典型硫化矿物的化学性质
2009-05-18 09:12阅读:
每种硫化矿物都有一定的化学组成,矿物中的原子、离子或分子,通过化学键的作用处于暂时的相对平衡状态。当硫化矿物与空气、水及各种溶液相接触时,将会产生一系列不同的化学变化,如氧化、分解和水解等,从而表现出一定的化学性质。由于各种硫化矿物的化学组成和键性互不相同,所以表现出来的化学性质往往也有差异。其中与自燃关系密切的主要有硫化矿物的氧化性、可溶性及其与各种酸、碱的反应等。
1.硫化矿物的可溶性
固体硫化矿物与某种溶液相互作用时,硫化矿物表面的质点,由于本身的振动和受溶剂分子的吸引,将离开矿物表面进入或扩散到溶液中去,这个过程称为硫化矿物的溶解。硫化矿物在溶解过程中,已进入溶液中的质点与尚未溶解的固体矿物表面相碰撞时,又可能被固体硫化矿物吸引而重回到它的表面上来,也即矿物重新结晶长大。单位时间内,从固体硫化矿物表面进入溶液的离子数和由溶液回到固体硫化矿物上的离子数相等时,溶解和结晶就处于暂时的动态平衡状态,硫化矿物就不再溶解。
水是分布最广的天然溶剂,由于水分子有偶极性,故极易发生解离作用,即H2O=H++OH-。水介质的介电常数很高,对许多具有离子键的矿物有很强的破坏能力,能使之分解而溶于水。同时,水中常常溶解有氧、二氧化碳等物质,这样就促使许多矿物加速溶解于水。但不同的矿物在水中的溶解度差别很大。矿物在纯水中的溶解度大小,主要受到矿物的化学组成、晶体结构类型和水的温度等因素的制约。一般情况下,具有共价键、金属键的矿物和由高电价、小半径的阳离子所组成的化合物或单质矿物水溶速度小;而由低电价、大半径的阳离子组成的具有离子键的矿物水溶速度大;含(OH)-和H2O的矿物溶解度也大。水的温度升高,一般可加速固体矿物的溶解。同种金属的硫化物和硫酸盐在水中的溶解度有明显差异,硫酸盐的溶解度远大于硫化物的溶解度。例如,黄铁矿(FeS2)和磁黄铁矿(Fe1-xS)在温度为18℃的水中的溶解度分别只为0.0489mol/m3和0.0536mol/m3
,而氧化生成的硫酸亚铁(FeSO4)在温度为0℃的水中的溶解度就达
1030mol/m3,由此可见,在其它条件相同或近似的情况下,化合物类型不同,溶解度明显不同,而同类化合物的溶解度虽也有差异,但差别不太明显。硫化矿物一般很难溶于水,但在酸性水溶液及氧化条件下,其溶解度会显著增大,致使许多金属硫化物在氧化中形成易溶于水的硫酸盐,并使水溶液呈酸性,后者又可进一步加速矿物的溶解。因此硫化矿物的氧化和溶解是两个相互促进的过程。
2.硫化矿物的可氧化性
原生矿物,特别是含有变价元素(如Fe、S等)的矿物,当暴露地表或处于井下条件的时候,由于受空气中的氧和溶解氧、二氧化碳和水的作用,使处于还原态的离子变为氧化太,如Fe2+变为Fe3+,S2-或[S2]2-变为S6+等,从而导致原矿物的破坏,并形成一些在氧化环境中稳定的矿物。例如低价氧化物变成高价氧化物或氢氧化物,硫化物变成硫酸盐等等。或者当氧化作用进行的不彻底时,使矿物的表面特征发生改变。凡矿物遭受氧化改变原有性质的作用称之为矿物的氧化。
矿石的氧化作用是逐渐进行的。最初阶段,原生矿物开始氧化,次生矿物很少,这些矿物主要是由硫化物氧化、分解而成的硫酸盐,少量氧化物、氢氧化物。中间阶段次生矿物较原生矿物多。硫化物已基本氧化,只有少量硫化物仍留在矿石中。次生矿物除硫酸盐外,分解作用的最终产物占多数。在本阶段参加氧化作用和溶解作用的除外,还有H2SO4、Fe2(SO4)3、CuSO4等。最终阶段硫化物消失,硫酸盐也大大减少,氧化带的全部矿物由分解作用的最终物组成。矿石由原生带变成氧化带无疑需要漫长的地质年代,在生产矿井中的矿石氧化一般仅发生在矿石表层,因为矿山的开采时间与漫长的地质年代比较起来是极为短暂的一瞬间。
例如,黄铁矿的氧化作用如下:
2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2
H2SO4
硫酸亚铁不稳定,继续氧化为高价铁的硫酸盐。
12FeSO4+3O2+6H2O=4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3
4FeSO4+O2+2
H2SO4=2Fe(OH)3+2H2O
高价铁的硫酸盐在中性或弱酸性溶液中也不稳定,常发生水解作用,最终变为氢氧化铁。
Fe2(SO4)3+6 H2O=2
Fe(OH)3+3 H2SO4
氢氧化铁凝胶可形成各种表生铁矿物。