有菌和无菌体系下辉铜矿氧化电化学 Electrochemistry of oxidation of chalcocite in the presence and absence of microorganisms

运用循环伏安曲线、稳态极化曲线和Tafel曲线等电化学手段以及X射线光电能谱(XPS)法研究了辉铜矿在有菌和无菌体系下氧化过程的电化学行为.研究结果验证了辉铜矿在有菌体系和无菌体系下的两步氧化溶解机理,第一步氧化反应为辉铜矿不断氧化生成缺铜的中间产物CuxS(1≤x <2),直至生成Cu S,在较低电位下即可进行;第二步反应为中间产物Cu S的氧化,需要在较高电位下才可进行,反应速率较慢,是整个氧化反应的限制性步骤.循环伏安实验显示有菌体系电流密度明显大于无菌体系,表明细菌加快了辉铜矿的氧化速率.稳态极化实验显示辉铜矿点蚀电位较低,无菌体系第一段反应活化区电位范围小于有菌体系,表明辉铜矿氧化过程生成的中间产物硫膜具有钝化效应,细菌可以通过自身氧化作用破坏硫膜,减弱辉铜矿表面的钝化效果,加快辉铜矿的氧化溶解速率. X射线光电子能谱分析显示电极表面钝化层物质组成复杂,包含了Cu S、多硫化物(S2-n)、(S0)和含(SO2-4)的氧化中间产物等多种物质,其中主要的钝化物为Cu S,表明辉铜矿的氧化遵循多硫化物途径.