铊（Thallium, Tl）是国际上13种优先重视的金属污染物之一，在自然界中存在一价和三价两种价态，其化合物具有剧毒性。铊在地壳中含量低，常与其他矿物伴生存在，在众多含铊矿石中，铅锌矿是铊的主要来源，伴随其采矿、选矿和冶炼等工业活动过程，铊未能回收利用而直接进入采选冶固体废物、废水和废气中，在表生环境迁移、扩散与富集，产生铊环境污染及健康危害。而国内外对此问题的基础性研究还很不足，主要体现在：（1）铊价态测试方法不成熟，对水体铊价态转化和迁移机制的研究欠缺；（2）铅锌矿采选冶生产环节和环境介质（土壤、水体及冶选废弃物等）中铊的迁移转化规律的认识不明晰；（3）对铅锌冶选废物中铊的环境地球化学和生物地球化学行为的研究也较为缺乏。基于此，本论文选取了集采、选、冶为一体的云南兰坪金顶铅锌矿为研究区，系统采集了金顶矿区各生产环节主要排污节点样品，以及水、沉积物、悬浮物和土壤样品。通过元素分析、赋存形态分析、价态分析、风险评价分析和微生物群落分析等手段，研究了铊在铅锌矿采、选、冶过程中的迁移转化规律，查明了铅锌矿生产过程的主要排污节点和主要污染物的性质；通过研究铊在矿区水体中的污染特征和赋存形态，探讨了铊在水环境中的迁移转化规律和生态风险；同时，通过研究铊在土壤中的空间分布规律和时间累积效应，探讨了土壤中铊的污染来源和生态风险；我们还研究了冶选废物中铊的环境地球化学和微生物地球化学行为，并探讨含铊固体废弃物胁迫下的微生物响应效应和作用机制。获得以下研究认识：（1）开发了一种新的铊的分离测试方法。该方法基于固相萃取技术，利用DTPA与Tl3+形成稳定的阴离子络合物，防止Tl3+的还原，并利用AG1-X8阴离子树脂作为吸附剂，选择性吸附Tl3+而达到Tl3+和Tl+分离的目的。通过对不同 Tl+和Tl3+浓度比、不同pH和复杂溶液基质的结果对比验证，显示该方法标准溶液回收率误差均小于±10%，方法切实可行。（2）金顶铅锌矿区矿石中铊含量较高（0.96 ~ 729 mg/kg），矿石中的铊主要赋存在黄铁矿和白铁矿（55 ~ 3850 mg/kg）等原生矿物及风化作用形成的铅铁矾（647 ~ 16300 mg/kg）、黑锌锰矿（13 ~ 962 mg/kg）和褐铁矿（26 ~ 1200 mg/kg）等次生矿物中。铊在铅锌矿的采矿过程中，含铊矿石的淋滤作用造成了采矿废水的铊污染（12 ~ 14 μg/L），其中南大沟水体铊污染（1.97 ~ 2.4 μg/L）主要来自采矿废石的淋滤；另外硫化矿的堆放还会造成堆场附近土壤的铊污染（11 mg/kg）。在选矿过程中，铊主要转移至洗矿废水和废泥，以及尾矿渗滤水和尾矿中。元素相关性分析和单矿物分析显示，尾矿中的铊主要赋存在黄铁矿中。在冶炼过程中，铊不断的进行着转移和赋存形态的转化，大量原本存在于硫化物中的铊经冶炼过程转移至弱酸可交换态和可还原态，并最终转移至冶炼渣库和废水中。选矿和冶炼各生产节点产物中铊含量高，存在环境隐患，应对重要的排污节点进行防护。（3）研究区主要河流为沘江，河水呈弱碱性。研究发现上游水中铊含量（0.01 ~ 0.06 μg/L）与区域背景值接近，在矿区段明显升高（0.3 ~ 20 μg/L），下游受到自然沉降和清水稀释作用逐渐衰减（0.16 ~ 0.59 μg/L。沘江沉积物（0.37 ~ 18 mg/kg）和悬浮物（0.95 ~ 27 mg/kg）中铊含量较高，变化趋势与溶解态铊相似。矿区沉积物中的铊主要赋存在残渣态（占比30% ~ 79%），受矿山开采活动影响强烈的地方，沉积物中可氧化态和可还原态比例明显升高，可还原态的铊主要来自铁锰氧化物和氢氧化物对水溶液中铊的吸附，可氧化态的铊主要是受到含铊硫化物污染。沘江水体和支流水体的水化学特征变化趋势的研究表明，沘江水体中的铊主要来自高铊含量水体的汇入。水中溶解态铊的价态测试结果显示，矿区各类水体中溶解态的铊主要以Tl+的形式存在，Tl3+占比多在1%以下，是因为Tl3+在水溶液中很难稳定存在，Tl3+极易水解为Tl(OH)3而存在于水体的悬浮物和沉积物中。沉积物和悬浮物的DTPA水溶液提取液中铊的价态分析显示，大多数沉积物和悬浮物中的铊以Tl+为主，仅在南大沟（Tl3+占比23 ~ 34%）和选矿废水池样品（Tl3+占比52 ~ 59%）中有较高的Tl3+含量占比。沉积物的富集指数显示铊在沉积物中较为富集，地累积指数显示沉积物中铊污染较为严重，潜在生态危害指数显示沉积物中铊的生态危害较高，建议在河道清淤时应妥善处置沉积物，避免造成二次污染。沘江矿区段水样中的铊饮水摄入风险值超过建议值，会产生健康风险，应禁止作为人畜饮水。所有水样中铊通过皮肤摄入的风险值在可接受范围。（4）研究区土壤中铊的含量较高（0.2 ~ 7.9 mg/kg），铊的污染程度主要由污染源的性质和污染源影响程度等因素决定。通过主成分分析和相关性分析发现研究区土壤中铊含量与金顶铅锌矿体中的成矿元素关系密切。矿区表层土中铊呈现出沘江东岸明显高于西岸的特征。土壤剖面的研究发现，沘江西岸土壤剖面中铊含量从表层至底部逐渐降低（从0.61mg/kg降至0.35 mg/kg），而在东岸土壤剖面中铊含量呈现出在表层土中含量较高（3.1 mg/kg），中部逐渐降低（从2.3 mg/kg到1.6 mg/kg），剖面底部显著升高（从2.6 mg/kg到5.6 mg/kg）的特征。研究区地质图上也显示，沘江东岸有着西岸没有的铅锌矿体和碳酸盐岩，因此，沘江西侧表层土中的铊主要来自表层人类活动，而东岸土壤除了受到表层人类活动影响外，还受到矿化基岩风化的污染。土壤中铊主要赋存在残渣态中，高铊含量的土壤中可还原态和可氧化态的铊所占比例明显升高。土壤中的铊通过皮肤和经口摄入风险均在可接受范围。（5）尾矿和冶炼废渣中铊含量较高（0.39 mg/kg ~79 mg/kg），呈现出新尾矿＞冶炼废渣＞老尾矿的特征。铊在样品中的赋存形态从高到低依次为：残渣态＞可还原态＞可氧化态＞可交换态。通过对尾矿样品的微生物群落组成研究显示，在门的水平上，样品中前十种微生物按平均丰度排名依次为：Proteobacteria、Cyanobacteria、Acidobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Deinococcus-Thermus、Chloroflexi、Tenericutes、Verrucomicrobia和 Firmicutes。样品的微生物群落α多样性分析指标Shannon、Simpson、Chao1和ACE均与电导率（EC）显著负相关（p≤0.05），说明样品中的微生物群落丰度和微生物群落多样性主要受样品中可溶性离子浓度决定。PCoA 和UPGMA分析发现，样品中微生物组成主要受到样品性质的影响，不同样品的微生物组成差异显著，而性质相似的样品其微生物组成相似。物种丰度聚类热图表明，冶炼废渣与Ralstonia、Shewanella、Vibrio、Acinetobacter和Balneola等具有重金属抗性的微生物密切相关。 CCA分析发现，TOC对微生物群落分布的影响较小，是因为样品中大量的细菌为化能无机自养型。铊的存在不利于微生物的生长，但我们通过相关性分析发现：Flavobacterium、Ralstonia、Acinetobacter、Shewanella、Balneola、Vibrio、Thiovirga、Chryseobacterium等细菌与铊显著正相关，其中Vibrio、Ralstonia和Shewanella等细菌被证实具有一定的铊的抗性；Flavobacterium、Acinetobacter、Chryseobacterium被证实具有对其他重金属的抗性；而Thiovirga为硫氧化菌，与含铊的硫化物关系密切，因此，这些与铊正相关的微生物种类是潜在的铊抗性微生物。