Training

Formation of different Cu, As and S species upon dissolution of Enargite

Carolin Waldemer (01/2011-03/2011)

Support: Britta Planer-Friedrich, Elke Süß

Enargit (Cu3AsS4) ist ein hydrothermal gebildetes Sulfid-Mineral, das in vielen Lagerstätten zusammen mit Quarzit und Pyrit vorkommt. Die Umweltrelevanz des Minerals beruht auf der Tatsache, dass bei seiner Auflösung unter oxischen Bedingungen Kupfer, das in geringen Mengen essentielle ist, und Arsen, das in allen Konzentrationen toxisch ist, freigesetzt werden. Abiotisch verläuft die Reaktion im sauren und neutralen pH Bereich relativ langsam, im alkalischen Bereich schneller. Fe(III)-Ionen und die Anwesenheit von Bakterien (wie Acidithiobacillus ferrooxidans and Sulfolobus BC) beschleunigen die Reaktionen. Welche Cu-, As- und S-Spezies sich bei der Auflösung bilden, ist im Detail bislang analytisch nicht wirklich gut untersucht. Speziell die Bildung von inter-elementaren Komplexen ist unklar und wurde bislang nur aus Modellierungen angenommen. Vermutet wird, dass sich binäre Thioarsenate (As-S-Spezies) bilden, die wiederum als multidentate Chelatbildner für das weiche Kation Cu wirken und somit ternäre Cu-As-S-Spezies (CuAsS(SH)(OH)) bilden. Diese Komplexbildung erhöht die Löslichkeit für Cu und As signifikant und muss daher für Umwelteinschätzungen berücksichtigt werden.

Im Praktikum soll zunächst Enargit in einem Batch-Versuch unter verschiedenen pH-Bedingungen (pH 2-12) gelöst werden. Der überwiegende Teil der Experimente erfolgt dabei unter natürlichen Atmosphären-Bedingungen. Ausgewählte Vergleichsexperimente können einerseits unter Zugabe eines Oxidationsmittels zur Beschleunigung der Reaktion, andererseits unter Eliminierung von Sauerstoff in einer anaeroben Stickstoff-/Wasserstoffatmosphäre in unserer Glovebox durchgeführt werden. Auch der Effekt der Zugabe von zusätzlichem freiem Sulfid kann getestet werden. In einem Experiment soll zudem die Auswirkung der Anwesenheit von Fe(III)-Spezies geprüft werden. Sauerstoffgehalt, pH und Redoxpotential werden mit Elektroden kontinuierlich überprüft. Die Eisen-Speziierung kann photometrisch bestimmt werden. Proben zur Bestimmung der gelösten As, Cu, S, Fe und Cu-Gesamtgehalte und der bei der Lösung gebildeten Spezies werden in zeitlich definierten Abständen gewonnen, um Aussagen über die Lösungskinetik treffen zu können. Zur Speziierung wird unsere etablierte Methode der As-S-Speziierung mittels IC-ICP-MS verwendet, zusätzlich können anionische Cu- und Fe-Spezies mitbestimmt werden. S-Spezies können mittels HPLC-UV in Kooperation mit Promotionsstudentin Regina Lohmayer bestimmt werden. Gesamtgehalte werden mittels ICP-MS bestimmt. Diese Untersuchungen sollen die Grundlage bilden für spätere Untersuchungen auch in biotischen Systemen.