黄钾铁矾的形成条件研究及其环境意义

黄钾铁矾的化学合成实验表明,调整合适的pH值及介质浓度,常温常压下可以实现黄钾铁矾的快速形成。影响黄钾铁矾形成的主要因素包括pH值、温度及硫酸铁介质的浓度。常温下,当pH值在2.60~3.10时,24h内即有黄钾铁矾沉淀出现,2d内则有大量黄钾铁矾生成;在90℃左右时,形成黄钾铁矾的溶液pH值范围增大至1.20~3.10,而且在该范围内,pH值越大越利于黄钾铁矾的形成。高硫酸铁浓度有利于黄钾铁矾的形成,硫酸铁浓度较高(大于0.05M)时,形成较纯的黄钾铁矾矿物;而低浓度时,生成的黄钾铁矾常常含有水绿矾及胶体状的红色无定形羟基硫酸铁杂质。黄钾铁矾的沉淀过程可以用来治理矿山及工业废水,去除其中的S、Fe及As、Cr、Hg、Pb等有毒有害元素。常温常压下黄钾铁矾快速形成的实现为在产生酸性废水的矿山废石堆上形成黄钾铁矾类矿物胶体隔离防渗层提供了良好的潜在应用前景。     

黄钾铁矾类矿物沉淀去除Cr(Ⅵ)的初步研究

为探讨黄钾铁矾类矿物沉淀对Cr(Ⅵ)的去除效果,利用黄钾铁矾类矿物沉淀对模拟含Cr(Ⅵ)废水进行了初步实验处理,结果表明,黄钾铁矾类矿物沉淀对含Cr(Ⅵ)废水有较好的去除效果,去除率都在70%以上,最高可达85%。黄钾铁矾与黄铵铁矾沉淀对Cr(Ⅵ)的去除率差别不大;溶液酸碱度对去除率有明显影响,在pH值为2.5~3.2时,时间相同,较高的pH值比低pH值的去除率高。黄钾铁矾类矿物的沉淀过程可用来处理矿山及其他工业废水,去除S、Fe和Cr(Ⅵ)等有毒有害元素。     

不同条件下形成的黄钾铁矾微形貌对比研究

黄钾铁矾是酸性矿山废水（AMD） 中常见的次生矿物,能有效吸附AMD中Cu、Pb、Zn、Gd、As等重金属元素。不 同条件下形成的黄钾铁矾微形貌不同,其吸附能力也不同。文章通过化学法和微生物法合成了黄钾铁矾,并在粤北大宝山 矿酸性矿山废水中采集了含黄钾铁矾的泥样。利用扫描电镜-能谱分析（SEM） 和X光衍射（XRD）,对三种不同条件下形 成的黄钾铁矾进行鉴定和微形貌特征观察,并分析黄钾铁矾的形成条件。结果表明,常温条件下,pH值2.0~2.5时能够化 学合成黄钾铁矾,其晶体粒径约2~10 μm,且晶形呈板状;而在65℃时,可在pH2.0~3.0之间化学合成黄钾铁矾,但晶形 差。微生物法合成黄钾铁矾pH范围是2.0~5.0,其晶形完好,呈菱面体且晶体大小比较均匀,而约为2~4 μm。酸性矿山废 水中的黄钾铁矾形成的pH值为2.5~3.5,晶形为菱面体形,单个晶体大小多为1~2 μm。根据其形成条件和微形貌特征,文 章推测酸性矿山废水中形成的黄钾铁矾可能是微生物成因。     

黄钾铁矾类矿物生成对嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸提废旧印刷线路板铜的影响

摘要:研究柱浸条件下黄钾铁矾类矿物生成对嗜酸氧化亚铁硫杆菌浸提废旧印刷线路板金属铜的浸出影响,结果表明:柱浸体系中黄钾铁矾类矿物生成是影响浸铜效率的主要因素;pH值在2.20时可以保持浸出体系中一定的Fe3+量与较高的ORP值;黄钾铁矾类矿物在有细菌作用时生成;加酸维持低pH值(pH2.50)可减少黄钾铁矾类矿物的生成,浸出反应能持续进行。     

不同条件下形成的黄钾铁矾微形貌对比研究

黄钾铁矾是酸性矿山废水（AMD） 中常见的次生矿物，能有效吸附AMD中Cu、Pb、Zn、Gd、As等重金属元素。不 同条件下形成的黄钾铁矾微形貌不同，其吸附能力也不同。文章通过化学法和微生物法合成了黄钾铁矾，并在粤北大宝山 矿酸性矿山废水中采集了含黄钾铁矾的泥样。利用扫描电镜-能谱分析（SEM） 和X光衍射（XRD），对三种不同条件下形 成的黄钾铁矾进行鉴定和微形貌特征观察，并分析黄钾铁矾的形成条件。结果表明，常温条件下，pH值2.0~2.5时能够化 学合成黄钾铁矾，其晶体粒径约2~10 μm，且晶形呈板状；而在65℃时，可在pH2.0~3.0之间化学合成黄钾铁矾，但晶形 差。微生物法合成黄钾铁矾pH范围是2.0~5.0，其晶形完好，呈菱面体且晶体大小比较均匀，而约为2~4 μm。酸性矿山废 水中的黄钾铁矾形成的pH值为2.5~3.5，晶形为菱面体形，单个晶体大小多为1~2 μm。根据其形成条件和微形貌特征，文 章推测酸性矿山废水中形成的黄钾铁矾可能是微生物成因。     

氧化亚铁硫杆菌作用下形成的黄钾铁矾的SEM研究

黄钾铁矾是金属硫化物在酸性条件下氧化形成的主要次生矿物。很多研究表明,金属硫化物矿区广泛发育的氧化亚铁硫杆菌会影响金属硫化物的氧化分解和次生矿物的形成。为讨论氧化亚铁硫杆菌在黄钾铁矾形成过程中的作用,设计了两组平行实验制备黄钾铁矾：一种采用化学方法合成黄钾铁矾,另一种在相同条件下接种氧化亚铁硫杆菌合成黄钾铁矾。利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等技术对两种实验获得的黄钾铁矾进行定性分析和形貌观察。结果表明：在氧化亚铁硫杆菌充分繁殖的条件下,细菌的参与更利于黄钾铁矾的形成;Fe^2+的氧化速率可能是影响黄钾铁矾结晶的主要因素,氧化亚铁硫杆菌通过提高Fe^2+的供应速度促使黄钾铁矾快速结晶,细菌作用下形成的黄钾铁矾结晶程度好于纯化学方法制备的黄钾铁矾。     

Cl-/SO42-铁盐对含可溶性胞外多聚物Acidithiobacillus ferrooxidans溶液中铁矿物形成的影响

铁细菌胞外多聚物作用下聚集的铁可通过氧化或者沉淀作用使铁稳定或沉积,从而形成铁矿物。本文基于铁细菌胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)对铁矿物形成的调控作用,介绍了Cl-/SO_4~(2-)的Fe(Ⅲ)或Fe(Ⅱ)盐作用下,含可溶性EPS的氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)溶液中铁矿物的形成,观察了溶液pH值变化及形成铁矿物的矿相与结构,并采用XRD、FTIR和FESEM对其进行表征。结果发现反应溶液中OH-离子可与Fe3+形成微米级"针垫"聚集球状或纳米级小球形施威特曼石和微米级"菱形"块状黄钾铁矾铁矿物沉淀。反应溶液中的可溶性EPS可调控和促进铁矿物的形成,但对Fe2+的氧化未产生影响;外源Fe盐可促进施威特曼石向黄钾铁矾转化。随着Cl-/SO_4~(2-)摩尔比例的增加(即Cl-含量的不断增加),两矿相间的转化明显受到抑制,且铁矿物颗粒之间的集聚作用明显减弱;反之,SO_4~(2-)含量升高时,有利于铁矿物间的转化和聚集球状颗粒形貌结构的形成。     

水锰矿与Fe2+的相互作用与转化过程

作为表生土壤环境中易生成且分布广泛的氧化锰矿物,水锰矿(γ-MnOOH)能参与铁氧化物的生成过程,影响Fe_(2+)的迁移、转化和归趋。本文考察了pH值为3.0~7.0的模拟水溶液体系中水锰矿与Fe_(2+)的相互作用及其生成铁氧化物的过程,分析了Fe_(2+)浓度、pH值和空气(氧气)对Fe(Ⅲ)氧化物晶体结构类型、化学组成和反应速率的影响。研究结果表明,水锰矿氧化Fe_(2+)产物主要为针铁矿和纤铁矿;pH值为3.0~5.0时产物为针铁矿,而pH值为7.0时产物为针铁矿与纤铁矿的混合物,且高浓度Fe_(2+)会促使纤铁矿生成;引入空气利于针铁矿生成;反应速率随着pH值升高、氧气分压的增大而加快。本工作丰富了对铁氧化物在常见锰氧化物表面形成和转化过程的认识。     

利用黄钾铁矾类矿物形成过程预处理高浓度含硫废水

利用黄钾铁矾类矿物形成过程对某高浓度工业含硫废水进行预处理,除去一定量的SO42-,使溶液中低价态的硫继续转化成SO42-,再进行氧化处理。采取二次沉淀除去溶液中更多的SO42-,大大降低了该水样的COD值。通过实验得出沉淀的最佳工艺条件为pH值为2.50～3.20,氯化铁晶体(FeCl3.6H2O)最佳投入量为50g/L。经过两次黄钾铁矾类矿物沉淀过程,该废水COD的去除率达到85.29%,结合H2O2的氧化处理,COD去除率可达96%。为高浓度含硫废水进入生化处理前的预处理提供了实验依据。     

葡聚糖对酸性矿山废水中次生铁矿物形成的影响

采用H2O2氧化Fe2＋并供应4种不同浓度葡聚糖的方法,探讨在H2O2氧化体系中葡聚糖对次生铁矿物形成的影响。结果表明：葡聚糖对次生矿物的形成具有明显的抑制作用;随着葡聚糖浓度的提高,次生矿物内的Fe含量降低,而S含量没有显著变化,且所有处理的K含量均较低;没有葡聚糖处理的次生矿物XRD特征峰与黄钾铁矾吻合,而添加葡聚糖后形成的次生矿物的特征峰与施氏矿物吻合,但是所有处理的次生矿物的结晶度都不高;随着葡聚糖浓度的提高,次生矿物的颗粒尺寸降低,比表面积增加。因此,葡聚糖能够抑制次生矿物的合成,并且阻止次生矿物由施氏矿物向黄钾铁矾的转变。     

含方解石铜矿石微生物氧化作用的实验研究

矿山固体废物中硫化物经微生物作用形成的酸性矿山排水及其引起的重金属污染是备受关注的环境问题,而岩石和矿石中的方解石能够影响酸性矿山排水的生成和迁移。为了考察方解石对硫化物-微生物氧化作用的影响,开展了系统的模拟实验,利用ICP-AES、XRD、XRF等分析手段,测定了实验溶液的pH值、Eh值、离子浓度和次生沉淀成分。结果表明,在无方解石或方解石含量低时,黄铜矿的微生物氧化过程中,pH值下降、Eh值上升,有多种重金属离子进入溶液,并生成大量黄钾铁矾、自然硫等次生沉淀。添加过量方解石能有效中和氧化过程产生的酸并能显著抑制氧化菌的活动。因此通过添加碳酸盐矿物的方法可使溶液pH调节至微碱性,降低微生物的活性、阻滞铜矿石的氧化,能够有效降低重金属的释放。     

硫酸盐还原菌及异化铁还原菌对 黄钾铁矾还原作用的对比

选取酸性矿坑水环境中常见的次生含铁硫酸盐矿物———黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]为研究对象,用硫酸盐还原菌 Desulfovibriovulgaris 和异化铁还原菌Shewanellaputrefaciens CN32对其进行还原实验,探讨作为重金属治理潜在材料的 黄钾铁矾的微生物稳定性.实验采用非增长型培养基,在中性、厌氧、30℃的条件下进行.采用湿化学方法测量水溶液及还原产 生的总Fe2+ ,利用X射线衍射(X-raydiffraction,简称XRD)来分析反应后残余固体物质的矿物组成,用扫描电镜(scanning electronicmicroscopy,简称SEM)观察固体残余物的形貌特征.结果表明,没有微生物的参与,黄钾铁矾的稳定性较好.异化铁 还原菌S.putrefaciens CN32和硫酸还原菌D .vulgaris 在营养极其匮乏的中性厌氧条件下均能还原黄钾铁矾晶格中的 Fe3+ ,显示出黄钾铁矾被微生物还原的可能性.S.putrefaciens CN32还原黄钾铁矾晶格中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为0.001mmol·L-1·h-1和0.37%.与S.putrefaciens CN32不同,D .vulgaris 对黄钾铁矾的还原能力较强,不 含有电子穿梭体(Anthraquinone-2,6-disulfonate,简称AQDS)的实验体系中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为 0.017mmol·L-1·h-1和16.80%,而添加了AQDS的实验体系的则分别达到了0.026mmol·L-1·h-1和24.30%,这可能与 黄钾铁矾中含有SO42- 有关.D .vulgaris 优先还原黄钾铁矾晶格中的SO42- 产生的H2S是强还原剂,也可促进Fe3+ 的还原, 微生物以及H2S的双重作用可能是导致D .vulgaris 体系中Fe3+ 还原率较高的原因.XRD分析表明,黄钾铁矾经过S.putrefaciens CN32的作用,物相没有发生变化;而经过D .vulgaris 作用后,黄钾铁矾的特征峰消失,固相残余物中出现了菱铁 矿(FeCO3)、蓝铁矿[Fe3(PO4)2·8H2O]等次生矿物.由于培养基中没有添加任何的磷酸盐,因此蓝铁矿的出现可能是由于培 养基中添加的少量酵母浸膏降解后产生的磷酸根与D .vulgaris 还原黄钾铁矾产生的Fe2+ 相互作用的结果.这些认识对深入 理解地球表层铁的生物地球化学循环具有重要意义,为矿山环境重金属的污染治理提供了实验依据.      

广东大宝山铁龙AMD中赭色沉积物的含铁次生矿物研究

以广东大宝山铁龙酸性矿山废水(AMD)为研究对象,采集了7个采样点的赭色沉积物样品。利用X射线荧光光谱(XRF)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线粉晶衍射(XRD)和场发射扫描电镜/能谱分析(FESEM/EDS),对AMD中赭色沉积物的矿物相及形貌进行鉴定。现场测定采样点水体物理化学参数(pH/Eh),探讨不同物理化学条件对含铁次生矿物相的影响。结果表明,大宝山铁龙AMD中赭色沉积物的含铁次生矿物主要有施威特曼石、黄钾铁矾、针铁矿、水铁矿等,此外沉积物中还含有七水铁矾、叶绿矾、四水白铁矾、针绿矾、纤铁矾、锡铁山石及羟铝矾等可溶性硫酸盐。施威特曼石具有带骨针棒状、海胆状形貌,针铁矿常呈针状及肾状集合体产出,黄钾铁矾呈六方板状,施威特曼石常可与黄钾铁矾或者针铁矿共生。赭色含铁次生矿物能在AMD较大范围的pH条件下存在,但倾向于Eh高的环境。当pH值增大时,施威特曼石有转变为针铁矿的趋势,并且针铁矿能保存施威特曼石的形貌特征。     

酸性环境下生物成因施氏矿物稳定性研究

施氏矿物是酸性矿山废水中广泛存在的次生矿物,其形成和转化受环境pH值、温度和共存离子等条件影响。文中研究了酸性环境中生物成因施氏矿物和吸附了三价砷的生物成因施氏矿物,在不同温度和钾离子浓度条件下的稳定性。结果表明,老化温度的增加促进施氏矿物相的转变:4℃条件下,在15周的老化时间里,无砷及含砷施氏矿物均未发生相转变;而在40℃条件下,经过15周的老化,则无砷和含砷施氏矿物均发生了部分相转变。此外,钾离子浓度变化可以导致施氏矿物老化产物不同:生物成因施氏矿物在0.01mM钾离子条件下老化15周后的转化产物主要为针铁矿,在100mM钾离子条件下老化产物为黄钾铁矾和针铁矿。含As(Ⅲ)施氏矿物在0.01mM钾离子条件下老化15周后没有发生相转变,在100mM钾离子条件下发生了部分相转变,产物为黄钾铁矾。生物成因施氏矿物中的As(Ⅲ)使得矿物在环境中更加稳定。     

海洋铁锰结核对次甲基蓝的氧化性脱色

利用锰氧化物具有高的吸附与氧化还原化学活性的特点,研究了采自东太平洋的铁锰结核对阳离子染料次甲基蓝氧化性脱色特征。结果表明,铁锰结核表面的非均相氧化是次甲基蓝脱色的主要机制。在通常的染料废水浓度范围内,铁锰结核可有效地对次甲基蓝染料废水氧化脱色。随染料浓度降低,铁锰结核投放量增加和粒度减小,次甲基蓝的脱色率明显提高。次甲基蓝的矿化程度(TOC去除率)较高,但仍低于脱色率。pH对次甲基蓝脱色的影响主要体现在对表面配位体形成和对体系还原电位的影响,当pH<4.0时,脱色率随酸度的增加明显提高;当pH在4.0~10.0时,溶液pH值对脱色率影响有限。在铁锰结核连续循环体系中,溶解Mn2 浓度和pH的增加是脱色率不断下降的主要原因。     

富含微生物体系内温压条件对自生碳酸盐岩和铁硫化物形成的影响

甲烷渗漏区沉积层中存在的大量自生碳酸盐岩和铁硫化物,是指示天然气水合物存在的标志。但对其形成条件的实验研究还不多见。利用自主研发的模拟装置,首次在富含甲烷氧化菌和硫酸盐还原菌的微生物系统内,通过水化学分析方法,探讨不同温度和压力下水化学组分的变化;通过扫描电镜和能谱分析方法,确定自生碳酸盐和铁硫化物的形态和种类,研究它们在不同温压条件下的形成规律。结果表明:5℃,8℃和10℃实验中,pH保持在6.5~7.4之间,ORP稳定在-100.0 mV附近,HCO₃-浓度为202.55~639.93 mg/L。2.5 MPa,5.0 MPa和7.5 MPa实验中,pH在6.1~7.2之间,ORP稳定在-100.0~-50.0 mV之间,HCO₃-浓度为324.08~789.95 mg/L。温度和压力通过影响微生物代谢产生S2-和HCO₃-、离子结合两个过程,最终控制矿物的形成。碳酸钙、菱铁矿和铁硫化物在各实验中都有生成。温度升高:HCO₃-浓度变化范围变小,S2-浓度增加,氧化还原电位减小;碳酸钙形成较少;菱铁矿随温度升高而增加,铁硫化物形成随S2-浓度增加而变广,表明温度升高促进铁硫化物和菱铁矿的形成。压力增加:S2-生成量增加,ORP（氧化还原电位）变得更小;形成的铁硫化物颗粒越大且形态更好;生成的碳酸钙变少,可能受到S2-浓度的影响。这些实验结果对于研究全球海洋中碳和硫的存储及循环、自生矿物的形成机理等都具有重要意义。     

A.ferrooxidans培养过程中Al/Fe(摩尔比)对铁矿物形成产物的影响

主要研究了磷酸铝(Al PO4)的加入量对氧化亚铁硫杆菌HX3培养液中铁矿物形成的影响,并对相应沉淀产物进行了结构表征分析。结果表明,Al PO4的加入对细菌培养过程中Fe2+的氧化无明显影响,但可促进Fe3+的水解和初始铁矿物相的形成,也可加速黄钾铁矾的转化形成。Al/Fe(摩尔比)为0. 04～1的培养液中主要形成产物为施威特曼石和黄钾铁矾; Al/Fe为0. 4和1时另有磷酸铁矿形成。较高的Al/Fe比值和磷酸根含量有利于磷酸铁矿的形成。     

广东云浮硫铁矿山氧化亚铁硫杆菌的分离及生长规律研究

从广东云浮硫铁矿坑水中分离得到了氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）Y1菌株,并对其生长规律进行了初步的研究。发现随着时间的变化,培养基溶液中的Fe^2＋浓度与细菌数量呈明显的负相关,间接证明了A.f菌通过钒化Fe^2＋来获得能量。当溶液中Fe^3＋浓度达到一定程度的时候形成黄钾铁矾沉淀,而溶液的pH值会先变大后变小,维持在2．0～2．5之间。     

不同pH条件下胶体对含水介质中铵氮迁移的影响

为了研究在不同酸碱条件下含水介质中铵氮迁移的胶体效应,文章在室内水动力弥散试验的基础上,进行了不同酸碱条件下天然黏土胶体对铵氮迁移影响的试验。研究结果表明:土柱出水铵氮穿透曲线表现为"未穿透"、"开始穿透"和"完全穿透"三个阶段;含水介质对铵氮的迁移有一定的阻滞作用,阻滞因子Rd1。根据胶体DLVO理论,不同pH不仅影响水溶液中铵氮水解平衡,同时也影响胶体粒径及Zeta电位,影响铵氮、胶体及含水介质三者间的相互作用,从而进一步影响铵氮在含水介质中的迁移:当水溶液pH为3.5时,含胶体含水介质对铵氮的阻滞因子Rd(4.17)大于无胶体铵氮Rd(3.57),胶体对铵氮的迁移起到阻滞作用;pH为10.5时,不含胶体Rd为2.50,大于含胶体Rd(2.03),胶体对铵氮运移促进作用;pH=7.5时,胶体对铵氮迁移影响不显著;同时研究发现,不论有无胶体作用,不同酸碱环境中含水介质对铵氮迁移的阻滞作用一致,阻滞系数大小均表现为:Rd(pH=10.5)Rd(pH=7.5)Rd(pH=3.5)。     

钾长石粉酸浸除铁废液资源化的实验研究

钾长石粉经过硫酸或盐酸酸浸除铁后, 废液中含有大量的金属离子和游离酸.对废硫酸进行循环利用实验, 钾长石粉铁的浸出率达到88.3%.对酸浸废液进行蒸发结晶, 分别制备得到了纯度为94.1%的绿钾铁矾和74%的三氯化铁.用硫酸酸浸废液蒸发结晶后, 铁的回收率为70.0%, 钾的回收率为96.5%, 整个工艺无需高温, 无需加压, 操作简单, 具有高效、低能耗、低污染的特点, 表明用本项技术处理酸浸废液行之有效.分析认为, 废液呈强酸性、溶液中存在大量Fe2+、碱金属离子含量偏低是蒸发结晶过程中形成绿钾铁矾而不是黄钾铁矾的主要原因.