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黄铁矿作为地壳中分布最为广泛、金属矿石中最为常见的硫化物和半导体矿物,其形成和分解不仅显著影响着Fe和S的生物地球化学循环,还对高效冶金技术研发和绿色矿山开发具有重要意义。业已发现,废弃矿石和岩石中的黄铁矿在微生物作用下快速风化,生成大量酸性矿山(岩石)排水,释放的重金属元素引发了严重的环境污染。前人针对黄铁矿微生物氧化机制开展了大量研究,但均未考虑自然界中无处不在的光的影响。本文选用典型的铁硫氧化细菌Acidithiobacillus ferrooxidans和黄铁矿进行模拟实验,通过溶液化学、微区形貌观察、X射线近边吸收光谱(XANES)和光电子能谱(XPS)等分析,对比研究了有光、无光条件下黄铁矿微生物氧化的差异。实验结果表明,黄铁矿中铁优先被氧化成Fe3+,而硫先氧化形成S2O32-,S2O32-进一步歧化氧化形成S0和SO32-等中间产物,最终氧化为SO42-。光的引入改变了实验体系中铁的氧化循环并进一步影响了A.ferrooxidan 的生长和黄铁矿的微生物氧化过程。首先,Fe3+的光还原导致Fe2+的再生,促进了A.ferrooxidan 的生长,但同时抑制了黄铁矿表面的细胞附着和生物被膜的发育,短期内有光条件抑制了黄铁矿表面的氧化。然而,随着无光条件下生物被膜逐渐解体和有光条件下生物被膜发育,30天后有光条件下黄铁矿的氧化速率超过无光条件。此外,光诱导产生的自由基与半导体矿物光激发产生的空穴-电子对均可能参与黄铁矿氧化。因此,有光条件下黄铁矿最终表现出更明显的微生物氧化现象和更深的氧化深度。基于本文结果和前人取得的成果,本文提出了有光条件下黄铁矿的微生物氧化机制:溶液和EPS中Fe(Ⅲ)光还原以及短期内生物被膜发育延滞不利于黄铁矿微生物氧化;但光照通过,包括(1)Fe(Ⅲ)光还原促进A.ferrooxdians生长、(2)光促进自由基的产生以及(3)半导体光催化作用等3个途径促进黄铁矿氧化,后期更为发育的生物被膜亦有显著促进作用。因此,从更长的时间周期看,本文认为光照可以促进黄铁矿的微生物氧化。