氟与地下水

地下水含氟量的影响因素很多，如与地形、地貌、岩性与矿物成分、地下水径流、水化学类型、地下水温度、气候、自然界的理化作用、人类活动等因素密切相关。在高、中山地区，含氟岩矿在风化、淋溶条件下，易被洪水冲刷流失，不利于氟的聚集；而洼地和盆地地区，氟不易流失，有利于富集。所以地下水含氟量从高到低为盆地（洼地区）、平原区、丘陵区、高中山区。在地下水径流强烈地区，地下水运动交替积极，有利于氟的迁移；反之，则有利于氟的聚集。

国外学者如 Agrawal 研究斯里兰卡的氟分布时发现氟的分布趋向于被气候控制，Subba研究得出该地区氟的聚集是由于蒸发作用、长时间的水-岩作用、农业土壤施肥综合作用的结果，地下水中的氟与氯离子没有明显的相关关系，而与碳酸氢根离子有很好的相关性。Rafique et al（2009）的研究结果表明地下水为高矿化的Cl-Na型水，咸水入侵、高蒸发率、离子交换强度大是氟富集的主要原因。Meenakshi et al（2004）认为地下水作为一个整体，氟的自然聚集决定于地质、含水层的物理和化学特性。Chae et al（2007）发现高氟地下水赋存的水化学类型为HCO3-Na，而含氟量最低的水化学类型为HCO3-Ca，因此他们认为地下水中氟的水文地球化学行为与钠离子的释放以及钙离子的沉淀有关；Rukah et al（2004）认为硝酸盐和重碳酸盐能促进氟的聚集。Abdelrahman et al（2009）认为含氟矿物的风化程度也是影响氟聚集的重要成因。Levy et al（1999）认为钙含量的降低和碱性环境是氟聚集的最重要因素。

国内学者郑明凯等（2007）认为，焦作市处于干旱半干旱大陆性季风气候条件下，蒸发量远远大于降水量，地下水中盐分积累，致使氟聚集。邓英春（2006）认为安徽淮北地区高氟地下水是由于远河泛滥带及湖相沉积区的地下水径流相对滞缓造成的。曾昭华（1997）认为，深层水的高氟形成与断裂等构造有关，而浅层高氟地下水的形成则是受气候条件控制。曹小虎（2005）认为高氟是由半干旱的气候、富氟的包气带土体和独特的水文地质构造决定的。王德耀（2008）的研究结果表明，地层岩性、气候、地貌是该区高氟的主要原因。孙占学（1992）认为，我国大多数地下水中的氟受自然地理条件（气候、土壤、地形地貌）、地质条件（岩性、构造、火山活动）、水文地质条件、水化学条件的共同制约。曾溅辉等（1997）认为，河北邢台平原中氟的保存条件取决于浅层地下水的化学成分特征。金琼等（2001）对甘肃河西走廊地区氟的环境特征研究表明，氟的富集与水化学特征关系密切，低 的贫钙碱性水环境有利于氟的溶解与聚集。刘瑞平等（2009）认为，水化学组分中的Na+、Cl-、 、pH与氟呈正相关，而Ca2+则抑制水中氟的增加。丁丹等（2009）运用统计分析的方法研究氟离子的赋存化学环境，结果表明氟离子浓度随地下水中pH增大而增大，但是与（K++Na+）浓度、Ca2+浓度、Mg2+浓度之间并无明显的相关性。郭天辉（2009）认为，地下水中的氟含量与水化学类型关系不明显，与pH及钠钙比呈正相关。王根绪等（2000）的研究表明，氟离子在碱性环境中容易聚集，且与矿化度呈近似正相关关系，同时认为氟的赋存环境与硬度、Ca2+、Na+等有关。

石英的化学成分为SiO2，晶体属三方晶系的氧化物矿物，即低温石英（a-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英（b-石英）。

低温石英常呈带尖顶的六方柱状晶体产出，柱面有横纹，类似于六方双锥状的尖顶实际上是由两个菱面体单形所形成的。石英集合体通常呈粒状、块状或晶簇、晶腺等。纯净的石英无色透明，玻璃光泽，贝壳状断口上具油脂光泽，无解理，摩氏硬度7，比重265。受压或受热能产生电效应。

石英因粒度、颜色、包裹体等的不同而有许多变种。无色透明的石英称为水晶，紫色水晶俗称紫晶，烟**、烟褐色至近黑色的俗称茶晶、烟晶或墨晶，玫瑰红色的俗称芙蓉石；呈肾状、钟乳状的隐晶质石英称石髓，具不同颜色同心条带构造的晶腺叫玛瑙，玛瑙晶腺内部有明显可见的液态包裹体的俗称玛瑙水胆，细粒微晶组成的灰色至黑色隐晶质石英称燧石，俗称火石。

石英的用途很广。无裂隙、无缺陷的水晶单晶用作压电材料，来制造石英谐振器和滤波器。一般石英可以作为玻璃原料，紫色、粉色的石英和玛瑙还可作雕刻工艺美术的原料。

石英是最重要的造岩矿物之一，在火成岩、沉积岩、变质岩中均有广泛分布。巴西是世界著名的水晶出产国，曾发现直径25米、高5米、重达40余吨的水晶晶体。

云母简介(Mica)

云母族矿物分为两个亚族,共有九种矿物。白云母亚族,有钠云母、白云母、钒云母、海绿石;金云母-黑云母亚族,有金云母-黑云母、锌三层云母、铁锂云母、锰锂云母、铜铀云母和锂云母。

云母是含锂、钠、钾、镁、铝、锌、铁、钒等金属元素并具有层状结构的含水铝硅酸盐族矿物的总称。主要包括白云母、黑云母、金云母、锂云母等。工业上应用的云母矿物原料是白云母和金云母中的片云母和碎云母及绢云母，使用较多的是白云母，其次为金云母。由于云母具有较高的电绝缘性、较好的透明度、极好的可剥分性、较高的化学稳定性、较好的还原性以及在高温状态下能保持上述优良的物理化学性能，因而它主要作为一种非常重要的绝缘材料广泛用于电子、电机、电讯、电器、航空、交通、仪表、冶金、建材、轻工等工业部门，以及国防和尖端工业领域。 70 年代以来，由于在电容器、电动机的绝缘支撑材料及电介质材料中，使用的片云母已被由碎云母为原料制成的云母纸所代替，通讯电子管的绝大部分已被半导体集成电路所取代，引起消费结构发生根本变化，因此使片云母的需求量大幅度下降，而碎云母的需求量日渐增长。随着科学技术的发展，近年来云母矿物在建材、地质勘探、润滑、油漆、食品、化妆品等方面的应用不断扩展，碎云母和绢云母矿物原料将具有广阔的应用前景。

化学成分 ： 白云母化学式为 KAl2(AlSi3O10)(OH)2 ；镁硅白云母化学式为 (Fe2+ 、 M g)(Fe3+,Al3+)(AlSi7O20)(OH)4 ；绢云母化学式为 KAl2(Si,Al)4O10(OH,F) 2 ；金云母化学式为KMg3(AlSi3O10)(F,OH)2 云母这种铝硅酸盐矿物，具有连续层状硅氧四面体构造，具极完全之解理，可剥离为具弹性之薄片，质柔可弯曲，透明无色，厚块半透明带有灰、棕、淡绿、玫瑰红色，具玻璃至绢丝或珍珠光泽，硬度 25~3 ，比重 275~30 ，耐酸性。

白云母（Muscovite）

白云母化学组成： KAl2[Si3AlO10](OH,F)2,理想的组份是八面体片含 Al ，也可少量地被 Fe 3+ 、 Mg 、 Fe 2+ 甚至 Mn 、 Cr 、 V 等所置换。白云母具有高度完全的底解理、颜色淡白。薄片富弹性的特点。

白云母是分有很广的造岩矿物之一，在三大岩类中均有产出。 泥质岩石在低级区域变质过程中可以形成绢云母，变质程度稍高时，成为白云母。 酸性岩浆结晶晚期以及伟晶作用阶段，均有大量白云母生成。由高温至中低温的蚀变作用过程中，也能生成。所谓云英岩化是高温蚀变作用之一，能形成大量白云母。所谓绢云母化作用是中低温蚀变作用之一，能形成大量绢云母。 白云母风化破碎成极细的鳞片，既可以成为碎屑沉积物中的碎屑，也可以是泥质岩的矿物成分之一。

白云母斜方柱晶类，通常呈板状或片状，外形成假六方形或菱形。柱面有明显的横条纹。双晶常见，多依云母律生成接触双晶或穿插三连晶。

金云母(Phlogopite)

金云母的化学式为KMg3[AlSi3O10][F,OH]2 。因为和白云母物理化学性能有所不同，故有很多特殊功能，应用于很多重要领域。 工业上主要利用其很高的电绝缘性和耐热性，以及强抗酸、抗碱、抗压和剥分性能，用作电气设备和电工器材的绝缘材料。金云母通常呈**、暗棕色或黑色，玻璃光泽，解理面呈珍珠或半金属光泽，金云母能被浓硫酸所腐蚀，可在浓硫酸中分解，同时产生一种乳状的溶液，化学成份中替代钾的有钠、钙、钡；替代镁的有钛、Fe、锰、铬；氟替代OH，金云母的变种有锰云母、钛云母、铬金云母、氟金云母等。 特色的性能产生了特色的用途。

黑云母 Biotite

黑云母化学组成： K(Mg,Fe2+)3(Al,Fe3+)Si3O10(OH,F)2,类质同象代替广泛，所以不同岩石中产出的黑云母,其化学组成成分差距很大。一般酸性和碱性岩浆岩中的黑云母，FeO高， MgO低；基性和超基性岩中的黑云母，MgO高，FeO低；在碱性伟晶岩中的黑云母，MgO低，而Fe2O3相对要高一些。

黑云母的晶体形态与金云母相同。颜色为黑色、深褐色，有时带浅红、浅绿或其它色调。含钛高的呈浅红褐色，富含高价铁则呈绿色。透明至不透明。玻璃光泽，黑色则呈半金属光泽。硬度2－3，比重302－312。黑云母受热水溶液的作用可以蚀变为绿泥石、白云母和绢云母等其他矿物。黑云母因为含铁高，绝缘性能差，远不如白云母。黑云母细片常用作建筑材料填充物。 粒径较大的黑云母，极容易根据其片状形态，较深的颜色以及弹性，具有云母的完全解理，和受热以后，可略带磁性的特点等加以鉴别 在深成岩和浅成岩钟，特别是酸性或偏碱性的岩石中，大都含有黑云母。

绢云母（Sericite）

绢云母（Sericite）是一种天然细粒白云母，属白云母的亚种，是层状结构的硅酸盐，结构由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层。{001}解理完全，可劈成极薄的片状，片厚可达1u以下（理论上可削成0001u），径厚比大；与白云母相比：具有天然粒径小，易加工超细的特点。绢云母晶体化学式为： K 05-1 ( Al,Fe,Mg ) 2 ( SiAl ) 4 O 10 (OH) 2 nH 2 O ,一般化学成分： SiO 2 4313~4904%,Al 2 O 3 2793~3744%,K 2 O+Na 2 O9~11%，H 2 O 413~612%。]

绢云母属于单斜晶体，晶体为鳞片状，具丝绢光泽（白云母呈玻璃光泽），纯块呈灰色、紫玫瑰色、白色等，径厚比>80，比重26~27，硬度2~3，富弹性，可弯曲，抗磨性和耐磨性好；耐热绝缘，难溶于酸碱溶液，化学性质稳定。测试数据：弹性模量为1505~2134MPa，耐热度500~600oC，导热率0419~0670W(mK)-1，电绝缘性200kv/mm，抗放射性5×1014热中子/cm2对照度。

另外绢云母的化学组成、结构、构造与高岭土相近，又具有粘土矿物的某些特性，即在水介质及有机溶剂中分散悬浮性好，色白粒细，有粘性等。因此，绢云母兼具云母类矿物和粘土类矿物的多种特点。

钠云母(Paragonite)

钠云母是一种含水的钠铝硅酸盐，是一种云母，常和白云母共生，并与它可以其物理性质相区别，两种云母的区别在于它们的化学成份。在钠云母中钠离子占据着白云母中钾的构造位置。

锂云母(鳞云母)( 淡紫色晶体 ) Lepidolite,Lilac, crystalline

锂云母化学组成K(Li,Al) 25-3 [Si 35-3 Al 05-1 O 10 ](OH,F) 2 , 鳞云母是 Al — Li 和 Fe － Li 两个类质同象系列中富 Li 一端的成员，其 Al — Li 系列为不完全类质同象，而 Fe － Li 系列则为完全类质同象。分析资料证明，凡是含 Li 的云母，均含一定数量的 F － 。含 Li 越高， F 的含量办越高。

锂云母具有云母一般的解理和紫到粉红的颜色。熔化时，可以发泡，并产生深红色的锂焰。不溶于酸，但在熔化之后，亦可受酸类的作用。

锂云母又称鳞云母，一般是片状或鳞片状集合体。我国河南芦氏县产有球状的锂云母，是一种特殊形态。它呈玫瑰色，浅紫色，有时为白色，风化后成暗褐色。透明。玻璃光泽，解理面显珍珠光泽。硬度2－3。比重28－29。薄片具弹性。它是提取稀有金属锂的主要原料之一。锂云母中常含有铷和铯，也是提取这些稀有金属的重要原料。

云母族矿物能在各种地质条件下形成。黑云母是火成岩的主要造岩矿物之一，在大多深成和浅成岩中都有分布。白云母也是分布很广的一种造岩矿物，在火成岩、沉积岩、变质岩中都有产出。金云母则主要产于超基性岩和镁质大理岩中。许多有工业价值的云母主要产于伟晶岩和变质岩中。变质岩中大片金云母是由富含挥发组分的岩浆岩对围岩交代作用的产物。细粒白云母、钠云母又称绢云母，一般与热液蚀变作用有关。锂云母几乎只产于花岗伟晶岩和与花岗岩有关的高温气成热液矿床中。变质成因的云母种类与原岩成分及变质程度有关，富镁碳酸盐岩变质易成金云母；富铝岩石变质易成白云母和黑云母。

钒云母（产在砂岩中） Roscoelite in Sandstone

钒云母化学组成： K(V,Al,Mg)2AlSi3O10(OH)2 ,Y组离子以钒和铝为主，类质同象混入物有镁，Fe3+，Fe2+、铬等。化学分析资料； SiO2 4805%, Al2O3 1500%, V2O3 1462%, P2O5 013%, MgO 432%，CaO 034%,Fe2O3 056%，TiO2 038%，K2O 619%，BaO 128%，Na2O 013%，Cr2O3 156%，F 005%，H2O+ 544%,H2O- 028%，总计9833(中国湖北产)。

钒云母其颜色、形态和透射光下为绿色，有多色性为鉴定特征。钒云母赋存于含有机炭质较高的炭质板岩中，与铬钒水云母、铬钒白云母、钡钒水云母等共生。钒云母大部分晶体呈亮绿色细纤维状，少数成片状。

铬云母（白云母变种、单斜晶系）（Muscovite var Fuchsite Monoclinic）

铬云母化学组成：KAl2[Si3AlO10](OH,F)2,理想的组份是八面体片含 Al ，也可少量地被 Fe 3+ 、Mg 、Fe 2+ 甚至 Mn、Cr、V等所置换。铬云母具有高度完全的底解理、颜色淡白。薄片富弹性的特点。

铬云母是分布很广的造岩矿物之一，在三大类岩

正长石的化学组成是KAlSi3O8，晶体属单斜晶系的架状结构硅酸盐矿物。正长石是钾长石的亚稳相变体，钾长石和钠长石不完全类质同象系列。肉红或浅黄、浅黄白色，玻璃光泽，解理面珍珠光泽，半透明。900℃以上生成的无色透明长石称透长石。正长石是陶瓷业和玻璃业的主要原料，也可用于制取钾肥

如果将下地壳和上地幔作为讨论问题的起点，可以知道，处于高温高压条件的岩层被熔融，其中的氟以岩浆为载体不断流动，在地壳的薄弱处侵入围岩或沿着深大断裂进入上地壳，甚至喷出地表形成火山，将含氟物质带到地表。在岩浆上侵过程中存在着剧烈而复杂的物理、化学过程，随着温度、压力的下降，一部分氟与其他元素直接化合形成富氟矿物，另一部分可在岩浆侵入时，或在岩浆分异而形成的热液中与围岩的非氟矿物进行交代，使矿物的含氟量剧增；在许多情况下，热液还可能与表生水混合，形成热水上涌出露地表；热液的进一步分异，则会有气体脱出，使氟以气体形式（如 HF 和SiF4）上升到地球浅部或沿深大断裂进入大气中。除上述活动之外，岩层断裂和褶皱的发生也促使深层岩层中的氟向地球表生环境运动，断块的隆升和岩层的褶皱可将地下深处的岩层连同固化的氟推挤到地球浅表。

在含氟物质从地球深部环境向浅表环境运动的同时，地球的另外一些地方则发生含氟物质从地球表生环境向深部环境的反向运动。汇集到海洋中的陆源物质包括含氟的矿物碎屑、土壤以及溶解态的氟，可沿大洋板块边缘进入地壳深部，沉积在陆地的含氟岩土亦可在板内断裂带随下降盘进入地下。

由此可见，内动力作用是驱动氟由深部上升到地球浅表，以及由浅表回到地球深部的主要原因。正是这种运动决定了地壳氟的分布以及各地的氟背景值。

进入地球浅表的氟物质不会立即返回地下，而是经历一个较长的也许是更为复杂的分散、迁移和暂时富集的外动力地质过程。也就是说，只有通过地球表生环境的连接，地球氟物质的大循环才可以形成。

地球表生环境是一个笼统、相对的概念。一般来说，地球表生环境是指外生水运动、赋存空间的下界至地表这一范围。该范围是地球四大圈层代表的四大要素即岩（土）、水、气、生物最为活跃，彼此相互作用、相互联系最紧密的空间。在地球表生环境中，氟迁移有其宏观的指向，这就是从大陆的高处指向海洋。如果进一步分析就会发现，其中还存在着更多级次不等的复杂过程，如水分运动形成的局部氟循环，水-岩（土）之间的氟交换，通过食物链实现的生物（包括人）与含氟水土之间的生物化学循环等。值得注意的是，无论是宏观循环还是局部的小循环，氟的运动大部分都是以水分（流）为载体的，这就是为什么在讨论氟迁移和地氟病的机理时，往往将水的运动过程作为研究主线的原因。

自然界中的氟循环，是指氟在岩石圈、水圈、大气圈和生物圈之间的循环，以简单氟离子、氟化物、氟配合物等形式相互转化迁移的过程。岩石中的氟在风化、侵蚀以及人类活动等作用下被释放出来，进入土壤、水、大气中，经由植物、草食动物和肉食动物等在生物之间流动，待生物死亡后被微生物分解，回到自然环境中。大气中的氟可被动植物吸收后分解返回自然，或随降水进入岩土及地下水中。溶解性的氟，随水流进入江河湖海，并沉积在海底，可沿大洋板块边缘进入地壳深部，沉积在陆地的含氟岩土亦可在板内断裂带随下降盘进入地下，再风化后再次进入循环，自然界中氟循环如图1-1所示。

自然界中的氟循环，除了氟在岩石圈、水圈、大气圈、生物圈之间的全球大循环外，在地壳中，氟在岩浆、岩浆岩、变质岩、沉积岩中不断循环，如图1-2所示。自然界中氟循环可分为三个不同的层次：①生物地质大循环，即氟在地球各圈层之间的循环；②生态系统层次，即在初级生产者的代谢基础上，通过各级消费者和分解者将氟归还自然环境；③生物个体层次，即生物个体在自身生长过程中从周围环境中吸取氟，经机体代谢活动又将氟排出体外，经分解者的作用归还于环境。这三种层次的循环是相互联系、互相影响的。

在讨论有关自然界中氟的来源时，诸多学者将岩石中的氟作为自然环境中氟的最初来源，若把岩石圈以上的土、水、生物系统当作一个环境整体，把岩石作为环境中的氟源是合理的，但若把岩石作为自然环境中氟的来源是欠妥的，因为若岩石中的氟是自然环境中氟的来源，岩石长年累月地向自然环境中输出氟，其氟含量会逐渐减少，但经测试岩石圈中的氟含量并未逐渐降低，而是一直保持在一个较稳定的范围。自然界中没有绝对的源和汇，源和汇只是相对的概念，自然界中存在不同级别层次的氟循环，氟源与氟汇也以不同的等级存在于各对应层级的地质环境中。如果把整个浅地壳表面空间当作一个整体环境，可认为其氟的主要来源是地壳深部和上地幔，经过循环迁移后，最终又汇入地壳深部。

图1-1 自然界中氟循环示意图

图1-2 氟在地壳中的循环示意图（据牟哲富，2011，有修改）

在生态学中，生态系统中的物质循环可以用库和流通两个概念来描述。对于某一种元素，存在一个或者多个主要的库，物质在生态系统中的循环实际上是在库与库之间流通（蔡晓明，2000）。上述氟在自然界中的循环过程亦是氟在不同库之间的相互流通。物质的库可分为两类，贮存库和交换库（蔡晓明，2000），岩石是氟的贮存库，动物、植物、土壤等可看作氟的交换库。在自然界氟的生物地质大循环中，土壤是连接生物循环和地质循环的重要枢纽，许多学者在研究与氟有关的生物迁移与循环时，把土壤作为氟源，但其实土壤只是相当于氟的调节器或者中转站，在一定条件下，水-土-生物系统中的氟可以互相转换，水可以吸收溶解土壤中的氟，土壤也可以吸附水中的氟。

值得注意的是，无论是宏观循环还是局部的小循环，氟的运动大部分都是以水分（流）为载体的，水在一个地方将岩石中的氟溶出，搬运至别处沉降下来，氟随着地下水流动系统或者地表水流动系统不断迁移循环，其中伴随着各种水化学动力作用，如蒸发浓缩作用、吸附解析作用等，水化学作用和地下水流场对氟在浅地表环境中的分布有着重要影响，使氟在地球表生环境中分布不均匀，往往在水流系统的汇区容易富集。

氟元素的单质是F2，它是一种淡** ，剧毒的气体。腐蚀性很强，化学性质极为活泼，是氧化性最强的单质，甚至可以和部分惰性气体在一定条件下反应。

基本介绍 中文名 ：氟气 外文名 ：fluorine gas 颜色 ：淡** 毒性 ：剧毒 分子量 ：38 氟气,性状,发现,用途,制法,理化性质,危险性,毒性,安全防护, 氟气 氟气： 氟是一种卤族化学元素，它的化学符号是F，它的原子序数是9。 性状 氟是一种极具腐蚀性的淡**双原子气体。氟是电负度最强的元素,也是很强的氧化剂。在常温下，它几乎能和所有的元素化合，并产生大量的热能 发现 氟（英文Fluorine）这个名字是来自拉丁语fluere，意思是帮助熔化的物质，那是氟化钙最初的用途。因为氟的化合物很稳定，氟的单质很难分离。它是在1886年被亨利·莫瓦桑初次分离出来的。 用途 氟的用途包括： 制造氢氟酸 制造塑胶 氟化钠，是一种杀虫剂 饮用水和牙膏里面有氟化物，帮助防止蛀牙 火箭燃料中的氧化剂，分离铀同位素，金属的焊接和切割，电镀，玻璃加工，卤化氟的原料，氟化物、含氟塑胶、氟橡胶等的制造，药物，农药，杀鼠剂，冷冻剂，等离子蚀刻。 氟气为浅**、剧毒、强腐蚀性气体。具有强烈 性特征气味。其沸点为-1882℃ 化学性质：氟气是已知的最强的氧化剂。除具有最高价态的金属氟化物和少数纯的全氟有机化合物外，几乎所有有机物和无机物均可以与氟反应。即使是全氟有机化合物，如果被可燃物污染，也可以在氟气氛中燃烧。 制法 ⑴电解熔融KF·2HF混合物。 ⑵从含氟矿石中制得。 理化性质 分子量：379968 熔点（101325kPa）：-21962℃ 沸点（101325kPa）：-1881℃ 液体密度（-1881℃，SP）：1507kg/m3 气体密度（25℃，101325kPa）：1554kg/m3 相对密度（气体，空气=1，25℃，101325kPa）：1312 比容（211℃，101325kPa）：06367m3/kg 临界温度：-1288℃ 临界压力：5215kPa 临界密度：574 kg/m3 熔化热（-21967℃，0252kPa）：1344 KJ/kg 气化热（-1882℃，101325kPa）：17551 KJ/Kg 比热容（气体，211℃，101325kPa）： Cp=82767J/(Kg·K) Cv=60965J/(Kg·K) 比热比（气体，211℃，101325kPa）：Cp/Cv=1358 蒸气压（5356K）：0223kPa （7717K）：37383kPa （8940K）：162638kPa 粘度（气体，0℃，101325kPa）：002180mPa·s （液体，-1922℃）：0275mPa·S 表面张力(-1932℃）：1481mN/m 导热系数（气体，0℃，101325kPa）：0024769W/(m·K) （液体，-1881℃）：0159W/(m·K) 折射率（气体，25℃，101325kPa）：1000187 （液体，-1881℃）：12 毒性级别：4 易燃性级别：0 易爆性级别：3 火灾危险度：极大 危险性类别：第23类有毒气体 氟在常温常压下为具有 性臭的淡**有毒气体。氟是在非金属元素中最活泼的，反应性极强，在自然界中没有单质状态的氟。它是助燃性气体。在室温下能与大多数可氧化物质或有机物强烈反应而燃烧。它和甲烷在一起时能发生爆炸，与硝酸反应生成具有爆炸性的气体硝酸氟。氟遇水反应产生氟化氢、氟化氧、臭氧、过氧化氢、氧等。容易引起燃烧。可与液态氧或氮混合。 氢与氟的化合物异常剧烈，反应生成氟化氢。一般情况下，氧与氟不反应。尽管如此，还是存在两种已知的氧氟化物，即OF2和O2F2。由卤素自身形成的化合物有ClF、ClF3、BrF3、IF5。如上所述，碳或大多数烃与过量氟的反应，将生成四氟化碳及少量四氟乙烯或六氟丙烷。通常，氮对氟而言是惰性的，可用作气相反应的稀释气。氟还可以从许多含卤素的化合物中取代其它卤素。大多数有机化合物与氟的反应将会发生爆炸。 危险性 混合接触危险物质名称 化学式危险等极 摘要 氯酸钠 NaClO3 B 高氯酸钠 NaClO4 B 过氧化氢 H2O2 B 过氧化钠 Na2O2 A 硝酸铵NH4NO3 B 硝酸钠 NaNO3 B 高锰酸钾 KMnO4 A 铜 Cu A 在常温下有着火的危险性 铅 Pb A 有猛烈着火的危险性 硫 S A 在常温下有着火的危险性 镁 Mg A 根据条件有着火的可能性 锌 Zn A 有发生反应而着火的危险性 锰 Mn A 根据条件可能起火 矽 Si A 在常温下有着火的危险性 钾 K A 在常温下有着火的危险性 钠 Na A 在常温下有着火的危险性 氧化钙 CaO A 有发生激列放热反应的危险性 乙醛 CH3CHO A 有激烈反应的危险性 二硫化碳 CS2 A 在常温下有起火的危险性 二甲胺 (CH3)2NH A 有着火的危险性 正丁醇 C4H9OH A 甲醇 CH3OH A 吡啶 C5H5N A 有着火的危险性 二甲胺基甲醛 (CH3)2NCHO A 硝酸 HNO3 C 硫酸H2SO4 A 三氧化铬 CrO3 A 亚氯酸钠 NaClO2 B 溴酸钠 NaBrO3 B 重铬酸钾 K2Cr2O7 A 锂 Li A 根据条件可能着火 钙 Ca A 有猛烈起火的可能性 二矽化钙 CaSi2 A 有着火的危险性 蒽 C14H10 A 根据条件可能起火、爆炸 三氯甲烷 CHCl3 A 有激烈爆炸反应的危险性 四氯化碳 CCl4 B 有激烈爆炸反应的危险性 铷 Rb A 根据条件可能起火 铯 Cs A 根据条件可能起火 叠氮化氢 HN3 A 有爆炸的危险性 砷 As A 在常温下有激烈反应的危险性 醋酸钠 CH3COONa A 有爆炸的危险性 氯化氢 HCl A 低温有激烈反应的危险性 五氯化磷 PCl5 有发生炽热反应、起火的危险性 三氯化磷 PCl3 有发生炽热反应、起火的危险性 氟化氢 HF 根据条件可能爆炸 碘化氢 HI B 低温有激烈反应的危险性 碘 I2 A 常温下有起火的危险性 钼 Mo A 根据条件可能起火 铀 U A 根据条件可能起火 矽酸钠 Na2SiO3 有着火的危险性 溴 Br2 B 三硫化二锑 Sb2S3 A 在常温下反应．有起火的危险性 氨 NH3 A 氯 Cl2 B 有起火、爆炸的危险性 一氧化氮 NO B 有立即反应而起火的危险性 三氟化磷 PF3 有起火的危险性 四氧化二氮 N2O4 C 有起火的危险性 氢 H2 A 有激烈爆炸的危险性 一氧化碳CO A 有爆炸反应的危险性 乙炔 CH≡CH A 有激烈反应的危险性 溴化氢 HBr B 低温下有激烈反应的危险性 三氧化硫 SO3 A 根据条件可能爆炸 硫化氢 H2S A 在常温下有起火的危险性 苯胺 C6H5NH2 有着火的危险性 毒性 人吸入TCLo：25ppm·5分钟，对眼有 性。 最高容许浓度：01ppm(02mg/m3) 氟是剧毒性气体，能 眼、皮肤、呼吸道黏膜。由于它立即与水反应生成氟化氢，所以在大多数情况下显出与氟化氢同样的毒性。 当氟浓度为5～10ppm时，对眼、鼻、咽喉等黏膜开始有 作用，作用时间长时也可引起肺水肿。与皮肤接触可引起毛发的燃烧，接触部位凝固性坏死、上皮组织碳化等。慢性接触可引起骨硬化症和韧带钙化。吸入氟的患者应立即转移至无污染的安全地方安置休息，并保持温暖舒适。眼睛或皮肤受 时迅速用水冲洗之后就医诊治。 安全防护 工作场所要通风保持空气新鲜干燥。要用特种钢瓶贮装。钢瓶存放时必须与其它物料隔离，特别是与能和氟反应的物料隔绝，要远离易起火地点。 着火时消防人员须在防爆掩蔽处操作，切不可将水直接喷射漏气处，否则会助长火势。灭火可用二氧化碳、干粉、砂土、废气可用水吸收。

地下水是由各种无机物和有机物质组成的天然溶液，从化学成分来看，它是溶解的气体、离子以及来源于矿物和生物胶体物质的复杂综合体。

(一)地下水中的主要气体成分

地下水中溶有不等量的气体，一般其含量为10－4%～10－1%，常见的气体有氧(O2)、氮(N2)、硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)等。

1氧(O2)、氮(N2)

氧是地壳中分布最广的元素，地下水中氧主要来源于大气，在高度25km大气圈中氧的含量占2095%。植物的光合作用也能析出氧。近地表的地下水中氧的含量多，越往深处，含量越少，其变化范围通常在每升十几毫克以内。氧在水中有较大的溶解度，其溶解量与水的矿化度、埋藏深度、大气压力等有关。含溶解氧多的水，说明处于氧化环境。

氮在空气中占7809%，地下水中的氮气主要来源于大气，结晶岩地区一些构造破碎带的低矿化含氮温泉，以及火山热液气体成分中，经常含有氮气(表5－6)。氮的溶解度与温度有关，但它的变化幅度较小。

表5－6 火山热液气体成分的含量(单位:%)

2硫化氢(H2S)

天然水中硫化氢的含量很少，能够呈溶解气体和硫氢酸盐的离解形式存在，但各种形式的存在状况与pH值有关系(表5－7)。

地下水中硫化氢来源于硫酸盐的还原、硫化物的分解以及火山喷发物质。

普通水文地质学

某些地下热水、工业废水及生活污水中也含有H2S。硫化氢含量大于2mg/L的地下水，称为硫化氢矿水。在某些油田水中，每升水中硫化氢含量可高达几克，因此，常以此作为寻找油气田的间接标志。

表5－7 硫化氢和硫氢酸的存在形式与pH值的关系

3二氧化碳(CO2)

二氧化碳的来源很复杂，它可能来自大气(空气中二氧化碳占003%);土壤中生物化学作用(土壤中每年形成135×1010t二氧化碳);火山岩浆活动地带碳酸盐遇热分解:

普通水文地质学

沉积岩中含碳酸盐岩石与酸性矿水作用也能形成二氧化碳:

普通水文地质学

地下水中的pH值决定了各种形式碳酸的含量(表5－8)。地下水中二氧化碳含量通常为每升几十毫克，一般不超过150mg/L，由于二氧化碳的存在，使水的类型、侵蚀性、矿化度等发生了变化。

表5－8 pH值与碳酸形态之间的关系表

(二)地下水中的主要离子成分

地下水中离子成分是水溶解矿物盐分的产物。地下水中分布最广的有Cl－，SO2－4，HCO－3，Na+，K+，Ca2+，Mg2+七种离子。这七种离子在很大程度上决定了地下水化学的基本特性。

1氯离子(Cl－)

氯离子是地下水中分布最广的阴离子，溶解度比较高，几乎存在于所有的地下水中，其含量由每升数毫克至百余克，在弱矿化的地下水中，氯离子含量极少，随着矿化度的增加，氯离子含量有所增加。在干旱地区的潜水中，氯离子含量与矿化度成正比。

地下水中氯离子来源于盐岩矿床、岩浆岩的风化矿物(如氯磷灰石Ca5［PO4］3Cl、方钠石Na8［AlSiO4］6Cl2)，火山喷发物质等。此外，还来源于生活污水及工业、农业排放的废水。在沿海地区由于海水入侵使氯离子含量增高。

2硫酸根离子(SO2－4)

地下水中硫酸根离子的含量每升水中由十分之几毫克至数十克不等，由于钙离子的存在使硫酸根离子的含量受到限制，因为它们能形成CaSO4沉淀。在中等矿化的水中，硫酸根离子可成为含量最高的阴离子。

地下水中硫酸根离子来源于石膏及其他硫酸盐沉积物的溶解，硫化物和自然硫的氧化。如:

普通水文地质学

火山喷发时，有相当数量的硫化物和硫化氢气体喷出并被氧化成硫酸根离子。

硫酸根离子也来自有机质的分解及某些工业废水，因此，居民点附近地下水中SO2－4的存在常常和污染有关。

3重碳酸根离子(HCO－3)

重碳酸根离子是地下水中重要的组成部分。它是低矿化水的主要阴离子成分，常和Ca2+，Mg2+共存，其含量一般小于1g/L。当地下水中有大量二氧化碳时，重碳酸根离子的浓度大大增加。在碳酸水中可达124g/L或更多，而在河、湖水中不超过250mg/L。

地下水中重碳酸根离子主要来源于碳酸盐岩类(如石灰岩、白云岩、泥灰岩)的溶解。

普通水文地质学

在岩浆岩与变质岩地区来自铝硅酸盐矿物(如钠长石\钙长石)的风化。

4钠离子(Na+)

天然水中，钠离子的分布在阳离子中占首位，海水中钠离子含量占全部阳离子的84%。钠盐具有较高的溶解度，在低矿化水中钠离子含量由每升几毫克至几十毫克，随着矿化度的增加钠离子含量也增加，在卤水中最高含量可达每升数十至百克。

地下水中钠离子来源于盐岩矿床及火成岩和变质岩中含钠的矿物(如钠长石、斜长石、霞石)的风化。如:

普通水文地质学

钠还可以由含有吸附钠的岩石与含有钙离子的水发生阳离子交替吸附作用，使原来岩石上吸附的钠离子转入地下水中。

5钾离子(K+)

钾在地壳中的含量与钠相似(钾占259%，钠占283%)，钾离子来源于含钾盐沉积物的溶解及岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化。钾同钠一样与主要阴离子组成易溶化合物(KCl，K2SO4，K2CO3)。钾盐的溶解度较大，但在地下水中钾离子的含量却很少，一般只有钠离子含量的4%～10%，其原因是钾离子易被植物吸收和黏土胶体吸附，也可形成难溶的次生矿物(如水云母等)。

6钙离子(Ca2+)

钙离子是低矿化水的主要阳离子，由于钙盐的溶解度很小，因此，在天然水中钙离子的含量并不高，一般很少超过1g/L。只有在深层的氯化钙卤水中钙离子的含量才能达到每升几十克。

钙离子的主要来源是石灰岩、白云岩和含钙硫酸盐矿物的溶解及岩浆岩与变质岩中含钙矿物的风化。

7镁离子(Mg2+)

镁离子在地下水中分布也很广，但绝对含量却不高。Mg2+在低矿化水中，可达数毫克每升，中等矿化水中几克每升，高矿化水中可达几十克每升。镁盐的溶解度大于钙盐，但在地下水中镁离子的含量比钙离子少，其主要原因是镁离子易被植物摄取，易参与次生矿物生成。

镁离子的主要来源是白云岩、泥灰岩的溶解或基性、超基性岩石中某些矿物(黑云母、橄榄石、角闪石等)的风化和分解。

(三)地下水中的主要微量元素

地下水中的元素含量小于10mg/L时称为微量元素。常见的微量元素有:溴(Br)、碘(I)、氟(F)、硼(B)、磷(P)、铅(Pb)、锌(Zn)、锂(Li)、铷(Rb)、锶(Sr)、钡(Ba)、砷(As)、钼(Mo)、铜(Cu)、钴(Co)、镍(Ni)、银(Ag)、铍(Be)、汞(Hg)、锑(Sb)、铋(Bi)、钒(V)、钨(W)、铬(Cr)、锰(Mn)及放射性元素:铀(U)、镭(Ra)、氡(Rn)、钍(Th)等。

水中微量元素呈胶体、分子或离子等形式存在。它们的含量一般低于1mg/L，因此，常用μg/L表示。

下面着重介绍地下水中常见的溴、碘、氟、硼四种微量元素。

1溴(Br)

溴是地壳中数量不多且处于分散状态的元素。它在天然水中的含量低于氯。淡水中的溴含量为0001～02mg/L;海水中为65mg/L;矿水中溴的含量较高，为10～50mg/L;某些盐湖水中可高达900mg/L;油田水中最高可达2000mg/L。

溴与氯一样，随矿化度增加而增加。结晶岩、沉积岩和土壤中处于分散状态的溴和海洋中的溴是地下水中溴的主要来源。

2碘(I)

碘在天然水中的含量比溴少，海水中碘含量为005mg/L，盐湖卤水中不含碘。与溴相似，在石油天然气田中聚集了大量碘。我国四川盆地某石油井在5237m深处地下水中含碘量高达586mg/L。

碘是人体中不可缺少的重要元素，地下水中碘的高含量可能与有机质有关，或从海水蒸发进入大气，形成降水入渗到含水岩层中。

3氟(F)

河水、湖水和自流水钻孔中的氟含量为03～10mg/L，海水中氟含量在1mg/L左右，矿泉水中氟含量增高，如云南腾冲矿泉中氟的最高含量可达3250mg/L，盐湖卤水可达3780mg/L。

含氟矿物(如磷灰石、萤石、电气石、云母)是地下水中氟离子主要来源。岩石的平均含氟量以酸性岩最高，超基性岩最低。在现代火山活动区，氟可能来源于初生水。

4硼(B)

硼属稀散元素。天然水中都含有硼元素，但含量不高。矿化度低的地下水中硼含量为每升千分之几到万分之几毫克;海水中硼为150～444mg/L;盐湖卤水中硼含量可高达15000mg/L。地下水中的硼是从溶滤海相沉积岩或火山活动区岩石中富硼矿物进入地下水中的。

(四)地下水中其他成分

1胶体成分

纯水一般呈真溶液状态，由于溶解某些盐类或含有固体悬浮物质往往形成胶体溶液或悬浊液。组成地下水中胶体成分很多，但由于许多胶体成分不稳定，易生成次生矿物而沉淀。地下水中胶体成分主要有硅酸、氢氧化铁、氢氧化铝等。

(1)硅酸

硅酸是很弱的酸，它的离解程度很低。硅酸在每升地下水中的含量一般是十分之几毫克，少数达几毫克，但在碱性热水中，它的溶解性能好，可达到100mg/L。我国南方多雨潮湿的结晶岩地区，在一些低矿化度水中富集了硅酸盐型水。黏土矿物即是硅铝酸化合物胶体，最简单的形式是Al2O3·2SiO2·2H2O，硅铝酸阴离子使黏土胶体粒子带有负电荷，是吸附阳离子的主要原因。

(2)氢氧化铁

在还原环境中，地下水中的铁通常以低价Fe2+出现，亚铁离子在水中是不稳定的，极易氧化成氢氧化铁析出:

普通水文地质学

胶体氢氧化铁在地壳中分布很广，也是铁在天然水中存在的主要形式之一。

(3)氢氧化铝

氢氧化铝胶体主要由铝硅酸盐风化分解而来，但很不稳定，容易形成水矾土，叶蜡石等次生矿物，氢氧化铝在地下水中含量不高。

2有机质

有机质的化学成分十分复杂。构成有机质的主要元素碳、氢、氧占985%，此外还有少量的氮、磷、硫、钾、钙等元素。

地下水中的有机质大部分由腐殖质所组成，它是有机质经微生物分解后再合成的一种褐色或黑褐色的胶体物质。沼泽地区的地下水，有机质含量较高，呈酸性。油田水中有机质含量最高达n×10－1%。大气降水和海洋水中有机质的含量最少。其他地下水中含量只有n×10－3%。

地下水中有机质的主要来源是土壤、岩石或石油天然气的溶解，细菌或生物的作用，沿海盐水的侵入等。此外，工业废水、石油、天然气、煤等矿产的开发，农业排灌以及城市污染等也能形成有机质。

3细菌成分

地下水中的细菌成分来自生活污水、生物制品、造纸等各种工业废水，这些污水中往往含有各种病原菌，流入水体后会传染各种疾病。此外，人类及动物的排泄物也能产生致病菌，污染地下水。

水的细菌分析结果一般用细菌总数(每升水中)、菌度(含有1条大肠杆菌的水的毫升数)和检定量(1L水中大肠杆菌的含量)表示(表5－9)。我国规定1mL饮用水中细菌总数不得超过100个，大肠杆菌不得超过3个。

表5－9 地下水卫生状况按菌度划分