Fe(Ⅲ)供应速率对无定型施氏矿物形成的影响

施氏矿物(schwertmannite)已被证实是一种具特异性能的重(类)金属吸附新材料。但在直接由Fe3+或用强氧化剂氧化Fe2+合成该矿物时,常因夹有黄铁矾类物质而降低产品纯度。通过模拟FeSO4-K2SO4-H2O临界成矾体系,发现在嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)作用下存在无定型施氏矿物和晶型黄钾铁矾的合成反应竞争,其中Fe3+供应速率是一个影响铁矿物形成的重要因素,较低的Fe3+供应可以抑制K+的利用,这种变化趋势对无定型施氏矿物合成是有利的。当存在少量K+等成矾导向离子时,可通过合理调低Fe3+供应速率,有利于溶液中Fe3+平缓释放,改善施氏矿物纯度,这为A.ferroxidans菌生物法中直接使用无机盐培养基合成施氏矿物提供了可能。     

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。     

天然褐铁矿的光电化学响应及对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌生长的影响

通过对比实验研究了天然褐铁矿对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.f.)生长的影响.利用X射线衍射分析(XRD)确定实验中所用天然褐铁矿样品的主要物相为针铁矿和赤铁矿,紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和不同光照条件下的时间电流曲线表明天然褐铁矿在可见光下具有良好的光电化学响应.采用H型装置进行双室体系反应,设置了3组对比实验,结果显示A.f.在有光催化电子传入情况下生长较好,在96 h内细胞浓度增加了12倍,3组实验中Fe2+浓度的变化规律与A.f.的生长趋势相对应.由此揭示了天然褐铁矿促进A.f.生长的机制为:在光照作用下天然褐铁矿能产生光生电子-空穴对,光生空穴被电子供体(抗坏血酸)捕获,分离出的光生电子传入阴极室能够将Fe3+还原为Fe2+,实现Fe2+的电化学再生,提供充足的电子能量来源,促进细菌生长.     

Fe^2＋浓度对Acidithiobacillus ferrooxidans耐铜性的影响

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）是铜矿生物冶金中应用最广泛的微生物之一。但在冶金过程中淋滤出来的Cu2＋等重金属逐渐积累,达到一定的浓度后就会抑制A.ferrooxidans的生长,从而降低冶金的效率。本文着重研究了Fe2＋初始浓度对A.ferrooxidans耐铜性的影响。实验中ρ（Cu2＋）变化范围为0～5.0 g/L。结果表明,当ρ0（Fe2＋）为6.7 g/L时,A.ferrooxidans仅在Cu2＋为0～0.4 g/L的体系中能显著地氧化Fe2＋进行生长;当Cu2＋≥0.5 g/L时,A.ferrooxidans生长完全受到抑制。将ρ0（Fe2＋）增加到8.9 g/L,A.ferroox-idans在0.5、1.0、2.0和3.0 g/L Cu2＋的培养基中也能明显氧化Fe2＋,并最终将其完全氧化,Cu2＋对A.ferrooxidans生长抑制作用仅出现在4.0和5.0 g/L Cu2＋的体系中。因此提高体系中亚铁离子的浓度能提高菌体对Cu2＋的耐受力。研究结果对铜矿的生物冶金具有重要意义。     

硅藻土、石英砂和钾离子促进微生物转化酸性矿山废水中亚铁成次生矿物的研究

嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)能够在低pH值条件下,迅速将Fe2+氧化并产生大量次生羟基硫酸铁沉淀,从而除去水中可溶性Fe2+。这为富含Fe2+的酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)处理提供了新的思路。本文从晶种刺激和阳离子诱导两个方面,分别研究了固定化载体(硅藻土、石英砂)和具有强诱导能力的成矾离子(K+)对微生物转化酸性体系中Fe2+成次生矿物的影响。结果表明,3种材料均有明显促进可溶性Fe2+向次生矿物转化的作用,且总铁(TFe)沉淀率与3种材料的添加量呈正相关关系。在起始Fe2+浓度为160mmol/L,硅藻土、石英砂和钾离子最大添加量分别为10 g、10 g和80 mmol/L时,经过72 h反应后,TFe沉淀率分别比对照增加了8%、24%和20%。矿物中的Fe、K和S元素含量与溶液中的起始K+浓度有非常密切的关系,随着K+浓度的增大,矿物中的K和S含量逐渐增加,而Fe含量则相应减少。     

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。     

极端酸性环境下形成的施威特曼石（schwertmannite）及其环境学意义

施威特曼石(schwertmannite)是近年来发现存在于含SO42-丰富的极端酸性环境下的一种次生羟基硫酸高铁矿物,其结晶度较差,形态特殊,表面基团活性强,对其存在环境中有毒重(类)金属元素的迁移与钝化有重要影响。本文详细地介绍了施威特曼石的形成、组成结构、稳定性能、溶解度及其与重(类)金属元素的相互作用等方面的研究进展,并对其在地下水除砷中的应用前景进行了讨论。     

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。     

酸性矿山废水中生物成因次生高铁矿物的形成及环境工程意义

酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)是一类pH低并含有大量有毒金属元素的废水。AMD及受其影响的环境中次生高铁矿物类型主要包括羟基硫酸高铁矿物(如黄铁矾和施威特曼石等)和一些含水氧化铁矿物(如针铁矿和水铁矿等),而且这些矿物在不同条件下会发生相转变,如施氏矿物向针铁矿或黄铁矾矿物相转化。基于酸性环境中生物成因次生矿物的形成会"自然钝化"或"清除"废水中铁和有毒金属这一现象所获得的启示,提出利用这些矿物作为环境吸附材料去除地下水中砷,不但吸附量大(如施氏矿物对As的吸附可高达120mg/g),而且可直接吸附As(III),还几乎不受地下水中其他元素影响。利用AMD环境中羟基硫酸高铁矿物形成的原理,可将其应用于AMD石灰中和主动处理系统中,构成"强化微生物氧化诱导成矿-石灰中和"的联合主动处理系统,以提高AMD处理效果和降低石灰用量。利用微生物强化氧化与次生矿物晶体不断生长的原理构筑生物渗透性反应墙(PRB)并和石灰石渗透沟渠耦联,形成新型的AMD联合被动处理系统,这将有助于大幅度增加处理系统的寿命和处理效率。此外,文中还探讨了上述生物成因矿物形成在AMD和地下水处理方面应用的优点以及今后需要继续研究的问题。     

铁细菌培养过程中低分子有机酸钠盐对含硫酸根铁矿物形成的影响

普遍存在环境中的低分子有机酸盐对氧化亚铁硫杆菌的矿化产物(施氏矿和黄钾铁矾等铁矿物)会产生影响,从而导致环境中有毒重金属迁移转化发生变化.本文探讨了低分子有机酸钠盐对铁细菌HX3成长过程中代谢产物铁矿物的影响,并利用XRD、FTIR、FESEM和EDS对形成的铁矿物进行了表征与分析.研究结果表明,低浓度低分子有机酸钠盐...     

微生物-矿物接触作用对金属硫化物溶解的影响——氧化亚铁硫杆菌参与黄铜矿溶解的初步研究

在表生条件下,氧化亚铁硫杆菌的参与能够有效促进黄铜矿的氧化分解,前人研究认为微生物对黄铜矿的溶解有直接和间接作用,但相对贡献仍存在争议。利用透析膜将细菌和黄铜矿隔离,模拟对比了黄铜矿与氧化亚铁硫杆菌不接触和直接接触时的溶解行为。利用等离子光谱(ICP-AES)测定两种实验条件下溶液中Cu2+离子的浓度变化,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察了两种条件下黄铜矿表面特征的变化和次生产物特征。实验发现在两种模式下,氧化亚铁硫杆菌均不同程度提高了黄铜矿的溶解速率;直接接触模式比非接触模式对黄铜矿氧化分解的促进作用更显著。     

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。     

不同铁、氮转化功能微生物对Fe(Ⅱ)化学氧化的响应

在地下水位波动带、地表水-地下水交互带等氧化还原变化区域,O2会与Fe(II)发生反应产生活性氧,如·OH、·O2-、H2O2等.这些活性氧具有生物毒性,可能对微生物的存活产生影响,而不同的功能微生物对Fe(II)化学氧化产生活性氧的响应可能不同.为了验证这一科学假设,选取了一种Fe(II)氧化菌Pseudogulbe...     

增温、施氮、CO2浓度升高对羊草(C3)、芦苇(C4)植硅体组合的影响

研究未来全球变暖和氮沉降下C3、C4植物植硅体的变化规律,对松嫩草原优势群落演替方向的预判、古植被及古气候的重建和全球环境变化的预测等工作具有重要意义.本文选取松嫩草原的优势物种羊草(Leymus chinensis,C3)和芦苇(Phragmites communis,C4),对其进行模拟增温、施氮、CO2浓度升高处理,研究叶片部位植硅体的组合规律及形态变化特征,试图寻找在改变某一单一环境要素条件下,C3、C4植物所含各类型植硅体百分含量及形态的变化规律,以探究C3、C4植物植硅体对不同环境因素响应的异同.结果显示:CO2浓度升高、增温对羊草植硅体发育具有促进作用,对芦苇植硅体发育起抑制作用;氮素过高对羊草和芦苇植硅体的发育都不利,但增温能减轻施氮对羊草植硅体的负面效应.棒型、板型、方型、块状、蜂窝状植硅体对模拟增温、施氮、CO2浓度升高反应敏感,可作为指示环境变化的新指标.     

铀对(Ⅱ型)低熟烃源岩生烃演化的影响Ⅱ

在油、气、煤、铀多种能源矿产形成演化富集成藏(矿)过程中,有机-无机相互作用是普遍存在的,在有机质的强大吸附作用及其所提供的还原环境为铀的富集成矿起促进作用的同时,铀也改变了烃源岩的生烃演化进程。本文在Ⅱ型低熟烃源岩中加入碳酸铀酰溶液的条件下进行了生烃模拟实验,对比无铀-加铀样品生烃模拟实验产物的相关参数,以探讨油气生成过程中无机铀所起的作用。从实验结果可以看出,铀可以使产物中不饱和烃向饱和烃转化;促进长链烃的裂解,促进低分子量烃类的产生,从而使CH4的含量提高,使生成的烃类的干气化程度增加。铀可以在低温阶段促进有机质的成熟度,降低烃源岩的生烃门限,使低熟烃源岩早期生成烃类;同时在高温阶段阻止有机质过度成熟,利于所生成烃的保存。因而铀可能是未熟-低熟油气生成可能的无机促进因素之一。     

锌类质同像置换对Fe(Ⅱ)与磁铁矿共存体系去除Cr(Ⅵ)活性的制约

游离态Fe(Ⅱ)与磁铁矿的相互作用对环境污染物具有较强的还原活性。在自然界中,磁铁矿结构中的Fe2+和Fe3+常被过渡金属类质同像置换,显著改变磁铁矿的结构特征,物理化学性质和表面反应性。本研究考察了锌类质同像置换对磁铁矿与Fe(Ⅱ)共存体系去除Cr(Ⅵ)活性的制约及其机制。系列锌置换磁铁矿(Fe3-xZnxO4,x=0,0.25,0.49,0.74和0.99)用共沉淀法制备,并用XRD、TG、比表面积、酸碱滴定等方法进行系统的结构和物理化学性质表征。研究结果表明:系列锌置换磁铁矿样品具有尖晶石结构,Zn置换没有明显改变磁铁矿的晶体结构。比表面积和表面位密度随Zn置换量的提高而逐渐增大。在中性条件下,Cr(Ⅵ)快速吸附到磁铁矿表面,然后逐渐被磁铁矿及其表面吸附态Fe(Ⅱ)还原,最终固定在磁铁矿表面。随着Zn置换量的增加,磁铁矿与Fe(Ⅱ)共存体系对Cr(Ⅵ)的去除效率呈现先降低,后提高的变化趋势,这主要归因于共存体系对Cr(Ⅵ)还原能力的降低和吸附能力的提高。     

黏土矿物界面吸附Fe(Ⅱ)耦合对邻硝基苯酚还原转化的增强机理研究

系统考查了Fe(Ⅱ)分别与高岭石、蒙脱石结合的界面结合系统对邻硝基苯酚(简称2-NP)的还原转化作用。研究表明,矿物表面结合态Fe(Ⅱ)能够有效提高2-NP的还原转化速率,2-NP的还原反应符合伪一级反应动力学方程,而且速率常数(k)随溶液p H值、亚铁离子初始浓度以及反应温度的升高而显著增大。当温度25℃,p H值6. 7,Fe(Ⅱ)和2-NP初始浓度分别为3. 0 mmol/L、0. 022 mmol/L,以及黏土的投加量为4. 0 g/L时,Fe(Ⅱ)/高岭石系统对2-NP的还原转化率在4. 0 h内可达到100%。同样,p H值从6. 0升高至7. 3时,Fe(Ⅱ)/蒙脱石系统对2-NP的还原转化也显著增强;但在较低p H值和较低初始Fe(Ⅱ)浓度时,蒙脱石对Fe(Ⅱ)的还原催化性能不如高岭石,可归因于蒙脱石具有较高的离子交换性能。因此,Fe(Ⅱ)在上述两种矿物上吸附形态的差异是导致该系统对2-NP还原转化出现不同效应的根本原因。     

煅烧铝柱撑蒙脱石材料结合态Fe(Ⅱ)对邻硝基苯酚的还原转化研究

通过铝盐与蒙脱石(Na-Mt)反应制备了铝柱撑蒙脱石(Al-Mt),同时采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)对在不同温度(200~600℃)下煅烧获得的铝柱撑蒙脱石产物(At-Mt-X)进行表征。探讨Fe(Ⅱ)与Al-Mt-X所形成的复合系统对邻硝基苯酚(2-NP)的吸附-还原降解行为,包括铝柱撑蒙脱石的煅烧温度、煅烧铝柱撑蒙脱石的表面酸位变化以及溶液pH值等条件对邻硝基苯酚还原转化的影响。结果表明,由于随着煅烧温度的升高,煅烧铝柱撑蒙脱石表面酸性位点会逐渐减少,使得其对Fe(Ⅱ)的还原性能增强;煅烧温度高于500℃时,煅烧改性产物与Fe(Ⅱ)形成的Fe(Ⅱ)/煅烧铝柱撑蒙脱石复合系统显著提高了Fe(Ⅱ)物种的还原活性,因而有效增强对2-NP的还原降解。此外,Fe(Ⅱ)/煅烧铝柱撑蒙脱石复合系统对2-NP的还原降解符合准一级反应动力学方程,表观速率常数(k)随pH值和铝柱撑蒙脱石煅烧温度的升高而增大。作为一种功能性矿物材料,煅烧铝柱撑蒙脱石在缺氧环境下能有效促进吸附态Fe(Ⅱ)物种对污染物的还原降解,煅烧温度与pH值是其中两个重要的制约因素。     

As(Ⅴ)对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌混合培养物氧化性能的影响

通过对pH、Eh、溶液中Fe2+浓度的定期监测以及对实验结束时生成沉淀的XRD、SEM和元素能谱扫描等手段,对比研究了不同初始浓度的As(Ⅴ)对Fe2+的化学氧化和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)氧化的影响, 同时就As(Ⅴ)在实验体系中固液相之间的分配行为进行了分析.结果表明,Fe2+的化学氧化速率极低,最终氧化率低于8%,As(Ⅴ)的浓度对Fe2+的化学氧化没有影响.有A. ferrooxidans的实验体系,100 mg/L As(Ⅴ)对Fe2+的氧化具有一定的促进作用.当As(Ⅴ)浓度为500 mg～1 g/L时,Fe2+的氧化率在约60 h左右即可达到100%;但4g/L的As(Ⅴ)则会明显抑制Fe2+的氧化,Fe2+的完全氧化大约需要106 h.体系中初始的100 As/(As+S)(摩尔比)会对沉淀物的物相及结晶程度造成一定影响.As(Ⅴ)浓度为0 g/L时,微生物体系中生成的固体沉淀物黄钾铁矾的特征峰明显,随着As(Ⅴ)浓度的提高,沉淀物的结晶程度逐步下降,至4 g/L时沉淀物全部为无定形.元素能谱扫描检测到有大量的As(Ⅴ)存在于固体沉淀物中,表明在Fe2+的氧化过程中,As(Ⅴ)可能会以吸附或共沉淀的形式被固定在固相沉淀物中,这为酸性矿坑水(AMD)地区As(Ⅴ)污染的治理提供了重要的参考.     

微粒对多晶冰流变行为的影响(Ⅱ):显微组织演变

通过光学显微镜及单轴压缩的方法,研究了不同应力和温度下微粒对多品冰流变过程中显微组织演变的影响.研究表明:不论高温还是低温,或者高应力还是低应力,含微粒的多晶冰总是有较高的流变速率.在-10℃及1.45 MPa的应力下,两种冰在流变过程中的动态再结晶通过新生晶粒沿晶界的形核及长大完成.由于微粒在流变过程中通过阻碍晶界滑移而发展高的内应力,含微粒的多晶冰有较高的动态再结晶速率,其晶粒尺寸远小于不含微粒的多晶冰的晶粒尺寸.在-5℃、-10℃及0.4 MPa的应力下,由于微粒在流变过程中同样通过阻碍晶界滑移而发展较高的内应力,含微粒的多晶冰在流变过程中的动态再结晶仍然通过新生晶粒沿晶界的形核及长大完成.而对于不含微粒的多晶冰,由于流变应力较低,晶界应变能不足以诱发新生晶粒的形核,因此动态再结晶通过应变诱发的晶界迁移完成,其结果是晶粒的尺寸保持不变.