生物浸出过程中黄铁矿电子、空穴转移规律及溶解机理研究

硫化矿的生物浸出工艺是当今世界研究的热点问题，黄铁矿是自然界存在最广泛的一种硫化矿，因此黄铁矿的生物浸出具有十分重要的研究意义。虽然前人对黄铁矿的生物浸出做了大量的研究，但关于硫化矿半导体因素对生物浸出过程影响的研究很少。本项目将以黄铁矿半导体特征为切入点，选取典型的矿物标本，针对电子心型黄铁矿和空穴心型黄铁矿晶体结构的区别，研究在由生物浸出过程形成的温度梯度场中电子和空穴的转移模式，确定施主和受主在晶格中的化学键断裂的条件，分析施主和受主如何参与反应，解析细菌参与下，电子心型和空穴心型黄铁矿晶体瓦解的动态过程，揭示不同半导体类型黄铁矿与其他硫化物组成矿物对、矿物链的生物氧化动态腐蚀过程，并建立原电池反应模型。在这些研究的基础上明确生物浸出黄铁矿溶解规律，深化黄铁矿生物浸出机理。

硫化矿的生物浸出工艺是当今世界研究的热点问题，黄铁矿是自然界存在最广泛的一种硫化矿，因为晶格缺陷呈不同的半导体类型，而不同半导体类型的黄铁矿在提取有价元素和矿物浸出过程中扮演不同角色。研究不同类型的黄铁矿的性质有十分重要的意义。.本项目采用MS中的castep模块，分析不同半导体类型黄铁矿的成因， Castep模块模拟显示，存在Fe原子缺失，As原子替代S原子的晶格缺陷的黄铁矿呈P型黄铁矿的性质；存在S原子缺失，Co原子替代Fe原子，Ni原子替代Fe原子呈N型黄铁矿的性质，N型半导体黄铁矿整体态密度左移，表现为还原性增强。.对黄铁矿（0,1,0）表面进行弛豫研究表明，弛豫面还原性增强，弛豫面上二硫键断裂，无论是在弛豫面上的Fe元素还是S元素，都表现为还原性增强。.无菌条件下循环伏安曲线研究表明，黄铁矿阳极反应过程由多步组成，首先氧化生成Fe2+和SO42-，接着Fe2+被氧化生成Fe3+。通过循环伏安曲线得到氧化还原峰的电位信息，综合各中间反应过程，黄铁矿最终被氧化成Fe3+和SO42-。Fe3+环境下tafel曲线测试表明，N型和P型黄铁矿腐蚀电流随Fe3+浓度的升高而增大，在3g/L、6g/L、9g/LFe3+条件下，N型黄铁矿的腐蚀电流分别是P型黄铁矿腐蚀电流的3.66倍、4.31倍、6.52倍。Fe2+环境下tafel曲线测试表明，N型和P型黄铁矿腐蚀电流在Fe2+浓度的升高时基本不变，在3g/L、6g/L、9g/LFe2+条件下，N型黄铁矿的腐蚀电流分别是P型黄铁矿腐蚀电流的4.75倍、4.75倍、4.74倍。.有菌条件下循环伏安曲线研究表明，有菌条件下，反应进一步复杂，极化曲线（tafel曲线）测量显示，初始Fe2+浓度为3g/L、6g/L、9g/L时，N型和P型黄铁矿腐蚀电流随着初始Fe2+浓度增加而增加，N型黄铁矿的腐蚀电流分别是P型黄铁矿的1.38倍、1.41倍、1.20倍。有菌条件下N型黄铁矿更易于被腐蚀。无论是N型还是P型黄铁矿，有菌条件下更容易发生腐蚀。.细菌的存在使溶液氧化电位升高，降低氧化还原电对能级，使其更接近于FeS2的价带能级，空穴集中在非键轨道形成的能带区，浸出反应过程可两步进行：第一步，黄铁矿中Fe的3d轨道带区空穴和H2O反应，第二步，•OH向氧化位置移动，参与S2-的氧化，便于空穴的转移。