【朝花夕拾】铊—— 一种可变“毒”为“宝”的稀散元素

（本文发表与2021年第2期）

第一作者简介李德先，博士，正高级工程师，长期从事稀散元素及矿山环境研究。

铊的属性

铊位于元素周期表中第六周期第Ⅲ主族,原子序数为81,元素符号为Tl。在自然界中,铊有两个稳定的同位素：铊205和铊203。铊的熔点为303.5 ℃,沸点则为（1 457±10）℃,是一种银白色金属,柔软并具延展性,用指甲可以刻痕,并能在纸上画出黑色的线条,其断面有强烈的金属光泽。

铊是典型的稀有分散元素,但在特定的地球化学条件下,可形成独立的铊矿物。目前全球发现并正式命名的铊矿物共49种,大部分为硫化物和硫盐类矿物。我国共发现铊矿物8种,分别为硫砷铊矿、硫砷铊铅矿、辉铁铊矿、斜硫砷汞铊矿、铊明矾、红铊矿、硫铁铊矿及褐铊矿。其中,红铊矿是分布最广的铊矿物,可作为矿物原料；铊明矾为我国首次发现的矿物,并以发现地贵州省兴仁县滥木厂命名（lanmuchangite）。

>红铊矿

不可忽视的问题

铊是一种需求量极少的稀散金属。从新中国成立初期,铊生产线投产伊始至20世纪80年代末的30多年间,我国累计铊产量不足2吨。1997—2009年,铊的全球产量均未超过15吨。据美国地质调查局不完全统计,2019年,全球铊产量不足8吨,中国、哈萨克斯坦和俄罗斯是初级铊的主要生产国。我国对铊的下游产品应用不多,大多以原料形式出口。我国铊开采企业较少,且大多数规模不大,开采和回收技术相对都比较落后,缺乏市场竞争力。近年来,铊在应用方面也未有突破性进展。由于其极低的需求量,长期以来,供需基本保持平衡。相比之下,铊对环境的影响显得更为重要。

作为典型的稀散元素,铊很少形成独立的铊矿床,常以微量元素形式进入方铅矿、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、辰砂、雌黄、雄黄等矿物中,在硫化物矿床中普遍存在,并随着主矿种的开采进入环境。含铊矿石从地下开采出来后,进入表生地球化学循环系统。矿石与围岩中所含大量黄铁矿在水和氧气的作用下会产生大量矿山酸性排水,从而加速含铊矿石的酸性淋滤作用。溶解出来的铊进入地表水中,会污染饮用水源和土壤,并通过食物链进入人体,引发铊中毒。铊是一种剧毒元素,其毒性强于铅、镉、汞,是氧化砷的4倍,仅次于甲基汞,是人体的非必需元素,在人体内具有强蓄积性,可通过饮水、食物、呼吸进入人体。微小的剂量就可能导致铊中毒,表现为恶心、呕吐、腹痛、腹泻、便秘,以疼痛过敏最为突出,脱发为铊中毒的特有症状。

硫化物矿物（黄铁矿）焙烧的过程中,会产生大量的含铊废酸、废水和废渣。废酸一般用来生产磷肥,废水经过简单的中和、沉降后被直接排入江河,这可能对相关区域的土壤和水质造成直接影响。大部分废渣被用做生产水泥的原料,这可能会导致水泥厂粉尘中铊含量过高,使铊污染问题蔓延。提高硫化物矿床中铅、锌等主元素回收过程中的铊资源回收率,是减少环境中铊排放量的最有效手段。矿山开采过程中,要加强矿山铊排放的实时监控和铊污染的及时治理,还未正式开采的铊矿山要进行环境综合评估,并做好开采规划和急性铊污染事件预案。对已关闭的铊矿山,也要建立长期的动态监测机制。

应用的局限性

由于铊的剧毒性,铊的应用受到了很大的限制。1965年以前,铊主要用作杀鼠、灭蚁、杀虫和防霉的药剂。鉴于铊农药的高毒性,且在使用过程中容易造成二次环境污染,1975年以后,铊相继被许多国家限制或禁止使用。铊及其化合物曾用于治疗结核病、头癣、痢疾、痛风、盗汗等多种疾病,但由于铊在毒性和医疗之间只有很窄的分界线,因此也被限制使用。铊同位素（铊201）可用于心脏、肝脏、甲状腺、黑素瘤和冠状动脉类疾病的检测诊断和治疗,目前已被同位素锝99替代用于心血管成像。20世纪80年代以后,铊的应用逐渐转移到电子工业、光学、有机合成等方向：在工业上的主要用途是掺入到各种合金中,提高合金的硬度、强度和抗腐蚀性；在电子工业被应用到荧光粉、电池、灯、半导体、电镀、电子用玻璃陶瓷以及变阻器等电子器件中；铊在光学领域可用于红外光纤、光学玻璃、光学元件和光信息材料。

从20世纪90年代初起,铊的应用开始由电子工业转入高温超导材料行业,是高新技术领域功能材料的重要组成部分。高纯铊与砷、硒、碲、硫合成的玻璃状半导体材料具有良好的绝缘性,可用于生产电子晶体管和绝缘覆盖层;铊系高温超导体在磁悬浮列车、飞轮储能系统等方面有着良好的应用前景。此外,铊在光导纤维、辐射闪烁器、光学透镜、光敏材料、辐射屏蔽材料和催化剂等领域也具有很好的潜在应用价值。

只要加强管控,有毒的铊元素定会变成宝贵的资源。

> 电子显微镜下的铊明矾晶体

图片来源：https://zh.mindat.org/gallery.php?min=11003

作者： 李德先 王 锦

编辑： 王依卓

排版： 王依卓 何陈临秋

审核： 刁淑娟

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