流动介质对黄铁矿黄铜矿原电池反应的影响。采用三电极体系对黄铁矿和黄铜矿构成的原电池反应的腐蚀电流密度和混合电位进行了研究，结果表明：原电池的腐蚀电流密度随流动介质中氧化性离子（如Cu）浓度增加、流速增大而增大，混合电位随流动介质中氧化性离子（如Cu）浓度增加、流速增大而变得越来越正。实验结果对矿山环境污染治理有指导意义。结合原电池模型、混合电位理论和Butler-Volmer方程从理论上对实验结果进行了解释。
自然界中的金属硫化矿物大多具有半导体的性质。当几种静电位不同的硫化矿物接触在一起时，在溶液的作用下就会组成原电池发生电化学腐蚀，静电位高的矿物充当阴极而受到保护，静电位低的矿物充当阳极加速氧化黄铁矿和黄铜矿之间的原电池反应对地球化学进程有重要的影响。Sikka等hand斑岩铜矿次生铜矿的研究发现，黄铜矿逐渐蚀变成含硫少含铜多的次生硫化矿物，蚀变序列为：S.他们指出黄铜矿蚀变主要是原电池反应的结果，并以Eh-pH图绘出了蚀变硫化矿物之间的状态线，利用热力学数据给出了合理的电化学方程。
当前随着矿冶工业的发展和环保意识的增强，矿山环境问题越来越受到人们的重视。黄铁矿氧化及黄铁矿和其它金属硫化矿物形成原电池反应产生的酸性矿山排水和重金属离子污染是矿山环境污染的一个主要因素.对于黄铁矿和黄铜矿这两种常常共生在一起的矿物，一方面，地表裸露天然矿体受矿山排水、地表流水、雨水淋漓作用，地下矿体受地下水、采矿作业用水等作用形成原电池腐蚀；另一方面，黄铁矿和黄铜矿的开发利用过程中所产生的浮选尾矿及浸出渣等在剩余的捕收剂或氧化剂等溶液作用下原电池腐蚀尤为严重。上述情况均会产生酸性排水和重金属离子而污染环境。流动介质下黄铁矿和黄铜矿组成的原电池的反应情况目前还没有相关报导，本项目通过改变开放流动体系下溶液的组分（Cu）浓度和流速，对黄铁矿和黄铜矿之间的原电池反应进行研究，旨在通过模拟矿山流动介质下黄铁矿和黄铜矿的原电池反应，探讨影响天然原电池反应的因素，为矿山环境污染治理提供理论基础。
1试样及其化学组成实验用的黄铁矿和黄铜矿单矿物采自云南东圈铜矿矿床，电子探针测得它们的化学组成见表1.
成份2实验方法2.1电极制备先将矿物样品打磨成直径为8mm的圆柱体，然后在柱体上端面焊接铜导线，并将圆柱体放入大小合适的聚四氟乙烯套管，灌环氧树脂密封，再用金相砂纸将下端面逐级抛光，处理好的电极仅下端面能与溶液接触。抛光后的电极经反光显微镜观察均为纯的黄铁矿和黄铜矿。电极每次使用前均用金相砂纸抛光出新鲜表面，再用丙酮和蒸馏水清洗干净。
2.2以饱和甘汞电极作参比电极，所测电位均相对于甘汞电极。腐蚀电流密度和混合电位由HP-34401A型高精度数字表读取，HP-34401A型高精度数字表通过与计算机连接直接将读取结果录入计算机。
3实验结果浓度对原电池反应的影响为0.36m/s时黄铁矿和黄铜矿组成的原电池在不同浓度硫酸铜溶液中的腐蚀电流密度和混合电位的变化。当溶液中含有Cu时，黄铁矿-黄铜矿原电池反应的腐蚀电流密度显著增的浓度越大腐蚀电流密度越大。黄铁矿-黄铜矿原电池反应的混合电位随着Cu浓度的增大而向正电位方向变大。
3.2溶液流速对原电池反应的影响浓度为0.01mol/L时黄铁矿和黄铜矿组成的原电池在不同流速硫酸铜溶液中的腐蚀电流密度和混合电位变化。随着溶液流速的增大，腐蚀电流密度大大增加，混合电位向正电位方向变大。
4讨论4.1黄铁矿-黄铜矿原电池反应模型酸性条件下，当黄铁矿与黄铜矿发生原电池反金属矿山应时，黄铜矿作阳极，其表面发生氧化反应黄铁矿作阴极，其表面发生还原反应原电池总反应为根据上述反应情况，建立黄铁矿-黄铜矿原电池反应模型.
浓度对原电池反应的影响机理常温常压下，在水中的溶解度很小（88.5mg/L），它在原电池阴极上发生还原反应的极限电流密度和腐蚀电流密度必然很小由于其强氧化性，大大加速了黄铁矿-黄铜矿原电池反应。因此当溶液中存在较大浓度的Cu时，可以忽略溶解氧对原电池腐蚀的影响。
阳极黄铜矿氧化和阴极CuVolmer方程分别为式中，i分别为阳极和阴极的腐蚀电流密度；分别为CuFeS阳极反应和Cu/Cu阴极反应的交换电流密度；E为混合电位（腐蚀电位）；分别为反应达到平衡时阳极和阴极的电位；分别为阳极和阴极的传递系数；R为气体常数；F为法拉第常数；T为绝对温度。
由于腐蚀原电池为自发的氧化还原反应，阳极溶解和阴极还原均为强极化，原电池腐蚀电位E偏离阳极溶解平衡电位E和阴极还原平衡电位都很远，因此电极反应逆过程均可忽略，式（6）、（7）可简化为根据混合电位理论，在混合电位E下，阴极电流密度i和阳极电流密度i相等，且都等于原电池反应的电流密度i将式（8）、式（9）代入式（10）并整理，得其中，当增大溶液中的Cu浓度时，一方面将使得阴极平衡电位E和阳极平衡电位E向正方向增长，另一方面将改变半反应的动力学参数，增大的交换电流密度i2+，反映在式（11）中，就表现为黄铁矿和黄铜矿组成的原电池的混合电位E变为正值且越来越大。这与图3所显示的实验结果一致。
原电池反应的驱动力是阴极和阳极的平衡电位的差值，即E2.如上所述，增大Cu浓度将使原电池的混合电位变成越来越大的正电位，因此增大Cu浓度对Cu还原的影响比对CuFeS氧化的影响更大，从而使驱动力E变刘庆友等：流动介质对黄铁矿-黄铜矿原电池反应的影响大，反映在式（12）中，就表现为增大溶液中的Cu浓度时，黄铁矿和黄铜矿组成的原电池的腐蚀电流密度将增大。这与图2所显示的实验结果一致。
变化曲线模型，它直观地反映了增大溶液中的Cu浓度对黄铁矿和黄铜矿原电池反应的混合电位和腐蚀电流密度的影响。
（虚线为增大Cu浓度后对应的阳极和阴极的i-E变化曲线）4.3溶液流速对原电池反应的影响机理溶液流动条件下电极表面的电流密度为式中，为j粒子的反应数；D为j粒子的扩散系数；为j粒子的扩散层厚度；c和c分别为j粒子在溶液本体和电极表面的浓度；n为电子的反应常数；F为法拉第常数。
流动水溶液条件下扩散层厚度的表达式为式中，为动力粘度系数；y为电极表面上某点距冲击点y的距离；u为溶液的流速。
其他条件不变，只改变溶液的流速时，由式（14）可知扩散层厚度正比于u0，即增大溶液流速u0，扩散层厚度减小；而扩散层厚度越小，由式（13）可知，电极表面的电流密度i越大。这与图4显示的结果一致。
此外，当增大溶液的流速时，电极表面的生成物更容易被带走，同时反应物更迅速地被带到电极表面，导致去极化增强，使混合电位向正方向增高。这与图5显示的结果一致。
5结论（1）当溶液中存在Cu时，黄铁矿-黄铜矿原电池反应的腐蚀电流密度大大增加，而且Cu浓度越大，腐蚀电流密度越大，混合电位越正，表明Cu等氧化性离子能加快黄铁矿和黄铜矿之间的原电池反应。减少向矿山及废弃物堆场排放Cu等强氧化性离子或者通过控制介质的pH来降低Cu等强氧化性离子的溶解性是改善矿山环境的一个重要措施。
（2）相同浓度相同酸度的同种流动介质的流速越大，黄铁矿和黄铜矿构成的原电池反应的腐蚀电流密度越大，混合电位越正，表明地表水、矿山流水的流动，雨水的淋漓能加快黄铁矿和黄铜矿之间的原电池反应，导致重金属离子和酸性水对矿山环境的污染加重。金属矿山适应整个矿山可持续发展的需要。
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