（本文發表與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,原子序數為81,元素符號為Tl。在自然界中,鉈有兩個穩定的同位素：鉈205和鉈203。鉈的熔點為303.5 ℃,沸點則為（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條件下,可形成獨立的鉈礦物。目前全球發現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。我國共發現鉈礦物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現的礦物,并以發現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,鉈生產線投產伊始至20世紀80年代末的30多年間,我國累計鉈產量不足2噸。1997—2009年,鉈的全球產量均未超過15噸。據美國地質調查局不完全統計,2019年,全球鉈產量不足8噸,中國、哈薩克斯坦和俄羅斯是初級鉈的主要生產國。我國對鉈的下游產品應用不多,大多以原料形式出口。我國鉈開采企業較少,且大多數規模不大,開采和回收技術相對都比較落后,缺乏市場競爭力。近年來,鉈在應用方面也未有突破性進展。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,鉈很少形成獨立的鉈礦床,常以微量元素形式進入方鉛礦、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入環境。含鉈礦石從地下開采出來后,進入表生地球化學循環系統。礦石與圍巖中所含大量黃鐵礦在水和氧氣的作用下會產生大量礦山酸性排水,從而加速含鉈礦石的酸性淋濾作用。溶解出來的鉈進入地表水中,會污染飲用水源和土壤,并通過食物鏈進入人體,引發鉈中毒。鉈是一種劇毒元素,其毒性強于鉛、鎘、汞,是氧化砷的4倍,僅次于甲基汞,是人體的非必需元素,在人體內具有強蓄積性,可通過飲水、食物、呼吸進入人體。微小的劑量就可能導致鉈中毒,表現為惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉、便秘,以疼痛過敏最為突出,脫發為鉈中毒的特有癥狀。

硫化物礦物（黃鐵礦）焙燒的過程中,會產生大量的含鉈廢酸、廢水和廢渣。廢酸一般用來生產磷肥,廢水經過簡單的中和、沉降后被直接排入江河,這可能對相關區域的土壤和水質造成直接影響。大部分廢渣被用做生產水泥的原料,這可能會導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,是減少環境中鉈排放量的最有效手段。礦山開采過程中,要加強礦山鉈排放的實時監控和鉈污染的及時治理,還未正式開采的鉈礦山要進行環境綜合評估,并做好開采規劃和急性鉈污染事件預案。對已關閉的鉈礦山,也要建立長期的動態監測機制。

> 鉈金屬

應用的局限性

由于鉈的劇毒性,鉈的應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。鑒于鉈農藥的高毒性,且在使用過程中容易造成二次環境污染,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核病、頭癬、痢疾、痛風、盜汗等多種疾病,但由于鉈在毒性和醫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80年代以后,鉈的應用逐漸轉移到電子工業、光學、有機合成等方向：在工業上的主要用途是摻入到各種合金中,提高合金的硬度、強度和抗腐蝕性；在電子工業被應用到熒光粉、電池、燈、半導體、電鍍、電子用玻璃陶瓷以及變阻器等電子器件中；鉈在光學領域可用于紅外光纖、光學玻璃、光學元件和光信息材料。

從20世紀90年代初起,鉈的應用開始由電子工業轉入高溫超導材料行業,是高新技術領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體材料具有良好的絕緣性,可用于生產電子晶體管和絕緣覆蓋層;鉈系高溫超導體在磁懸浮列車、飛輪儲能系統等方面有著良好的應用前景。此外,鉈在光導纖維、輻射閃爍器、光學透鏡、光敏材料、輻射屏蔽材料和催化劑等領域也具有很好的潛在應用價值。

只要加強管控,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

官網： https://kpwhbjb.cgl.org.cn