矿体的电化学溶解 铀矿的电化学溶解及提取模拟实验研究

矿物溶解主要包括机械溶解、氧化溶解、电化学溶解、生物溶解等。以上研究表明，金属矿体的溶解和氧化作用实质上都是一种电化学过程。所以，金属矿体的溶解主要表现为电化学溶解。

矿体是由多种不同的矿物组成的。由于不同的矿物具有不同的稳定电位，所以在矿体各部分，只要在相邻的矿物间存在着电位差，就会自然形成一个微观原电池，如果相邻两种矿物电极电位差值越大，则微观原电池的阳极溶解作用就越强烈。局部微观原电池的作用推动了整个矿层规模的大的宏观原电池的发育，局部电池对的反应产物对大原电池来说是供给H⁺和金属离子的外部来源。

如果氧能顺利到达作用中的电池对，电池就有长期作用的保障。增加或减少供氧将表现为原电池作用的加强或减弱，相应地表现为相邻矿物阳极溶解速度的加快或减慢。埋藏较浅的金属硫化矿物，地下水中游离氧含量丰富，因而电化学作用强烈，在矿物发生电化学溶解过程中，除有金属离子和元素外还会出现大量硫酸根离子。如黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、辉铜矿等硫化矿物产生的电化学溶解过程的总反应式为：

地电化学成晕机制、方法技术及找矿研究

当然，还会有一系列次一级反应。从以上反应式可以看出，硫化矿物通过电化学溶解，产生Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺等金属阳离子和可溶性阴离子

等，在电化学电场作用下，各自沿氧化还原梯度带迁移，金属离子作为地电提取的对象，可溶性离子则成为土壤离子电导率的测定对象。

由于地下水不间断地循环，溶解的氧气常比较深地渗透到潜水面以下，其深度可达几十米至几百米(甚至1km)。另一方面，地下水循环是主要的退极化剂，地下水循环作用可将矿物溶解产生的阴阳离子带走，而保证矿物不断产生电化学溶解作用。

当矿体埋藏较深，且被潜水面切割时，由于矿体处于上下部氧化还原性质不同的围岩溶液中，组成一个宏大的电池，又由于多金属硫化矿体中，各种金属硫化矿物的稳定电位的差异而形成很多微电池，这样就会产生一系列的电化学作用。一方面，由于矿体形成电池而引起电化学溶解，即阳极(电池负极)溶解，它是埋藏较深矿体周围离子晕中离子的主要来源；另一方面，矿体与周围溶液组成一个宏大电池，电池的自然电流所形成的自然电场，是离子迁移形成离子晕的动力之一。

当矿体由单一矿物所组成时，情况比较简单。如矿体被潜水面切割，矿体下部为阳极(负极)，电极上发生氧化反应，以黄铁矿为例，电极反应除S^2-、HS^-、H₂的氧化反应外，还存在矿体本身的溶解与反应：

S^2--2e=S⁰

HS^--2e=H⁺+S⁰

H₂-2e=2H⁺

FeS₂-2e=Fe²⁺+2S⁰

如矿体为多种金属硫化矿物共生体时，情况比较复杂。它既存在矿体被潜水面切割形成的宏电池，又存在由于矿物的稳定电位的不同而形成的微电池，在微电池中电位值小的矿物为阳极(负极)，在电化学反应中发生溶解。金属硫化矿物在 H₂O、KCl、FeSO₄、Fe₂(SO₄)₃等中性或氧化性溶液中稳定电位值大小的顺序，大致上是：黄铁矿＞黄铜矿＞方铅矿＞闪锌矿，所以多金属硫化物矿体中，最先溶解的是闪锌矿，接着是方铅矿，往后是黄铜矿。从这个意义上讲，在离子晕中，离子量多少的顺序为：Zn²⁺＞Pb²⁺＞Cu²⁺。为了证实这一事实，进行了实验测定。

在1号烧杯中将黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿标本混放在一起，倒入700mL蒸馏水，7天后测定结果为，Zn含量为231.5μg/mL，Pb含量为4.44μg/mL，Cu含量为0.18μg/mL，Fe含量为110.82μg/mL；在2号烧杯中只放入黄铁矿，倒入等量蒸馏水，7天后测定结果为，Zn含量为 105.3μg/mL，Pb 含量为 0.42μg/mL，Cu含量为0.024μg/mL，Fe含量为22.53μg/mL。二者得出同样的结论，即 Zn²⁺＞Pb²⁺＞Cu²⁺，说明电极电位越负的硫化矿物首先进行电化学溶解。另外，1号烧杯中的Zn、Pb、Cu、Fe元素含量分别为2号烧杯中同种元素含量的2.2倍、10.5倍、7.5倍、4.9倍，说明多金属硫化矿物在水溶液中的电化学作用更强烈，可加速硫化物的溶解和氧化。

铅锌矿的电化学溶解及提取模拟实验研究~

(1)实验装置
1)在室内设置一长2m，宽1.5m，高1m的水泥槽，槽内放置一长40cm，直径20cm的人造柱状模拟矿体(主要是破碎成小块的闪锌矿和方铅矿)，在模拟矿体两端加一电压为50V，电流200mA的激发电源，以自来水为电解液放入水泥槽中，通电使矿体产生电化学溶解。
2)在水泥槽内布置电提取装置，即在槽内左侧放置光谱纯石墨电极做正极，右侧放置元素接收器为负极，两极间施加电压220V，电流300mA。实验总体设计见图4-19a，元素接收器的组成见图4-19b。
(2)实验结果
上述装置安装好后开始通电，每隔一小时从元素接收器中取样分析Zn2+含量。据测量数据绘制时量曲线，见图4-20。
从图4-20可以看出，在4h之前进入提取器中的Zn2+量较低，在实验进行至4h提取器中Zn2+的含量突增至3.8×10-6，说明在4h以前进入接收器中的Zn2+可能来自水的本底含量，或开始放入水时被模拟矿体污染的少量Zn2+，而通电到4h接收器中的Zn2+突然增加，是由模拟矿体发生电化学溶解所产生的大量Zn2+入到元素接收器中所致，通电4h以后接收器中的Zn2+含量基本保持稳定，即逐步达到动态平衡。
实验中还可以观测到矿体电化学溶解的宏观现象。在模拟矿体向阳极一侧的槽底有呈舌状的黄色物质出现，具颜色由深变浅的分带现象。表明模拟矿体产生电化学溶解后，金属阳离子被提取到元素接收器，阴离子S2-向阳极移动，并被氧化，其电离式为：
ZnS→Zn2++S0+Ze

图4-19 模拟实验装置（a）和元素接收器（b）示意图

在电场作用下，S2-向阳极移动，使电离平衡被破坏，导致反应向正方向进行，产生大量的 S2-，其在迁移过程中被氧化成单质硫，所以在模拟矿体向阳极一侧的槽底可见到黄色物质的分带现象。

图4-20 模拟实验Zn2+提取时量曲线

实验室所做矿物的电化学溶解试验及水槽中的模拟实验结果，进一步证明在自然电场或人工电场的作用下，能使矿体产生电化学溶解，所电离出的金属离子在外电场作用下可源源不断进入到所设置的元素接收器中积累起来，通过测元素接收器中的积累量，便可达到寻找深部隐伏矿的目的。

1986年沈阳核工业部240所用铀矿做了提取模拟实验，结果提取到铀离子。在实内设置一长2m，宽1.5m，高1.5m的水泥模拟槽，槽内从底部到顶部顺序放置：砂砾石、砂子、土壤，在中段中部放置沥青铀矿和次生铀矿的矿石粉作为矿体，在其周围放置被铀矿污染的砂子作为矿体分散晕，土壤表面放置7个元素接收器，各通以200mA电流和220V电压源。6、12、24h三次取样分析，结果如图4-22所示，在矿体顶部出现了铀含量增高值，随时间的增长，含量增高，说明了铀离子在电场的作用下，已迁移进入到元素提取器中。

图4-22 在铀矿床顶部实际模拟提取成果图

矿体的电化学溶解
答：二者得出同样的结论，即 Zn2+＞Pb2+＞Cu2+，说明电极电位越负的硫化矿物首先进行电化学溶解。另外，1号烧杯中的Zn、Pb、Cu、Fe元素含量分别为2号烧杯中同种元素含量的2.2倍、10.5倍、7.5倍、4.9倍，说明多金属硫化矿物在水溶液中的电化学作用更强烈，可加速硫化物的溶解和氧化。

电流通过两类导体接触界面时所发生的电化学现象
答：右边溶液中的Cu2+和H+沿电场方向向右移动， 和OH-反电场方向向左移至界面，OH-把电子传给金属铜，完成电荷传递，即2OH-→H2O+1/2O2+2e，产生电解产物H2O和O2，在阴极同时发生电化学溶解作用，即Cu2+进入溶液中，Cu→Cu2++2e。与阴极同样的原因，在阳极界面溶液一侧有符号相反的负离子积累，...

应用条件及影响因素
答：地电提取测量的应用前提条件主要包括：矿体的电化学溶解能力、矿体上方的离子通道条件、地表盖层条件，以及气候、接地条件等。现就有关问题逐条叙述如下：(1)矿体的电化学溶解能力 研究表明：金属矿体矿物成分较复杂，当硫化物较多，具有较好的成晕条件和较好的水文地质条件的情况下，矿体的电化学溶解能力较强...

铅锌矿的电化学溶解及提取模拟实验研究
答：是由模拟矿体发生电化学溶解所产生的大量Zn2+入到元素接收器中所致，通电4h以后接收器中的Zn2+含量基本保持稳定，即逐步达到动态平衡。实验中还可以观测到矿体电化学溶解的宏观现象。在模拟矿体向阳极一侧的槽底有呈舌状的黄色物质出现，具颜色由深变浅的分带现象。表明模拟矿体产生电化学溶解后，金属阳...

电化学溶解
答：什么是电化学溶解呢?对原电池来说，现以丹尼尔电池为例(图2-1)，当用导线将两个电极接通，在两极上将进行如下反应：锌极(负极或阳极)Zn→Zn2++2e 铜极(正极或阴极)Cu2++2e→Cu 图2-1 丹尼尔电池示意图 (据江琳才，1979)在锌极上锌原子放出电子被溶解而变成Zn2+进入溶液，锌电极上积累的...

铀矿的电化学溶解及提取模拟实验研究
答：1. 在1986年，中国核工业部240所进行了铀矿的提取模拟实验，成功提取了铀离子。2. 实验中，建立了一个模拟槽，槽内尺寸为2米长、1.5米宽和高，模拟了铀矿床的环境。槽内从底部到顶部依次放置了砂砾石、砂子、土壤。3. 在模拟槽的中段中部，放置了沥青铀矿和次生铀矿的矿石粉，模拟矿体。4. 在...

铀矿的电化学溶解及提取模拟实验研究
答：1986年沈阳核工业部240所用铀矿做了提取模拟实验，结果提取到铀离子。在实内设置一长2m，宽1.5m，高1.5m的水泥模拟槽，槽内从底部到顶部顺序放置：砂砾石、砂子、土壤，在中段中部放置沥青铀矿和次生铀矿的矿石粉作为矿体，在其周围放置被铀矿污染的砂子作为矿体分散晕，土壤表面放置7个元素接收器，各...

电化学基本原理
答：电化学基本原理如下：电化学原理是研究电与化学的相互关系的学科,它研究的对象是电解质溶液中的化学反应以及与之相关的电流、电势和电量等。电化学原理的研究基础是电解质溶液中的离子传导和电子传导。离子传导是指电解质溶液中带电粒子(离子)在电场的作用下发生迁移的过程,而电子传导则是指电子在导体中的...

电吸附找矿方法简介
答：后生异常是有源的，其形成要经历成矿、成晕物质的溶解→在溶液中迁移→析出等一系列的过程。深埋藏隐伏金属矿体的溶解作用主要是电化学溶解作用。电化学溶解作用包括氧浓度差电池氧化溶解作用和硫化物原电池氧化溶解作用。氧浓度差电池氧化溶解作用是指一个矿体或其他导电体处于具有不同氧浓度的电解液中，...

电化学型
答：矿物以电化学溶解为主。这种类型的矿体埋藏有一定深度。其地电异常对寻找深部隐伏矿体有着重要的意义。地电提取是提取可溶性离子，它的来源有如下几部分：其一是早已形成的离子晕中的离子，这部分离子的多少，主要取决于矿物的电化学溶解，众所周知矿物电化学溶解顺序由矿物稳定电位大小而定，多种矿物共存...