在矿产资源开采过程中,伴随着大量尾矿废渣产生,对生态环境危害极大。特别是金属硫化矿物氧化后生成大量pH低、毒性强的酸性矿山废水(AMD),已经成为环境污染治理的一大难题。尾矿表面钝化技术可以在源头控制AMD产生,具有效率高,操作简单等优点,但钝化膜容易被外界因素影响而失去钝化作用。为了提高钝化膜的稳定性和长效性,本文以3-疏丙基三甲氧基硅烷(Prop-SH)和四乙氧基硅烷(TEOS)为主钝化剂(PT),通过添加负载有8-羟基喹啉(8-HQ)的凹凸棒黏土(ATP)制备了复合钝化剂PT/ATP@HQ,并探究了钝化剂对黄铁矿的钝化效果、自修复性能及其机理。首先,利用电化学法和化学浸取法对不同比例的Prop-SH和TEOS混合后的钝化性能进行评价,从而确定主钝化剂Prop-SH和TEOS最佳的配比。结果显示当Prop-SH和TEOS的体积比为4:1时,对黄铁矿的钝化效果较好。但由于有机硅烷钝化膜的致密性和厚度欠佳,钝化后的黄铁矿样品在0.5 wt%H2O2溶液中氧化24 h后,总Fe和SO42-的钝化效率分别仅为57.5%和50.2%。为了提高有机硅烷钝化膜的物理性能,在混合有机硅烷中添加了适量改性的ATP。当ATP的添加量为0.8 wt%时,钝化后的黄铁矿氧化的电子转移阻抗(Rct)和钝化膜阻抗(Rf)分别增大10.7和15.4倍,在0.5 wt%H2O2溶液中氧化24 h后,总Fe和SO42-的钝化效率分别增大到85.2%和75.2%。为了进一步提高钝化膜的长效性,向有机硅烷中添加了 ATP@HQ从而制备出复合钝化剂PT/ATP@HQ。划痕实验显示,PT/ATP@HQ钝化膜可以抑制黄铁矿局部发生氧化反应,具有较好的自修复性能。在60天的化学浸取实验中,PT/ATP@HQ钝化矿的总Fe和SO42-的钝化效率分别为71.8%和67.9%,具有良好的长效钝化效果。结合FT-IR、XPS和29Si NMR等技术表征,推测PT/ATP@HQ对黄铁矿的钝化和自修复机理如下:首先,主钝化剂水解生成高活性的硅羟基(Si-OH),并与纳米填充剂之间发生脱水缩合反应形成Si-O-Si键的交联网络结构;同时,硅羟基与黄铁矿表面的羟基反应生成Fe-O-Si键,从而在黄铁矿表面形成惰性且致密的钝化膜;当钝化膜局部受损后,受损区域pH降低,ATP中负载的8-HQ自动释放出来,与黄铁矿发生配位反应生成8-羟基喹啉-铁络合物,从而修复破损的钝化膜。本文制备的有机硅烷复合钝化剂PT/ATP@HQ对黄铁矿具有较好的钝化和自修复作用,在硫铁矿尾矿和AMD的污染治理方面具有较好的应用前景。另外,通过钝化膜局部受损区域pH变化来刺激纳米填充剂中8-羟基喹啉释放并与铁络合,从而修复受损钝化膜的思路,也为长效钝化剂的开发提供了一种策略。