基本介紹
- 中文名：分散元素
- 外文名：dispersed element
- 含量：小
- 概念引入時間：1911年引入
英文,概念,地球化學特徵,環境效應,
英文
dispersed element
概念
分散元素的概念最早是烏克蘭學者B.N.維爾納茨基於1911年引入到地學領域的。此後分散元素的概念隨著科技發展和認知水平的提高也在不斷的向前發展。1940年，蘇聯學者阿·費爾斯曼提出:“有些稀有元素，並不生成純態的礦物，有時候溶解、分散在別的元素的許多種礦物里，所以我們把它們叫做分散元素。”他認為代表性的分散元素包括：鎵、銦、鉈、鎘、鍺、硒、碲、錸、銣、銫、鐳、鈧、鉿十三種。塗光熾院士認為:“分散元素是指在地殼中豐度很低（多為ppb級），而且在岩石中極為分散為特徵的元素。多數分散元素在自然界形成礦物的幾率很低，而且產地稀少，將這些元素稱為分散元素。”他認為分散元素包括鎵、鍺、硒、鎘、銦、碲、錸、鉈八種。
地球化學特徵
分散元素在地殼中豐度普遍較低，地殼平均含量一般為10-6~10-9級，由於這種低含量和其高度分散性，導致其形成獨立礦床的機率很低，因此，人們通常認為分散元素不能形成獨立礦床，它們只能以伴生元素的方式存在於其它元素的礦床內。
分散元素在周期表中的位置與銅、鉛、金、鑷、汞、砷、銻、鈷等左右對稱斜角鄰近．它具有較強的親硫性，又由於在周期表中，稼、鍺、鎘與鋁、銅、矽等相鄰所體現出的特性．因此它也具有親石性．在兩重性中的側重性更為親硫，以致它們很少呈獨立礦物存在，而多數均在黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、輝銻礦、輝鑽礦、輝銀礦和輝鉬礦等礦物的晶格中，這就決定了它們在地殼中的聚集與有色重金屬硫化物的富集條件有一致性和明顯的傾向性。另一方面，分散元素在周期表上旁近鹵族，因此它也具有較好的鹵絡傾向。金屬鹵化絡合物在熱液中有搬運金屬的作用，在低溫熱液成礦中，金屬與硫、氧結合時，置換出的鹵離子則分散在周圍的岩石中。當圍岩及金屬硫化物水蝕、風化、氧化後，金屬離子又可與鹵離子結合為鹵絡離子，形成複雜的鹵化絡合物遷移，這時受水溶介質和鹵化介質影響的分散元素，也可呈各種水化、鹵化的複合離子而被帶到地表，滲遠或氣化而上升到地表土綴層中。
隨著測試技術與認知水平的提高在加上選冶技術的發展使得一些分散元素的獨立礦物或礦床在全球不斷的被發現，表明了分散元素在一定的條件下也能聚集形成獨立礦床,在特定的地質-地球化學條件下甚至可出現數千倍乃至數萬倍的超常富集而形成大型-超大型礦床，推翻了長期以來人們普遍認為的“分散元素不形成獨立礦床,它們只能以伴生元素的方式存在於其他元素的礦床內”的觀點。從現在發現的分散元素礦床分析的結果來看，分散元素主要有三種賦存狀態：獨立礦物、類質同象和有機結合態及吸附。基本上以獨立礦物出現的是Te、Tl和部分Se礦床；以類質同象形式存在的是Cd、Ga、 In、Re礦床，Ge和Se礦床完全以有機質和粘土礦物吸附狀態存在，硒礦床三種狀態兼有。迄今為止，世界範圍內發現的分散元素的獨立礦物共有339種，其中，Re 2,Ga 3,In 10,Cd 13,Tl 44,Se 104,Te 142。Te,Se,Tl三個元素的礦物最多，表明他們的富集能力最強。
表生作用中分散元素的穩定性各異。鎘相對比較穩定，在弱氧化條件下，含鎘的主要礦物—閃鋅礦中的鎘一般不會遷移，而是以CdS的形式存在於其他礦物的表面，在強氧化條件下，鎘以CdSO4的形式進入溶液，但由於鎘又強的主極化能力，所以會被土壤的膠體溶液強烈吸附，致使它不能長距離遷移。銦只有在pH<4的條件下發生遷移，但當pH=4時，銦即會轉化成In(OH)3沉澱下來。鉈的遷移能力較強，一般情況下，鉈以Tl1+形式存在，Tl1+類似鹼金屬，活動性大，易於遷移，在一定的氧化還原條件下，Tl1+ 才會氧化為容易沉澱的Tl3+而使其遷移能力降低。鍺易遷移，所有原生含鍺的礦物在表生條件下都不穩定，鍺一般會呈+4價狀態被淋濾溶解而進入水溶液中。對於硒而言，在缺氧的條件下，硒與硫相共生，它一般會隨著硫化物或硫酸鹽或亞硫酸鹽被土壤中的水和水流長距離搬運，但在氧化條件下，硒能被氧化為硒酸鹽，硒酸鹽較穩定，但也能被搬運一定的距離。表生條件下的碲相當穩定，當含碲的礦石氧化時，它一般不會遠離作用圈，而是以Te4+或自然碲的形式沉澱下來。當礦物中的錸被氧化後，一般都呈Re2O7或錸酸的形式，在空氣中逐漸分解，幾乎都不會沉澱，因此錸幾乎都會進入水溶液中，只有極少一部分被吸附在土壤中。鎵在表生作用中的行為與鋁相似，也比較穩定
人為遷移是分散元素進入生態環境的主要途徑。人們通過對分散元素礦床的採掘、選礦、冶煉來獲得對人類生產實踐有重要意義的分散元素的金屬、合金等生產資料，並對這些生產資料加以套用。在礦床的採掘、選礦過程中，分散元素不可避免的會進入礦區的水體、土壤、大氣中，破壞當地的自然環境；對礦石的冶煉很容易使分散元素進入到大氣中；對分散元素金屬、合金的套用使分散元素更廣泛的進入環境中，造成更深層次的環境影響。人們對分散元素的套用加速了分散元素在生態環境中的遷移。可以說分散元素的環境污染是人類活動的結果。
環境效應
當分散元素礦物暴露地表後或在富含分散元素的礦床開採過程中,分散元素的表生地球化學循環直接影響著一個地區的生態環境和人體健康。生活在自然界中的生物體在不斷和周圍的環境進行物質和能量的交換，分散元素隨之進入到生物體內部，對生物體的正常生長造成有益的或有害的影響，下面對各分散元素的生態環境效應分別論述。
鎵
鎵主要存在於動物的骨骼中。鎵在動物體內是神經肌毒，同時也引起腎臟損害。金屬鎵對人體的毒性不大，但其化合物對人體傷害較大。硝化鎵對眼結膜、角膜、皮膚有腐蝕作用，氧化鎵、氮化鎵、砷化鎵進入呼吸道，都會引起肝、腎萎縮，肺部發生痰症和硬化。醋酸鎵、氯化鎵等注入腹腔，毒性特別大，會導致呼吸中樞麻痹而死亡。對植物來說，鎵對黑色茀狀菌的生長是必需的，但對綠色植物則不必需
少量的鎵對動物體的損害很小，而且還可以減少其它金屬的危害。適量的鎵有抗癌、抗高血鈣症、消炎等作用。在醫學上鎵可以用來治療骨髓癌、錐蟲病、梅毒，還可以用來製造牙科合金。
鍺
動物體內的鍺廣泛的分布在各個臟器中。鍺不是生物肌體所必需的元素，對肌體的營養和生長沒有什麼特殊功能。但有機鍺化合物具有生理活性，在藥物上的套用具有很大潛力。早在1972年就有學者發現，含鍺藥物對治療高血壓有顯著的療效。後來不斷的研究表明，含鍺藥物具有抗腫瘤、消炎止痛、免疫調節、延緩衰老、抗癌、抗突變、治療貧血和糖尿病等多種功能，目前已廣泛套用於飲料、食品及美容、護膚、保健等眾多領域。但是，人體攝入量不能超過24mg/天，否則會中毒。無機鍺化合物的毒性較大，對人體是嚴格禁用的。動物急性鍺中毒表現為體溫過低、倦怠、腹瀉、皮膚青紫、呼吸循環衰竭，慢性鍺中毒會損害肝、腎功能。
在植物體中，鍺主要存在於根和葉子和糖類澱粉的儲藏器官中。鍺對植物的糖類的光合成—糖類澱粉的儲藏有益，適量的鍺可以促進植物生長，也可作為農藥中的殺菌劑。
硒
硒是生物體必需的元素，早在上個世紀五十年代，人們就認識到了硒在生命中的重要性。早期的研究發現，缺硒會引起人的克山病、大骨節病，會使動物患上白肌病、心臟病等。硒對人體健康有著極大的作用，主要表現在以下8個方面：（1）抗氧化，延緩衰老。（2）增強肌體免疫能力，抑制腫瘤生長。（3）降低心腦血管疾病的發病率。（4）防治克山病、大骨節病。（5）保護肝臟，降低肝癌發病率，抑制甲、B型肝炎。（6）對I型糖尿病有防治作用。（7）加速肌體內有毒元素的排出，減輕有毒元素對肌體免疫功能的損傷。（8）預防白內障的發生。時至今日，硒已經廣泛的套用到食品、醫療、保健、農業等各個方面。但是，人體如果攝入過量的硒，就會導致硒中毒。硒的中毒量是超過0.1～0.2mg/kg體重/天，硒中毒的症狀主要表現為食欲不振、四肢乏力發麻、頭暈頭痛、頭髮和指甲脫落等。所以缺硒一定要補硒，但補硒一定要適量。
) e( e% c, i" H: V! U硒對許多植物的生長發育有著良好的促進作用，對低硒地區的農作物施硒肥可以增加農作物的產量，改善農作物的品質。
鎘
鎘不是人體必需元素，而且對人體有毒性。金屬鎘的毒性很小，但鎘的化合物毒性較大，它會干擾人體內銅、鈷和鋅的代謝，還會直接抑制某些含鋅酶的活性而使其喪失固有的功能。鎘對人體的毒性主要表現在：（1）腎臟損害。（2）骨骼損害。（3）心血管損害。（4）肺部損害。（5）**損害。（6）致癌、致畸作用 。
鎘對植物的生長發育有著嚴重的阻礙作用，會嚴重降低農作物的產量。這是因為一方面，鎘會抑制植物根的生長，影響了地面物質的供給，另一方面，鎘能抑制葉綠素的合成，破壞葉綠素的結構，使光合作用減弱，最終導致減產。
銦
銦在人體中主要存在於皮膚、肌肉、骨骼中，對人體有害，但毒性不大。銦能引起肝、腎和心臟的軟組織變質，沒有發現其它的病理改變。迄今為止還沒有見到銦引起的急性或慢性的中毒事件。目前認為，銦對植物沒有毒害作用。
碲
碲是人體非必需而有潛在毒性的元素，它的生態環境效應與鍺相似，也是無機碲化物對人體有毒，而有機碲化物對人體則有一定的保護作用。無機碲化物的毒性表現在：（1）影響肺功能。（2）影響神經系統。（3）對血液有影響。（4）對肝臟有影響。（5）由致突變性和致癌性。（6）有致畸性
有機碲化物對人體的保護作用體現在：（1）抗脂質過氧化作用。（2）抗腫瘤作用。（3）抑制白血病細胞增殖。在醫學上曾經用碲來治療梅毒、結核病和盜汗，用它作鎮靜劑，還可以用來治療砷的慢性中毒。碲對植物的有效性尚不明確。
錸
迄今為止，在生物的器官中還沒有發現錸，進行動物實驗發現，錸在動物體內主要存在於甲狀腺、肝、腎、脾中，對動物的腹部損害較大。
鉈：鉈是分散元素中毒性最大的，金屬鉈及其化合物都有劇毒，曾經用作滅鼠劑。鉈在人體中能蓄藏數年，毒性作用能延續很長時間，特有的症狀是脫髮和肌肉疼痛。鉈對人體所有的臟器都有損害，對神經系統也有損害，尤以對視神經損害最大。鉈中毒的死亡率高，治癒者一般會留下精神異常、運動失控、抽搐、肌麻痹、視覺障礙等後遺症。
鉈
通過對大麥、大豆等農作物根系的損傷而影響農作物的正常生長。一些植物對土壤中的鉈有強烈的富集作用，因而極易使鉈進入食物鏈而影響人類的健康。"
