氟元素对生物体的影响研究
焦诗雅
（安顺学院资源与环境工程学院，安顺，561000）
摘要：
氟是自然界常见的元素, 也是人体必需的元素，但同时又是毒性元素之一。氟广泛存在于大气、土壤、水域中, 在含氟矿物的开采、冶炼过程, 和氟化物产品的生产过程中都不可避免地产生氟污染问题; 当环境中的氟化物超过一定浓度后将对生物造成影响,然而氟污染已成为当今社会各界十分重大的环境问题，因此必须控制氟污染。 关键词： 基本性质 氟污染 重要性 影响 迁移 氟中毒 污染现状 燃煤污染型
The Simple Introduction of Fluorine for
Influence of Oranisms
Jiao shiya
(School of Resources &Environmental Engineering Anshun University，An Shun,561000)
Abstract :
Fluorine is common elements of nature,and it is human essential elements,but it is also one of toxic elements at the same time.Fluoride is widely exists in the atmosphere,soil and waters,in particular fluoride mineral for mining, smelting process and fluoride products process are inevitably produced in fluorine pollution.When the fluoride in the environment above a certain concentration will effects on the organisms,however,Pollution has become a very important environmental problems and society problems in today. So we have to control fluoride emissions.
Key words: Basic properties; Fluorine pollution; Effect; The migration; Fluorosis; Pollution situation
元素状的氟是一种略似臭氧及次氯酸那样的淡黄气体，在自然界不存在元素状的氟。氟
的反应性极强，是剧毒性气体，能刺激眼、皮肤、粘膜、呼吸道。由于和水可以立即反应，所以在大多数情况下显出与氟化氢同样的毒性，但氟、氟化氢、氟化物的作用彼此是不同的。
1.氟的基本性质
氟是在1886年由Henri Moisson首次制得的,至今已有100导线测量法多年的历史。氟在元素周期表中列第9号,是一种极其活泼的元素,常温下为淡黄气体;原子量1819984,比重1131;在自然界中的分布度占第16位。
属于卤素的在化合物中显负一价的非金属元素,通常情况下氟气是一种浅黄绿的、有强烈助燃性的、刺激性毒气,是已知的最强的氧化剂之一，元素符号F。氟气为苍黄气体，密度1.69克/升，熔点-219.62℃，沸点-188.14℃，化合价-1，氟的电负性最高，电离能为17.422电子伏特，是非金属中最活泼的元素，氧化能力很强。
据统计[1,2]x射线探测器,岩石中氟含量约为625~800PPm,土壤中氟含量约为160~715PPm;水中含氟从微量到大量,主要受水的酸碱度和流经区域地层中氟含量的影响;未受污染的空气中含氟极少；
植物中含微量的氟约3~20PPm（主要累积于叶和根部,茎部和果实的氟含量较低）；动物体的氟主要积存于骨骼、齿、甲、毛发、羽毛等富磷部位,最高可达数千bdavPPm,其他组织中含氟较少。 2.氟对人类的重要性
人类对氟的需要量大体为每天1～2mg。
正常成人体内含氟总量约为2～3g，约有90%积存于骨骼及牙齿中，少量存在于内脏、软组织及体液中。血中氟浓度一般为0.04～0.4μg·ml-1，显著受膳食的影响。
氟在骨骼与牙齿的形成中有重要作用。人体骨骼固体的60%为骨盐（主要羧磷灰石），而氟能与骨盐结晶表面的离子进行交换，形成氟磷灰石而成为骨盐的组成部分。
缺氟时，由于釉质中不能形成氟磷灰石而使羧磷灰石结构得不到氟磷灰石的保护，牙釉质易被微生物、有机酸和酶侵蚀而发生龋齿。1805年就已发现氟与牙齿结构有关，后来证明食物及饮水中缺氟可引起龋齿。1974年Schwarz报告氟对大鼠生长是必需的。现在一些国家的营养标准中已将氟列入必需，它不仅对于牙齿而且对于骨骼的形成与代谢均有重要作
用。
3.氟污染的形成
已知的含氟矿物很多,最重要的是氟化钙(CaF2),此外还有氟镁石(MgF2)、氟盐(NaF)、冰晶石(Na3AlF6)、氟镧铈矿[(Ca,La,Nd)Pr)F3]、氟铝石(AlF3#3H2O)、磷灰石[Ca5F(PO4)3]、氟硅钾石(K2SiF6)以及属于氟碳酸盐、氟硅酸盐、氟铝酸盐、氟磷酸盐、氟硼酸盐等类的矿物。以含氟矿物为主要原料或辅助原料的钢铁、铝电解、磷肥、水泥、砖瓦、陶瓷、玻璃等行业,在其冶炼、生产过程中,氟将从矿物中分解而进入环境,造成氟污染;由于煤中含氟,火发电厂及其他行业(包括民用)的燃煤烟气中也含有一定量的氟。
氟是以不同形态进入环境的,进入大气的氟主要以气态四氟化硅(SiF4)、氟化氢(HF)和含氟粉尘的形式存在,进入水体的氟主要以离子状态存在(如F-、S iF62-),进入固体废弃物中的氟则以氟化钙(CaF2)等稳定的化合物形态存在。
4.氟污染对动植物的影响
环境中的氟化物超过一定浓度后将对生物造成影响。大气中的氟随气流、降水向周围地区
扩散而最终落到地面,被植物、土壤吸收或吸附;水中的氟随水流主要影响径流区的生物和土壤;而固体废弃物中的氟化物,因其结构稳定对环境影响较小。因此可以认为,大气中的氟对人类和其他生物的影响较大。
植物通过叶片的呼吸吸收大气中的气态氟,通过其根系吸收水中或土壤中的氟,并在体内蓄积;含氟粉尘由于其重力沉降作用或随降水落到植物叶片表面,被其吸附并积累。低浓度氟对细胞质膜、叶绿体产生伤害,阻碍光合物的跨膜主动输送;高浓度氟破坏了两膜的结构,使跨膜迁移增大,从而影响光合作用,改变正常的分配模式,并改变同一叶片中。
光合产物的分布模式[3],对植物生长造成严重损伤。并通过食物链影响食草动物;象马、牛、羊等牲畜采食大量含氟牧草后,会引起慢性氟中毒;称为“长牙病”。牲畜慢性氟中毒(长牙病)的临床表现为[4]:患畜精神欠佳、体态衰弱,牙齿发黑、过度磨损、釉质脱落、长短不齐,采食、咀嚼困难,骨头酥脆、肋骨长有骨瘤,骨氟可达3000PPm。
5.氟污染对人体的影响
氟化物对人体的影响与其浓度和溶解度有关,氟化氢能迅速被吸收,而难溶的含氟粉尘不易被
吸收。在工业生产条件下,氟化物可以通过呼吸道、消化道和皮肤等途径被人体吸收,一般认为,通过消化道进入人体的氟对人体的危害大一些。氟被吸收后进入血液,75%在血浆中,25%在血细胞中;血浆中氟的75%与血浆蛋白结合,25%呈离子状态并发生生理反应;进入人体的氟,蓄积和排泄各占一半,蓄积于人体的氟大部分沉积在骨骼和牙齿中应力测试,氟的排泄主要通过肾脏。
过量的氟可通过消化道,呼吸道和皮肤进入体内,抑制人体内的酶化过程,破坏人体正常的钙、磷代谢,使钙从正常组织中沉积并造成血钙减少。由于氟的矿化作用有可能将骨骼中的羟基磷酸钙转变为氟磷酸钙,而破坏骨骼中正常的氟磷比;氟还能引起骨膜增生及生成骨刺等病变,使骨节硬化、骨质疏松、骨骼变形发脆,危及骨骼正常的生理机能。
慢性中毒时，使红血球减少而成为呼吸器官循环系统的疾病及氟沉积症，并引起骨髓及骨骼的变化，最后成为孔质，是关节硬化而遭到损坏，最后死亡。
另外,高氟对人体全身有毒性作用。我国许多地方都有氟中毒引起发病的严重情况,全国约有8000~9000万人生活在各种氟环境中，在实际工作中,长期接触过量的无机氟化物,会引起以骨骼改变为主的全身性疾病,称为工业性氟病[5]。
6.我国氟污染的现状
当前,我国的氟污染情况十分严重,形势非常严峻。我国年产钢铁近3亿吨,但钢铁生产过程中多加入CaF2助熔,冶炼过程中产生大量含氟烟气、粉尘、冶金渣、废水,从而污染到大气、土壤和水。我国近几年铝年产量逾300万吨,但很多企业规模小、技术落后、污染大。同样,我国的水泥、砖瓦、陶瓷、玻璃产量都居世界前列,但这些工业技术装备差,管理不完善,存在严重的氟污染。另外,热电、半导体等都是氟污染的重要源头。
(1).铝制造业,铝生产主要是采用氧化铝熔于熔融的冰晶石(Na3A1F6)进行电解还原的方法。电解过程产生大量和四氟化硅等气体及氟化铝、氟化钙等粉尘。
(2).炼铜过程采用萤石(CaF)作助熔剂,所以烟尘中含有大量氟化钙、氟化氢等有害物质。
(3).磷肥及磷酸生产,磷肥及磷酸盐的生产均以磷灰石为原料,而磷灰石含氟量为3~4%。
(4).水泥、陶瓷和砖制造业
这些企业的生产原料粘土中含氟量为0.02~0.3%,在高温烧结过程中,会逸出氟化钙、四氟化硅及氟化氢,一般都进入大气。因此对我国农村小砖瓦及小陶瓷厂的排氟量不能忽视。
7.氟的迁移和累积
不同母质发育土壤的研究表明,土壤中各形态氟按含量高低呈如下趋势:残余态>>可交换态>水溶性>有机态>无定形氧化铁态.能为植物直接吸收利用的水溶性氟含量测定结果在0.12~1.72 mg/kg之间,平均含量为0.57 mg/kg,占全氟0.11％。
而各类生产过程中排放的氟,通过各种途径迁移、聚积于植物和动物,最后通过食物链进入人体而造成危害(如图内外网数据交换1）。
8.氟中毒流行状况
燃煤污染型氟中毒在我国流行严重。燃煤释放出的氟化物以气态、气溶胶态共存，以气态氟为主。有分布在小颗粒中，已被吸入到体内形成高氟、高硫并存中毒的特征。
由于居民长期以堆煤或敞炉方式燃烧取暖或烘烤粮食、蔬菜等，造成室内空气、粮食及其他食物的氟污染，通过呼吸道、消化道摄入超过卫生标准几倍到上百倍的氟化物、硫氧化物，导致慢性氟中毒，轻者患氟斑牙，重者患氟骨症，甚至丧失劳动能力，生活不能自理，严重制约了当地社会经济的发展，是长期困然这些地区的主要环境健康问题之一。
9.大气氟污染治理工艺
氟污染治理必须在初步了解脱氟机理的基础上,oled灯结合化学化工、环保,以及先进的分析测试技术、自动调控技术,综合性的切实可行的脱氟方法和技术。现今大气氟污染治理工艺[6]可分为干法除氟和湿法除氟,湿法除氟又可分为酸法和碱法两种。
