有机硅烷/纳米粘土复合钝化剂的制备及其对金属硫化物矿物的钝化性能研究

The mining process of metallic sulfide mine produces large amounts of tailings. Metallic sulfide minerals, which appear in the mine tailings, are easy to be oxidized under natural weathering conditions. The oxidation of sulfide minerals results in the formation of acid mine drainage, which is one of the most serious environmental problems facing the mining industry. For control the oxidation of sulfide minerals at source, organosilane/ nanoclay composites, a class of efficient and stable coatings, will be developed in this study. These kinds of coatings could be used to overcome the defects of organosilane coatings, such as large dosage, high cost and poor long-term stability. In this research, electrochemical method and conventional leaching approach will be used to investigate the potential of organosilane/ nanoclay composite coatings to suppress the chemical and biological oxidation. Moreover, the films forming mechanism, antioxidant mechanism and self-healing mechanism of the studied coatings would also be studied by physical-chemical characterization method, thus providing theory basis and technical support for environmental protection of mining area.

金属硫化物矿山在开采过程中会产生大量的尾矿，其中所含的金属硫化物矿物在自然风化作用下，容易通过化学和生物氧化形成酸性矿山废水（AMD），而AMD污染是采矿活动带来的最严重的环境问题之一。为从源头上控制金属硫化物矿物自然风化带来的环境影响，本项目拟针对目前已研究的有机硅烷钝化剂存在着用量大、成本高、长期稳定性较差的问题，设计和制备出新型高效及长效稳定的有机硅烷/纳米粘土复合钝化剂，以实现对金属硫化物矿物的表面钝化。采用电化学方法和传统的浸取法相结合的方式，探讨复合钝化膜的抗化学和生物氧化能力；并通过物理化学表征手段系统研究钝化膜的成膜机理、抗氧化机制及受损坏后的自修复机制。为矿区环境保护提供理论依据和技术支撑。

金属硫化物矿山在开采过程中会产生大量的尾矿，其中所含的金属硫化物矿物在自然风化作用下，容易通过化学和生物氧化形成酸性矿山废水（AMD），而AMD污染是采矿活动带来的最严重的环境问题之一。为从源头上控制金属硫化物矿物自然风化带来的环境影响，本项目设计和制备出了新型高效及长效稳定的有机硅烷/纳米粘土复合钝化剂，以实现对金属硫化物矿物的表面钝化。研究取得了以下主要结果：（1）选取γ-巯丙基三甲氧基硅烷(PropS-SH)作为主体钝化剂，选取二氧化硅、蒙脱石、海泡石和埃洛石等作为纳米填充剂，分别制备了四种均能对金属硫化物矿物实现良好钝化的复合钝化剂。（2）分别探讨了各复合钝化剂的抗氧化性能，发现各种钝化剂不仅有较好的抗化学氧化能力还具有很好的抗生物氧化能力。（3）分别研究了二氧化硅、蒙脱石、海泡石和埃洛石等为纳米填充剂所制备的复合钝化剂钝化黄铁矿的钝化机理。发现PropS-SH分子可相互之间发生水解缩合，以Si-O-Si键交联形成硅烷偶联网络结构；当所选取的纳米粒子加入PropS-SH钝化液中时，由于二氧化硅和纳米粘土表面富含的硅羟基可直接与硅烷发生偶联作用，从而使其以Si-O-Si化学成键的方式填充于硅烷网络结构中，以增加了硅烷网络的密实度。（4）本项目还通过在埃洛石（HNT）的管腔中封装另外一种对黄铁矿具有钝化能力的苯并三唑（BTA），实现其在酸性pH值条件下的BTA的释放。再将装载有BTA的埃洛石作为填充剂填充至PropS-SH中制备成PropS-SH/HNT-BTA（PSBT）复合钝化剂，从而大在增强了有机硅烷钝化膜的长期稳定性及自修复性能。项目研究结果目前已发表论文7篇，获授权专利一项，另有两篇论文正在投稿当中。