铊的土壤地球化学形态与迁移扩散机理研究

After two thallotoxicosis incidents ,which influenced a large area in the Southwest of Guizhou province, having happened when people mined Tl-bearing mercury deposit during the 1960s~1970s, Tl environmental pollution sequentially happened in China due to mining and using of Tl-containing minerals. As a result of smelting wastewater discharge containing Tl, Tl pollution in source drinking water which draws whole society’s attention broke out continuously in Guangdong Beijiang and Guangxi Longjiang and Hejiang River in 2005, 2010, 2012 and 2013. There is a prediction that the period from 10 to 20 years in the future is the high outbreak period of Tl pollution. The smelting procedure of Tl-bearing mine releases Tl into water, soil and air. Most of them, staying in environmental medium, are activated. They spread, move and transfer constantly so these activities increase overwhelmingly environmental dangers. This project study the geochemical forms and the features and laws in migration of Tl in typical soil and sediment polluted by Tl, reveal the Tl geochemical behaviour and the forms of major migration-diffusion, speed and range. It provide not only theory and technology for controlling and treatmentTl environmental pollution, but also theory evidence for considering a standard in Tl polluting soil and critical panel point for management of Tl environmental pollution.

含铊矿产开发利用带来的铊环境污染在国内接连发生，继上世纪60、70年代贵州黔西南含铊汞矿开采2次大面积铊中毒事件之后，2005年、2010年、2012年和2013年由于含铊矿产冶炼废水排放连续在广东省北江和广西龙江和贺江爆发铊污染饮用水源的重大事件，引起整个社会的严重关注，预计未来10-20年将是我国铊污染的高爆发期。含铊矿产在开采冶炼过程中导致铊进入水体、土壤和大气，其中大部分铊活化赋存于环境介质中，不断扩散、迁移和转化，极大地增加了环境的危害性。本项目拟研究典型铊污染土壤和沉积物中铊的赋存形态和迁移特征规律，揭示铊的土壤地球化学行为及主要迁移扩散形态、速率和尺度范围，为铊环境污染控制与治理提供理论基础和技术支撑，并为铊环境污染管控提供关键节点和铊土壤污染标准的制定提供理论依据。

含铊矿产在开采冶炼过程中导致铊进入水体、土壤和大气，其中大部分铊活化赋存于环境介质中，不断扩散、迁移和转化，极大地增加了环境的危害性。本项目从世界上最典型的含铊汞矿开发形成的典型铊污染区域的污染土壤入手，研究铊的迁移扩散的化学形态，影响因素，揭示铊的土壤地球化学行为，为铊环境污染控制与治理提供理论基础和技术支撑具有重要的理论意义和显示示范意义。课题组成员在铊污染土壤的化学形态分析方面，铊同位素高精度分析方法，对比冶炼厂土壤和沉积物及其毒害元素在环境介质中的污染扩散迁移及其地球化学行为开展了系统的研究。分析了8个铊污染土壤剖面的铊含量分布，化学形态分布，铊同位素分布。确定了土壤沉积物铊的BCR分级提取分析方法。研究表明铊在土壤中的深度扩散在2m的尺度上达到近饱和污染，并继续往深处扩散，对地下水污染严重。铊迁移扩散过程中，铊的化学形态表现出明显的迁移转化，由可交换态向可还原态转化，进而向残余态转化，这是一个动态可逆过程。通过对不同污染土壤中铊化学形态分析表明，非铊污染土壤中，背景含量铊主要以残余态存在，高于95%以上；在含铊风化矿渣污染土壤中，铊含量 104-334mg/kg,可交换态和可氧化态铊低于10%，主要以可还原态（25-55%）和残余态赋存（35-66%）。没有风化矿渣污染，由含铊矿渣淋滤雨水污染土壤中，铊含量明显低于其它污染土壤，酸可交换态仅 2.6-6.7%，可还原态 24-32%，可氧化态 3.4-9.1%，残余态占 56-66%。说明铊污染土壤中，铊的化学形态转化是“快速”的，这类样品中铊来源完全是活动态的，在土壤迁移转化过程中，有60%以上转化为残余态，20%以上转化为可还原态，酸可交换态和可氧化态分别仅占 6.7%和 3.4%。铊的化学形态转化过程受土壤pH，电极电位，温度及铁锰氧化物，Al2O3，SiO2，土壤S含量等因素的影响。添加矿物钝化剂和硅肥可有效地促进铊的形态转化，增加残余态含量，降低铊的生物有效性，这是实现土壤污染控制的理论基础。