电子显微镜观察反应前后岩样微观特征,结合岩样渗透系数的变化监测,对岩样中黄铁矿氧化动力学速率以及受黄铁矿氧化影响形成的酸性环境下硅元素释放速率进行计算分析。结果表明,黄铁矿氧化行为使得岩体渗透率降低约70%,在黑色页岩自身矿物化学组分和岩石物理性质的共同影响下,所含黄铁矿氧化速率与纯黄铁矿颗粒的氧化速率非常接近,同时黄铁矿氧化形成的酸性溶液可溶蚀岩体中石英和伊利石,由于两者含量未能精确测定,因此所测得硅元素释放速率仅表示两者溶解的总反应速率。     

煤中砷的赋存状态

砷是煤中常见的有害微量元素,由于其丰度较低,定量研究其赋存状态一直很困难。近年来,采用逐级化学提取实验方法对煤中不同赋存状态的砷进行了定量研究,综合分析这些研究可得出以下结论：①煤中砷的赋存状态包括硫化物态砷、有机态砷、砷酸盐态砷、硅酸盐态砷、水溶态和可交换态砷。总体上,硫化物态砷＞有机态砷＞砷酸盐态砷＞硅酸盐态砷＞水溶态和可交换态砷,但在不同的煤样品中,也表现出较大的差异性。②一般而言,煤中大部分砷存在于含砷黄铁矿中,含砷黄铁矿中的砷含量与黄铁矿的成因或类型有关。煤中的砷酸盐态砷主要与铁氧化物和氢氧化物共生;硅酸盐态砷主要进入粘土矿物晶格。③在砷含量较低的煤样品中,有机态砷含量较高,其中在褐煤和低煤级烟煤中,可提取出与腐殖酸和富里酸结合的砷。当前还难以确认有机态砷的化学结构。④贵州特高砷煤中砷的赋存状态较为复杂,在某些样品中与氧结合的有机态砷为主要的赋存状态。     

秦岭隧道地下水水化学异常的形成机理

在分析秦岭隧道地区地质背景及水体水化学组成的变化规律的基础上,确定了平导地下水化学异常的基本特征及形成机理,研究表明水中硫根离子的审围岩中黄铁矿氧化所致钙离子的升高则归因于氧过程形成的大量氢离子促使含钙矿物水角或次生的碳酸盐矿物溶解,而两者浓度的增大导致地下水水化学类型的改变,矿化度及总硬度的异常。     

四川拉拉铜矿黄铁矿标型特征研究

本文通过大量的地质资料,详细论述了拉拉铜矿黄铁矿的产状及结晶习性,黄铁矿的硬度,晶胞参数;反射率,化学成分及微量元素特征,并以此与典型矿床中黄铁矿标型特征对比,认为本矿床黄铁矿主要为火山喷气沉积作用的产物,少量为后期变质作用形成。     

An analytical assessment on the impact of covers on the onset of air convection in mine wastes

If a mine waste pile is left open, an active chemical reaction of oxidation is often found due to the commonly high content of pyritic materials. The oxidation of pyrites is an exothermic process and the released heat will promote the flow of fresh oxygen from the surrounding atmosphere into the waste dump. As a result, oxidation reaction will accelerate and temperature within the dump can increase to as high as 60°C above the ambient temperature. The oxidation process also releases sulphuric acid and hydrogen ions into ground water to cause water contamination. Low‐permeability covers such as clay liners have been recently proposed to abate the oxidation process in mine wastes. The effectiveness of using low‐permeability materials to cover mine wastes in order to suppress the pyrite oxidation is examined. By conducting the theoretical analysis of the onset of convective air flow within waste rocks, the conditions under which soil gas flow is significant are identified. By comparing the results with previous field measurements and theoretical analysis for the uncovered conditions, it is shown that low‐permeability covers can effectively suppress soil gas flow and slow down the pyrite oxidation process in mine wastes. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

含金黄铁矿氧化过程中金溶解机理的探讨——与王恩德、关广岳先生商榷

含金黄铁矿在细菌氧化、化学氧化过程中,除生成高铁的硫酸盐和硫酸外,还生成了亚铁的硫酸盐及硫的低价氧化物,体系中的电位较低,距溶解自然金呈Au(SO_4)_2~-所需电位甚远,实验表明,金不溶于硫酸铁溶液中。当氧化程度加深,介质pH>4,黄铁矿氧化产生的硫代硫酸根可稳定存在时,自然金呈稳定的硫代硫酸盐配合物溶解。     

Effect of sulfide impurities on the reactivity of pyrite and pyritic concentrates: a multi-tool approach

Sulfide mineral oxidation, primarily pyrite and pyrrhotite, generates acid mine drainage during weathering. Successful management of acid generating wastes entails the suppression of the initiation of oxidation reactions. The reactivity of pyrite depends on ore mineralogy, including the effects of associated sulfide impurities. The electrochemical surface characterization study using cyclic voltammetry with carbon paste electrodes containing minerals particles (CPE-Mineral) is an effective tool for demonstrating how the various mineral characteristics work together to influence the overall reactivity of the mineral. This study was supported by chemical, mineralogical and leachate chemistry data. The results show that the presence of other sulfides in contact with pyrite at the beginning of the weathering process is the most important parameter affecting pyrite reactivity, which is likely to be oxidized and passivated. In more advanced stages of leaching, mineral coatings which passivate the pyrite surfaces tend to play the most important role in defining the reactivity of pyrite. The electrochemical response of pyritic samples in conjunction with the evolution of the chemical quality of the leach solution in the simple experimental device here used, could then provide valuable information on acid mine drainage generation.     

山东平邑归来庄碲型金矿床中黄铁矿的矿物学特征研究

归来庄贫硫氧化型低温热液碲金矿床中黄铁矿形成于3个世代，不同世代黄铁矿的S／Fe均小于2，硫的质量分数平均值50．9％(小于标准值53．4％)，显示出明显的硫元素匮乏。不同时期的黄铁矿在晶形上有较明显的差异，并出现环带、环边及交代环边等结构构造。随着成矿作用的不断进行，从成矿早阶段到晚阶段成矿热液中的硫由于硫化物的不断结晶而消耗，成矿热液中硫逸度持续降低，可供进入黄铁矿品格的硫越来越少。成矿晚期，成矿热液中的砷替代硫大量进入黄铁矿的晶格中而形成与归来庄金矿床成矿作用密切相关的富砷黄铁矿，对该类型矿床具有找矿勘探的指示意义。