pH值和氧化剂对硫化锑氧化溶解的影响机制

矿山开采活动影响下辉锑矿的氧化溶解是影响岩-土-水环境介质中锑的迁移转化及其环境效应的重要过程。目前对于辉锑矿溶解的研究主要关注动力学特征,对于它氧化溶解的途径、环境因素的影响、锑的释放规律等重要问题的认识还不明确。为探究碳酸盐岩矿区地下水中锑释放过程,选取重要环境因素pH值和Fe(Ⅲ),采用单因素控制条件下的批实验方法,精细刻画避光条件下辉锑矿(Sb2S3)氧化溶解速率及Sb和S氧化产物的组成特征。研究结果表明,Sb2S3的氧化溶解是一个产酸的过程,Sb和S的释放速率、途径和产物特征受pH值和Fe(Ⅲ)的显著影响。Sb2S3的氧化溶解速率由快变慢后趋于平衡,初始反应速率的量级为10^-8 mol/(m^2·s),平衡反应速率的量级为10^-10 mol/(m^2·s)。Sb的释放氧化速率随pH值的增加而增加,强碱条件下最有利于Sb的释放和氧化。强酸条件下,H2S、SO2气体逸出和S(0)的沉淀促进了Sb2S3的溶解,Sb(Ⅲ)和S(0)为主要产物。中性条件下,溶解形成的HS-经逐步氧化生成SO2-4和少量S2O3^2-,Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)含量相近。强碱条件下,SbS3^3-和S-x的生成显著提升了Sb2S3的氧化溶解速率,Sb(V)和S2O3^2-是主要产物。Fe(Ⅲ)单独氧化作用时,Sb(Ⅴ)和S(0)是主要产物,锑释放的表观速率无显著提升,可能与SbOCl和S(0)的生成有关。研究表明,O2能够协同Fe(Ⅲ)氧化Sb2S3,但以Fe(Ⅲ)的作用为主导。本研究揭示了Sb2S3在不同pH值及氧化剂条件下氧化溶解的产物组成特征,提出了不同环境因素影响下的氧化溶解途径,证明碳酸盐岩天然缓冲地层更有利于锑的释放与氧化,岩溶地下水中锑诱发的环境效应会更为严重。