pH值和氧化劑對硫化銻氧化溶解的影響機制

作者：江南,李小倩,周愛國,黃雨榴,潘國芳

摘要：礦山開采活動影響下輝銻礦的氧化溶解是影響巖-土-水環境介質中銻的遷移轉化及其環境效應的重要過程。目前對于輝銻礦溶解的研究主要關注動力學特征,對于它氧化溶解的途徑、環境因素的影響、銻的釋放規律等重要問題的認識還不明確。為探究碳酸鹽巖礦區地下水中銻釋放過程,選取重要環境因素pH值和Fe(Ⅲ),采用單因素控制條件下的批實驗方法,精細刻畫避光條件下輝銻礦(Sb2S3)氧化溶解速率及Sb和S氧化產物的組成特征。研究結果表明,Sb2S3的氧化溶解是一個產酸的過程,Sb和S的釋放速率、途徑和產物特征受pH值和Fe(Ⅲ)的顯著影響。Sb2S3的氧化溶解速率由快變慢后趨于平衡,初始反應速率的量級為10^-8 mol/(m^2·s),平衡反應速率的量級為10^-10 mol/(m^2·s)。Sb的釋放氧化速率隨pH值的增加而增加,強堿條件下最有利于Sb的釋放和氧化。強酸條件下,H2S、SO2氣體逸出和S(0)的沉淀促進了Sb2S3的溶解,Sb(Ⅲ)和S(0)為主要產物。中性條件下,溶解形成的HS-經逐步氧化生成SO2-4和少量S2O3^2-,Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)含量相近。強堿條件下,SbS3^3-和S-x的生成顯著提升了Sb2S3的氧化溶解速率,Sb(V)和S2O3^2-是主要產物。Fe(Ⅲ)單獨氧化作用時,Sb(Ⅴ)和S(0)是主要產物,銻釋放的表觀速率無顯著提升,可能與SbOCl和S(0)的生成有關。研究表明,O2能夠協同Fe(Ⅲ)氧化Sb2S3,但以Fe(Ⅲ)的作用為主導。本研究揭示了Sb2S3在不同pH值及氧化劑條件下氧化溶解的產物組成特征,提出了不同環境因素影響下的氧化溶解途徑,證明碳酸鹽巖天然緩沖地層更有利于銻的釋放與氧化,巖溶地下水中銻誘發的環境效應會更為嚴重。

發文機構：中國地質大學（武漢）環境學院 江蘇省環保集團有限公司江蘇省環科院環境科技有限責任公司

關鍵詞：輝銻礦PH值Fe(Ⅲ)氧化溶解銻釋放stibnitepH valueFe(Ⅲ)oxidative dissolutionantimony release

分類號： X142[環境科學與工程—環境科學]