孫藝嘉

【摘 要】在環(huán)境中，鉈以各種各樣的形式存在。基于這種認識，本文對鉈的環(huán)境地球化學(xué)性質(zhì)展開了分析，了解鉈的環(huán)境分布情況和轉(zhuǎn)移規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合鉈污染帶來的危害，從污染調(diào)查、整治等方面提出了鉈污染的防治對策，希望為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

【關(guān)鍵詞】鉈;環(huán)境地球化學(xué)分析;污染防治

中圖分類號： X142 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）10-0095-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.039

0 引言

作為典型稀有分散元素，實際上鉈的地球化學(xué)參數(shù)與鉀、硫等元素接近，使得其擁有多重地球化學(xué)特性，廣泛存在于環(huán)境中，容易引發(fā)鉈污染問題。因此，需要加強鉈的環(huán)境地球化學(xué)分析研究，從而提出有效的鉈污染防治對策，繼而加強對地球生態(tài)環(huán)境的保護。

1 鉈的環(huán)境地球化學(xué)分析研究

1.1 鉈在環(huán)境中的分布

在現(xiàn)實生活中，鉈存在于礦物巖石、水體、土壤、大氣等各種環(huán)境介質(zhì)中。作為親石元素，鉈在地球化學(xué)性質(zhì)方面將以氧化物或氫化物形式存在于礦床氧化帶或沉積的錳礦物中，以次配位1價離子形式賦存在鉀長石和云母中。同時，鉈也具有親硫特性，以微量元素形式存在于含硫酸鹽礦床和硫鹽類礦物中，在各種礦物巖石中擁有不同質(zhì)量分數(shù)分布。比如在沉積巖中，存在于不同巖層中的鉈的質(zhì)量分數(shù)也并不相同，在粘土巖中質(zhì)量分數(shù)最多，在砂巖中則最少。在巖漿巖中，呈現(xiàn)出由自超基性巖→酸性巖→堿性巖逐漸增加的趨勢。在大氣中，鉈也會以一定形式存在。比如在火山活動或人為冶煉活動中，鉈將以氣態(tài)形式存在。出現(xiàn)這一情況，主要是由于鉈的化合物具有高揮發(fā)性。所以大氣中鉈的存在，主要是由于大量含鉈礦物的冶煉和燃燒。目前，歐洲大氣環(huán)境中鉈的平均濃度達0.06ng/m3，大西洋上空鉈濃度則不超過0.02ng/m3[1]。除了在大氣中，水體中也含有鉈。在自然礦化和采礦期間，水地球化學(xué)性質(zhì)將出現(xiàn)差異。實際上，鉈在天然水體中的含量較低，在湖水、河水、海水等不同水體中也存在濃度差異。比如在河水中，鉈的質(zhì)量分數(shù)在0.006-0.715μg/L范圍內(nèi)，溪流中鉈質(zhì)量分數(shù)在0.001-0.38μg/L之間。但在硫化物礦化區(qū)水體和工業(yè)廢水中，鉈通常具有較高質(zhì)量濃度。此外，鉈廣泛的存在于土壤中，含量分布有較大差異。在未受污染的土壤中，通常鉈的質(zhì)量分數(shù)在0.01-3.0mg/kg范圍內(nèi)，多數(shù)不超過1mg/kg。在不同性質(zhì)土壤中，鉈的質(zhì)量分數(shù)也存在差異，與土壤pH、腐殖質(zhì)等各種因素密切相關(guān)。另外，整體上鉈在土壤中的質(zhì)量分數(shù)呈現(xiàn)出由南到北和由東向西隨著緯度變化而降低的變化態(tài)勢。

1.2 鉈在環(huán)境中的轉(zhuǎn)移

在環(huán)境中，鉈將在不同介質(zhì)之間發(fā)生轉(zhuǎn)移。比如礦物巖石中的鉈會在此生氧化作用下得到釋放，從而進入到地下水、周圍土壤等環(huán)境介質(zhì)中。通過對富鉈堿性火山巖風(fēng)化這一地球化學(xué)行為展開研究，人們發(fā)現(xiàn)鉈在風(fēng)化期間將被活化，在pH<3的條件下容易發(fā)生遷移，在流體中具有較高的溶解性。在礦山開采期間，鉈則將以有機配合物的形式快速向地表環(huán)境遷移。在大氣中，鉈可以伴隨著大氣流完成長距離遷移，也能伴隨著降雨、降雪等大氣現(xiàn)象進入到土壤、植物和表層水中。因為在大氣中，粒徑不超出2μm的物質(zhì)可以長時間駐留。進入到大氣后，鉈會以化合物形式存在，伴隨著大氣的干、濕沉降進入土壤和水土，也可以吸入粒子方式進入人體。在水體中，鉈存在1價離子和3價離子兩種氧化狀態(tài)，前者具有較強水溶性，只能在極強堿性或氧化條件下存在，因此鉈在水體中多以3價離子形式遷移，可以隨著顆粒物沉降在水系沉積物中積淀，也可以隨著水體流動遠距離遷移，被植物或人體吸收。在土壤中，鉈以水溶態(tài)、有機質(zhì)結(jié)合態(tài)等形式存在，前者能夠直接被植物吸收，隨淋溶液遷移，后者遷移能力有限，通常向地下水或深層土壤遷移。對于植物來講，通過吸收作用，可以從土壤、水體和大氣中進行鉈的吸收，所以植物中鉈質(zhì)量分數(shù)大小與所處環(huán)境有關(guān)，在未受污染環(huán)境中的植物鉈的質(zhì)量分數(shù)在0.01-0.25mg/kg范圍內(nèi)，但在污染環(huán)境中則會明顯升高[2]。而不同植物對鉈的吸收能力不同，所以也存在一定差異，如喬木更容易吸收鉈，但野生草本植物中鉈的質(zhì)量分數(shù)通常較低。動物和人類通過土壤較難進行鉈的吸收，但是通過食物、水體及大氣卻能吸收一定量的鉈。大氣中鉈向動物和人體進行轉(zhuǎn)移，主要通過皮膚接觸、煙霧吸入等方式。而動物和人體不同組織器官對鉈的親和力并不相同，相比較而言腎中鉈的質(zhì)量分數(shù)較高，其次心臟也較容易受到鉈攻擊。

2 鉈污染的危害及防治對策探討

2.1 鉈污染的危害

鉈作為劇毒元素，在生態(tài)環(huán)境中廣泛存在將造成鉈污染的發(fā)生，繼而給動植物和人類帶來危害。在植物中，鉈和將鉀將發(fā)生相互拮抗作用，一旦植物體內(nèi)鉀被鉈取代，將導(dǎo)致植物中毒。所以在鉈污染的土壤中，農(nóng)作物會出現(xiàn)產(chǎn)量下降的情況，如小麥會出現(xiàn)葉子發(fā)黃、長勢低矮等問題，而甜菜等種子甚至?xí)Ｖ股L。對于動物來講，食用鉈含量較大的植物，將導(dǎo)致動物出現(xiàn)鉈中毒問題，繼而造成動物患病甚至死亡。在小白鼠的鉈中毒組織病理學(xué)研究中，對鉈中毒的小白鼠進行觀察可以發(fā)現(xiàn)，其腎臟中富積大量鉈，造成腎細胞壞死，肌氨酸酐濃度過高，出現(xiàn)活動遲緩等問題。對于人類來講，鉈則為強烈神經(jīng)毒物。對于70公斤成人來講，鉈最小致死量在0.7-1.1μg之間。成人每天最高允許攝入鉈不能超過2μg，正常攝入量在0.056μg范圍內(nèi)，接近最高攝入量就有可能引發(fā)鉈中毒[3]。發(fā)生急性鉈中毒，多為人口服鉈鹽或皮膚接觸超量鉈，將導(dǎo)致人體發(fā)生神經(jīng)系統(tǒng)癥狀、脫發(fā)等情況，嚴重損害人的心臟、肝臟等器官。發(fā)生慢性鉈中毒，早期難以診斷。比如在鉈礦區(qū)、燃含鉈煤等條件下，經(jīng)過空氣、食物和水，鉈會進入人體，并在人體中蓄積，早期容易忽視，后期會出現(xiàn)視力下降、神經(jīng)損害等情況，可能引起畸變，造成人死亡。

2.2 鉈污染的防治

2.2.1 加強鉈污染調(diào)查

鉈污染的發(fā)生與自然作用和鉈資源開發(fā)利用有關(guān)，所以在典型鉈礦化區(qū)會出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境遭受嚴重鉈污染的問題，導(dǎo)致區(qū)域土壤等介質(zhì)中鉈含量過高，區(qū)域或附近動植物和人出現(xiàn)慢性中毒問題。從以往礦床開采歷史來看，在云南南華砷鉈礦區(qū)等多個地區(qū)，就出現(xiàn)了鉈污染問題。結(jié)合這一特點，在鉈污染防治方面需要對典型地區(qū)進行鉈污染調(diào)查，確定從事含鉈礦開采、含鉈煤燃燒、含鉈礦冶煉等生產(chǎn)活動的地區(qū)是否發(fā)生鉈污染。在實踐調(diào)查期間，可以對區(qū)域工業(yè)廢水、礦山廢水和區(qū)域干支流進行沿線調(diào)查，確定當(dāng)?shù)厮h(huán)境鉈污染情況，也可以對重點片區(qū)進行土壤污染調(diào)查和大氣污染調(diào)查，從而及時發(fā)現(xiàn)地區(qū)發(fā)生的鉈污染，繼而采取有效措施進行鉈污染治理和防控。

2.2.2 重視鉈污染整治

鉈污染一旦發(fā)生，其毒性富集時間和在環(huán)境中的循環(huán)時間能夠達到30年，所以屬于嚴重的環(huán)境污染源，需要加強整治，以便使環(huán)境取得可持續(xù)發(fā)展。結(jié)合鉈污染的行業(yè)分布特性，可以對鉈污染集中的行業(yè)進行重點整治，采用ICP-MS法對行業(yè)“三廢”進行監(jiān)測，確定行業(yè)企業(yè)排污情況。通過加強對各行業(yè)鉈排放源、工藝和濃度等各方面的把控，能夠采取有效的整治措施，使鉈污染得到有效控制。比如針對鉈礦床開采和選礦等作業(yè)，可以嚴格進行過程控制，避免含鉈廢石進入水體，實現(xiàn)工業(yè)廢水集中處理，確保廢水能夠達到排放標準。同時，應(yīng)當(dāng)要求含鉈礦業(yè)企業(yè)遠離人口密集地區(qū)。針對發(fā)電廠、冶煉廠等將產(chǎn)生含鉈廢氣的企業(yè)，應(yīng)按照要求完成鉈過濾和回收裝置的安裝，確保煙塵中鉈的含量能夠得到降低，禁止含鉈煙氣直接進入大氣。針對鉈高背景值區(qū)域，需要開展普查，加強裸露地表釋放鉈的潛力評價，判斷鉈向其他環(huán)境介質(zhì)轉(zhuǎn)移的潛力。使工程建設(shè)遠離這些地區(qū)，可以避免鉈快速轉(zhuǎn)移[4]。針對需要接觸含鉈物質(zhì)的人員，需要加強勞動保護，通過定期體檢避免人員發(fā)生慢性鉈中毒。針對土壤和水體發(fā)生的鉈污染，可以通過在水體中加入二氧化錳等吸附劑實現(xiàn)污染的物理治理，也可以加入氧化劑等添加劑將1價鉈轉(zhuǎn)變?yōu)?價鉈，實現(xiàn)鉈污染的化學(xué)治理，促使鉈的活動速率得到降低，并使鉈發(fā)生沉淀。此外，可以種植不易吸收鉈的植物實現(xiàn)鉈污染農(nóng)業(yè)治理，也可以通過種植富集鉈的植物對土壤中可交換態(tài)鉈進行清除。

2.2.3 完善鉈污染標準

鉈污染的發(fā)生，與各地采用的監(jiān)測標準存在差異有關(guān)。目前，國內(nèi)尚未建立完善的相關(guān)環(huán)境標準對鉈污染進行監(jiān)測防治，以至于鉈污染廣泛分布，成為了危害民生的問題。針對這一情況，還要通過廣泛排查建立合理的鉈污染相關(guān)標準，針對冶煉、采礦等各行業(yè)發(fā)布包含鉈排放限值的行業(yè)排放標準，在環(huán)境質(zhì)量標準中加入有關(guān)鉈污染治理的內(nèi)容。此外，在固廢環(huán)境監(jiān)測等各方面，也要發(fā)布相應(yīng)的鉈污染分析方法和監(jiān)測標準，提出鉈的分析聯(lián)用技術(shù)和在線監(jiān)測技術(shù)，繼而為鉈污染防治工作的開展提供全方位保障。

3 結(jié)論

通過地球化學(xué)分析研究可以發(fā)現(xiàn)，在地球環(huán)境中，鉈廣泛存在于巖石礦物、水體、土壤和大氣中，并且會在各種環(huán)境介質(zhì)中轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致動植物和人體受到威脅。因此，針對鉈污染，需要通過加強調(diào)查、重視整治和完善相關(guān)標準實現(xiàn)有效防治，從而推動社會與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

【參考文獻】

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