广东北江铊污染的环境地球化学特征研究

Thallium(Tl) pollution occurred in the North River, Guangdong Province in 2010 was another major environmental incident after Cd pollution in 2005. The pollution incidents are greatly influential at politicians and livelihood, since the North River is the main drinking water source of Guangzhou city. However, the present rectification program which is oriented is lack of practical applicability. To overcome the blind spot of related physio-chemical chracterisitics of Tl in the Tl pollution incident, this project proposes to study the distribution of Tl content and speciation in each procedure during whole smelting process, and to unveil the key channel and flux of Tl entering into the environment. The smelting process is divides into two major phase. Under the oxidation conditions in the first phase, Tl predominantly exists as trivalent state(Tl3+), which could be effectively removed by neutralization of lime. But under the reduction conditions at high temperature, Tl resided in the semi-finished lead-zinc products would be reduced and evaporized totally, which is then discharged into air and oxidated to monovalent state（Tl+）. Such easily mobile Tl+ returned to the ground is hardly to precipitate by using lime neutralization. Consequently, large quantities of Tl+ are discharged into the North River and cause the pollution of Tl. This study could provide theoretical foundation to control Tl pollution during the utilization of Tl-bearing minerals, by unveiling the environmental geo-chemical characteristics of Tl during a typical smelting of Tl-bearing lead-zinc ore and identifying the key point of Tl pollution.

2010年广东北江铊污染是继2005年北江镉污染后又一重大环境事件，北江是广州市的主要饮用水源，政治和民生影响很大。但由于对铊的地球化学性质缺乏了解，对产生铊污染的原因分析不准确，制定的整改方案实用性不强。本项目针对铊污染事件中对铊相关物理化学性质的认识盲点，提出研究含铊铅锌矿冶炼过程中铊在各工艺流程的含量和相态分布特征，厘清铊进入地表环境的关键通道和通量。整个工艺分两阶段，第一阶段生产硫酸的氧化条件下，铊主要以Tl3+存在，进入水体后可用石灰中和沉淀进行有效去除，但在铅锌冶炼阶段，高温还原条件使残留于铅锌渣的铊全部还原气化，进入大气中被氧化为Tl+返回地面，高度活动的Tl+在石灰中和处理过程中难以沉淀，大量Tl+随水体排放进入北江，导致北江铊污染。本项目以此典型事件揭示含铊铅锌矿冶炼过程中，铊的环境地球化学特征，确定铊污染控制的关键工艺环节，为含铊金属矿产利用中铊污染控制提供理论依据。

2010年广东北江铊污染是继2005年镉污染事件后又一重大环境事件，北江是广州市的主要饮用水源，影响很大。由于对铊的地球化学性质缺乏了解，对产生铊污染的原因定位不准确，整改方案实用性不强。本项目根据铊污染事件中的认识盲点，提出研究含铊铅锌矿冶炼过程中铊的物理化学行为。在硫酸生产工艺的氧化条件下，铊主要以Tl3+出现，在水体中可以用石灰中和沉淀进行处理，但在铅锌冶炼阶段，由于高温还原条件铊气化挥发，残留在铅锌渣中的铊全部还原气化，进入大气中被氧化为Tl+返回地面，高度活动的Tl+在石灰中和处理过程中，难以沉淀，大量Tl+随水体排放进入北江，导致北江铊污染。本项目以此典型事件揭示含铊铅锌矿冶炼过程中，Tl的环境地球化学行为，为含铊金属矿产利用中Tl污染控制提供理论依据。. 经过系统的分析含铊铅锌矿、韶关冶炼厂各类铅锌矿石、矿渣、烧结块、返粉和电尘，韶关冶炼厂北江段沉积物和韶钢外排北江段沉积物的铊等毒害元素及其Tl, Pb同位素分析表明，冶炼厂中各类物料中Tl的含量达17-87mg/kg，其中活动态占32-92%，电尘中Tl含量高达3000-4000mg/kg，活动态高达98%以上，环境风险非常高。韶关冶炼厂入北江口沉积物中Cd的含量达到了背景值的240倍，Tl的含量为背景值的8倍，As的含量是背景值的16倍，Cu和Zn的含量分别是背景值的7.5和50倍，Pb的含量达到了背景值的10倍。而且Tl与其他重金属均有良好正相关性，表明它们之间具同源性。北江入口断面沉积物中，Tl的主要赋存形态是残渣态和可还原态，再次证明在环境迁移过程中Tl的化学形态转化是明显的。Pb同位素相关性分析结果更进一步指明北江流域铊等重金属污染与矿物开采、冶炼活动密切相关。在韶关钢厂外排沉积物剖面中Tl、Ni、Cu、Zn和Cd均呈现出显著的正相关关系，而与Cr和Pb无相关关系。该项目研究为资源利用的元素环境地球化学行为提供了重要的启示，丰富了铊的环境地球化学理论和铊污染控制技术和方法，对于解决资源利用中的环境污染问题具有重要的参考意义和价值。