分散元素，自然界呈分散状态存在的元素

英文

disperd element

概念

如镓、铟、锗、硒、铊、铷、铪、铼等元素，对他们的工业获取主要靠其他矿产品选冶时回收。

分散元素的概念最早是乌克兰学者B.N.维尔纳茨基于1911年引入到地学领域的。此后分散元素的概念随着科技发展和认知水平的提高也在不断的向前发展。1940年，苏联学者阿·费尔斯曼提出:“有些稀有元素，并不生成纯态的矿物，有时候溶解、分散在别的元素的许多种矿物里，所以我们把它们叫做分散元素。”他认为代表性的分散元素包括：镓、铟、铊、镉、锗、硒、碲、铼、铷、铯、镭、钪、铪十三种。涂光炽院士认为:“分散元素是指在地壳中丰度很低（多为ppb级），而且在岩石中极为分散为特征的元素。多数分散元素在自然界形成矿物的几率很低，而且产地稀少，将这些元素称为分散元素。”他认为分散元素包括镓、锗、硒、镉、铟、碲、铼、铊八种。

地球化学特征

分散元素在地壳中丰度普遍较低，地壳平均含量一般为10-6~10-9级，由于这种低含量和其高度分散性，导致其形成独立矿床的概率很低，因此，人们通常认为分散元素不能形成独立矿床，它们只能以伴生元素的方式存在于其它元素的矿床内。

分散元素在周期表中的位置与铜、铅、金、镊、汞、砷、锑、钴等左右对称斜角邻近．它具有较强的亲硫性，又由于在周期表中，稼、锗、镉与铝、铜、硅等相邻所体现出的特性．因此它也具有亲石性．在两重性中的侧重性更为亲硫，以致它们很少呈独立矿物存在，而多数均在黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉锑矿、辉钻矿、辉银矿和辉钼矿等矿物的晶格中，这就决定了它们在地壳中的聚集与有色重金属硫化物的富集条件有一致性和明显的倾向性。另一方面，分散元素在周期表上旁近卤族，因此它也具有较好的卤络倾向。金属卤化络合物在热液中有搬运金属的作用，在低温热液成矿中，金属与硫、氧结合时，置换出的卤离子则分散在周围的岩石中。当围岩及金属硫化物水蚀、风化、氧化后，金属离子又可与卤离子结合为卤络离子，形成复杂的卤化络合物迁移，这时受水溶介质和卤化介质影响的分散元素，也可呈各种水化、卤化的复合离子而被带到地表，渗远或气化而上升到地表土缀层中。

随着测试技术与认知水平的提高在加上选冶技术的发展使得一些分散元素的独立矿物或矿床在全球不断的被发现，表明了分散元素在一定的条件下也能聚集形成独立矿床，在特定的地质-地球化学条件下甚至可出现数千倍乃至数万倍的超常富集而形成大型-超大型矿床，推翻了长期以来人们普遍认为的“分散元素不形成独立矿床，它们只能以伴生元素的方式存在于其他元素的矿床内”的观点。从现在发现的分散元素矿床分析的结果来看，分散元素主要有三种赋存状态：独立矿物、类质同象和有机结合态及吸附。基本上以独立矿物出现的是Te、Tl和部分Se矿床；以类质同象形式存在的是Cd、Ga、 In、Re矿床，Ge和Se矿床完全以有机质和粘土矿物吸附状态存在，硒矿床三种状态兼有。迄今为止，世界范围内发现的分散元素的独立矿物共有339种，其中，Re 2,Ga 3,In 10,Cd 13,Tl 44,Se 104,Te 142。Te,Se,Tl三个元素的矿物最多，表明他们的富集能力最强。

表生作用中分散元素的稳定性各异。镉相对比较稳定，在弱氧化条件下，含镉的主要矿物—闪锌矿中的镉一般不会迁移，而是以CdS的形式存在于其他矿物的表面，在强氧化条件下，镉以CdSO4的形式进入溶液，但由于镉又强的主极化能力，所以会被土壤的胶体溶液强烈吸附，致使它不能长距离迁移。铟只有在pHu003c4的条件下发生迁移，但当pH=4时，铟即会转化成In(OH)3沉淀下来。铊的迁移能力较强，一般情况下，铊以Tl1+形式存在，Tl1+类似碱金属，活动性大，易于迁移，在一定的氧化还原条件下，Tl1+ 才会氧化为容易沉淀的Tl3+而使其迁移能力降低。锗易迁移，所有原生含锗的矿物在表生条件下都不稳定，锗一般会呈+4价状态被淋滤溶解而进入水溶液中。对于硒而言，在缺氧的条件下，硒与硫相共生，它一般会随着硫化物或硫酸盐或亚硫酸盐被土壤中的水和水流长距离搬运，但在氧化条件下，硒能被氧化为硒酸盐，硒酸盐较稳定，但也能被搬运一定的距离。表生条件下的碲相当稳定，当含碲的矿石氧化时，它一般不会远离作用圈，而是以Te4+或自然碲的形式沉淀下来。当矿物中的铼被氧化后，一般都呈Re2O7或铼酸的形式，在空气中逐渐分解，几乎都不会沉淀，因此铼几乎都会进入水溶液中，只有极少一部分被吸附在土壤中。镓在表生作用中的行为与铝相似，也比较稳定

人为迁移是分散元素进入生态环境的主要途径。人们通过对分散元素矿床的采掘、选矿、冶炼来获得对人类生产实践有重要意义的分散元素的金属、合金等生产资料，并对这些生产资料加以应用。在矿床的采掘、选矿过程中，分散元素不可避免的会进入矿区的水体、土壤、大气中，破坏当地的自然环境；对矿石的冶炼很容易使分散元素进入到大气中；对分散元素金属、合金的应用使分散元素更广泛的进入环境中，造成更深层次的环境影响。人们对分散元素的应用加速了分散元素在生态环境中的迁移。可以说分散元素的环境污染是人类活动的结果。

环境效应

当分散元素矿物暴露地表后或在富含分散元素的矿床开采过程中，分散元素的表生地球化学循环直接影响着一个地区的生态环境和人体健康。生活在自然界中的生物体在不断和周围的环境进行物质和能量的交换，分散元素随之进入到生物体内部，对生物体的正常生长造成有益的或有害的影响，下面对各分散元素的生态环境效应分别论述。

镓

镓主要存在于动物的骨骼中。镓在动物体内是神经肌毒，同时也引起肾脏损害。金属镓对人体的毒性不大，但其化合物对人体伤害较大。硝化镓对眼结膜、角膜、皮肤有腐蚀作用，氧化镓、氮化镓、砷化镓进入呼吸道，都会引起肝、肾萎缩，肺部发生痰症和硬化。醋酸镓、氯化镓等注入腹腔，毒性特别大，会导致呼吸中枢麻痹而死亡。对植物来说，镓对黑色茀状菌的生长是必需的，但对绿色植物则不必需

少量的镓对动物体的损害很小，而且还可以减少其它金属的危害。适量的镓有抗癌、抗高血钙症、消炎等作用。在医学上镓可以用来治疗骨髓癌、锥虫病、梅毒，还可以用来制造牙科合金。

锗

动物体内的锗广泛的分布在各个脏器中。锗不是生物肌体所必需的元素，对肌体的营养和生长没有什么特殊功能。但有机锗化合物具有生理活性，在药物上的应用具有很大潜力。早在1972年就有学者发现，含锗药物对治疗高血压有显著的疗效。后来不断的研究表明，含锗药物具有抗肿瘤、消炎止痛、免疫调节、延缓衰老、抗癌、抗突变、治疗贫血和糖尿病等多种功能，目前已广泛应用于饮料、食品及美容、护肤、保健等众多领域。但是，人体摄入量不能超过24mg/天，否则会中毒。无机锗化合物的毒性较大，对人体是严格禁用的。动物急性锗中毒表现为体温过低、倦怠、腹泻、皮肤青紫、呼吸循环衰竭，慢性锗中毒会损害肝、肾功能。

在植物体中，锗主要存在于根和叶子和糖类淀粉的储藏器官中。锗对植物的糖类的光合成—糖类淀粉的储藏有益，适量的锗可以促进植物生长，也可作为农药中的杀菌剂。

硒

硒是生物体必需的元素，早在上个世纪五十年代，人们就认识到了硒在生命中的重要性。早期的研究发现，缺硒会引起人的克山病、大骨节病，会使动物患上白肌病、心脏病等。硒对人体健康有着极大的作用，主要表现在以下8个方面：（1）抗氧化，延缓衰老。（2）增强肌体免疫能力，抑制肿瘤生长。（3）降低心脑血管疾病的发病率。（4）防治克山病、大骨节病。（5）保护肝脏，降低肝癌发病率，抑制甲、乙型肝炎。（6）对I型糖尿病有防治作用。（7）加速肌体内有毒元素的排出，减轻有毒元素对肌体免疫功能的损伤。（8）预防白内障的发生。时至今日，硒已经广泛的应用到食品、医疗、保健、农业等各个方面。但是，人体如果摄入过量的硒，就会导致硒中毒。硒的中毒量是超过0.1～0.2mg/kg体重/天，硒中毒的症状主要表现为食欲不振、四肢乏力发麻、头晕头痛、头发和指甲脱落等。所以缺硒一定要补硒，但补硒一定要适量。

) e( e% c, i H: V! U硒对许多植物的生长发育有着良好的促进作用，对低硒地区的农作物施硒肥可以增加农作物的产量，改善农作物的品质。

镉

镉不是人体必需元素，而且对人体有毒性。金属镉的毒性很小，但镉的化合物毒性较大，它会干扰人体内铜、钴和锌的代谢，还会直接抑制某些含锌酶的活性而使其丧失固有的功能。镉对人体的毒性主要表现在：（1）肾脏损害。（2）骨骼损害。（3）心血管损害。（4）肺部损害。（5）**损害。（6）致癌、致畸作用。

镉对植物的生长发育有着严重的阻碍作用，会严重降低农作物的产量。这是因为一方面，镉会抑制植物根的生长，影响了地面物质的供给，另一方面，镉能抑制叶绿素的合成，破坏叶绿素的结构，使光合作用减弱，最终导致减产。

铟

铟在人体中主要存在于皮肤、肌肉、骨骼中，对人体有害，但毒性不大。铟能引起肝、肾和心脏的软组织变质，没有发现其它的病理改变。迄今为止还没有见到铟引起的急性或慢性的中毒事件。目前认为，铟对植物没有毒害作用。

碲

碲是人体非必需而有潜在毒性的元素，它的生态环境效应与锗相似，也是无机碲化物对人体有毒，而有机碲化物对人体则有一定的保护作用。无机碲化物的毒性表现在：（1）影响肺功能。（2）影响神经系统。（3）对血液有影响。（4）对肝脏有影响。（5）由致突变性和致癌性。（6）有致畸性

有机碲化物对人体的保护作用体现在：（1）抗脂质过氧化作用。（2）抗肿瘤作用。（3）抑制白血病细胞增殖。在医学上曾经用碲来治疗梅毒、结核病和盗汗，用它作镇静剂，还可以用来治疗砷的慢性中毒。碲对植物的有效性尚不明确。

铼

迄今为止，在生物的器官中还没有发现铼，进行动物实验发现，铼在动物体内主要存在于甲状腺、肝、肾、脾中，对动物的腹部损害较大。

铊：铊是分散元素中毒性最大的，金属铊及其化合物都有剧毒，曾经用作灭鼠剂。铊在人体中能蓄藏数年，毒性作用能延续很长时间，特有的症状是脱发和肌肉疼痛。铊对人体所有的脏器都有损害，对神经系统也有损害，尤以对视神经损害最大。铊中毒的死亡率高，治愈者一般会留下精神异常、运动失控、抽搐、肌麻痹、视觉障碍等后遗症。

铊

通过对大麦、大豆等农作物根系的损伤而影响农作物的正常生长。一些植物对土壤中的铊有强烈的富集作用，因而极易使铊进入食物链而影响人类的健康。