3) 有机硅烷涂层。
有机硅烷是硅基衍生物,可作为优良的偶联剂。
有机硅烷既有有机成分,可以提高柔韧性、密度和与其他聚合物的相容性,也有无机成分,可以提高耐久性和对金属基材的附着力。
通过应用实验研究可知,有机硅烷涂层材料是防止硫化矿物腐蚀的良好钝化剂。
烷氧基硅烷因其极低的黏度可深入渗透到孔隙中,在水中可水解缩合,形成坚固耐用的固化剂。
例如,γ-巯基丙基三甲氧基硅烷(PropS-SH)、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷(APS)和乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)可作为抑制黄铁矿氧化的涂层剂,用于修复酸性矿山排水。
在涂覆有机硅烷后,黄铁矿电极的循环伏安曲线中的氧化峰、极化曲线的极化电流明显降低,奈奎斯特图显示电荷转移电阻增加,这些电化学测试结果表明在黄铁矿表面形成了有效钝化层,并且三种有机硅烷的氧化抑制效率的大小排序为PropS-SH>VTMS>APS。
同时通过使用H2O2作为氧化剂的化学浸出实验结果表明,涂覆PropS-SH、VTMS、APS的黄铁矿的总铁浸出率分别降低了89.2%、71.4%和49.4%,SO浸出率分别降低了89.6%、69.1%和45.1%。
DONG等在较低温度(15~40 ℃)下成功制备了3-氨基丙基三甲氧基硅烷-甲基三甲氧基硅烷(APS-MTMS)的疏水性涂层材料作为抑制硫化矿物的钝化剂,该涂层材料使得总铁的浸出率降低了77.78%。
基于FTIR、XPS的分析,结果表明,APS-MTMS通过氨基质子化在黄铁矿表面富集了Si—O—Si和Fe—O—Si的交联网络,以防止黄铁矿氧化。
DIAO等评估了原硅酸四乙酯(TEOS)和正丙基三甲氧基硅烷(NPS)涂层抑制黄铁矿氧化的潜力。
通过H2O2或铁氧化细菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)的浸出实验,表明基于TEOS、NPS的涂层分别将黄铁矿的化学氧化作用降低了59%和96%(基于总铁的释放,下同),而黄铁矿的生物氧化分别降低了69%和95%。
TEOS、NPS等有机硅烷涂层抑制黄铁矿氧化涉及水解、缩聚反应,最终导致黄铁矿表层界面形成共价键Si—O—Si和Fe—O—Si,具体反应机制可解释为:第一步为硅烷水解,进一步为硅烷醇基自缩合反应形成Si—O—Si键或与黄铁矿表面羟基氧化铁反应生成Fe—O—Si键,最后剩余残留的游离硅烷醇发生缩合反应形成Si—O—Si键。
与其他类型的涂层材料相比,有机硅烷涂层具有更好的抗氧化性和抗酸性[59]59]。
然而,有机硅烷涂层通常是通过溶胶-凝胶工艺制备的,该工艺需要甲醇或乙醇作为溶剂来溶解有机硅烷和较高的固化温度,这些问题使得难以在现场应用有机硅烷涂层。
载体微囊化(CME)为在硫化矿物上选择性形成金属羟基氧化物涂层,可选的金属离子一般为Al3 、Fe3 、Ti4 、Si4 等,有机载体通常为强氧化还原性的有机化合物(例如邻苯二酚等)。
PARK等制备了不同配体数的Al-邻苯二酚络合物([Al(cat)3]3-、[Al(cat)2]2-、[Al(cat)]-),通过电化学测试结果表明[Al(cat)]-的氧化抑制效果最优。
此外,采用铁-邻苯二酚络合物和磷酸盐同时处理硫化矿物可以在其表面形成具备耐酸性能的磷酸铁(FePO4)涂层,有效抑制了硫化矿物的氧化。
JHA等制备Si-邻苯二酚络合物在黄铁矿形成Si的氧化物或氢氧化物涂层,该涂层将黄铁矿表面从疏水性转变为亲水性,并充当防止氧化的保护涂层。
JHA等制备Si的三邻苯二酚络合物,在pH值为0~6条件下展现了高铁氧化抑制效率(85.7%~87.5%)、硫的氧化抑制效率(83.3%)。