Ртуть: применение, производство и экологическое воздействие

---

Предыстория

Ртуть (Hg) — плотный серебристый жидкий металл, используемый с древности за уникальные свойства. Исторически ценилась за легирование с золотом и серебром, роль расширилась во время калифорнийской золотой лихорадки XIX века, когда рудные месторождения ртути интенсивно разрабатывали. Сегодня применение ртути в основном ограничено производством хлора и едкого натра, а также избранными электрическими приборами — люминесцентными и ртутно-паровыми лампами.

Археологические находки показывают ртуть в египетских гробницах ~1500 г. до н.э., вероятно, для косметических или медицинских целей. Греческий философ Аристотель описал переработку киновари в 350 г. до н.э., римляне ввели термин «гидраргурум» (жидкое серебро), происхождение химического символа Hg.

В XVI веке ртьть использовали для извлечения серебра из руды, в 1643 Торричелли представил ртутный барометр. Последующие изобретения: ртутный термометр (Фаренгейт, 1714) и, в 1828, первые стоматологические амальгамные пломбы — хотя опасения по токсичности ограничили принятие до 1895, когда Г. В. Блэк продемонстрировал безопасность.

В XX веке ртуть встречалась в батареях, красках, взрывчатке, лампах, фармацевтике, фунгицидах, пестицидах, процессах производства (бумага, войлок, стекло, пластики). К 1980-м растущее осознание здоровье- и эко-опасностей ртути спровоцировало крутое снижение использования. В США батарейное потребление упало до <5% уровня 1988 к 1992, использование в электроприборах снизилось на 50% за тот же период. Краски, фунгициды, пестициды запрещены по всей стране, ртуть в бумаге, войлке, стекле — добровольно прекращена.

Глобальное производство теперь ограничено несколькими странами с менее строгими эконормами. Испания прекратила добычу в 1989; США также остановили первичную добычу, хотя малые объемы извлекают при золотообогащении для снижения загрязнения. В 1992 году Китай, Россия (бывший СССР), Мексика, Алжир были лидерами производства.

Сырьё и материалы

Ртуть редко встречается в нативном виде; почти всегда извлекают из руд. Основная руда — киноварь (HgS), но другие минералы: кордероит (Hg₃S₂Cl₂), ливингстонит (HgSb₄S₈), монтройдит (HgO), каломель (HgCl). Эти руды формируются подземно, когда минерал-насыщенные растворы поднимаются к поверхности, часто в разломанных и расколотых горах на глубинах 1–1000 м.

Исторические шахты и хвосты старых, менее эффективных операций также дают вторичные источники ртути.

Производственный процесс

Извлечение осталось практически неизменным со времен Аристотеля. Киноварную руду дробят, нагревают, высвобожденный ртутный пар охлаждают и конденсируют. Почти 95% ртути можно восстановить этим методом.

Добыча

Киноварные месторождения обычно близко к поверхности; ~90% требуют подземной добычи через тоннели, 10% — открытым способом.

• 1. Руду выбивают бурением и взрывом или механизацией, затем транспортируют конвейерами, грузовиками, поездами.

Обжиг

Из-за высокой концентрации киноварь можно перерабатывать напрямую. Руду дробят и помолют в тонкий порошок, затем нагревают в печи или роторной печи. Горение природного газа или другого топлива дает тепло, руда реагирует с атмосферным кислородом, высвобождая диоксид серы, пока ртутный пар поднимается.

• 2. Дробление: конусная дробилка уменьшает размер руды.
• 3. Помол: дальнейшее уменьшение стальными стержневыми или шаровыми мельницами.
• 4. Нагрев: печь или роторная печь применяет тепло; генерируется ртутный пар.

Конденсация

• 5. Горячий выхлоп, содержащий ртутный пар, SO₂, водяной пар, мелкую пыль, проходит через водоохлаждаемый конденсатор.
• 6. Ртуть конденсирует первой (точка кипения 675 °F / 357 °C), отделяясь от газов, которые сливают или обрабатывают.
• 7. Жидкая ртуть собирают; ее высокая плотность заставляет примеси всплывать как темный накипь, который фильтруют. Полученная ртуть ~99,9% чиста.

Рафинирование

Коммерческая ртуть обычно 99,9% чиста и готова к использованию. Для применений, требующих высшую чистоту, дальнейшее рафинирование — механическая фильтрация, химическое окисление, электролитическая очистка. Наиболее частый метод — тройная дистилляция, поэтапно удаляющая остаточные примеси и дающая ультрачистую ртуть.

Отгрузка

• 9. Коммерческая ртуть герметизируют в кованые железа или стальные флаконы (76 фунтов / 34,5 кг каждый). Ультрачистая ртуть упаковывают в меньшие стеклянные или пластиковые контейнеры для отгрузки.

Контроль качества

Первичная девственная ртуть (99,9% чистоты) верифицируется спот-чеками на чужеродные металлы — золото, серебро, основные металлы. Ультрачистая ртуть проходит тройную дистилляцию, затем испарение или спектрографический анализ для подтверждения отсутствия контаминантов.

Здоровье и экологические эффекты

Ртуть — мощный токсин. Пути воздействия: вдыхание, проглатывание, дермальное всасывание, причем вдыхание пара наиболее опасно. Кратковременное воздействие пара вызывает слабость, озноб, тошноту, рвоту, диарею; длительное — тремор, раздражительность, бессонницу, путаницу, чрезмерную слюнотечение.

В типичных диетах ртуть в основном попадает через потребление рыбы, где происходит биоаккумуляция. Хотя желудочно-кишечное всасывание ограничено, хроническое потребление может дать кумулятивные эффекты.

Профессиональное воздействие — особенно в добыче, рудной переработке, производстве хлора и едкого натра, установке стоматологических амальгам — создает серьезные риски для рабочих.

В 1988 году глобальная антропогенная активность выбросила ~24 млн фунтов (11 млн кг) ртути в воздух, землю, воду. EPA США запретил многие применения ртути и поставил цели снижения ртути в мусорном мусоре с 1,4 млн фунтов (0,64 млн кг) в 1989 до 0,35 млн фунтов (0,16 млн кг) к 2000 через сокращение продуктов и рециклинг.

Будущее

Пока ртуть остается неотъемлема для определенных продуктов и процессов, ее использование ожидается дальнейшим снижением. Прогресс в обращении, рециклинге и регуляторном принуждении нацелен на минимизацию экологических выбросов и связанных рисков для здоровья.