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Environmental levels of thallium

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Environmental levels of thallium

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Örebro Studies in Chemistry 5

Ulrika Karlsson

Environmental levels of thallium– Influence of redox properties

and anthropogenic sources

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© Ulrika Karlsson, 2006

Title: Environmental levels of thallium – Influence of redox properties and anthropogenic sources

Publisher: Universitetsbiblioteket 2006www.oru.se

Publications editor: Joanna [email protected]

Editor: Heinz [email protected]

Printer: DocuSys, V Frölunda 2/2006issn 1651-4270

isbn 91-7668-474-1

Page 5: Environmental levels of thallium - DiVA Portal

AbstractThallium is a highly toxic element that humans are exposed to mainly by consumption ofdrinking water and vegetables grown in soil with high thallium content but also throughinhalation of particles in the air. Thallium is also present in fossil fuels, alloys, and inelectronic utilities. The increasing use of the element and emissions from notably energyproduction has lead to a higher load on the surface of the Earth. This study aims at increasingthe knowledge about the behaviour of thallium in aquatic environments. Focus has beenon the redox chemistry of thallium in relation to its mobility, which is of great importancebecause Tl(I) and Tl(III) have very different properties in this respect.

The relationship between Tl(I) and Tl(III) in surface waters from contaminated anduncontaminated environments was examined by ion chromatography connected on lineto ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry). It was found in controlledsystems that even though Tl(III) is thermodynamically unstable under fresh waterconditions Tl(I) was oxidised in the presence of light and iron(III). This was also confirmedin field studies. When lake water samples were exposed to light, Tl(I) was oxidised andthallium was lost from the solution. The most likely explanation for this was adsorptionof thallium to particle surfaces.

The concentration of thallium in Swedish lakes and soil was measured. In unpollutedlakes the concentration ranges between 4.5-12 ng/l, the sediment concentration was0.07-1.46 mg/kg. The anthropogenic load was found to have increased since the end ofthe Second World War although concentrations above background were found since theearly industrialisation. In contaminated areas the concentration in soil ranges from0.64-88 mg/kg, high concentrations were found in systems with alum shale and in soilexposed to runoff from a lead and zinc enrichment plant.

The mobilisation of thallium from solid phases in contaminated areas was dependenton pH and about 50% of the leachable content was mobilised already at pH 5-6. Once ithad been released to water it was highly mobile. These conditions suggest that in a largepart of the Swedish environment a high mobility of thallium can be expected.

Keywords: thallium, Tl(I), Tl(III), separation, ion chromatography, fresh water, sediment,mine waste, fly ash, redistribution, ICP-MS

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