铊地球化学和铊超常富集_张宝贵
2004年21卷贵州地质
爱探险的朵拉第四季
GUIZHO U GEOLOGY Vol.21No.4(Tol.81)2004第4期(总第81期)
[第⼆届贵州地质矿产发展战略学术研讨会论⽂]
铊地球化学和铊超常富集①
张宝贵，张忠，胡静,⽥⼷夫
(中国科学院地球化学研究所，贵州 贵阳 550002)
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[摘 要]铊的地球化学性质受其电⼦构型和地质地球化学作⽤制约。铊原⼦处于基态时的电⼦构型为6S26P1。铊有两个地球化学价态，正⼀价和正三价,⾃然界多数呈正⼀价。铊的电⼦构型和地球化学性质，使其具有低温成矿、亲硫;⾼温分散、亲⽯的双重地球化学性质。
北京联大应用文理学院在低温⾼硫还原环境，铊表现出强烈的亲硫性，不仅与汞、锑、砷、铜、铅、锌、铁、⾦、银等⼀道参与有⾊⾦属和贵⾦属矿床的成矿作⽤,⽽且形成铊的硫化物矿物、铊矿体和铊矿床；在⾼温低硫环境中，
铊表现出明显的亲⽯性。由于铊的地球化学和结晶化学性质与钾、铷、铯很相近，因此使铊以类质同象形式进⼊长⽯、云母、闪⽯、⽩云⽯、迪开⽯、⾼岭⽯等矿物中，导致铊分散。作者尝试性提出，铊超常富集是指其含量普遍达到⼤于铊成矿的⼯业品位(n×10-4)或⼤于铊地壳丰度(0.75×10-6)100倍以上。铊矿区矿物、岩⽯、⼟壤、⽔体、⽣物和⼈体中铊含量明显⾼，且普遍是判别铊超常富集的标志。
[关键词]铊地球化学；铊超常富集；铊矿物；铊矿床；贵州
[中国分类号]P595 [⽂献标识码]A [⽂章编号]1000-5943(2004)04-0240(05)
我国，特别是西南低温矿床成矿域有得天独厚的有利成矿环境和丰富多样的古海(陆)相⽣物群落的存在。它们的演化和兴衰孕育我国独特的铊矿床形成，使分散的铊超常富集成矿。本⽂将对铊地球化学和铊超常富集有关问题进⾏阐述。
1 铊地球化学
铊是由willian crooks于1861年在德国的⼀个硫酸⼯⼚中,⽤光谱搜寻含硒矿床中的碲时发现和命名的。铊的⾦属呈兰⽩⾊到银⽩⾊，象铅⼀样软并具有延展性。⾦属铊有⼆种结构,⼀种是原⼦紧密堆积六⽅晶系的α-Tl,Tl-Tl间距约3.4;⼀种是⽴⽅⾯⼼结构的β-Tl,Tl-Tl 间距3.36。当温度⼤于232℃时,α-Tl转变
成β-Tl[1]。同样还发现铊配位数变化⼤的过渡相,⼀价铊盐化学性质和含碱盐类似，三价有形成络合物趋势。三价铊盐⽔解在溶液中呈酸性反应。⼀价和三价铊混合物⽐单⼀氧化态化合物呈现浓的颜⾊。
铊在⾃然界有203Tl和205Tl⼆种稳定同位素，其相对丰度分别为29.50%和70.50%,205Tl/203 Tl=2.378±0.005[2]。铊同位素组成在地质作⽤过程中变化不⼤。陆地和陨⽯铊同位素组成变化在1%范围，故推测没有205Tl放射成因过剩出现在陨⽯中。⽤热中⼦照射203Tl和205Tl可获得204 Tl和206Tl放射性核素，它们衰变成204Hg和204 Pb[2]。206Tl半衰期为4.19分钟,204Tl半衰期为4.1年，后者衰变期⽐较长，可⽤来做铊的放射性测量。
铊的电⼦构型为6S26P1，具有18个电⼦组成的外电⼦层，因⽽与其它亲铜元素的地球化学性质相似。⼀价铊的电离势仅为
6.106eV,⽽三
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①[收稿⽇期]2004-10-25
[作者简介]张宝贵(1935-)，男，汉，吉林通化县⼈。中国科学院地球化学⼯研究所研究员。1960年毕业于长春地质学院, 1965年中国科学院研究⽣毕业。主要从事矿床地球化学和环境地球化学研究。
[基⾦项⽬]国家⾃然科学基⾦资助项⽬(批准号:40372047)
价铊的电离势则为29.63eV ，所以，在⾃然界⼤多数情况下为⼀价的，三价铊⽐较少见。由于铊的地球化学参数与IA 族碱⾦属K 、
Rb 很相近(表1)[3,4]
。故它们在结晶化学和地球化学性质上⼗分相似，这就决定了铊在⼀定条件下能以类质同象形式进⼊含碱⾦属的矿物中，如长⽯和云母等矿物中,⽽跟亲⽯元素⼀起活动，表现出铊具有亲⽯性质的⼀⾯。但同时铊⼜是亲硫元素，在原⼦容积曲线上，铊位于第五
凹陷的上升曲线上，它的两侧为典型的亲硫元素汞
和铅。在地球化学性质上，尤其在低温热液硫化物成矿的⾼硫环境中，铊表现出强烈的亲硫性。这可从辉铊矿(Tl 2S )和褐铊矿(Tl 2O 3)的ΔGr 值中看到(在温度293K 时,Tl 2S 的ΔGr 值为269.08kj /mol ,⽽
Tl 2O 3
的ΔGr 值为
136.07kj /mol )[5],Tl 2S 的ΔGr 值明显⾼于
Tl 2O 3，表明铊的亲硫性⽐亲⽯性强，特别在低温⾼硫环境中更是如此，因⽽在⾃然界所发现的铊矿物和含铊矿物绝⼤多数为硫化物和硫盐类矿物
。
在低温成矿过程中，铊除形成⾃⼰的独⽴矿物外，因其地球化学性质与Hg ,As ,Cu ,Pb ,Sb ,Fe ,Zn ,Au ,Ag ,Sn 等相似，故常以微量元素形式进⼊⽅铅矿、黄铁矿、闪锌矿、辉锑矿、黄铜矿、毒砂、⾠砂、雄黄、雌黄和硫盐类矿物中。在表⽣条件下，铊除形成表⽣铊矿物如硫酸铊矿和硫代硫酸铊矿等外，还可以微量元素形式进⼊⽯膏、⽔绿矾、铁铝钒、铅矾、铅铁矾、胆矾、明矾⽯等表⽣矿物中
[6]
。铊黄钾铁
矾中铊含量可达1.75-2.04%[7]
hurricanes。明矾⽯中铊
含量(Tl 2O )可⾼达33.25%，已成为铊独⽴矿物即铊明矾[8]。
铊在成岩作⽤过程中亲⽯性明显，并与钾、铷、铯、钠、钙密切相关。铊主要富集于酸性岩浆和碱性岩浆内
[9]
。在岩浆分异作⽤晚期所出
现的岩相内(⿊云母、⽩云母、脉⽯类)，当F 、Cl 、H 2O ⼤量集中时，铊就更为富集，表现在与萤⽯等伴⽣的⿊云母和⽩云母内，铊的含量增
·
241·第4期张宝贵，等：铊地球化学和铊超常富集
多。
铊的地球化学多重性，表现出铊在地壳中的⾼度分散性,⽽铊的亲硫性在硫化物矿床中，特别是低温热
液硫化物矿床中有明显的富集。在超常富集的情况下，可形成铊矿物，甚⾄铊矿床，贵州滥⽊⼚铊矿床和云南南华铊矿床就是铊超常富集的典型实例。
2 铊超常富集
铊成矿是铊超常富集的必然结果。在讨论铊超常富集之前，先阐明什么是铊超常富集。关于
铊超常富集⽬前还没有统⼀认识。作者在多年铊矿床的研究过程中，尝试性提出，铊超常富集是指其含量普遍达到⼤于铊成矿的⼯业品位(n ×10-4)或⼤于铊地壳丰度(0.7×10-6)的100倍以上。
在铊超常富集区中可出现铊矿物和铊矿床。铊矿物是铊矿床的标型矿物。迄今已报道有48种铊矿物(表2)，在我国已发现8种即红铊矿、斜硫砷汞铊矿、硫砷铊铅矿、褐铊矿、铊黄铁矿、辉铁铊矿、硫铁铊矿和铊明矾等。关于铊超常富集形成矿床仅见贵州滥⽊⼚和云南南华⼆个
铊矿床。
[10,11
]
·
242· 贵 州 地 质 2004年第21卷
在铊超常富集区(矿床)中，除铊矿物和铊矿床典型标志外，还可见到⽣物和⽔体富集铊标志。这是由于含铊岩⽯暴露出地表，由原⽣还原环境变成表⽣氧化环境，遭受风化淋滤作⽤释放出铊进⼊表⽣地球化学循环所致。主要通过⽔体和⾷物链的⽅式进⼊⼟壤、植物、动物和⼈体，导致铊异常，环境污染和⼈畜中毒现象的出现。
[12]滥⽊⼚铊矿区⼟壤，特别是黄褐⾊⼟壤中铊可⾼达(394000-611000)×10-9，平均263925×10-9
英语故事大全，明显超常富集(表3)。从表3可看出Tl 较As 和Hg 更易进⼊表⽣循环。铊不仅在野⽣植物，蔬菜，粮⾷和畜禽中有明显富集[13],⽽在⼈体尿液、头发、指(趾)甲中也有明显富集(表4)，故导致村民中毒即铊病的出现
。
分析者：中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室陈国丽
3 结语
(1)铊亲硫地球化学性质，使铊超常富集形成铊矿物和铊矿床。由于铊矿物和铊矿床形成条件⽐较苛刻，不像常见H g 、As 、Sb 、Pb 、Zn
等矿床常见，其形成机理还有待进⼀步研究。全世界报道铊矿物有近50种，在我国已发现8种。铊矿床仅见中国的滥⽊⼚和南华⼆个铊矿床。
(2)铊成矿是铊地球化学性质与成矿环境共同作⽤的结果。我国，特别是西南低温成矿域出现铊超常富集区，并有铊矿床产出，这与得天独厚的地质成矿环境和丰富多样的海(陆)相⽣物群落参与成矿密切相关。
[14]
fell什么意思(3)铊的亲硫地球化学性质导致铊总是与⼀些低温，亲硫成矿元素相伴产出，形成共(伴)⽣矿床。因此，对铊矿床地球化学深⼊研究，不仅有助于对Hg 、As 、Sb 、Pb 、Zn 等矿床成矿机
理深⼊探讨，更有助于共伴⽣矿床的找矿。
(4)铊超常富集区中岩矿⽯遭受风化淋滤，使铊进⼊表⽣地球化学循环，使铊进⼊⼟壤、⽔体、动植物体和⼈体，造成铊异常，矿化，污染和铊病出现。
(5)铊矿床在成因上与岩浆热液矿床明显不同，它经历了早期⽣物富集成矿阶段和晚期热液改造成矿阶段。⽣物，特别是微古⽣物在早晚⼆个成矿阶段均起着重要作⽤。由于晚期成矿阶段热液改造作⽤强烈，致使⽣物成矿特点⾯⽬皆⾮，残留甚少，故使⼈们误认铊矿床为单⼀成因的热液矿床。
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Thallium Geochemistry and Its Ultra -Normal Enrichment
ZHANG Bao -gui ,ZHANG Zhong ,HU Jing ,TIAN Yifu (Institute of Geochemistry ,Chine Academy of Science ,Guiyang 550002,Guizhou ,China )[Abstract ] The electronic configuration of thallium (Tl )is 6s 26p 1w hen Tl atoms are in the ground state .Thallium has tw o geochemical valent states :Positively monovalent and positively trivalent .It is mostly positively monovalent in nature .The electronic configuration and geochemical properties of Tl make it posss double -edged geochemical properties ,i .e .,on one hand it is sulpHopHile and can be concen -trated to form Tl deposits under low temperature conditions and on the other hand it is lithopHile and is of disperd occurrence under hig h tem perature conditio ns .Under Low -temperature ,high -sulfur condi -tions Tl is so strong ly sulpHopHile as to take an active part ,together with Hg ,Sb ,As ,Cu ,Pb ,Zn ,Fe ,Au and Ag ,in mineralization of non -ferrous and precious metallic ore deposits ,but also in the formation of sulfides of Tl ,Tl o rebodies and Tl deposits .In Low -temperature sulfide deposits Tl ,as a trace element in most ca ,is incorporated into sulfide minerals such as arnopy rite ,stibnite ,realg ar ,orpiment ,pyrite ,chalcopyrite ,galena and spH alerite .Under high -tem perature and low -sulfur con
ditions Tl is strongly lithopHile in nature .As the geochemical and crystallochemical properties of Tl are cloly similar to tho of K ,Rb and Cs ,Tl can be isomo rpHously incorporated into feldspar ,mica ,ampHibole ,dolomite ,dickite ,kaolinite ,etc .,leading to the dispersion of Tl .Thallium ultra -no rmal enrichment is Tl -content higher than industrial tenor (n ×10-4)or Tl -content 100times higher than the average crustal content (0.75×10-6 ).Tl -content of mineral ,rock ,soil ,water ,living o rganisms and human bodies in mining district are remarkably higher than tho in the non -mining districts .So they can be ud as indicato r of ultra -nor -mal enrichment .[Keywords ]
Tl geochemistry ;Tl ultra -no rmal enrichment ;Tl mineral ;Tl deposit ;Guizhou
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244· 贵 州 地 质 2004年第21卷
