矿山酸性水中硫的化学状态分析

王亮(内蒙古巴彦淖尔西部铜业有限公司 015000)

一、前言

过去有一些科学家认为，在酸性的条件下，黄铁矿释放出来的硫会氧化成为六价的硫，不会有中间产物的产生。但是Robins和Mathews不是这样认为的，他们认为黄铁矿在酸性的条件下的氧化过程是：

从以上的反应过程中可以看出，硫的中间产物有S2O3^2-,SO3^2-和S^0。但是Mckay和Halpern认为黄铁矿氧化过程中硫的化学状态的变化是：

他们认为这个化学反应的过程中可能产生S0这个中间产物。钟慧芳等提出在微生物的作用下黄铁矿也会发生氧化过程，发现中间产物中也有S0。

Majima、Steger和Peters发现在黄铁矿的氧化过程中，存在着不同的化学状态的硫，但是因为分析方法的限制，他们认为黄铁矿的氧化过程中的产生的中间产物是硫代硫酸盐。

到目前为止，分析硫的化学状态的方法有化学法、红外法和双晶X-射线荧光光谱法等。伴丰等科学家采用双晶X-射线荧光光谱法对煤粉灰、煤、焦炭和北京地区的大气颗粒物样品中的硫的化学状态进行了分析研究。笔者等也曾经用这种高分辨X-射线荧光光谱这样的方法对煤灰、煤、植物叶和土壤中硫的化学状态进行了研究。得到的结果都还令人满意。因此这里使用高分辨双晶X-射线荧光光谱法来对硫的化学状态进行专业的初步的分析。

二、实验

1、标准试样的制备

采用高分辨双晶X-射线荧光光谱法来测定硫的化学状态，那么就要求标准样品中硫的化合状态就必须稳定。在实验中使用六价的硫，因为正六价的硫比较稳定，比如K2SO4，同时还要用负二价、零价、正四价、正六价的硫的化学物质以不同的比例混合起来制备一系列的人工试样，比如硫化锌、硫单质、亚硫酸钠、硫酸钾。

2、试样的收集以及制备

大家都知道在酸性的条件下，以固态存在的硫和以正六价存在的硫的状态是比较稳定的。在实验的过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，就会变成银盐或者是铅盐。

在德兴铜矿场的水沟中采集酸性水，在酸性水中先加入一定量的Ag+,然后再加入一定量的Pb2+,时间过去一个小时之后，就可以进行过滤，将过滤以后得到的沉淀进行密封，将沉淀物放在低温的环境中进行干燥。把从同一个样品中得到的干燥物进行混合并且研细，然后再用20吨的压力下制成半径为30mm的原片。

3.仪器和测试的条件

高分辨的双晶X-射线荧光光谱仪、X-射线管、ASC-48自动样品交换器、双晶测定专用计算机

高分辨双晶X-射线荧光法测定硫的化学状态就是先逐一的扫描所给出的一组元素的峰强度的数据，然后再用双晶专用计算机给出这个元素的峰分布图，然后再用专用计算机程序解析出这个元素的化合价是多少价。

根据Gohshi提出的解析元素的化学状态的方法，那就是非线性最小二乘法来解析元素的化学状态，硫的化学状态的解析程序。

三、结果与讨论

从四个不同价态的硫单组分试样的结果可以看出，四个不同价态的硫的峰形很是相似，都是先平缓的到达高峰然后再缓缓的静下来。但是它们的谱峰所在的位置是不一样的，存在着一定的差异。如果样品中含有两种或者是两种以上的不同价态的硫的时候，此时的峰形和只有单一的价态的时候的峰形也会稍有不同。因此可以利用不同价态的硫的峰值的位置和单一价态的峰形和复合价态的峰形的存在的差异来对硫的化学状态进行解析。

人工合成试样硫的化学状态的解析的结果如表中所示，可以看出，表中的数据和不同价态的硫的相对含量的实际值之间存在一定的差异，但是总体来说，结果还是比较好的。实际的测定的结果和解析的结果的 误差对于负二价的硫离子和零价的硫小于6%，对于正四价的硫离子和正六价的硫离子小于16%。还发现，正四价的硫离子的解析值比已经值要低，导致这种结果的原因可能是样品在受激照射的时候被氧化了。

在德兴矿山研究酸性水中硫的化学状态。在样点W1和W3，酸性水刚露出地表的时候，硫主要是以正四价的状态存在的，当经过一百多米的迁移到达W4的时候，硫的化学状态主要是以正六价的状态存在的。这就说明黄铁矿释放出来的硫并没有被氧化，但是酸性水中的硫在空气中放置一段时间之后，正四价的硫就会变成正六价的硫。

[1]张琴，王庆广，黄衍初，戴少华，环境化学，1992,11（3）：55

[2]周学军等，环境化学，1989,8（6）：41

[3]伴丰等，大气污染学会志，1985,20（6）：470

[4]李雅芹，钟慧芳，蔡文柳，微生物学报，1987,27（3）：264