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。     

开放体系下方铅矿和黄铁矿之间原电池反应的实验研究

金属硫化物矿物之间的原电池反应对于酸性矿山排水的形成、硫化物矿床的次生富集作用、地球电化学勘探以及湿法冶金过程等都有很重要的影响。通过改变溶液中氧化剂组分F e3 的浓度、pH值、溶液的流动状况以及溶液的盐度(如N a2SO4的浓度),采用精密的电流计和电位计,对作为阳极的黄铁矿与作为阴极的方铅矿所形成的原电池反应的电流密度和整个原电池的混合电位进行研究,结果表明:溶液中[F e3 ],pH值以及溶液的流动状况对黄铁矿和方铅矿之间原电池反应的影响很大,而溶液的盐度对反应的影响不是很显著。实验还发现,当黄铁矿电极表面存在微小裂纹时,其电极电位可降低至同条件下方铅矿的电极电位以下。这一实验结果在混合电位理论和Bu tler-V o lm er方程中得到了理论上的解释。     

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。     

含金黄铁矿氧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，体系的电位较低，距溶解自然金呈Ａｕ（ＳＯ４）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。     

pH值对羟基磷灰石除镉行为的影响

介质的pH值是影响羟基磷灰石(Hap)除镉行为最为复杂的因素之一,它决定了水溶液中Cd2+的赋存状态及Hap的溶解特性与表面性质等,而这些因素与Hap的除镉行为密切相关。实验研究表明,强酸(pH<3)条件下Cd2+的去除率随pH值的升高增加较快,但当pH≥3时这种增加变缓。在广泛的pH值范围内,Hap在含镉溶液和空白溶液中均表现为质子催化和非化学计量比的溶解机理。根据络合平衡计算,Cd2+在不同pH值时具有不同的型体及分布系数。Hap在空白溶液中的表面电动电势ζ为负值,且随pH值的增加其电负性增大。由此可知Hap除镉行为的作用机理是表面络合与表面电位吸附,而不存在溶解 沉淀作用。     

金在黄铁矿表面沉淀机理的实验研究

为了研究金在黄铁矿表面沉淀的机理,于室温、常压,在氯化物溶液中进行了黄铁矿粉末吸附金的实验。在不同pH的溶液中,黄铁矿均可吸附金,而且pH值明显地影响吸附速率。扫描电镜观察表明,反应后黄铁矿粒表面有金晶体形成。XPS研究得知,黄铁矿光片与含金氯化物溶液反应后表面有A⁰存在;硫在反应初期为S⁰、S₂O₃^2-,随后转变为SO₄^2-,而铁成为Fe³⁺.黄铁矿中的Fe²⁺和S₂^2-是溶液中金的还原剂。金在黄铁矿表面沉淀可能涉及吸附、还原和晶体生长等过程。     

30℃条件下氧化亚铁硫杆菌作用后黄铁矿的表面特征

为了深入研究氧化亚铁硫杆菌对黄铁矿氧化的影响，本文设计了二组平行实验：一组在H2SO4溶液中加入黄铁矿；另一组在加入黄铁矿的H2SO4溶液接种氧化亚铁硫杆菌。溶液的pH值用浓硫酸调到2．5。利用扫描电子显微镜对新鲜黄铁矿表面及硫酸溶液和含氧化亚铁硫杆菌溶液淋滤过的黄铁矿表面进行了观察。实验结果表明，新鲜黄铁矿表面比较平滑，硫酸溶液淋滤的黄铁矿表面也比较平滑，未见明显的浸蚀坑，而在氧化亚铁硫杆菌作用后的黄铁矿表面上，存在大量各种型式的浸蚀坑。     

天然黄铁矿对阳离子有机染料RhB吸附特性研究

以黄铁矿作为吸附剂研究罗丹明B(Rhodamine B,RhB)的吸附特性,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对黄铁矿进行了表征。考察了接触时间、溶液pH值、离子强度、温度等对黄铁矿吸附RhB的影响。结果表明,在吸附平衡时间120 min、pH值4.0时,吸附量达到最大值21.3 mg/g。升高温度,黄铁矿对RhB的吸附量逐渐增大。而离子强度对吸附几乎没有影响。实验数据与Langmuir吸附模型拟合良好,整个吸附动力学模型符合准二级吸附动力学模型。热力学研究证实了该吸附过程是自发进行的。通过对吸附反应结束后的黄铁矿进行煅烧处理,去除表面吸附的RhB,结果表明煅烧一次的黄铁矿仍然可以吸附废水中约50%的RhB,具有重复利用的价值。     

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。     

粤北大宝山多金属矿酸性矿山废水中氧化亚铁硫杆菌对黄铁矿的生物氧化作用研究

利用从大宝山尾矿库酸性矿山废水培养得到的氧化亚铁硫杆菌(A.f.菌)和废矿石中的黄铁矿进行不同pH值条件下加菌和不加菌氧化实验。通过测定实验过程溶液的阳离子、硫酸根离子含量和pH值,并通过实验固体产物的XRD分析和反应前后黄铁矿表面的扫描电镜(SEM)对比分析,探讨了大宝山酸性矿山废水中的A.f.菌在不同pH值条件下对黄铁矿的氧化作用。认为:大宝山黄铁矿氧化过程中除了产生Fe离子之外,还产生了Cd、As等毒性离子,黄铁矿在pH值为2.00的环境下比pH值为3.00的环境下更容易被氧化;A.f.菌对黄铁矿的氧化有明显的促进作用,在实验条件的30d内使黄铁矿的表观氧化速率提高2～3倍;黄铁矿的生物氧化作用应该包括非接触的间接氧化作用和接触氧化作用。     

黄铁矿中硫、铁连续测定

黄铁矿用硝酸氯酸钾混合物分解。将溶液之pH值调至1.5,以磺基水杨酸为指示剂,用EDTA络合滴定铁。测完铁的溶液调节pH为3左右,加硝酸铅溶液使硫酸根呈硫酸铅沉淀析出与其它元素分离。最后在pH5.9的乙酸-乙酸钠缓冲溶液中,以二甲酚橙为指示剂,用EDTA滴定铅,计算硫的含量。     

地球电化学勘查法寻找不同埋深隐伏金矿的研究

1隐伏金矿金离子晕的形成机制。金矿周围离子晕中的金离子主要来源于金矿的氧化溶解与电化学溶解,埋藏浅的矿体主要是氧化溶解,埋藏较深的矿体则以电化学溶解为主。理论上Au在Au^ 、Au^3 及金络阴离子溶液中的标准电极电位都比较高,但据实验测定,在中性或还原性溶液中的电极电位都低于黄铁矿的稳定电位。自然界中金多赋存于黄铁矿为主的硫化矿物中,     

金(银)迁移和沉淀的原理(文摘) 1、在低温热液系统中金的沉淀机制

在温度低于250℃的低温热液系统中,金的性态往往取决于pH值和氧逸度。黄铁矿化和粘土矿化组合相对稳定时,金多以二硫络合物的形式运移。在砷含量较高的热液系统中,硫砷络合物往往占主导地位。在这种条件下,氧化作用、浓度减低和温度下降都可能引起金的沉淀。某些低品位金矿床就是由吸附和共沉淀作用形成的。搬运溶液中     

磁铁矿协同增强磁黄铁矿去除水体中六价铬

利用天然磁铁矿辅助合成磁黄铁矿去除水体中的Cr(Ⅵ).实验结果表明,磁铁矿对合成的磁黄铁矿去除水体中Cr(Ⅵ)过程存在协同增强作用.同时利用X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)对反应前后样品进行分析,发现水体中的Cr(Ⅵ)被有效的还原为Cr(Ⅲ),并以Cr(OH)3及Cr2O3的形式沉淀.设计正交试验探究了磁铁矿粒度、投加量以及废水pH值对除铬过程中2种矿物间协同作用的影响,发现3种因素的影响作用大小顺序为pH值＞磁铁矿粒度＞磁铁矿用量.磁铁矿协同磁黄铁矿去除Cr(Ⅵ)的最优条件为pH值= 3,磁铁矿粒度75～150 μm,用量占比40％.讨论得出2种矿物间的协同作用应包括1)磁铁矿对磁黄铁矿在水溶液中团聚现象的抑制作用;2)酸性条件下磁铁矿表面Fe(Ⅲ)对溶液中磁黄铁矿释放H2S的固定作用.     

双室电化学体系中产电微生物与黄铁矿单晶协同电子转移反应

通过构建产电微生物—黄铁矿双室体系, 应用电化学方法对以黄铁矿单晶电极作为产电微生物电子受体时, 两者间的电子转移过程进行表征和分析.结果显示, 与惰性石墨电极相比, 以黄铁矿单晶作为产电微生物电子受体时, 体系最大功率密度提升132.9%;电化学阻抗谱显示, 黄铁矿单晶电极极化电阻降低98.8%, 表现出优良的电化学反应特性, 表明产电微生物与黄铁矿单晶间具有良好的电子转移活性.籍由产电微生物对底物的氧化作用, 与黄铁矿单晶接受产电微生物电子在0.34 V(相对于饱和甘汞电极)处发生的还原反应, 构成了两者间完整的协同电子转移过程.      

利用硫氧化细菌改良盐碱土

硫氧化细菌具有氧化单质硫及硫化物,生成硫酸的特性。根据硫氧化细菌的这种生物特性,使其在盐碱土中发生生化反应,将硫磺粉氧化生成硫酸,中和盐碱土中的OH^-,从而达到改良盐碱土的目的。在实验中,土样分为吹填土、盐田土、农田土、绿化土4组,将一定体积的氧化硫硫杆菌、排硫杆菌菌液和硫磺粉加入到各土样中,每12 h观测一次土壤上清液的pH值和电导率。实验结果表明:氧化硫硫杆菌和排硫杆菌对降低土壤pH值有明显作用,使土壤pH值由7.5降低到7.2,对改良碱土有一定的作用。     

单斜与六方磁黄铁矿处理含Cr(VI)废水过程中pH值变化规律

与六方磁黄铁矿相比,单斜磁黄铁矿Fe缺位较普遍。在初始pH值分别为3.40～9.66和3.47～9.66较宽范围内,利用单斜磁黄铁矿和六方磁黄铁矿处理含Cr(VI) 废水,当反应达到充分平衡时,废水的pH值分别变化在3.61～4.47和5.39～6.57范围内。六方磁黄铁矿除Cr(VI)效果明显不及单斜磁黄铁矿,但被氧化的六方磁黄铁矿除Cr(VI)效率有所 提高。电化学分析表明,在酸性介质中处理的反应过程为H+的消耗过程,而在碱性介质中 则为OH 的消耗过程。根据pH值的这一变化规律,可自行调节处理过程中水质的酸性变化 ,能节省传统工艺中需要加碱以中和处理后酸性水的环节,具有一定的实际应用价值。     

黄铁矿载金的原因和特征

对102个金矿床载金矿物的统计表明,黄铁矿是最普遍最重要的载金矿物。造成黄铁矿成为主要载金矿物的原因,有三个矿物学方面的因素,即结构因素、成核因素和电化学因素。结构因素表现在黄铁矿晶体结构中存在对硫 ［S2］2－,对硫 形成过程中对金离子具还原效应。成核因素表现在自然金成核常选择原子排布与之最接近的黄铁矿表面为衬底,以降低成核能。电化学因素表现在黄铁矿的热电性导致金离子在其表面发生电化学反应而沉淀结晶。对黄铁矿载金能力的分析表明,细粒、它形、裂隙发育程度高、As和Sb含量高以及P型的黄铁矿载金能力高,自形黄铁矿中的{210}、S面{100}及其聚形晶的载金能力高。     

硫化物矿物原电池反应的实验研究进展

自然界中大多数硫化物矿物都有良好的导电性,具有半导体的性质.当具有不同电极电位的矿物在溶液中接触在一起,就会形成原电池发生电化学腐蚀,其中电极电位低的矿物作为原电池的阳极发生氧化反应,其溶解会加剧,而电极电位高的矿物作为原电池的阴极发生还原反应,其溶解会受到抑制.     

基于铀矿中本源硫杆菌对黄铁矿和铀矿浸出的协同作用

研究砂岩型铀矿床中本源嗜酸性氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans, At.f）、嗜酸性氧化硫硫杆菌（Acidithiobacillus thiooxidans,At.t）对黄铁矿及铀矿浸出的协同作用。采用富集培养法、无机盐硅酸钠平板法对砂岩型铀矿中的硫杆菌分离纯化,通过分析菌株的形态学特征、生理生化结果及16S rDNA序列确定菌株的系统发育地位,并利用摇瓶培养法设计浸矿试验,向黄铁矿浸出体系中分别加入分离纯化的At.f、At.t及混合的At.f和At.t,检测pH值、氧化还原电位值（Eh值)的变化,浸矿40 d,测定浸矿体系的总铁离子浓度和硫酸根离子浓度,并分析黄铁矿矿渣表面形态及成分。根据黄铁矿的浸出结果,设计铀矿浸出试验,浸矿40 d,测定浸出体系中的pH值、Eh值、总铁离子浓度、硫酸根离子浓度等参数并计算四价铀的浸出率。结果表明,分离的两株优势菌中SW-2鉴定为嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(At.f),SW-3鉴定为嗜酸性氧化硫硫杆菌(At.t)。At.f、At.t浸出黄铁矿和铀矿时存在协同作用,At.f为浸矿体系的强氧化剂,主要将Fe2+氧化成Fe3+,Fe3+将UO2氧化成可溶性的UO22+;At.t可为浸矿体系提供酸性环境;At.f: At.t = 5:1试验组对黄铁矿和铀矿的浸矿效果最好,四价铀的浸出率为55.60%,黄铁矿矿渣表面形态显示细菌对黄铁矿存在直接的氧化作用;At.f、At.t高效浸出黄铁矿的菌量比例对以黄铁矿为伴生矿的铀矿的细菌浸出也具有明显的促进作用,研究结果可以为工业微生物浸铀时提供一定的支持并为以黄铁矿为伴生矿的其他矿物的微生物浸出提供参考。