熱處理黃鐵礦的結(jié)構(gòu)和物性演化及其化學(xué)反應(yīng)活性.pdf

1、黃鐵礦是地殼中分布最廣的硫化物，形成于多種不同地質(zhì)條件下，蘊(yùn)藏著豐富的地質(zhì)信息，是最重要的成因指示礦物之一。但是作為礦物，其自身的價(jià)值還沒有得到充分的挖掘。多數(shù)時(shí)候作為廢礦被拋棄，生成礦山酸性排水，嚴(yán)重污染環(huán)境。隨著礦物法治理環(huán)境污染的興盛，黃鐵礦的環(huán)境屬性也日益受到關(guān)注。因此，根據(jù)環(huán)境污染治理的需要，對(duì)黃鐵礦進(jìn)行深入系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究是十分必要和緊迫的。
　　前人圍繞黃鐵礦的氧化、鐵硫化物處理水中各類污染物開展了廣泛的研究，取得了很

2、多的成果。但這些研究都較分散，缺乏系統(tǒng)性的研究。另外，對(duì)于熱改性黃鐵礦關(guān)注較少，對(duì)黃鐵礦熱處理過程中結(jié)構(gòu)和物性的演化規(guī)律及其變化的本質(zhì)缺少深入系統(tǒng)地理解。而搞清楚熱處理黃鐵礦晶體結(jié)構(gòu)、形貌、物理化學(xué)特性演化規(guī)律，理解黃鐵礦的熱處理改性的本質(zhì)，以及黃鐵礦的加工和應(yīng)用是十分重要的。
　　因此，本文利用X射線粉術(shù)衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子熒光光譜(XRF)、X光電子能譜(XPS)、離子色譜、熱重-差熱分析(TG/DT

3、A)、磁性測(cè)量系統(tǒng)和比表面積分析儀等現(xiàn)代分析測(cè)試手段對(duì)不同成因的黃鐵礦進(jìn)行了系統(tǒng)研究，認(rèn)識(shí)了不同成因黃鐵礦在不同溫度、不同氛圍熱處理前后晶體結(jié)構(gòu)、物性和微觀形貌變化;研究了黃鐵礦及其熱處理產(chǎn)物在水中的氧化過程;研究了黃鐵礦及其熱處理產(chǎn)物除磷、除鎘作用和機(jī)理。完成的主要研究工作和成果總結(jié)如下:
　　(1)無氧條件下黃鐵礦熱改性過程研究。對(duì)采自銅陵新橋膠狀黃鐵礦和普通黃鐵礦在氮?dú)獗Ｗo(hù)下不同溫度熱處理物相、微觀形貌、磁化率、砷含量演變規(guī)

4、律進(jìn)行了對(duì)比研究。發(fā)現(xiàn)不同成因、雜質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致黃鐵礦受熱相變溫度、微觀形貌、磁化率和砷含量等都存在差異。熱處理過程中膠狀黃鐵礦與普通黃鐵礦在相變溫度和特性方面的差異表明納米到亞微米晶體大小的膠狀黃鐵礦在煅燒過程中體現(xiàn)出明顯的納米效應(yīng)。
　　(2)有氧條件下熱處理產(chǎn)物微結(jié)構(gòu)和物性研究。對(duì)沸騰爐焙燒硫酸燒渣和天然黃鐵礦精礦粉進(jìn)行了對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)沸騰爐焙燒硫酸燒渣是由納米-亞微米粒徑的磁鐵礦、磁赤鐵礦和赤鐵礦晶體組成，粒間存在納米-亞微米

5、孔隙。燒渣結(jié)構(gòu)特性表明硫精礦粉中10-100μm粒徑的黃鐵礦在焙燒過程中由于快速分解、氧化、相變發(fā)生了多晶化、部分納米化，形成納米-微米孔徑的多孔結(jié)構(gòu)磁性材料。
　　(3)鐵硫化物在水中的氧化過程研究。對(duì)不同鐵硫化物及其熱處理產(chǎn)物在水中的氧化過程進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明不同鐵硫化物在水中的氧化反應(yīng)活性不同，熱處理可以改變黃鐵礦的反應(yīng)活性，熱處理黃鐵礦晶體結(jié)構(gòu)和礦物成分上的變化是影響其在水中反應(yīng)活性的主要因素。鐵硫化物在水中氧化過程

6、符合零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。膠狀黃鐵礦的氧化速率遠(yuǎn)大于其他鐵硫化物，在合適的溫度下煅燒可以顯著提升膠狀黃鐵礦的氧化速率。不同的氧化物是影響膠狀黃鐵礦及其煅燒產(chǎn)物宏觀氧化速率的主要因素，而表面能則是影響其微觀氧化速率的主要因素。
　　(4)黃鐵礦除磷過程和機(jī)理研究。對(duì)不同黃鐵礦及其煅燒產(chǎn)物靜態(tài)和動(dòng)態(tài)除磷進(jìn)行了對(duì)比研究，結(jié)果表明天然黃鐵礦和煅燒產(chǎn)物對(duì)于低濃度磷的去除效果都很好，都有很寬的pH值適應(yīng)范圍，常見陰離子對(duì)其除磷效果的影響都較小。

7、但是，煅燒黃鐵礦產(chǎn)物的除磷效率要遠(yuǎn)大于天然黃鐵礦，其除磷速度、吸附總量都要優(yōu)于天然黃鐵礦;氧是影響煅燒黃鐵礦除磷的關(guān)鍵因素。其除磷的主要反應(yīng)是氧化生成的三價(jià)鐵離子與磷酸根離子結(jié)合形成磷酸鐵。
　　(5)黃鐵礦除鎘過程和機(jī)理研究。對(duì)膠狀黃鐵礦及其煅燒產(chǎn)物除鎘過程進(jìn)行了對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)煅燒溫度、反應(yīng)pH值以及溶解氧均對(duì)除Cd(Ⅱ)效果有顯著影響。在弱酸性無氧溶液中煅燒產(chǎn)物多孔結(jié)構(gòu)化單斜磁黃鐵礦除Cd(Ⅱ)機(jī)理主要是Fe1-xS與Cd2+