（本文發(fā)表與2021年第2期）

第一作者簡介李德先，博士，正高級工程師，長期從事稀散元素及礦山環(huán)境研究。

鉈的屬性

鉈位于元素周期表中第六周期第Ⅲ主族,原子序數(shù)為81,元素符號為Tl。在自然界中,鉈有兩個穩(wěn)定的同位素：鉈205和鉈203。鉈的熔點(diǎn)為303.5 ℃,沸點(diǎn)則為（1 457±10）℃,是一種銀白色金屬,柔軟并具延展性,用指甲可以刻痕,并能在紙上畫出黑色的線條,其斷面有強(qiáng)烈的金屬光澤。

鉈是典型的稀有分散元素,但在特定的地球化學(xué)條件下,可形成獨(dú)立的鉈礦物。目前全球發(fā)現(xiàn)并正式命名的鉈礦物共49種,大部分為硫化物和硫鹽類礦物。我國共發(fā)現(xiàn)鉈礦物8種,分別為硫砷鉈礦、硫砷鉈鉛礦、輝鐵鉈礦、斜硫砷汞鉈礦、鉈明礬、紅鉈礦、硫鐵鉈礦及褐鉈礦。其中,紅鉈礦是分布最廣的鉈礦物,可作為礦物原料；鉈明礬為我國首次發(fā)現(xiàn)的礦物,并以發(fā)現(xiàn)地貴州省興仁縣濫木廠命名（lanmuchangite）。

>紅鉈礦

不可忽視的問題

鉈是一種需求量極少的稀散金屬。從新中國成立初期,鉈生產(chǎn)線投產(chǎn)伊始至20世紀(jì)80年代末的30多年間,我國累計(jì)鉈產(chǎn)量不足2噸。1997—2009年,鉈的全球產(chǎn)量均未超過15噸。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局不完全統(tǒng)計(jì),2019年,全球鉈產(chǎn)量不足8噸,中國、哈薩克斯坦和俄羅斯是初級鉈的主要生產(chǎn)國。我國對鉈的下游產(chǎn)品應(yīng)用不多,大多以原料形式出口。我國鉈開采企業(yè)較少,且大多數(shù)規(guī)模不大,開采和回收技術(shù)相對都比較落后,缺乏市場競爭力。近年來,鉈在應(yīng)用方面也未有突破性進(jìn)展。由于其極低的需求量,長期以來,供需基本保持平衡。相比之下,鉈對環(huán)境的影響顯得更為重要。

作為典型的稀散元素,鉈很少形成獨(dú)立的鉈礦床,常以微量元素形式進(jìn)入方鉛礦、黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、辰砂、雌黃、雄黃等礦物中,在硫化物礦床中普遍存在,并隨著主礦種的開采進(jìn)入環(huán)境。含鉈礦石從地下開采出來后,進(jìn)入表生地球化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)。礦石與圍巖中所含大量黃鐵礦在水和氧氣的作用下會產(chǎn)生大量礦山酸性排水,從而加速含鉈礦石的酸性淋濾作用。溶解出來的鉈進(jìn)入地表水中,會污染飲用水源和土壤,并通過食物鏈進(jìn)入人體,引發(fā)鉈中毒。鉈是一種劇毒元素,其毒性強(qiáng)于鉛、鎘、汞,是氧化砷的4倍,僅次于甲基汞,是人體的非必需元素,在人體內(nèi)具有強(qiáng)蓄積性,可通過飲水、食物、呼吸進(jìn)入人體。微小的劑量就可能導(dǎo)致鉈中毒,表現(xiàn)為惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉、便秘,以疼痛過敏最為突出,脫發(fā)為鉈中毒的特有癥狀。

硫化物礦物（黃鐵礦）焙燒的過程中,會產(chǎn)生大量的含鉈廢酸、廢水和廢渣。廢酸一般用來生產(chǎn)磷肥,廢水經(jīng)過簡單的中和、沉降后被直接排入江河,這可能對相關(guān)區(qū)域的土壤和水質(zhì)造成直接影響。大部分廢渣被用做生產(chǎn)水泥的原料,這可能會導(dǎo)致水泥廠粉塵中鉈含量過高,使鉈污染問題蔓延。提高硫化物礦床中鉛、鋅等主元素回收過程中的鉈資源回收率,是減少環(huán)境中鉈排放量的最有效手段。礦山開采過程中,要加強(qiáng)礦山鉈排放的實(shí)時監(jiān)控和鉈污染的及時治理,還未正式開采的鉈礦山要進(jìn)行環(huán)境綜合評估,并做好開采規(guī)劃和急性鉈污染事件預(yù)案。對已關(guān)閉的鉈礦山,也要建立長期的動態(tài)監(jiān)測機(jī)制。

> 鉈金屬

應(yīng)用的局限性

由于鉈的劇毒性,鉈的應(yīng)用受到了很大的限制。1965年以前,鉈主要用作殺鼠、滅蟻、殺蟲和防霉的藥劑。鑒于鉈農(nóng)藥的高毒性,且在使用過程中容易造成二次環(huán)境污染,1975年以后,鉈相繼被許多國家限制或禁止使用。鉈及其化合物曾用于治療結(jié)核病、頭癬、痢疾、痛風(fēng)、盜汗等多種疾病,但由于鉈在毒性和醫(yī)療之間只有很窄的分界線,因此也被限制使用。鉈同位素（鉈201）可用于心臟、肝臟、甲狀腺、黑素瘤和冠狀動脈類疾病的檢測診斷和治療,目前已被同位素锝99替代用于心血管成像。20世紀(jì)80年代以后,鉈的應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)移到電子工業(yè)、光學(xué)、有機(jī)合成等方向：在工業(yè)上的主要用途是摻入到各種合金中,提高合金的硬度、強(qiáng)度和抗腐蝕性；在電子工業(yè)被應(yīng)用到熒光粉、電池、燈、半導(dǎo)體、電鍍、電子用玻璃陶瓷以及變阻器等電子器件中；鉈在光學(xué)領(lǐng)域可用于紅外光纖、光學(xué)玻璃、光學(xué)元件和光信息材料。

從20世紀(jì)90年代初起,鉈的應(yīng)用開始由電子工業(yè)轉(zhuǎn)入高溫超導(dǎo)材料行業(yè),是高新技術(shù)領(lǐng)域功能材料的重要組成部分。高純鉈與砷、硒、碲、硫合成的玻璃狀半導(dǎo)體材料具有良好的絕緣性,可用于生產(chǎn)電子晶體管和絕緣覆蓋層;鉈系高溫超導(dǎo)體在磁懸浮列車、飛輪儲能系統(tǒng)等方面有著良好的應(yīng)用前景。此外,鉈在光導(dǎo)纖維、輻射閃爍器、光學(xué)透鏡、光敏材料、輻射屏蔽材料和催化劑等領(lǐng)域也具有很好的潛在應(yīng)用價值。

只要加強(qiáng)管控,有毒的鉈元素定會變成寶貴的資源。

> 電子顯微鏡下的鉈明礬晶體

圖片來源：https://zh.mindat.org/gallery.php?min=11003

作者： 李德先 王 錦

編輯： 王依卓

排版： 王依卓 何陳臨秋

審核： 刁淑娟

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