腐殖酸对黄铁矿表面氧化过程的影响及界面作用机制研究

Pyrite is the most abundant metal sulfide in the crust and is easily oxidized when exposed to air, which process would result in the formation of acid mine drainage (AMD）and inducing a series of environmental problems. However, in the metallurgical field, surface oxidation of pyrite is often used to efficiently recover the valuable metals and minerals associated with pyrite’s structure to enhance the utilization value of mineral resources. Therefore, the influencing factors on surface oxidation of pyrite have been the research focuses in the field of mine pollution treatment and metallurgical industry. Humic acid, the main active organic substance in soil, can be easily adsorbed on the surfaces of pyrite, but it remains unclear about the mechanism of interfacial interaction between humic acid and pyrite and the influences on the rate of surface oxidation of pyrite. Thus, the project intends to carry out the shake flask leaching experiments to explore the impact of humic acid on the rate of surface oxidation of pyrite. Meanwhile, on the basis of pyrite is a good semiconductor, the electrochemical methods will be used to further explore the influences of humic acid on the surface oxidation process of pyrite through the changes of current density, resistance and electron transfer. Finally, interface characterization and analysis methods will be proposed to further reveal the mechanism of interfacial interaction between humic acid and pyrite. This project is expected to be helpful to deepen the understanding of the effect of humic acid on the surface oxidation of pyrite, and which can provide an innovative methodology and theoretical basis for alleviating the formation of AMD and improving the resource utilization of tailings.

黄铁矿作为地壳中含量最为丰富的金属硫化物，暴露于空气中易发生表面氧化形成酸性矿山废水（AMD），进而产生一系列环境污染问题。冶金领域则常利用黄铁矿表面氧化，高效回收伴生于其结构中的贵重金属及其它矿物，提高矿产资源利用价值。因此，黄铁矿表面氧化影响因素探究一直是矿区污染治理和冶金行业领域的研究热点。腐殖酸为环境中主要活性有机物，易吸附于黄铁矿表面，但对于其是否会影响黄铁矿表面氧化速率以及两者之间界面作用机制，目前仍不明了。为明确这两个问题，项目拟采用摇瓶浸矿实验，探究腐殖酸对黄铁矿氧化速率的影响。同时，基于黄铁矿是良好的半导体，拟借助电化学方法从电流密度、电阻及电子转移等角度深入探究腐殖酸对黄铁矿氧化过程的影响。最后，采用界面表征分析手段，进一步厘清腐殖酸与黄铁矿界面作用机制。本项目有助于明确腐殖酸对黄铁矿表面氧化的影响，为从源头上减缓AMD产生及提高尾矿资源化利用价值提供新方法和理论依据。

黄铁矿作为矿区环境中最为常见的金属硫化物尾矿，在表生环境下易被氧化形成酸性矿山废水，进而诱发一系列环境污染问题。因此，黄铁矿表面氧化相关研究工作一直是矿区污染治理研究热点。腐殖酸作为环境中主要活性有机物，易吸附于矿物表面，但对于其吸附于黄铁矿表面后是否会影响黄铁矿表面氧化以及两者之间界面作用如何，目前尚缺乏系统地研究和论证，相关详细的界面作用机制也尚不明了。为明确这些问题，本文以自然环境中常见的两种典型腐殖酸富里酸和胡敏酸为研究对象，采用吸附实验探究这两种腐殖酸在黄铁矿表面的吸附特性。摇瓶浸矿实验探究富里酸、胡敏酸对黄铁矿表面化学及生物氧化的影响。同时，基于黄铁矿是良好的半导体，借助电化学方法从电流密度、电阻及电子转移等角度深入探究腐殖酸对黄铁矿表面电化学氧化过程的影响。最后，采用界面表征分析手段，探究了腐殖酸与黄铁矿界面作用机制。通过开展以上研究内容，获得的主要结论与认识如下：（1）吸附实验表明，富里酸胡敏酸均可稳定的吸附在黄铁矿表面，都更符合Langmuir模型且最大饱和吸附量富里酸分别为19.2 mg/g，胡敏酸为25.3 mg/g。（2）摇瓶浸矿实验表明两种腐殖酸对黄铁矿的化学、生物氧化均起到了一定的抑制作用。化学氧化中，当黄铁矿吸附富里酸后，减缓黄铁矿化学氧化速率约47%；而吸附胡敏酸后，黄铁矿氧化速率减缓约40%。生物氧化中，富里酸、胡敏酸主要通过抑制A. ferrooxidans的生长来减缓黄铁矿表面生物氧化速率。（3）循环伏安曲线和电流时间曲线表明，吸附富里酸、胡敏酸后，黄铁矿在低电压下生成富硫层物质的表面反应得到明显抑制。高电压下，腐殖酸吸附层部分被击穿，对黄铁矿表面主体结构的溶解反应抑制作用比较有限。交流阻抗曲线和Tafel极化曲线结果进一步表明，吸附富里酸、胡敏酸后，黄铁矿表面电化学反应的电子转移电阻率明显增大，腐蚀电流密度显著下降。通过该项目的实施有助于名晰富里酸胡敏酸对黄铁矿表面氧化的具体影响及其表界面作用机制。