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金属硫化矿多为金属矿山的伴生矿物,矿山开采后的尾矿在堆积过程中,由于风化作用会使其溶出大量的重金属和酸性物质,同时释放的酸性溶液又加速金属硫化矿及其它造岩矿物的氧化和溶解。这些污染物在径流或渗流等作用下发生迁移转化。为了从源头解决尾矿的污染问题,必须了解金属硫化矿的氧化过程。 本文以4种典型的金属硫化物矿物(黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿和闪锌矿)为研究对象,利用开路电位(OCP)、循环伏安(CV)法,Tafel极化曲线和交流阻抗(EIS)等电化学方法,研究了4种矿物经过不同条件下的硬脂酸和油酸处理后的氧化过程、钝化机理和钝化效率。同时进行最优钝化效果时的离子溶出实验,并与电化学测量的结果作比较,探讨影响钝化效果的因素。实验结果表明: 四种典型金属硫化物矿物 OCP值的顺序为:黄铁矿>磁黄铁矿>黄铜矿>闪锌矿。黄铁矿与磁黄铁矿OCP值相差不明显,但是由于磁黄铁矿自身有导体的性质,比有半导体属性的黄铁矿更容易被氧化。CV曲线的测量结果表明,这4种金属硫化物矿物表面在酸性溶液中的氧化过程分为两步,第一步是矿物表面的硫膜和Fe2+或Cu+被氧化,第二步是矿物表面硫层被破坏后,自身的氧化导致矿物晶格被破坏,溶出的金属或金属离子和S2-被氧化。 X光电子能谱(XPS)扫描结果显示,硬脂酸和油酸的加入使得金属硫化矿表面被覆盖一层膜。测量经过不同浓度的硬脂酸和油酸溶液处理的金属硫化物矿物制成的工作电极,结果表明:这层膜使OCP的值明显降低,对尾矿的氧化反应和还原反应均有抑制作用,但并不改变尾矿的氧化还原机理。分析Tafel极化曲线和 EIS阻抗谱图:3%的硬脂酸或5%的油酸对黄铁矿钝化效率最大,5%的硬脂酸或8%的油酸、5%的硬脂酸或5%的油酸和5%的硬脂酸或3%的油酸分别对黄铜矿、磁黄铁矿和闪锌矿也有相同的响应,整体上油酸的钝化效率高于硬脂酸。比较硬脂酸和油酸抑制4种矿物氧化反应的差异,磁黄铁矿响应最明显,而闪锌矿的差异性很小。 用不同浓度的硬脂酸和油酸的乙醇溶液处理黄铁矿,并未改变其氧化过程,但使得除最优钝化浓度以外的其他浓度下钝化剂的钝化效率有较明显提高。Fe3+的加入极大的降低了钝化剂的钝化效率,5g/L的Fe3+存在时,8%油酸对黄铜矿的钝化效率从77%下降到17%。 黄铁矿离子的溶出实验表明,乙醇的加入虽然提高了整体的钝化效率,但降低了钝化效果。黄铜矿离子的溶出实验表明,硬脂酸和油酸的加入明显抑制了离子溶出的速度和降低了离子溶出的浓度,且油酸的抑制效果优于硬脂酸,5g/L的Fe3+的存在极大的降低了钝化剂的钝化效果。