不同半导体类型黄铁矿电化学氧化行为研究

摘要

黄铁矿是自然界分布最广的硫化矿物之一，黄铁矿中常常富含Co、Ni等复杂元素，是提取这些元素的主要原料;黄铁矿常载金，与其它矿物伴生，在黄金冶炼和其它硫化矿物浸出的过程中，扮演重要角色。黄铁矿是自然界存在最多的天然半导体，因为晶格缺陷呈不同的半导体类型，而不同半导体类型的黄铁矿在提取有价元素和矿物浸出过程中扮演不同角色。研究不同类型的黄铁矿的性质有十分重要的意义。
　　本文采用MS中的castep模块，分析不同半导体类型黄铁矿的成因，并选用自然形成的较纯净的不同半导体类型的黄铁矿，分别考察其在无菌条件下和有菌条件下电化学行为，分析两种半导体类型的黄铁矿的电化学氧化行为。
　　Castep模块模拟显示，存在Fe原子缺失，As原子替代S原子的晶格缺陷的黄铁矿呈P型黄铁矿的性质;存在S原子缺失，Co原子替代Fe原子，Ni原子替代Fe原子呈N型黄铁矿的性质，N型半导体黄铁矿整体态密度左移，表现为还原性增强。
　　无菌条件下循环伏安曲线研究表明，黄铁矿阳极反应过程由多步组成，首先氧化生成Fe2+和SO42-，接着Fe2+被氧化生成Fe3+。通过循环伏安曲线得到氧化还原峰的电位信息，综合各巾间反应过程，黄铁矿最终被氧化成Fe3+和SO42-。Fe3+环境下tafel曲线测试表明，N型和P型黄铁矿腐蚀电流随Fe3+浓度的升高而增大，在3g/L、6g/L、9g/LFe3+条件下，N型黄铁矿的腐蚀电流分别是P型黄铁矿腐蚀电流的3.66倍、431倍、6.52倍。Fe2+环境下tafel曲线测试表明，N型和P型黄铁矿腐蚀电流在Fe2+浓度的升高时基本不变，在3g/L、6g/L、9g/L Fe2+条件下，N型黄铁矿的腐蚀电流分别是P型黄铁矿腐蚀电流的4.75倍、4.75倍、4.74倍。
　　有菌条件下循环伏安曲线研究表明，在有菌条件下，反应进一步复杂，极化曲线(tafel曲线)测量显示，初始Fe2+浓度为3g/L、6g/L、9g/L时，N型和P型黄铁矿腐蚀电流随着初始Fe2+浓度增加而增加，，N型黄铁矿的腐蚀电流分别是P型黄铁矿的1.38倍、1.41倍、1.20倍。有菌条件下N型黄铁矿更易于被腐蚀。无论是N型黄铁矿还是P型黄铁矿，有菌条件下更容易发生腐蚀。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 黄铁矿的矿物学性质及分布

1．1．1 黄铁矿的矿物学性质

1．1．2 黄铁矿的分布

1．2 黄铁矿的半导体性质

1．2．1 半导体

1．2．2 黄铁矿半导体性质

1．2．3 细菌冶金的发展概况

1．3 细菌冶金机理

1．3．1 细菌的间接作用

1．3．2 细菌的直接作用

1．3．3 EPS介导的浸矿微生物的接触浸出机制

1．3．4 硫化矿细菌浸出两种反应途径

1．4 黄铁矿氧化研究进展

1．5 本文的研究意义与研究内容

1．5．1 本文的研究意义

1．5．2 研究内容

第2章 试验材料及研究方法

2．1 试验材料

2．1．1 菌种

2．1．2 试验所用的主要化学试剂

2．1．3 主要试验仪器装置及型号

2．1．4 培养基

2．2 黄铁矿矿样分析

2．3 分析检测方法

2．3．1 pH的测定

2．3．2 Eh的测定

2．3．3 Fe2+的测定

2．3．4 TFe(全铁)的测定

第3章 不同半导体类型黄铁矿的态密度(DOS)计算

3．1 实验方法

3．1．1 黄铁矿晶胞的创建

3．2 实验结果及讨论

3．2．1 黄铁矿晶胞的能量优化

3．2．2 原子空位对半导体类型的影响

3．2．3 原子替代对半导体类型的影响

3．4 本章小结

第4章 不同半导体类型黄铁矿氧化过程电化学研究

4．1 材料与方法

4．1．1 试验矿物

4．1．2 电解液的制备

4．1．3 环氧树脂的配置

4．1．4 铂电极的制备

4．1．5 黄铁矿块状电极的制备

4．1．6 盐桥的制备

4．1．7 电化学测量系统

4．1．8 开路电压(OCP)测量

4．1．9 循环伏安(CV)测量

4．1．10 Tafel极化曲线测试

4．2 Fe3+存在下的电化学行为

4．2．1 开路电压(OCP)测量

4．2．2 循环伏安曲线测量

4．2．3 极化曲线(tafel)曲线测量

4．3 Fe2+存在下的电化学行为

4．3．1 循环伏安曲线测试

4．3．2 tafel曲线测试

4．3 本章小结

第5章 有菌条件下黄铁矿电化学行为

5．1 Fe2+离子对细菌活性的影响

5．1．1 试验方法

5．1．2 pH值变化

5．1．3 电位变化

5．1．4 Fe2+浓度变化

5．1．5 细菌浓度变化

5．2 黄铁矿在有菌体系下的电化学行为

5．2．1 实验方法

5．2．2 开路电压(OCP)的测量

5．2．3 循环伏安测量

5．2．4 极化曲线测量

5．3 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读学位期间发表的论著、获奖情况及发明专利等项

致谢