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1.
Fe(Ⅲ)供应速率对无定型施氏矿物形成的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
施氏矿物(schwertmannite)已被证实是一种具特异性能的重(类)金属吸附新材料。但在直接由Fe3+或用强氧化剂氧化Fe2+合成该矿物时,常因夹有黄铁矾类物质而降低产品纯度。通过模拟FeSO4-K2SO4-H2O临界成矾体系,发现在嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)作用下存在无定型施氏矿物和晶型黄钾铁矾的合成反应竞争,其中Fe3+供应速率是一个影响铁矿物形成的重要因素,较低的Fe3+供应可以抑制K+的利用,这种变化趋势对无定型施氏矿物合成是有利的。当存在少量K+等成矾导向离子时,可通过合理调低Fe3+供应速率,有利于溶液中Fe3+平缓释放,改善施氏矿物纯度,这为A.ferroxidans菌生物法中直接使用无机盐培养基合成施氏矿物提供了可能。 相似文献
2.
选取酸性矿坑水环境中常见的次生含铁硫酸盐矿物———黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]为研究对象,用硫酸盐还原菌
Desulfovibriovulgaris 和异化铁还原菌Shewanellaputrefaciens CN32对其进行还原实验,探讨作为重金属治理潜在材料的
黄钾铁矾的微生物稳定性.实验采用非增长型培养基,在中性、厌氧、30℃的条件下进行.采用湿化学方法测量水溶液及还原产
生的总Fe2+ ,利用X射线衍射(X-raydiffraction,简称XRD)来分析反应后残余固体物质的矿物组成,用扫描电镜(scanning
electronicmicroscopy,简称SEM)观察固体残余物的形貌特征.结果表明,没有微生物的参与,黄钾铁矾的稳定性较好.异化铁
还原菌S.putrefaciens CN32和硫酸还原菌D .vulgaris 在营养极其匮乏的中性厌氧条件下均能还原黄钾铁矾晶格中的
Fe3+ ,显示出黄钾铁矾被微生物还原的可能性.S.putrefaciens CN32还原黄钾铁矾晶格中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+
还原率分别为0.001mmol·L-1·h-1和0.37%.与S.putrefaciens CN32不同,D .vulgaris 对黄钾铁矾的还原能力较强,不
含有电子穿梭体(Anthraquinone-2,6-disulfonate,简称AQDS)的实验体系中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为
0.017mmol·L-1·h-1和16.80%,而添加了AQDS的实验体系的则分别达到了0.026mmol·L-1·h-1和24.30%,这可能与
黄钾铁矾中含有SO42- 有关.D .vulgaris 优先还原黄钾铁矾晶格中的SO42- 产生的H2S是强还原剂,也可促进Fe3+ 的还原,
微生物以及H2S的双重作用可能是导致D .vulgaris 体系中Fe3+ 还原率较高的原因.XRD分析表明,黄钾铁矾经过S.putrefaciens
CN32的作用,物相没有发生变化;而经过D .vulgaris 作用后,黄钾铁矾的特征峰消失,固相残余物中出现了菱铁
矿(FeCO3)、蓝铁矿[Fe3(PO4)2·8H2O]等次生矿物.由于培养基中没有添加任何的磷酸盐,因此蓝铁矿的出现可能是由于培
养基中添加的少量酵母浸膏降解后产生的磷酸根与D .vulgaris 还原黄钾铁矾产生的Fe2+ 相互作用的结果.这些认识对深入
理解地球表层铁的生物地球化学循环具有重要意义,为矿山环境重金属的污染治理提供了实验依据. 相似文献
3.
氧化亚铁硫杆菌作用下形成的黄钾铁矾的SEM研究 总被引：29，自引：3，他引：26
黄钾铁矾是金属硫化物在酸性条件下氧化形成的主要次生矿物。很多研究表明,金属硫化物矿区广泛发育的氧化亚铁硫杆菌会影响金属硫化物的氧化分解和次生矿物的形成。为讨论氧化亚铁硫杆菌在黄钾铁矾形成过程中的作用,设计了两组平行实验制备黄钾铁矾：一种采用化学方法合成黄钾铁矾,另一种在相同条件下接种氧化亚铁硫杆菌合成黄钾铁矾。利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等技术对两种实验获得的黄钾铁矾进行定性分析和形貌观察。结果表明：在氧化亚铁硫杆菌充分繁殖的条件下,细菌的参与更利于黄钾铁矾的形成;Fe^2+的氧化速率可能是影响黄钾铁矾结晶的主要因素,氧化亚铁硫杆菌通过提高Fe^2+的供应速度促使黄钾铁矾快速结晶,细菌作用下形成的黄钾铁矾结晶程度好于纯化学方法制备的黄钾铁矾。 相似文献
4.
施氏矿物是酸性矿山废水中广泛存在的次生矿物,其形成和转化受环境pH值、温度和共存离子等条件影响。文中研究了酸性环境中生物成因施氏矿物和吸附了三价砷的生物成因施氏矿物,在不同温度和钾离子浓度条件下的稳定性。结果表明,老化温度的增加促进施氏矿物相的转变:4℃条件下,在15周的老化时间里,无砷及含砷施氏矿物均未发生相转变;而在40℃条件下,经过15周的老化,则无砷和含砷施氏矿物均发生了部分相转变。此外,钾离子浓度变化可以导致施氏矿物老化产物不同:生物成因施氏矿物在0.01mM钾离子条件下老化15周后的转化产物主要为针铁矿,在100mM钾离子条件下老化产物为黄钾铁矾和针铁矿。含As(Ⅲ)施氏矿物在0.01mM钾离子条件下老化15周后没有发生相转变,在100mM钾离子条件下发生了部分相转变,产物为黄钾铁矾。生物成因施氏矿物中的As(Ⅲ)使得矿物在环境中更加稳定。 相似文献
5.
黄钾铁矾的形成条件研究及其环境意义 总被引：14，自引：0，他引：14
黄钾铁矾的化学合成实验表明,调整合适的pH值及介质浓度,常温常压下可以实现黄钾铁矾的快速形成。影响黄钾铁矾形成的主要因素包括pH值、温度及硫酸铁介质的浓度。常温下,当pH值在2.60~3.10时,24h内即有黄钾铁矾沉淀出现,2d内则有大量黄钾铁矾生成;在90℃左右时,形成黄钾铁矾的溶液pH值范围增大至1.20~3.10,而且在该范围内,pH值越大越利于黄钾铁矾的形成。高硫酸铁浓度有利于黄钾铁矾的形成,硫酸铁浓度较高(大于0.05M)时,形成较纯的黄钾铁矾矿物;而低浓度时,生成的黄钾铁矾常常含有水绿矾及胶体状的红色无定形羟基硫酸铁杂质。黄钾铁矾的沉淀过程可以用来治理矿山及工业废水,去除其中的S、Fe及As、Cr、Hg、Pb等有毒有害元素。常温常压下黄钾铁矾快速形成的实现为在产生酸性废水的矿山废石堆上形成黄钾铁矾类矿物胶体隔离防渗层提供了良好的潜在应用前景。 相似文献
6.
《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
矿山酸性废水(Acid mine drainage,AMD)中,含有大量的溶解性Fe、SO2-4和重金属,因此在AMD这种极端特殊的环境中容易形成含铁硫酸盐次生矿物,比如施氏矿物、水铁矿、黄钾铁矾、针铁矿等。据报道,这些次生矿物对AMD河流中重金属的迁移特性起着至关重要的作用[1,2]。因此对AMD河流沉积物中矿物组成特征的调查研究,有助于了解主要矿物对类重金属迁移转化等地球化学过程的影响,为矿区重金属污染修复提供可靠的理论依据[3]。因此本研究结合差示X射线衍射和连续萃取的方法,建立适合典型金属硫化物矿区受AMD影响河流沉积物的矿物学分析方法,在此基础上研究施氏矿物、水铁矿、黄钾铁矾、针铁矿等次生矿物对类重金属环境特性的影响。本研究以广东省韶关市大宝山矿区(24°34′28″N,113°43′42″E)受AMD污染的横石河流域为研究对象,沿河采集了河床卵石沉积物和河流淤泥两种沉积物样品,共采集了18个点位的沉积物样品,包括3个不受AMD影响的支流对照组。样品经过一系列预处理(冷冻干燥、研磨、过筛等)过程,于4℃下保存备用。本研究利用连续萃取的方法结合扫描电镜、X射线衍射、傅立叶红外光谱、拉曼光谱等手段对沉积物样品进行了萃取和表征。结果表明:p H沿着横石河升高,伴随着矿物的组成出现演替现象并且重金属的含量也随之衰减。沉积物中除了含有硅铝酸盐、石英外,主要成分为铁羟基硫酸盐矿物。其中,横石河上游主要矿物组成为黄钾铁矾和施氏矿物,到中下游时以针铁矿和水铁矿为主。类重金属As、Cd、Cu、Pb、Mo、Cr、Ni、Mn、Zn等以吸附和共沉淀的形式伴随着矿物暂时固定于沉积物中。但是,随着河流环境条件的改变,次生矿物将发生相转化并可能将引起重金属的释放。 相似文献
7.
利用黄钾铁矾类矿物形成过程预处理高浓度含硫废水 总被引：1，自引：0，他引：1
利用黄钾铁矾类矿物形成过程对某高浓度工业含硫废水进行预处理,除去一定量的SO42-,使溶液中低价态的硫继续转化成SO42-,再进行氧化处理。采取二次沉淀除去溶液中更多的SO42-,大大降低了该水样的COD值。通过实验得出沉淀的最佳工艺条件为pH值为2.50～3.20,氯化铁晶体(FeCl3.6H2O)最佳投入量为50g/L。经过两次黄钾铁矾类矿物沉淀过程,该废水COD的去除率达到85.29%,结合H2O2的氧化处理,COD去除率可达96%。为高浓度含硫废水进入生化处理前的预处理提供了实验依据。 相似文献
8.
新疆哈密红山高硫化物型浅成低温Cu-Au矿床的氧化带呈漏斗状产于原生硫化物矿体的上部,延深50～60m,以硫酸盐矿物为主。X射线粉晶衍射、湿法化学和差热分析研究表明,钾铁矾、板铁矾和副基铁矾3种硫酸盐矿物均系在中国首次发现。钾铁矾湿法化学分析为:H2O6.35%,SO349.72%,Na2O0.15%,Fe2O326.00%,K2O12.47%,FeO0.25%,SiO23.25%,不溶物0.85%,CaO0.11%,总计99.15%;XRD特征谱线为:4.40(100),4.26(70),6.58(47)。板铁矾湿法化学分析为H2O26.51%,SO349.91%,Na2O0.03%,Fe2O322.52%,MgO0.01%,CaO0.03%,总计99.01%;XRD特征谱线为:9.16(100),3.29(9),4.06(8)。副基铁矾湿法化学分析为H2O24.82%,SO338.53%,Al2O30.18%,Fe2O336.10%,MgO0.02%,CaO0.04%,总计99.69%;XRD特征谱线为:5.00(100),3.11(41),5.85(39)。热分析实验进一步验证了化学分析的可靠性,并对这些硫酸盐热反应机制作了解释。该类硫酸盐矿物已作为新型资源直接制酸用于湿法炼铜,具有选矿和环保上的巨大优势。对该类硫酸盐矿物的共生组合、形成次序、形成条件的深入研究还可用来反演古环境和古气候。 相似文献
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铁细菌培养过程中低分子有机酸钠盐对含硫酸根铁矿物形成的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
普遍存在环境中的低分子有机酸盐对氧化亚铁硫杆菌的矿化产物(施氏矿和黄钾铁矾等铁矿物)会产生影响,从而导致环境中有毒重金属迁移转化发生变化。本文探讨了低分子有机酸钠盐对铁细菌HX3成长过程中代谢产物铁矿物的影响,并利用XRD、FTIR、FESEM和EDS对形成的铁矿物进行了表征与分析。研究结果表明,低浓度低分子有机酸钠盐的加入对细菌氧化Fe~(2+)的影响不明显,但可加速黄钾铁矾的形成;苹果酸钠的加入较柠檬酸钠和草酸钠更利于施氏矿向黄钾铁矾转变。高浓度低分子有机酸钠盐(苹果酸钠、柠檬酸钠和草酸钠依次为20、40和40mmol/L)的加入对细菌培养过程中Fe~(2+)的氧化有抑制作用;抑制影响从大到小的顺序为:苹果酸钠柠檬酸钠草酸钠。该研究结果可为含氧化亚铁硫杆菌等铁细菌的酸性矿山废水中铁矿物的形成转化和生物矿化机理提供理论参考。 相似文献
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酸性矿山废水中生物成因次生高铁矿物的形成及环境工程意义 总被引：10，自引：1，他引：9
酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)是一类pH低并含有大量有毒金属元素的废水。AMD及受其影响的环境中次生高铁矿物类型主要包括羟基硫酸高铁矿物(如黄铁矾和施威特曼石等)和一些含水氧化铁矿物(如针铁矿和水铁矿等),而且这些矿物在不同条件下会发生相转变,如施氏矿物向针铁矿或黄铁矾矿物相转化。基于酸性环境中生物成因次生矿物的形成会"自然钝化"或"清除"废水中铁和有毒金属这一现象所获得的启示,提出利用这些矿物作为环境吸附材料去除地下水中砷,不但吸附量大(如施氏矿物对As的吸附可高达120mg/g),而且可直接吸附As(III),还几乎不受地下水中其他元素影响。利用AMD环境中羟基硫酸高铁矿物形成的原理,可将其应用于AMD石灰中和主动处理系统中,构成"强化微生物氧化诱导成矿-石灰中和"的联合主动处理系统,以提高AMD处理效果和降低石灰用量。利用微生物强化氧化与次生矿物晶体不断生长的原理构筑生物渗透性反应墙(PRB)并和石灰石渗透沟渠耦联,形成新型的AMD联合被动处理系统,这将有助于大幅度增加处理系统的寿命和处理效率。此外,文中还探讨了上述生物成因矿物形成在AMD和地下水处理方面应用的优点以及今后需要继续研究的问题。 相似文献
12.
主要研究了磷酸铝(Al PO4)的加入量对氧化亚铁硫杆菌HX3培养液中铁矿物形成的影响,并对相应沉淀产物进行了结构表征分析。结果表明,Al PO4的加入对细菌培养过程中Fe2+的氧化无明显影响,但可促进Fe3+的水解和初始铁矿物相的形成,也可加速黄钾铁矾的转化形成。Al/Fe(摩尔比)为0. 04～1的培养液中主要形成产物为施威特曼石和黄钾铁矾; Al/Fe为0. 4和1时另有磷酸铁矿形成。较高的Al/Fe比值和磷酸根含量有利于磷酸铁矿的形成。 相似文献
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The effect of silica and natural organic matter on the Fe(II)-catalysed transformation and reactivity of Fe(III) minerals 总被引：3，自引：0，他引：3
The Fe(II)-catalysed transformation of synthetic schwertmannite, ferrihydrite, jarosite and lepidocrocite to more stable, crystalline Fe(III) oxyhydroxides is prevented by high, natural concentrations of Si and natural organic matter (NOM). Adsorption isotherms demonstrate that Si adsorbs to the iron minerals investigated and that increasing amounts of adsorbed Si results in a decrease in isotope exchange between aqueous Fe(II) and the Fe(III) mineral. This suggests that the adsorption of Si inhibits the direct adsorption of Fe(II) onto the mineral surface, providing an explanation for the inhibitory effect of Si on the Fe(II)-catalysed transformation of Fe(III) minerals. During the synthesis of lepidocrocite and ferrihydrite, the presence of equimolar concentrations of Si and Fe resulted in the formation of 2-line ferrihydrite containing co-precipitated Si in both cases. Isotope exchange experiments conducted with this freeze-dried Si co-precipitated ferrihydrite species (Si-ferrihydrite) demonstrated that the rate and extent of isotope exchange between aqueous Fe(II) and solid 55Fe(III) was very similar to that of 2-line ferrihydrite formed in the absence of Si and which had not been allowed to dry. In contrast to un-dried ferrihydrite formed in the absence of Si, Si-ferrihydrite did not transform into a more crystalline Fe(III) mineral phase over the 7-day period of investigation. Reductive dissolution studies using ascorbic acid demonstrated that both dried Si-ferrihydrite and un-dried 2-line ferrihydrite were very reactive, suggesting these species may be major contributors to the rapid release of dissolved iron following flooding and the onset of conditions conducive to reductive dissolution in acid sulphate soil environments. 相似文献
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Schwertmannite stability in acidified coastal environments 总被引：1，自引：0，他引：1
Richard N. Collins Adele M. Jones T. David Waite 《Geochimica et cosmochimica acta》2010,74(2):482-3451
A combination of analytical and field measurements has been used to probe the speciation and cycling of iron in coastal lowland acid sulfate soils. Iron K-edge EXAFS spectroscopy demonstrated that schwertmannite dominated (43-77%) secondary iron mineralization throughout the oxidized and acidified soil profile, while pyrite and illite were the major iron-bearing minerals in the reduced potential acid sulfate soil layers. Analyses of contemporary precipitates from shallow acid sulfate soil groundwaters indicated that 2-line ferrihydrite, in addition to schwertmannite, is presently controlling secondary Fe(III) mineralization. Although aqueous pH values and concentrations of Fe(II) were seasonally high, no evidence was obtained for the Fe(II)-catalyzed crystallization of either mineral to goethite. The results of this study indicate that: (a) schwertmannite is likely to persist in coastal lowland acid sulfate soils on a much longer time-scale than predicted by laboratory experiments; (b) this mineral is less reactive in these types of soils due to surface-site coverage by components such as silicate and possibly, to a lesser extent, natural organic matter and phosphate and; (c) active water table management to promote oxic/anoxic cycles around the Fe(II)-Fe(III) redox couple, or reflooding of these soils, will be ineffective in promoting the Fe(II)-catalyzed transformation of either schwertmannite or 2-line ferrihydrite to crystalline iron oxyhydroxides. 相似文献
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The behavior of trace elements during schwertmannite precipitation and subsequent transformation into goethite and jarosite 总被引：5，自引：0，他引：5
Patricia Acero Carlos Ayora José-Miguel Nieto 《Geochimica et cosmochimica acta》2006,70(16):4130-4139
Schwertmannite is a ubiquitous mineral formed from acid rock drainage (ARD), and plays a major role in controlling the water chemistry of many acid streams. The formation of schwertmannite was investigated in the acid discharge of the Monte Romero abandoned mine (Iberian Pyrite Belt, SW, Spain). Schwertmannite precipitated from supersaturated solutions mainly owing to the oxidation of Fe(II) to Fe(III) and transformed with time into goethite and jarosite. In a few hours, schwertmannite precipitation removed more than half of the arsenic load from solution, whereas the concentration of divalent trace metals (Zn, Cu, Pb, Cd, Ni, and Co) remained almost unchanged. In the laboratory, natural schwertmannite was kept in contact with its coexisting acid water in a flask with a solid-liquid mass ratio of 1:5 for 353 days. During this time, the pH of the solution dropped from 3.07 to 1.74 and the concentrations of sulfate and Fe increased. During the first 164 days, schwertmannite transformed into goethite plus H3O-jarosite but, subsequently, goethite was the only mineral to form. Some of the trace elements, such as Al, Cu, Pb, and As were depleted in solution during the first stage as schwertmannite transformed into goethite plus H3O-jarosite. On the contrary, the transformation of schwertmannite to goethite (with no jarosite) during the second stage released Al, Cu, and As to the solution. Despite the variation in their concentrations in solution, approximately 80% of the total Al and Cu inventories and more than 99% As and Pb remained in the solid phase throughout the entire aging process. 相似文献
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Schwertmannite (ideal formula: Fe8O8(OH)6SO4) is typically found as a secondary iron mineral in pyrite oxidizing environments. In this study, geochemical constraints upon its formation are established and its role in the geochemical cycling of iron between reducing and oxidizing conditions are discussed. The composition of surface waters was analyzed and sediments characterized by X-ray diffraction, FTIR spectroscopy and determination of the Fe:S ratio in the oxalate extractable fraction from 18 acidic mining lakes. The lakes are exposed to a permanent supply of pyritegenous ferrous iron from adjacent ground water. In 3 of the lakes the suspended matter was fractionated using ultra filtration and analyzed with respect to their mineral composition. In addition, stability experiments with synthetic schwertmannite were performed. The examined lake surface waters were O2-saturated and have sulfate concentrations (10.3 ± 5.5 mM) and pH values (3.0 ± 0.6) that are characteristic for the stability window of schwertmannite. Geochemical modeling implied that i) the waters were saturated with respect to schwertmannite, which controlled the activity of Fe3+ and sulfate, and ii) a redox equilibrium exists between Fe2+ and schwertmannite. In the uppermost sediment layers (1 to 5 cm depth), schwertmannite was detectable in 16 lakes—in 5 of them by all three methods. FTIR spectroscopy also proved its occurrence in the colloidal fraction (1-10 kDa) in all of the 3 investigated lake surface waters. The stability of synthetic schwertmannite was examined as a function of pH (2-7) by a 1-yr experiment. The transformation rate into goethite increased with increasing pH. Our study suggests that schwertmannite is the first mineral formed after oxidation and hydrolysis of a slightly acidic (pH 5-6), Fe(II)-SO4 solution, a process that directly affects the pH of the receiving water. Its occurrence is transient and restricted to environments, such as acidic mining lakes, where the coordination chemistry of Fe3+ is controlled by the competition between sulfate and hydroxy ions (i.e. mildly acidic). 相似文献
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黄钾铁矾是酸性矿山废水（AMD） 中常见的次生矿物,能有效吸附AMD中Cu、Pb、Zn、Gd、As等重金属元素。不
同条件下形成的黄钾铁矾微形貌不同,其吸附能力也不同。文章通过化学法和微生物法合成了黄钾铁矾,并在粤北大宝山
矿酸性矿山废水中采集了含黄钾铁矾的泥样。利用扫描电镜-能谱分析（SEM） 和X光衍射（XRD）,对三种不同条件下形
成的黄钾铁矾进行鉴定和微形貌特征观察,并分析黄钾铁矾的形成条件。结果表明,常温条件下,pH值2.0~2.5时能够化
学合成黄钾铁矾,其晶体粒径约2~10 μm,且晶形呈板状;而在65℃时,可在pH2.0~3.0之间化学合成黄钾铁矾,但晶形
差。微生物法合成黄钾铁矾pH范围是2.0~5.0,其晶形完好,呈菱面体且晶体大小比较均匀,而约为2~4 μm。酸性矿山废
水中的黄钾铁矾形成的pH值为2.5~3.5,晶形为菱面体形,单个晶体大小多为1~2 μm。根据其形成条件和微形貌特征,文
章推测酸性矿山废水中形成的黄钾铁矾可能是微生物成因。 相似文献