研究人员将新方法应用于黄铁矿氧化

硫铁矿或傻瓜的黄金,是一种常见的矿物,当暴露于水或空气中时(例如在采矿过程中),会与氧气快速反应,并可能导致酸性矿山排水。但是,关于地下深层未开采岩石中黄铁矿的氧化知之甚少。

研究地下深部黄铁矿氧化的一种新的,多尺度的方法表明,表面的破裂和侵蚀决定了氧化的速度,当氧化缓慢发生时,可避免酸度失控,而留下氧化铁“化石”。

宾夕法尼亚州立大学地球与环境系统研究所(EESI)的助理教授Xin Gu说:“黄铁矿氧化是一个典型的地质和环境问题,但我们对深部岩石中黄铁矿氧化的发生率知之甚少。” “黄铁矿与氧气反应时,会释放出硫酸,这会导致酸性矿山排水,这是全球乃至宾夕法尼亚州尤其严重的环境问题。”

顾说,当暴露于空气中时,如在矿井中,黄铁矿将在数年内完全氧化。微生物也会在矿物质上形成并加速反应。氧化过程迅速发生,并使硫酸积聚。但是,如果不加深地表以下,地质过程会使反应减慢数万年,并阻止酸累积。

研究人员在美国国家科学基金会资助的萨斯奎哈纳页岩山临界区天文台(CZO)研究了黄铁矿氧化。页岩山CZO是宾夕法尼亚州州立大学石谷森林(Stone Valley Forest)中一个森林繁茂的研究基地,位于世界上最常见的岩石类型之一的页岩地层之上。研究人员降低了地球物理测井工具(可以发送和接收信号,甚至可以拍摄高分辨率图像的仪器)向下钻探3英寸宽的井孔,并从100英尺深的岩石中回收了岩石,以检查页岩基岩并确定深浅黄铁矿天气和地下裂缝。

该小组在宾夕法尼亚州立大学材料表征实验室中使用专门的显微镜研究了黄铁矿的颗粒以及它们如何变成铁锈型氧化铁。他们将岩石切成不到十分之一英寸厚的切片,并将这些切片放在扫描电子显微镜下成像。使用电子束产生图像的高分辨率透射电子显微镜,帮助研究人员研究了细微的结构,细到比人的头发细70倍。

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