黄铁矿表面钝化剂的筛选及其钝化机理研究

Pyrite is one of the most common sulfide minerals. It is frequently present in tailings, waste rock dumps and many valuable mineral raw materials. It is easy to be oxidized under natural weathering conditions. The oxidation of pyrite results in sulfuric acid and toxic trace metals formation in acid mine drainage, which is one of the most serious environmental problems facing the mining industry. For the control of pyrite oxidation at source, new method of passivation would be introduced in this study, which can limit both the chemical and biological oxidation of pyrite at microscopic level and without mineral pretreatment. In this research, we would use electrochemical method and the traditional method of extraction to find efficient coating agents in preventing the oxidation of pyrite. Moreover, the film forming mechanism and resistance oxidation mechanism of passivator would also be studied by physical-chemical characterization method, thus providing theory basis and the technical support for environmental protection of mining area.

黄铁矿作为一种最常见的金属硫化物矿物，它普通的存在于各种矿石及尾矿堆中，同时也常见于各种贵金属伴生矿中。受自然风化作用，环境中的黄铁矿很容易发生氧化而引起矿山酸性废水的污染，这种污染也是人类采矿业中面临的最大环境问题之一。为从源头上控制黄铁矿氧化带来的环境影响，在本项研究中，我们拟采用新的表面钝化法，在不需要预处理的情况下实现对黄铁矿的直接钝化，从微观水平上阻断黄铁矿的化学和生物氧化途径，阻止或减缓有毒有害物质的释放。本研究拟采用电化学方法和传统的浸取法相结合的方式，寻找出稳定高效的黄铁矿表面钝化剂，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, 从而为矿区环境保护提供理论依据和技术支撑。

自然界中广泛存在的黄铁矿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。为从源头上控制黄铁矿自然风化带来的环境影响，本项目采用电化学方法和传统的浸取法相结合的方式，筛选出了几种高效的黄铁矿表面钝化剂，并通过物理化学表征手段系统研究了钝化膜的成膜机理、抗氧化机制。研究取得了以下主要结果：（1）筛选出了巯丙基三甲氧基硅烷（PropS-SH）、乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）、氨丙基三甲氧基硅烷（APS）及三乙烯四胺（TETA）等几种钝化效果较好的钝化剂，而其中在相同条件下PropS-SH的钝化效果最好。（2）发现巯丙基三甲氧基硅烷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）PropS-SH在黄铁矿表面覆膜的过程中，通过水解反应生成了硅醇分子，而硅醇分子之间相互缩合，生成大量以Si-O-Si为骨架的网状结构。同时，水解好的硅烷与黄铁矿表面羟基发生交联反应，在表面形成Fe-O-Si化学键，从而使硅烷分子以大的Si-O-Si网状结构包膜在黄铁矿表面。而经PropS-SH包膜后的黄铁矿表面形成了一层疏水保护层，从而实现对黄铁矿与外界氧化物的阻隔。（4）PropS-SH/纳米SiO2复合钝化剂能在较少量PropS-SH的条件下实现对黄铁矿较好的钝化效果，同时也大在增强了有机硅烷钝化膜的长期稳定性。项目研究结果目前已发表SCI论文4篇，出版专著1部，另有两篇论文正在投稿当中。