金属矿物的反应动力学与地球化学意义.doc

第 6卷 第 2期 1999年 4月 地学前缘 中国地质大学 , 北京 Earth Science Frontiers China University of G eosciences ,Beijing V ol 16N o 12Apr. 1999 收稿日期 1998208215 修改稿收到日期 1999201208 作者简介 张生 , 男 ,1967年生 , 博士 , 助理研究员 , 矿床地球化学和实验地球化学专业。 本文受广东省博士启动基金和中国科学院广州地球化学研究所所长择优基金资助。 金属矿物的反应动力学与地球化学意义 张 生 中国科学院广州地球化学研究所 , 广州 摘 要 、 MFR , 确 , 以微分法中的初始速率法应用最广。目 黄铁矿和黄铜矿形成、 晶质铀矿和磁铁矿溶解的速率定律 , 发现 1 酸性溶液中黄铁矿的氧化速率对 Fe 3和 O 2浓度呈分数依赖并受表面反 应的控制 ; 2 低于 300℃ 时黄铁矿不能从溶液中直接成核 , 而需初始地通过 FeS 先驱物的硫化 生成 ,FeS 与 H 2S 反应形成黄铁矿的速率方程为二级 ; 3 磁黄铁矿或黄铁矿与 Cu 2反应均可形 成黄铜矿 , 前者经历了一系列准稳的 Cu 2Fe 硫化物的中间物 , 后者的速率方程为表观一级并受 表面反应的控制 ; 4 酸性 pH 时磁铁矿的非线性溶解行为可采用表面反应 扩散输运耦合的收 缩核模型 SCM 来描述。有关动力学实验成果完善和深化了对矿床中黄铁矿、 黄铜矿的形成机 理和风化壳中磁铁矿的稳定性等方面的认识。将来的实验研究将向更多的金属矿物和高温高 压领域发展。 关键词 金属矿物 动力学实验 反应器 速率定律 反应机理 C LC P571,P5941 2 自 70年代以来 , 不均相的流体 矿物反应是地球化学动力学研究最热门的课题之一 , 这 方面的实验研究和理论探索包括从固 液界面上的基元过程到大尺度的输运和化学反应的 耦合作用 。 风化 、 成岩环境和低温热水条件 。 215 Fe 3O 4 和钛铁矿 FeT iO 3 在 pH 17的 NaCl 溶液中的 不一致溶解动力学 , 当反应时间较短时 106a 是吻合的 [18]。 753 1999 ,62 地 学 前 缘 4 研究展望 1 研究的金属矿物种类将从 Fe ,Cu 的矿物扩大至 Pb ,Zn ,Sb ,M o ,Mn ,Sn ,Ag 的各种硫 化物和 W ,Sn ,Cu ,Mn 的氧化物等 , 以适应不同类型矿床的研究需要 。 2 目前已报道的实验主要为常温和中 、 低温条件 200℃ , 未来的研究将进入中 、 高 温范围 , 压力条件也将从百巴级上升为千巴级的高压区 , 重要的实验资料和基础数据 。 3 矿物组合的溶解实验将受到重视 , 性耦合作用 , 4 , 的应用 5 , 实验模型将与数学模型更完美地结合 , 并使成矿动 力学研究发展至较为成熟的计算机模拟阶段 。 参 考 文 献 1 张荣华 , 胡书敏 ,Hellmann R , 等 1矿物在热液内化学动力学和物质迁移 1北京 科学出版社 ,19921158 2 张荣华 1地球化学动力学研究回顾 1见 张焘 , 张荣华主编 1自然作用热力学与化学动力学 1北京 科学技术 文献出版社 ,19941117128 3 张生 1石英表面配合物与溶解动力学模型 1地质地球化学 ,19974 3339 4 Rimstidt J D ,Newcomb W D 1M easurement and analysis of rate data The rate of reaction of ferric iron with pyrite 1G eochim Cosmochim Acta ,1993,5719191934 5 张生 , 李统锦 , 王联魁 1地球化学动力学反应器原理和速率方程测定 1地质地球化学 ,19971 5359 6 Rickard D 1Experimental concentration 2time curves for the iron sulfide precipitation process in aqueous s olutions and their in 2terpretation 1Chem G eol , 1989,78315324 7 Rickard D 1K inetics of FeS precipitation Part 11C om peting reaction mechanisms 1G eochim Cosmochim Acta , 1995,5943674379 8 Rickard D 1K inetics and mechanisms of pyrite ation at low tem peratures 1Am J Sci , 1975,275636652 9 Lasaga A C 1Rate laws of chemical reactions 1In Lasaga A C , K irkpatrick R J ,eds 1K inetics o f G eochemical Processes 1Re 2views in Mineralogy , 1981,8168 10 Helges on H C 1K inetics of mass trans fer am ong silicate and aqueous s olutions 1G eochim Cosmochim Acta , 1971,3542146911 Luce R W ,Burtlett R W ,Parks G A 1Diss olution kinetics of magnesium silicates 1G eochim Cosmochim Acta , 1972,3635 50 12 Lagache M 1 New data on the kinetics of the diss olution of alkali feldspar at 200℃ with CO 2charged water 1G eochim Cos 2 mochim Acta ,1976,40157161 13 Petrovic R ,Berner R A , G oldhaber M B 1Rate control in diss olution of alkali feldspars study of residual feldspar grains by X 2 ray photoelectron spectroscopy 1G eochim Cosmochim Acta , 1976,40537548 14 G randstaff D E 1Changes in surface area and m orphology and the mechanism of forsterite diss olution 1G eochim Cosmochim Ac 2 ta , 1978,4218991902 15 Berner R A 1M echanism of feldspar weathering observation of feldspars from s oils 1G eochim Cosmochim Acta , 1979,431173 11869 16 Nichols on R V , G illham R W , Reardon E J 1Pyrite oxidation in carbonate bu ffered s olution 11Experimental kinetics 1 853 地 学 前 缘 1999,62 G eochim Cosmochim Acta , 1988,5210771085 17 Nichols on R V , G illham R W ,Reardon EJ 1Pyrite oxidation in carbonate bu ffered s olution 21Rate control by oxide coatings 1 G eochim Cosmochim Acta , 1990,54395402 18 White A F ,Peters on ML ,H ochella Jr M F 1E lectrochemistry and diss olution kinetics of magnetite and ilmenite 1G eochim Cos 2 mochim Acta , 1994,5818591875 19 Bruno J ,Casas I ,Puigdomenech I 1The kinetics of diss olution of UO 2under reducing conditions and the in fl