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方铅矿作为重要的金属矿产资源之一,在自然界广泛分布并易发生风化(电化学腐蚀)而引起环境污染,严重威胁到人类的健康。因此,全面了解和认识方铅矿在各种自然环境中的电化学腐蚀行为,从而从源头上控制和治理方铅矿引起的环境污染,具有重要的理论和实践意义。 借助电化学测试技术,本文系统考察了:酸碱度、温度和铅离子浓度,外加电势,以及腐殖酸对方铅矿电化学腐蚀的影响。取得了如下研究成果。 1、强酸性(碱性)有利于方铅矿的电化学溶解。当溶液pH值从6.0降到2.0时,方铅矿腐蚀电流密度(jcorr)从0.072μA· cm-2增加到0.143μA· cm-2,促进效率(η)达到98.61%;当溶液pH值从8.0升到12.0时,方铅矿电极的电流密度(jcorr)从0.066μA·cm-2增加到0.132μA·cm-2,促进效率(η)达到100%。原因在于H+或OH-降低了双电层的电荷转移电阻和钝化膜电阻。 2、高温有利于降低方铅矿电极的极化电阻、电荷转移电阻和钝化电阻,促进方铅矿电化学溶解。当温度从25℃上升到55℃时,方铅矿电极腐蚀电流密度从0.143μA·cm-2增加到0.226μA· cm-2,表明高温有利于方铅矿的电化学溶解。 3、Pb2+浓度小于0.10 mol·L-1时,增大Pb2+浓度能促进方铅矿电化学溶解,Pb2+浓度大于0.10 mol·L-1时,增大Pb2+浓度反而会抑制方铅矿电化学溶解,这是因为Pb2+在方铅矿电化学氧化中起到两种作用:一是作为氧化剂促进阴极反应;二是作为氧化产物抑制方铅矿氧化。 4、方铅矿在外加电位条件下呈现不同钝化-活化状态和反应。从OCP~160mV阶段处于钝化区,此时生成一层薄的硫膜;160~320 mV时,处于活化区,S0转化成S2O32-;高于320 mV时,处于双电感区,S2O32-转化成SO42-。本研究表明在外加电位160~320 mV或者更高时,方铅矿电极由钝化状态变为电化学活跃状态,加速方铅矿的电化学溶解。当温度从25℃升高到40℃和55℃时,促进效率分别是233.33%和322.22%。较高的温度使方铅矿腐蚀电位正移,加速其溶解。阻抗实验结果与极化曲线的三个区域结果很好符合,解释了较高温度在三个电位区间促进方铅矿溶解的机理,即减少了的电子转移电阻和钝化电阻。 5、腐殖酸受其浓度和酸碱度的影响,可以对方铅矿的电化学腐蚀起着双重作用,一方面腐殖酸能与方铅矿电化学氧化的Pb2+络合,促进方铅矿的腐蚀;另一方面腐殖酸易吸附在电极表面成膜,抑制方铅矿的腐蚀。 上述研究结论对实际自然环境下方铅矿电化学腐蚀环境效应的产生提供了理论解释,并为矿区环境污染的源头控制与修复提供了潜在的策略指导。