Experimentelle Untersuchungen an Schwefel und Sauerstoff zur Sulfidoxidation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Es wurden Oxidationsexperimente mit den Sulfiden Pyrit und Sphalerit und Sulfidgemischen aus Pyrit, Galenit und Sphalerit durchgeführt, um die Abhängigkeit der Sauerstoff- und Schwefel-Isotope von möglichen Einflussgrößen (δ18OH2O-Wert, pH-Wert, Oxidationsmittel, Versuchsdauer) zu untersuchen. Anhand der ermittelten Isotopenwerte wurden Rückschlüsse auf die Reaktionsmechanismen und -bedingungen gezogen. Es konnte gezeigt werden, dass bei der aeroben Pyritoxidation permanent ca. 10% des in das gebildete Sulfat eingebauten Sauerstoffs aus molekularem Sauerstoff stammte und somit ca. 90% aus Wassermolekülen. Außerdem konnte erstmals nachgewiesen werden, dass molekularer Sauerstoff unter sauren und abiotischen Bedingungen als Elektronenakzeptor des Pyrits fungiert und dabei in Wassermoleküle eingebaut wird. Der unerwartete Einbau von molekularem Sauerstoff ins Sulfat trotz des Fehlens von gelöstem Sauerstoff in anaeroben Experimenten wies darauf hin, dass an der Pyritoberfläche adsorbierter Sauerstoff insbesondere in der Anfangsphase an der Pyritoxidation beteiligt ist und eine entscheidende Rolle spielt. Durch die anfängliche Sphaleritoxidation durch molekularen Sauerstoff wurde Sulfat gebildet, dessen Sauerstoff zu 100% aus molekularem Sauerstoff stammte. Aufgrund der Freisetzung von Eisen(II) aus dem Sphalerit und der Abwesenheit eines pH-Puffers konnte Eisen(III) im späteren Verlauf der Experimente als Oxidationsmittel des Sphalerits fungieren, was zu einem zunehmenden Einbau von Sauerstoff aus Wassermolekülen in das gebildete Sulfat führte. Bei der Oxidation von Sulfidgemischen zeigte sich eine Abhängigkeit der Reaktionsmechanismen von der Sulfidzusammensetzung und den pH-Bedingungen. Im Gegensatz zu den Experimenten mit Einzelsulfiden wurden erstmals Hinweise auf Sauerstoffisotopenaustauschprozesse zwischen Oxidationszwischenprodukten und Wassermolekülen ermittelt. Auch die Ermittlung des Anreicherungsfaktors ε18OSO4-O2 zeigte Unterschiede bei der Oxidation verschiedener Sulfide auf.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2009): Oxygen isotope evidence for sorption of molecular oxygen to pyrite surface sites and incorporation into sulfate in oxidation experiments. Applied Geochemistry 24, 2072-2092
Tichomirowa, M., Junghans, M.
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(2009): The influence of pyrite grain size on the final oxygen isotope difference between sulphate and water in aerobic pyrite oxidation experiments. Isotopes in Environmental and Health Studies 45, 321-342
Heidel, C., Tichomirowa, M., Junghans, M.
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(2009): Using sulfur and oxygen isotope data for sulfide oxidation assessment in the Freiberg polymetallic sulfide mine. Applied Geochemistry 24, 2034-2050
Junghans, M., Tichomirowa, M.
