【摘 要】
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一般在矿物的开采过程中,会产生大量的工业尾矿,且这些尾矿大多以硫化物矿物为主。其中,黄铁矿（FeS2）含量最多、最为普遍,而砷黄铁矿（FeAsS）是尾矿中最重要的含砷矿物。黄铁矿与砷黄铁矿等硫化物矿物暴露于环境中,会受到风化作用的氧化,产生酸性矿山废水（Acid mine drainage,AMD）。不仅形成硫酸,还形成毒性很强的高浓度含砷尾矿,导致大面积的河流以及湖泊的酸化,引发严重的环境问题和
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一般在矿物的开采过程中,会产生大量的工业尾矿,且这些尾矿大多以硫化物矿物为主。其中,黄铁矿（FeS2）含量最多、最为普遍,而砷黄铁矿（FeAsS）是尾矿中最重要的含砷矿物。黄铁矿与砷黄铁矿等硫化物矿物暴露于环境中,会受到风化作用的氧化,产生酸性矿山废水（Acid mine drainage,AMD）。不仅形成硫酸,还形成毒性很强的高浓度含砷尾矿,导致大面积的河流以及湖泊的酸化,引发严重的环境问题和威胁人体健康。因此为了有效防治AMD并保护生态环境,本文采用第一性原理计算,主要研究了O2与H2O共同存在的条件下,黄铁矿与砷黄铁矿的表面氧化反应。第一部分:首先构建了FeS2（001）表面晶体结构,对水分子和氧气分子的吸附进行了研究。在此基础上,分别研究了纯氧条件下、氧气与水共同存在的条件下FeS2（001）表面的氧化反应路径。在纯氧条件下,O2解离吸附在S–S位是最稳定的,为O原子最终迁移至S位提供了证据。以纯氧条件作为对比,在O2与H2O共同存在下,得到了两种可能的表面氧化机制,其包括与分子氧和水的连续反应最终导致表面硫被完全氧化为SO42-。同时,在氧化反应过程中发现了Fe–H2O2物种。另外,还针对黄铁矿表面氧化产生的硫酸盐中的氧的来源进行了探究,并且所提出的两种机理都能与同位素实验结果保持一致。第二部分:首先构建了FeAsS（001）表面晶体结构,对氧气分子在表面的吸附进行了研究,给出了一种O2可能的吸附形式,该形式下O2被充分活化。接下来通过计算,O2以极低的能垒解离吸附至相邻的As位点,证明了O2解离至表面As位比S位更容易。因此,以O2解离吸附的结构为基础,确定了两种可能的表面氧化机理,其包含与分子氧和水的连续反应,最终导致表面As被氧化为H3AsO4,表面硫被完全氧化为SO42-。本文所研究的FeS2（001）与FeAsS（001）表面的氧化反应机理,将为AMD的防治以及矿山浮选提供理论借鉴。
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