摘要：黃鐵礦作為分布最廣泛的硫化礦，其氧化過程會導(dǎo)致AMD的生成，進而對礦山生態(tài)環(huán)境造成污染。為優(yōu)化黃鐵礦的利用效率并從源頭有效遏制AMD的產(chǎn)生，采用電化學(xué)分析技術(shù)，并結(jié)合X射線光電子能譜表面分析方法，對黃鐵礦在10 mmol/L HAc-NaAc酸性緩沖溶液、10 mmol/L NaH2PO4-Na2HPO4中性緩沖溶液及10 mmol/L NH3-NH4Cl堿性緩沖溶液中的電化學(xué)氧化行為進行了深入的分析。研究結(jié)果表明，在低電位條件下黃鐵礦表面首先發(fā)生氧化反應(yīng)，且在pH較高的緩沖溶液中，黃鐵礦表面的氧化速率顯著加快。研究結(jié)果為了解黃鐵礦氧化的化學(xué)過程提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：黃鐵礦；緩沖溶液；氧化機理；電化學(xué)；氧化速率；酸性礦山廢水

[中圖分類號：TD95 文章編號：1001-1277（2025）04-0065-07 文獻標志碼：A doi：10.11792/hj20250413 ]

引言

黃鐵礦作為地殼中分布最廣泛的金屬硫化物，普遍存在于各類變質(zhì)巖礦床和熱液礦床中。其表面通常呈現(xiàn)淺黃銅色并伴有顯著的金屬光澤，因此亦被俗稱為“愚人金”［1］。同時，黃鐵礦在形成過程中常與Au、Ag、Cu等金屬形成共生關(guān)系。因此，黃鐵礦表面的氧化過程對于從礦石中高效提取有價值金屬具有至關(guān)重要的意義。此外，硫化礦尾礦大量堆積，導(dǎo)致其與外界空氣、水分及微生物接觸，進而逐漸氧化，這一過程會引發(fā)嚴重的酸性礦山廢水（AMD）環(huán)境問題［2］。當前，AMD已被國際社會認定為除全球氣候變化之外的第2大環(huán)境問題，并逐漸受到國際社會的廣泛關(guān)注［3］。國內(nèi)針對AMD的治理策略主要包括源頭治理法和末端治理法［4-5］。為推動綠色礦山建設(shè)，必須從源頭解決硫化礦尾礦產(chǎn)生AMD問題，這就需要系統(tǒng)地研究黃鐵礦的氧化機理。

在對黃鐵礦表面電化學(xué)氧化行為的研究中，HOLMES等［6］基于氧化半反應(yīng)和還原半反應(yīng)的動力學(xué)原理，并結(jié)合電化學(xué)模型，揭示了黃鐵礦表面氧化本質(zhì)上屬于電化學(xué)氧化過程。這一發(fā)現(xiàn)促進了電化學(xué)方法在黃鐵礦表面氧化研究領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。BIEGLER等［7］采用陽極極化曲線技術(shù)，探究了黃鐵礦在酸性環(huán)境下的電化學(xué)氧化特性，研究結(jié)果顯示，黃鐵礦表面電化學(xué)氧化產(chǎn)物主要為Fe（Ⅲ），而硫在低電位條件下主要轉(zhuǎn)化為S0，高電位條件下則被氧化為SO42-。在黃鐵礦電化學(xué)氧化機制的研究中，發(fā)現(xiàn)諸多因素對黃鐵礦表面氧化速率產(chǎn)生影響。TAN等［8］通過測量摻雜不同活性炭物質(zhì)的黃鐵礦極化曲線，發(fā)現(xiàn)黃鐵礦的氧化速率普遍有所提升，并且活性炭的存在增強了黃鐵礦對OH-的吸附能力。ALMEIDA等［9］通過測量黃鐵礦氧化過程中陽極電流密度，發(fā)現(xiàn)其大小與黃鐵礦粒徑呈負相關(guān)。

黃鐵礦表面氧化過程受多種因素調(diào)控，其中，酸堿度作為關(guān)鍵環(huán)境條件，對氧化行為具有顯著影響。本次研究旨在為黃鐵礦的資源開發(fā)與利用、酸性礦山廢水的防治提供科學(xué)依據(jù)。為了深入理解黃鐵礦表面電化學(xué)氧化的機制，本次研究采用10 mmol/L 酸性緩沖溶液、10 mmol/L中性緩沖溶液和10 mmol/L 堿性緩沖溶液作為電解質(zhì)，系統(tǒng)研究了黃鐵礦在不同pH條件下的表面電化學(xué)氧化行為。通過電化學(xué)測量技術(shù)，包括開路電位（OCP）、線性掃描伏安（LSV）、循環(huán)伏安（CV）、交流阻抗（EIS）、Tafel極化曲線等，對黃鐵礦的電化學(xué)氧化特性進行了詳細分析。此外，利用X射線光電子能譜（XPS）對黃鐵礦表面的化學(xué)組成進行了表征，以期揭示黃鐵礦在酸性、中性和堿性溶液中的電化學(xué)氧化機理。

1試驗部分

1.1黃鐵礦電極制備

研究所用黃鐵礦樣品購自中國地質(zhì)博物館。該樣品經(jīng)高純度篩選后，被切割成近似圓形，表面積精確至0.25π cm2，厚度約5 mm。樣品的一面被精細打磨以形成電極的工作面，而另一面則被嵌入由石墨粉與石蠟油混合物填充的長5.5 cm、直徑1.2 cm的玻璃管一端。此外，玻璃管另一端插入一根長8 cm、直徑8 mm的銅導(dǎo)線，并使用不導(dǎo)電的環(huán)氧樹脂進行密封固定，以此作為工作電極。該電極與甘汞參比電極、表面積為1 cm2 的鉑片輔助電極共同構(gòu)成三電極系統(tǒng)。

1.2電解質(zhì)溶液配制

酸性緩沖溶液由濃度均為0.01 mol/L的醋酸（HAc）和醋酸鈉（NaAc）按等比混合制備；中性緩沖溶液由濃度均為0.01 mol/L的磷酸二氫鈉（NaH2PO4）和磷酸氫二鈉（Na2HPO4）按等比例混合制備；堿性緩沖溶液由濃度均為0.01 mol/L的氨水（NH3）和氯化銨（NH4Cl）按等比例混合制備。上述所有緩沖溶液均使用分析純試劑和超純水配制。

1.3試驗方法

在25 °C條件下，利用上海辰華Chi660e型電化學(xué)工作站進行電化學(xué)測試。測試前，進行開路電位（OCP）的測定，以確保溶液體系的穩(wěn)定性，隨后開展后續(xù)的電化學(xué)測量。循環(huán)伏安測試掃描速率50 mV/s，掃描電位為-0.7～0.8 V。Tafel極化曲線測定電位為-0.3～0.3 V，掃描速率為10 mV/s，掃描段數(shù)為1段。線性掃描伏安法測試的電位從開路電位至-1.0 V，掃描速率為5 mV/s。電化學(xué)阻抗譜的測量頻率為104～10-1 Hz。通過等效電路圖對EIS數(shù)據(jù)進行擬合，擬合軟件選用ZSimpWin 3.10。

采用X射線光電子能譜對在3種不同緩沖溶液體系中經(jīng)過2 h電化學(xué)反應(yīng)的黃鐵礦電極進行表面分析。測試在單色鋁Kα X射線源下進行，能量為1 486.6 eV。采用MultipkSpectrum軟件處理XPS譜圖。

2結(jié)果與討論

2.1開路電位

黃鐵礦在不同pH溶液中的開路電位（Eocp）變化情況見圖1。當測量時間為600～800 s時，若電位波動幅度小于5 mV，則認為電化學(xué)系統(tǒng)已達到穩(wěn)定狀態(tài)。由圖1可知：在600～800 s，開路電位的波動幅度小于5 mV。黃鐵礦在酸性、中性和堿性緩沖溶液中的最終穩(wěn)定電位分別為198.2 mV、105.8 mV和20.3 mV。由此可以推斷，不同pH的緩沖溶液對黃鐵礦的Eocp具有顯著影響，且隨著緩沖溶液pH的升高，黃鐵礦開路電位呈逐漸降低趨勢。

2.2循環(huán)伏安曲線

在電位為-0.7～0.8 V時對黃鐵礦進行循環(huán)伏安掃描，掃描電位均從開路電位開始。鑒于黃鐵礦在不同溶液體系中的CV曲線再現(xiàn)性較差，均采用第2次循環(huán)的掃描數(shù)據(jù)繪制CV曲線，結(jié)果見圖2。

由圖2-a）可知：黃鐵礦在10 mmol/L HAc-NaAc酸性緩沖溶液中的CV曲線與ALMEIDA等［10］的研究結(jié)果相仿，在電位-0.3 V和0.8 V附近觀察到兩個氧化峰，分別命名為A1、A2，在0 V附近及-0.4 V附近分別有兩個還原峰，分別命名為C1、C2。氧化峰的形成歸因于黃鐵礦的氧化過程，但在正向掃描過程中，中間段出現(xiàn)曲線平滑且?guī)缀鯚o峰的現(xiàn)象，這可能由兩方面原因引起：首先，在中低電位下黃鐵礦先被氧化生成Fe2+和S0（見式（1）），隨著反應(yīng)的進行，金屬硫化物的氧化速率會逐漸降低，且會在黃鐵礦表面慢慢形成一層富硫?qū)逾g化膜（SL），大部分學(xué)者認為其主要成分包括Fe1-xS2、S0和Sn2-，其附著于黃鐵礦表面并對黃鐵礦后續(xù)氧化產(chǎn)生抑制效果［11］；其次，上一步生成的Fe2+會被氧化為Fe（OH）3并有部分附著在黃鐵礦表面（見式（2）），進而對后續(xù)氧化進一步造成抑制作用，導(dǎo)致后續(xù)中、低電位的正向掃描無明顯氧化峰。當電位繼續(xù)升高至0.8 V時，富硫?qū)逾g化膜（SL）發(fā)生氧化溶解（見式（3）），且黃鐵礦自身也被氧化生成了Fe3+與SO42-（見式（4））。

在負向掃描過程中，觀察到兩個還原峰。C1峰可能是Fe（Ⅲ）還原為Fe（Ⅱ）。之后繼續(xù)進行負向掃描且當電位達到-0.4 V時，出現(xiàn)了C2峰，可能與黃鐵礦電極表面富硫?qū)拥倪€原有關(guān)［10］。

由圖2-b）可知：在電位-0.3 V和0.8 V附近，黃鐵礦在10 mmol/L NaH2PO4- Na2HPO4中性緩沖溶液中的CV曲線有著與圖2-a）相似的氧化峰A3、A4，其反應(yīng)與上述酸性緩沖溶液中的反應(yīng)一致，氧化峰A3歸因于黃鐵礦被氧化生成S0和Fe（OH）3，A4峰可解釋為黃鐵礦表面被氧化生成SO42。在反向掃描時，C3峰出現(xiàn)在-0.35 V附近，該峰的產(chǎn)生原因可歸結(jié)于兩個反應(yīng)（見式（5）、式（6）），黃鐵礦被還原成H2S及類FeS物質(zhì)。

由圖2-c）可知：A5、A6、C4峰與黃鐵礦在酸性緩沖溶液中的A1、A2、C2峰所對應(yīng)的電位幾乎相同。其中，氧化峰A5、A6上的反應(yīng)與前述解釋基本一致。而還原峰C3所對應(yīng)的反應(yīng)則為酸性緩沖溶液中還原峰C1與C2兩處反應(yīng)的總和。在堿性緩沖溶液中僅出現(xiàn)一個還原峰C4的原因是，C1峰對應(yīng)的反應(yīng)為Fe（OH）3被還原為Fe（OH）2［12］，隨著OH-濃度的增加，電極電勢降低，黃鐵礦在酸性緩沖溶液中的C1峰負移［13］，因此在堿性緩沖溶液中黃鐵礦僅出現(xiàn)一個還原峰C4。

反應(yīng)電流密度的符號僅指示掃描方向，而在相同濃度條件下，其數(shù)值大小反映反應(yīng)速率的快慢。由圖2可知：觀察電位在-0.4 V附近的氧化峰高度，發(fā)現(xiàn)堿性緩沖溶液體系中的氧化峰對應(yīng)的電流密度顯著高于酸性和中性體系，表明在-0.4 V電位附近，黃鐵礦在堿性環(huán)境中的氧化反應(yīng)速率最快。對于同一電位下的還原峰，堿性和中性條件下的還原峰電流密度相近，而酸性條件下的電流密度最小，這表明在-0.4 V電位下，黃鐵礦在堿性與中性條件下的還原反應(yīng)速率相近，并且均高于酸性條件下的速率。

綜上所述，黃鐵礦在堿性緩沖溶液中的氧化速率最快，中性緩沖溶液次之，酸性緩沖溶液最慢。

2.3線性掃描伏安曲線

線性掃描伏安法是一種電化學(xué)分析技術(shù)，其特點在于電極電勢以恒定速率連續(xù)變化，同時記錄通過電極的響應(yīng)電流。為評估黃鐵礦的電催化活性，在10 mmol/L HAc-NaAc酸性緩沖溶液中對黃鐵礦進行了LSV測試，結(jié)果見圖3-a）。由圖3-a）可知：從開路電位（Eocp）至0.5 V，電流密度幾乎為零且保持恒定，表明在此電位范圍內(nèi)黃鐵礦未發(fā)生反應(yīng)。這種現(xiàn)象類似于“鈍化區(qū)”的出現(xiàn)，可歸因于在黃鐵礦表面的打磨及試驗準備過程中與空氣接觸形成了氧化鐵/氫氧化物的覆蓋層［10］，阻礙了黃鐵礦在低電位下的溶解反應(yīng)。當開路電位超過0.6 V時，該覆蓋層被溶解或進一步反應(yīng)，使得黃鐵礦表面得以暴露并參與反應(yīng)，導(dǎo)致電流急劇增加，直至電位達到1.0 V時，電流仍持續(xù)快速上升。

由圖3-b）可知：與典型的黃鐵礦LSV曲線所展示的3個區(qū)域（活化區(qū)、鈍化區(qū)和過鈍化區(qū)）不同，黃鐵礦在10 mmol/L NaH2PO4-Na2HPO4中性緩沖溶液中的LSV曲線可大致劃分為4個部分（從左至右依次為第一、第二、第三、第四部分）。在第一和第三部分，電流密度隨電位的增加幾乎保持不變；而在第二和第四部分，電流密度隨電位的增加顯著上升。第一部分的電位為開路電位至0.50 V，此區(qū)間可能由于Fe（OH）3的形成［11］，并附著于黃鐵礦表面，從而阻礙了反應(yīng)的進一步進行；第二部分的電位為0.50～0.66 V，推測當電位升高至一定水平后，先前形成的Fe（OH）3層被破壞［12］，導(dǎo)致電流增加；第三部分電位為0.66～0.74 V，在此區(qū)間內(nèi)，眾多學(xué)者認為形成了S0膜并附著于黃鐵礦表面，對黃鐵礦表層下礦物的氧化產(chǎn)生了阻塞作用［14］；第四部分為電位高于0.74 V區(qū)域，當電位升高至0.74 V這一較高水平時，黃鐵礦表面氧化反應(yīng)的驅(qū)動力顯著增強，足以克服表面S0層的阻塞，繼續(xù)進行氧化反應(yīng)，導(dǎo)致電流密度急劇增加。

由圖3-c）可知：電位為Eocp至0.57 V時，電流密度隨電位的增加而逐漸增大，此過程中黃鐵礦逐漸溶解。在電位為0.57 V處出現(xiàn)一個峰，該現(xiàn)象可歸因于黃鐵礦表面發(fā)生了氧化反應(yīng)［15］。當電位超過0.70 V時，電流密度隨電位增加而顯著上升，表明黃鐵礦的溶解速率進一步加快。

由圖3可知：在電位低于0.60 V的條件下，黃鐵礦在堿性緩沖溶液中的整體電流密度達到峰值，表明在較低電位環(huán)境下，黃鐵礦在堿性緩沖溶液中的溶解速率最快。然而，當電位超過0.60 V時，中性緩沖溶液中的LSV曲線顯示出更高的電流值，這暗示在較高電位條件下，中性環(huán)境對黃鐵礦的溶解反應(yīng)更為有利。相比之下，在酸性條件下，無論電位如何，電流密度始終保持最低水平，這表明酸性條件對黃鐵礦表面溶解反應(yīng)的抑制作用最為顯著，這一結(jié)果與前文測量結(jié)果相一致。

2.4Tafel極化曲線

黃鐵礦在不同緩沖溶液中的Tafel極化曲線見圖4。根據(jù)Tafel極化曲線所得的黃鐵礦在不同緩沖溶液中的電化學(xué)參數(shù)［16］見表1。

由圖4、表1可知：在酸性、中性、堿性緩沖溶液中，黃鐵礦的腐蝕電位（Ecorr）分別為33.2×10-3 V、-80.9 ×10-3 V、-121.8 ×10-3 V。然而，Ecorr均低于開路電位，其主要原因為Tafel極化曲線的掃描涉及動電位極化過程，電位掃描方向為從負電位向正電位，導(dǎo)致陰極極化現(xiàn)象的產(chǎn)生。從熱力學(xué)角度分析，Ecorr越低，表明黃鐵礦在該緩沖溶液中的表面反應(yīng)越容易進行；但從動力學(xué)角度考慮，反應(yīng)速率的快慢則取決于腐蝕電流密度（jcorr）的大小，jcorr越大，表明反應(yīng)速率越快［17-18］。隨著體系pH的升高，Ecorr逐漸降低，jcorr逐漸升高，這表明黃鐵礦發(fā)生氧化腐蝕的最佳條件為堿性條件。

2.5交流阻抗

EIS在研究電極電化學(xué)反應(yīng)過程有廣泛的應(yīng)用，以建立電路模型為手段，再通過電路元件類型和數(shù)據(jù)來判斷其反應(yīng)類型。0.4 V電位下，黃鐵礦在不同緩沖溶液中的奈奎斯特曲線和擬合電路見圖5、圖6。

對酸性體系數(shù)據(jù)進行擬合采用的等效電路是Rs（Csl（Rsl（QdlRct））），其中，Csl值的大小可能與氧化溶解過程中黃鐵礦表面形成的表面層厚度有關(guān)，該表面層可能附著單質(zhì)硫及氧化鐵，其電阻值的大小用表層電阻表示。對中性體系數(shù)據(jù)采用等效電路Rs（QdlRct）進行擬合，而堿性體系的數(shù)據(jù)相比于前二者而言，在低頻區(qū)顯示出了較為明顯的Warburg阻抗［19］，故采用等效電路Rs（Qdl（RctW））進行擬合。黃鐵礦氧化總反應(yīng)阻力由Rsl+Rct構(gòu)成，若Rslgt;Rct，說明該反應(yīng)過程主要由表面層傳質(zhì)速率（擴散速率）控制［20］；若Rctgt;Rsl，則說明該反應(yīng)過程主要由電荷轉(zhuǎn)移速率（表面反應(yīng)速率）控制；Rsl+Rct值越大，說明黃鐵礦發(fā)生氧化越困難；反之，則說明黃鐵礦越容易發(fā)生氧化反應(yīng)。

電壓為0.4 V時黃鐵礦在不同緩沖溶液中的等效電路圖參數(shù)見表2。由表2可知：Rct遠大于Rsl，這說明在酸性緩沖溶液中黃鐵礦的氧化主要由電荷轉(zhuǎn)移速率控制；電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct的大小隨著溶液體系pH的增大而減小，且依次減小的數(shù)值數(shù)量級變化一致，這也明顯說明了黃鐵礦在堿性體系中的氧化最為容易，中性體系次之，在酸性體系中的氧化最為困難，這與Tafel極化曲線分析所得的結(jié)論一致。

2.6XPS分析

X射線光電子能譜（XPS）是一種高靈敏度的表面分析技術(shù)，能夠依據(jù)元素的結(jié)合能位置推斷出該元素的具體化學(xué)形態(tài)。本研究在不同pH的緩沖溶液中對黃鐵礦電極進行了電化學(xué)反應(yīng)，并在電位為0 V的條件下，于不同緩沖溶液中分別進行了2 h的電化學(xué)反應(yīng)。隨后，對反應(yīng)后的電極表面進行了XPS測試，并對S 2p3/2和Fe 2p3/2光譜進行了詳細分析，結(jié)果見圖7、圖8及表3。

由圖7-a可知：在酸性緩沖溶液中，黃鐵礦電極的S 2p3/2光譜中心位置對應(yīng)的結(jié)合能分別為162.70 eV、163.90 eV、164.05 eV。由圖7-b可知：在中性緩沖溶液中，黃鐵礦電極的S 2p3/2光譜中心位置對應(yīng)的結(jié)合能為162.75 eV、163.95 eV、164.02 eV。由圖7-c可知：在堿性緩沖溶液中，黃鐵礦電極的S 2p3/2光譜中心位置對應(yīng)的結(jié)合能為162.70 eV、163.95 eV、164.05 eV。由表3可知：結(jié)合能在162.70 eV附近對應(yīng)于物質(zhì)S22-的生成，結(jié)合能163.95 eV和164.05 eV附近均對應(yīng)物質(zhì)S0的生成［21］。其中，檢測到的S22-應(yīng)該來自未反應(yīng)的黃鐵礦，而S0則可歸因于式（1）［6］。

由圖8、表3可知：Fe 2p3/2光譜中心位置在酸性、中性、堿性緩沖溶液中的結(jié)合能分別為710.90 eV、710.45 eV、708.45 eV，并且3種緩沖溶液體系都在Fe 2p3/2光譜中心位置出現(xiàn)了706.75 eV的結(jié)合能。706.75 eV處的結(jié)合能屬于Fe（Ⅱ）-S［22］。其中，在710.90 eV附近的結(jié)合能對應(yīng)為Fe（OH）3/Fe2O3，在710.45 eV處結(jié)合能對應(yīng)為Fe（OH）3，而在708.45 eV處的結(jié)合能歸因于Fe（Ⅲ）-S。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)的分析，可以觀察到在酸性、中性和堿性緩沖溶液中，黃鐵礦電極的S 2p3/2光譜的結(jié)合能中心位置存在差異性，同時亦展現(xiàn)出一定的共性。這表明在0 V電位條件下，盡管pH的改變對黃鐵礦的反應(yīng)性能影響有限，仍可識別出其影響。

3結(jié)論

1）黃鐵礦在不同pH緩沖溶液中的開路電位隨pH升高而逐漸降低，表明溶液酸堿性對黃鐵礦的電化學(xué)性質(zhì)有顯著影響。

2）黃鐵礦在酸性、中性和堿性緩沖溶液中均表現(xiàn)出不同的電化學(xué)氧化行為。在堿性緩沖溶液中，黃鐵礦的氧化峰電流密度顯著高于酸性和中性體系，表明堿性環(huán)境促進了黃鐵礦的氧化反應(yīng)。此外，黃鐵礦在不同溶液中的還原峰電流密度也呈類似趨勢，即堿性條件下還原反應(yīng)速率最快。

3）黃鐵礦在堿性緩沖溶液中的溶解速率在較低電位下即達到峰值，表明堿性環(huán)境有利于黃鐵礦的溶解。而在較高電位下，中性緩沖溶液中的溶解速率更為顯著。酸性條件下，無論電位如何，黃鐵礦的溶解速率均保持最低。

4）隨著緩沖溶液pH的升高，黃鐵礦的腐蝕電位逐漸降低，腐蝕電流密度逐漸升高，表明黃鐵礦在堿性條件下的氧化腐蝕反應(yīng)最容易進行。

5）黃鐵礦在堿性體系中的電荷轉(zhuǎn)移電阻最小，說明堿性環(huán)境最有利于黃鐵礦的氧化反應(yīng)。此外，隨著溶液pH的升高，黃鐵礦氧化總反應(yīng)阻力逐漸減小，進一步驗證了堿性條件下黃鐵礦氧化反應(yīng)更容易進行的結(jié)論。

6）在酸性、中性和堿性緩沖溶液中，黃鐵礦表面的硫和鐵元素均表現(xiàn)出不同的化學(xué)形態(tài)。盡管pH的改變對黃鐵礦表面化學(xué)組成的影響有限，但仍可識別出其影響。

［參考文獻］

［1］張洋，席欣月.銅硫浮選分離工藝及藥劑研究進展［J］.黃金，2025，46（1）：47-55.

［2］薛旭東，張炎.黃鐵礦在組氨酸、賴氨酸、精氨酸中的電化學(xué)氧化機理研究［J］.黃金，2024，45（10）：84-90.

［3］遲崇哲，劉影，王超，等.有色金屬礦山尾礦土壤化生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究進展［J］.黃金，2024，45（12）：8-12.

［4］LI Y，LI W，XIAO Q，et al.Acid mine drainage remediation strategies：A review on migration and source controls[J].Minerals amp; Metallurgical Processing，2018，35（3）：148-158.

［5］楊志婷，字富庭，張炎，等.酸性礦山廢水中表面鈍化技術(shù)的研究進展［J］.有色金屬工程，2023，13（7）：147-157.

［6］HOLMES P R，CRUNDWELL F K.The kinetics of the oxidation of pyrite by ferric ions and dissolved oxygen：An electrochemical study[J].Geochimica et Cosmochimica Acta，2000，64（2）：263-274.

［7］BIEGLER T，SWIFT D A.Anodic behaviour of pyrite in acid solutions[J].Electrochimica Acta，1979，24（4）：415-420.

［8］TAN H，F(xiàn)ENG D，VAN DEVENTER J S J，et al.An electrochemical study of pyrite oxidation in the presence of carbon coatings in cyanide medium[J].International Journal of Mineral Processing，2006，80（2/3/4）：153-168.

［9］ALMEIDA C，GIANNETTI B F.Comparative study of electrochemical and thermal oxidation of pyrite[J].Journal of Solid State Electrochemistry，2002，6（2）：111-118.

［10］ALMEIDA C，GIANNETTI B F.The electrochemical behavior of pyrite-pyrrhotite mixture[J].Journal of Electroanalytical Chemistry，2003，553：27-34.

［11］涂志紅.黃鐵礦氧化過程中硫形態(tài)轉(zhuǎn)化及其表面氧化電化學(xué)研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2017.

［12］LIU T，HU Y T，CHEN N，et al.Electrochemical investigation of the oxidation of pyrite in neutral solutions[J].Electrochimica Acta，2021，393：139078.

［13］WANG M D，XUE D P，QIN H Y，et al.Preparation of FeS2 nanotube arrays based on layer?by?layer assembly and their photoelectrochemical properties[J].Materials Science and Engineering B-advanced Functional Solid?State Materials，2016，204：38-44.

［14］GHAHREMANINZHAD A，ASSELIN E，DIXON D G.Electroche?

mical evaluation of the surface of chalcopyrite during dissolution in sulfuric acid solution[J].Electrochimica Acta，2010，55（18）：5 041-5 056.

［15］YIN Q，KELSALL G H，VAUGHAN D J，et al.Rotating ring（Pt）-disc（FeS2）electrode behavior in hydrochloric solutions[J].Journal of Colloid amp; Interface Science，1999，210（2）：375.

［16］鄧莎，顧幗華，賀國帥. 酸性體系下不同成因黃鐵礦的浸出行為與電化學(xué)性質(zhì)差異［J］. 礦冶工程，2021，41（1）：85-89.

［17］ZHANG Y，ZI F T，HU X Z，et al.Mechanism of pyrite oxidation in copper（Ⅱ）-ethylenediamine-thiosulphate gold leaching system[J].Electrochimica Acta，2021，390：138752.

［18］唐家華，毛王彬，李栢莊，等.金電極在硫代硫酸鹽溶液中的電化學(xué)氧化機理研究［J］.黃金，2022，43（8）：55-59.

［19］劉云.黃鐵礦氧化機理及表面鈍化行為的電化學(xué)研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2011.

［20］CHIRITA P，SCHLEGEL M L.Pyrite oxidation in air?equilibrated solutions：An electrochemical study[J].Chemical Geology，2017，470：67-74.

［21］TU Z H，WAN J J，GUO C L，et al.Electrochemical oxidation of pyrite in pH 2 electrolyte[J].Electrochimica Acta，2017，239：25-35.

［22］GHAHREMANINEZHAD A，DIXON D G，ASSELIN E.Electroche?

mical and XPS analysis of chalcopyrite （CuFeS2） dissolution in sulfuric acid solution[J].Electrochimica Acta，2013，87：97-112.

Study on electrochemical oxidation mechanisms of pyrite in acidic， neutral，

and alkaline buffer solutions

Xue Xudong1， Zhang Yan2

（1.Xi’an Innovation College of Yan’an University; 2.Faculty of Science， Kunming University of Science and Technology）

Abstract： Pyrite， the most widely distributed sulfide mineral， undergoes oxidation processes that generate acid mine drainage （AMD）， leading to severe environmental pollution in mining areas. To optimize pyrite utilization efficiency and fundamentally mitigate AMD formation， this study systematically analyzed pyrite electrochemical oxidation behaviors in 3 buffer solutions—10 mmol/L HAc-NaAc （acidic）， 10 mmol/L NaH2PO4-Na2HPO4 （neutral）， and 10 mmol/L NH3-NH4Cl （alkaline）—using electrochemical analysis and X?ray photoelectron spectroscopy surface analysis method. Results reveal that pyrite surface oxidation initiates preferentially under low?potential conditions， with oxidation rates accelerating significantly in higher pH buffer solution. These findings provide theoretical insights into the chemical mechanisms of pyrite oxidation.

Keywords： pyrite; buffer solution; oxidation mechanism; electrochemistry; oxidation rate; acid mine drainage

收稿日期：2024-11-29；修回日期：2025-02-06

基金項目：陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃項目（2020JQ-989）；云南省基礎(chǔ)研究計劃項目（202301AT070195）

作者簡介：薛旭東（1987—），男，講師，碩士，從事電化學(xué)等方面的研究工作；E?mail：44166879@qq.com

*通信作者：張炎（1987—），男，講師，博士，從事電化學(xué)等方面的研究工作；E?mail：zhangyan_ecnu@163.com