黄铁矿快速热分解产物的微结构特征及化学反应活性

Pyrite was transformed into pyrrhotite when it was thermally decomposed under anaerobic atmosphere. The phenomenon is widely occurred in nature. However, there are important scientific problems need investigation in the field of mineralogy which are including the effect of condition thermally decomposed, especially quickly thermally decomposed, on texture and crystal structure of products thermally decomposed and the mechanism of ferric production during the pyrite transformed into pyrrhotite. The study about the condition, mechanism and activity of nano structural pyrrhotite formed during pyrite quickly and thermal decomposed is very significant for the development of function material based pyrite because nano-size iron sulfides are high chemical activity and wide potential application. This project plan: to utilize XRD, transmission electron microscope, chemical valence analysis, magnetism technique etc to investigate the evaluation of chemical composition, texture, crystal structure and property of products from pyrite quickly thermally decomposed; to reveal the mechanism of ferric production during the pyrite transformed into pyrrhotite; To evaluate chemical reactivity of products calcined pyrite through the determination oxidation rate and activity reacted with copper ion in aqueous; to investigate the relationship of the calcined temperature, pyrite size, calcined time with the nano size, chemical composition, structure state, chemical reactivity. The study will establish theory base for realized genesis and evaluation process of natural pyrrhotite, nano structuralization proccessing technology of pyrite and application of novel material.

黄铁矿在保护气氛下煅烧脱硫转变为磁黄铁矿，然而相转变条件，特别是快速热分解对产物结构影响规律以及黄铁矿转变为磁黄铁矿过程中三价铁产生机制是矿物学领域一直未解的重要科学问题。纳米铁硫化物具有高化学活性和广泛潜在应用，探讨黄铁矿快速热分解纳米化的条件、机制、活性对黄铁矿功能材料研究具有重要理论意义。本项目拟进行控制温度、气氛、时间条件下的黄铁矿快速（秒时间尺度）热分解，通过XRD、高分辨电镜、化学价态分析、磁学方法等各种技术，表征黄铁矿快速热分解产物的结构、成分、性质演化规律，揭示保护气氛下黄铁矿向磁黄铁矿转变过程中三价铁的产生机制；通过对不同条件下煅烧黄铁矿产物氧化速率测定、与铜离子反应活性测定评价煅烧产物化学反应活性，研究煅烧温度、黄铁矿粒径、煅烧时间与产物晶体粒径、成分、晶体结构、孔结构、化学活性的内在联系。为认识自然界黄铁矿向磁黄铁矿演变过程、黄铁矿纳米化加工和新材料应用奠定理论基础。

3年研究时间内，围绕研究目标，主要开展了以下研究，取得了一定研究进展：.胶状黄铁矿的纳米矿物学特征。对产自铜陵新桥的胶状黄铁矿矿石进行了系统的野外调查，用XRD、TEM和SEM系统研究了其矿物组成、化学组成、粒径特征。通过对比野外自然氧化与室内氧化动力学实验，发现胶状黄铁矿化学氧化速率常数比普通黄铁矿大2个数量级以上，揭示了胶状黄铁矿化学氧化的纳米效应。这一发现的科学意义在于可以更深入理解胶状黄铁矿对矿山酸性排水的影响。.胶状黄铁矿除铜作用。分别用矿山酸性废水和模拟含铜废水开展动态实验，查明了胶状黄铁矿从酸性废水中除铜的效果和机理。结果表明纳米粒级黄铁矿具有与酸性溶液中铜离子交换反应的活性。同时，纳米粒级黄铁矿氧化新生铁氢氧化物也具有滞留铜离子的作用。该研究结果对于胶状黄铁矿的材料应用具有重要意义。.煅烧时间、温度对黄铁矿热分解产物结构和化学活性的影响。通过XRD、磁化率分析，考察了煅烧时间、温度对产物结构的影响规律。以产物在水溶液中化学氧化为途径，监测溶液中亚铁离子、硫酸根离子浓度、pH变化，考察产物的化学活性。结果表明黄铁矿的分解经历单斜磁黄铁矿到六方磁黄铁矿，再到陨硫铁的演变。要提高活性，就要使黄铁矿完全分解，且停留在单斜磁黄铁矿阶段。.硫精矿粉体在保护气氛下快速热分解产物反应活性。研究了产物对水中多种重金属离子的反应活性，以产物为滤料的系列动态试验结果表明，热活化产物与实验离子均能发生反应，铜离子效果最好。原理是产物单斜磁黄铁矿与重金属离子发生了交换反应。反应速率取决于单斜磁黄铁矿与重金属硫化物溶度积差；开展了产物动态实验柱同步脱氮除磷，发现在系统稳定时，硝酸盐、磷酸盐去除率均接近100%。利用分子生物学手段，证明了脱氮硫杆菌以磁黄铁矿中的硫和亚铁为电子供体还原硝酸盐为氮气。磁黄铁矿中的亚铁被微生物厌氧氧化为三价铁，三价铁与磷酸根反应固定了水中的磷。这一发现揭示了热活化产物同步脱氮除磷的应用潜力。