Меркурий

<час />

Фон

Ртуть - один из основных химических элементов. Это тяжелый серебристый металл, жидкий при нормальных температурах. Ртуть легко образует сплавы с другими металлами, что делает ее полезной при обработке золота и серебра. Большой импульс к разработке месторождений ртутной руды в Соединенных Штатах был дан после открытия золота и серебра в Калифорнии и других западных штатах в 1800-х годах. К сожалению, ртуть также является высокотоксичным материалом, и в результате за последние 20 лет ее использование сильно сократилось. Его основные области применения - производство хлора и каустической соды, а также в качестве компонента многих электрических устройств, включая люминесцентные и ртутные лампы.

Меркурий был найден в египетских гробницах, датируемых примерно 1500 годом до нашей эры. , а, вероятно, еще раньше его использовали в косметических и лечебных целях. Примерно в 350 <небольшом> году до н. Э. , греческий философ и ученый Аристотель описал, как киноварную руду нагревали для извлечения ртути для религиозных церемоний. Римляне использовали ртуть для различных целей и дали ей название Hydrargyrum, что означает жидкое серебро, от которого произошел химический символ ртути, Hg.

Спрос на ртуть значительно увеличился в 1557 году с развитием процесса, в котором ртуть использовалась для извлечения серебра из руды. Ртутный барометр был изобретен Торричелли в 1643 году, а затем Фаренгейтом изобрел ртутный термометр в 1714 году. Первое использование ртутного сплава или амальгамы в качестве пломбы для зубов в стоматологии было в 1828 году, хотя есть опасения по поводу токсичности. ртути предотвратило широкое использование этого нового метода. Только в 1895 году экспериментальная работа Г.В. Блэк показал, что пломбы из амальгамы безопасны, хотя 100 лет спустя ученые все еще обсуждали этот вопрос.

После 1900 года ртуть нашла свое применение во многих продуктах и ​​промышленном применении. Она широко использовалась в батареях, красках, взрывчатых веществах, лампочках, выключателях света, фармацевтических препаратах, фунгицидах и пестицидах. Ртуть также использовалась в процессе производства бумаги, войлока, стекла и многих пластмасс.

В 1980-х годах растущее понимание и осведомленность о вредном воздействии ртути на здоровье и окружающую среду стало значительно перевешивать ее преимущества, и ее использование начало резко сокращаться. К 1992 году его использование в батареях упало до менее 5% от уровня 1988 года, а общее использование в электрических устройствах и лампочках упало на 50% за тот же период. Использование ртути в красках, фунгицидах и пестицидах было запрещено в Соединенных Штатах, а ее использование в процессах производства бумаги, войлока и стекла было добровольно прекращено.

Во всем мире производство ртути ограничено лишь несколькими странами с мягким экологическим законодательством. Добыча ртути полностью прекратилась в Испании, которая до 1989 года была крупнейшим производителем в мире. В Соединенных Штатах также прекратилась добыча ртути, хотя небольшие количества ртути извлекаются как часть процесса аффинажа золота, чтобы избежать загрязнения окружающей среды. Китай, Россия (бывший СССР), Мексика и Алжир были крупнейшими производителями ртути в 1992 году.

Сырье

Сама по себе ртуть редко встречается в природе. Большая часть ртути химически связана с другими материалами в виде руд. Самая распространенная руда - красный сульфид ртути (HgS), также известный как киноварь. Другие ртутные руды включают кордероит (Hg ₃ S ₂ Cl ₂ ), ливингстонит (HgSb ₄ S ₈ ), монтройдит (HgO) и каломель (HgCl). Есть еще несколько. Ртутные руды образуются под землей, когда теплые минеральные растворы поднимаются к поверхности земли под воздействием вулканов. Обычно они встречаются в трещиноватых и трещиноватых породах на относительно небольших глубинах 3–3000 футов (1–1000 м).

К другим источникам ртути относятся отвалы и хвостохранилища более ранних, менее эффективных горнодобывающих и перерабатывающих предприятий.

Производственный
процесс

Процесс извлечения ртути из руд практически не изменился с тех пор, как Аристотель впервые описал его более 2300 лет назад. Киноварную руду измельчают и нагревают, чтобы выпустить ртуть в виде пара. Затем пары ртути охлаждают, конденсируют и собирают. С помощью этого процесса можно извлечь почти 95% ртути из киноварной руды.

Вот типичная последовательность операций, используемых для современного извлечения и очистки ртути.

Горное дело

Киноварь встречается в концентрированных месторождениях, расположенных на поверхности или вблизи нее. Около 90% этих месторождений достаточно глубоки, чтобы требовать подземной разработки с туннелями. Остальные 10% можно добыть из карьеров.

• 1 Киноварь вытесняется из окружающих пород буровзрывными работами с применением взрывчатых веществ или с помощью силового оборудования. Руда вывозится из шахты на ленточных конвейерах, в грузовиках или поездах.

Обжарка

Поскольку киноварная руда относительно концентрирована, ее можно перерабатывать напрямую, без каких-либо промежуточных этапов удаления отходов.

• 2 Руда сначала измельчается на одной или нескольких конусных дробилках. Конусная дробилка состоит из внутреннего измельчающего конуса, который вращается на эксцентриковой вертикальной оси внутри фиксированного внешнего конуса. Когда руда подается в верхнюю часть дробилки, она сжимается между двумя конусами и разбивается на более мелкие куски.
• 3 Затем дробленая руда измельчается еще меньше с помощью серии мельниц. Каждая мельница состоит из большого цилиндрического контейнера, лежащего на боку и вращающегося вокруг своей горизонтальной оси. Мельница может быть заполнена короткими отрезками стальных стержней или стальными шарами для обеспечения измельчения.
• 4 Мелкоизмельченная руда подается в печь или обжиговую печь для нагрева. В некоторых операциях используется многоподовая печь, в которой руда механически перемещается по вертикальной шахте от одного уступа или пода к другому с помощью медленно вращающихся граблей. В других операциях используется вращающаяся печь, в которой руда опрокидывается по длине длинного вращающегося цилиндра, который наклонен на несколько градусов от горизонтали. В любом случае тепло обеспечивается за счет сжигания природного газа или другого топлива в нижней части печи или обжиговой печи. Нагретая киноварь (HgS) реагирует с кислородом (02) в воздухе с образованием диоксида серы (SO ₂ ), позволяя ртути подниматься в виде пара. Этот процесс называется запеканием.

Конденсация

• 5 Пары ртути поднимаются вверх и выходят из печи или печи вместе с диоксидом серы, водяным паром и другими продуктами сгорания. Значительное количество мелкой пыли из порошкообразной руды также уносится, и ее необходимо отделить и уловить.
• 6 Горячий выхлоп из печи проходит через конденсатор с водяным охлаждением. По мере охлаждения выхлопных газов ртуть с температурой кипения 675 ° F (357 ° C) первой конденсируется в жидкость, оставляя другие газы и пары для выпуска или дальнейшей обработки для уменьшения загрязнения воздуха. .
• 7 Собирается жидкая ртуть. Поскольку ртуть имеет очень высокий удельный вес, любые примеси имеют тенденцию подниматься на поверхность и образовывать темную пленку или пену. Эти примеси удаляются фильтрацией, в результате остается жидкая ртуть с чистотой около 99,9%. Примеси обрабатывают известью, чтобы Чтобы извлечь ртуть из ее руд, киноварную руду измельчают и нагревают для выделения ртути в виде пар. Затем пары ртути охлаждают, конденсируют и собирают. отделить и уловить любую ртуть, которая могла образовывать соединения.

Очистка

Чистота большей части товарной ртути составляет 99,9%, и ее можно использовать непосредственно в процессе обжига и конденсации. Ртуть более высокой чистоты требуется для некоторых ограниченных областей применения и требует дальнейшей очистки. Эта сверхчистая ртуть стоит очень дорого.

• 8 Более высокую чистоту можно получить с помощью нескольких методов очистки. Ртуть можно снова подвергнуть механической фильтрации, а некоторые примеси можно удалить путем окисления химическими веществами или воздухом. В некоторых случаях ртуть очищается с помощью электролитического процесса, при котором электрический ток пропускается через резервуар с жидкой ртутью для удаления примесей. Наиболее распространенным методом очистки является тройная дистилляция, при которой температура жидкой ртути осторожно повышается до тех пор, пока примеси не испарятся, либо сама ртуть не испарится, оставив примеси. Этот процесс перегонки выполняется трижды, с каждым разом повышая чистоту.

Доставка

• 9 Техническая ртуть заливается в кованые или стальные колбы и закупоривается. Каждая колба содержит 76 фунтов (34,5 кг) ртути. Ртуть более высокой чистоты обычно запечатывается в стеклянные или пластиковые контейнеры меньшего размера для транспортировки.

Контроль качества

Коммерческая ртуть с чистотой 99,9% называется первичной ртутью. Сверхчистая ртуть обычно производится методом тройной дистилляции и называется ртутью тройной дистилляции.

Проверки качества процесса обжига и конденсации состоят из выборочной проверки конденсированной жидкой ртути на наличие посторонних металлов, поскольку они являются наиболее распространенными загрязнителями. Присутствие золота, серебра и неблагородных металлов определяется с помощью различных методов химического анализа.

Ртуть тройной дистилляции проверяется испарением или спектрографическим анализом. В методе выпаривания образец ртути выпаривается, а остаток взвешивается. В методе спектрографического анализа образец ртути испаряется, а остаток смешивается с графитом. Свет, исходящий от полученной смеси, рассматривается с помощью спектрометра, который разделяет свет на разные цветовые полосы в зависимости от присутствующих химических элементов.

Воздействие на здоровье и окружающую среду

Ртуть очень токсична для человека. Воздействие может происходить в результате вдыхания, проглатывания или всасывания через кожу. Из этих трех наиболее опасно вдыхание паров ртути. Кратковременное воздействие паров ртути может вызвать слабость, озноб, тошноту, рвоту, диарею и другие симптомы в течение нескольких часов. Восстановление обычно завершается после удаления жертвы из источника. Длительное воздействие паров ртути вызывает дрожь, раздражительность, бессонницу, спутанность сознания, чрезмерное слюноотделение и другие изнурительные эффекты.

В нормальных ситуациях наибольшее воздействие ртути происходит при употреблении в пищу определенных продуктов, таких как рыба, в которых ртуть накоплена в больших количествах. Хотя ртуть не всасывается в больших количествах при прохождении через пищеварительную систему человека, было показано, что прием внутрь в течение длительного периода времени имеет кумулятивный эффект.

В промышленных условиях воздействие ртути представляет собой гораздо более серьезную опасность. Добыча и переработка ртутной руды может подвергать рабочих воздействию паров ртути, а также прямому контакту с кожей. Производство хлора и каустической соды также может вызывать значительную опасность воздействия ртути. Стоматологи и ассистенты стоматолога могут подвергаться воздействию ртути при приготовлении и установке пломб из ртутной амальгамы.

Поскольку ртуть представляет серьезную опасность для здоровья, ее использование и выбросы в окружающую среду подвергаются все более жестким ограничениям. В 1988 году было подсчитано, что 24 миллиона фунтов / год (11 миллионов кг / год) ртути были выброшены в воздух, землю и воду во всем мире в результате деятельности человека. Сюда входят выбросы ртути при добыче и переработке ртути, различных производственных операциях, сжигании угля, удалении городских отходов и осадка сточных вод и других источников.

В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды (EPA) запретило использование ртути для многих приложений. EPA поставило цель снизить уровень содержания ртути в муниципальных отходах с 1,4 миллиона фунтов в год (0,64 миллиона кг / год) в 1989 году до 0,35 миллиона фунтов в год (0,16 миллиона кг / год) к 2000 году. быть достигнуто за счет сокращения использования ртути в продуктах и ​​увеличения утечки ртути из бытовых отходов путем рециркуляции.

Будущее

Ртуть по-прежнему является важным компонентом многих продуктов и процессов, хотя ожидается, что ее использование продолжит сокращаться. Ожидается, что более совершенное обращение с ртутью и ее рециркуляция значительно сократят ее выброс в окружающую среду и тем самым уменьшат опасность для здоровья.