礦山酸性水中硫的化學狀態分析

王亮(內蒙古巴彥淖爾西部銅業有限公司 015000)

一、前言

過去有一些科學家認為，在酸性的條件下，黃鐵礦釋放出來的硫會氧化成為六價的硫，不會有中間產物的產生。但是Robins和Mathews不是這樣認為的，他們認為黃鐵礦在酸性的條件下的氧化過程是：

從以上的反應過程中可以看出，硫的中間產物有S2O3^2-,SO3^2-和S^0。但是Mckay和Halpern認為黃鐵礦氧化過程中硫的化學狀態的變化是：

他們認為這個化學反應的過程中可能產生S0這個中間產物。鐘慧芳等提出在微生物的作用下黃鐵礦也會發生氧化過程，發現中間產物中也有S0。

Majima、Steger和Peters發現在黃鐵礦的氧化過程中，存在著不同的化學狀態的硫，但是因為分析方法的限制，他們認為黃鐵礦的氧化過程中的產生的中間產物是硫代硫酸鹽。

到目前為止，分析硫的化學狀態的方法有化學法、紅外法和雙晶X-射線熒光光譜法等。伴豐等科學家采用雙晶X-射線熒光光譜法對煤粉灰、煤、焦炭和北京地區的大氣顆粒物樣品中的硫的化學狀態進行了分析研究。筆者等也曾經用這種高分辨X-射線熒光光譜這樣的方法對煤灰、煤、植物葉和土壤中硫的化學狀態進行了研究。得到的結果都還令人滿意。因此這里使用高分辨雙晶X-射線熒光光譜法來對硫的化學狀態進行專業的初步的分析。

二、實驗

1、標準試樣的制備

采用高分辨雙晶X-射線熒光光譜法來測定硫的化學狀態，那么就要求標準樣品中硫的化合狀態就必須穩定。在實驗中使用六價的硫，因為正六價的硫比較穩定，比如K2SO4，同時還要用負二價、零價、正四價、正六價的硫的化學物質以不同的比例混合起來制備一系列的人工試樣，比如硫化鋅、硫單質、亞硫酸鈉、硫酸鉀。

2、試樣的收集以及制備

大家都知道在酸性的條件下，以固態存在的硫和以正六價存在的硫的狀態是比較穩定的。在實驗的過程中需要加入一定量的Ag＋和Pb2+,目的在于可以使酸性溶液中的硫被固定住，就會變成銀鹽或者是鉛鹽。

在德興銅礦場的水溝中采集酸性水，在酸性水中先加入一定量的Ag+,然后再加入一定量的Pb2+,時間過去一個小時之后，就可以進行過濾，將過濾以后得到的沉淀進行密封，將沉淀物放在低溫的環境中進行干燥。把從同一個樣品中得到的干燥物進行混合并且研細，然后再用20噸的壓力下制成半徑為30mm的原片。

3.儀器和測試的條件

高分辨的雙晶X-射線熒光光譜儀、X-射線管、ASC-48自動樣品交換器、雙晶測定專用計算機

高分辨雙晶X-射線熒光法測定硫的化學狀態就是先逐一的掃描所給出的一組元素的峰強度的數據，然后再用雙晶專用計算機給出這個元素的峰分布圖，然后再用專用計算機程序解析出這個元素的化合價是多少價。

根據Gohshi提出的解析元素的化學狀態的方法，那就是非線性最小二乘法來解析元素的化學狀態，硫的化學狀態的解析程序。

三、結果與討論

從四個不同價態的硫單組分試樣的結果可以看出，四個不同價態的硫的峰形很是相似，都是先平緩的到達高峰然后再緩緩的靜下來。但是它們的譜峰所在的位置是不一樣的，存在著一定的差異。如果樣品中含有兩種或者是兩種以上的不同價態的硫的時候，此時的峰形和只有單一的價態的時候的峰形也會稍有不同。因此可以利用不同價態的硫的峰值的位置和單一價態的峰形和復合價態的峰形的存在的差異來對硫的化學狀態進行解析。

人工合成試樣硫的化學狀態的解析的結果如表中所示，可以看出，表中的數據和不同價態的硫的相對含量的實際值之間存在一定的差異，但是總體來說，結果還是比較好的。實際的測定的結果和解析的結果的 誤差對于負二價的硫離子和零價的硫小于6%，對于正四價的硫離子和正六價的硫離子小于16%。還發現，正四價的硫離子的解析值比已經值要低，導致這種結果的原因可能是樣品在受激照射的時候被氧化了。

在德興礦山研究酸性水中硫的化學狀態。在樣點W1和W3，酸性水剛露出地表的時候，硫主要是以正四價的狀態存在的，當經過一百多米的遷移到達W4的時候，硫的化學狀態主要是以正六價的狀態存在的。這就說明黃鐵礦釋放出來的硫并沒有被氧化，但是酸性水中的硫在空氣中放置一段時間之后，正四價的硫就會變成正六價的硫。

[1]張琴，王慶廣，黃衍初，戴少華，環境化學，1992,11（3）：55

[2]周學軍等，環境化學，1989,8（6）：41

[3]伴豐等，大氣污染學會志，1985,20（6）：470

[4]李雅芹，鐘慧芳，蔡文柳，微生物學報，1987,27（3）：264