kviksølv

baggrund

kviksølv er et af de grundlæggende kemiske elementer. Det er et tungt, sølvfarvet metal, der er flydende ved normale temperaturer. Kviksølv danner let legeringer med andre metaller, og det gør det nyttigt til behandling af guld og sølv. Meget af drivkraften til at udvikle kviksølvmalmaflejringer i USA kom efter opdagelsen af guld og sølv i Californien og andre vestlige stater i 1800 ‘ erne. Desværre er kviksølv også et meget giftigt materiale, og som følge heraf er dets anvendelse alvorligt faldet i løbet af de sidste 20 år. Dets vigtigste anvendelser er i produktionen af klor og kaustisk soda og som en komponent i mange elektriske apparater, herunder fluorescerende og kviksølvdamplamper. kviksølv er fundet i egyptiske grave, der dateres til omkring 1500 f. kr., og det blev sandsynligvis brugt til kosmetiske og medicinske formål endnu tidligere. Omkring 350 F. kr. , den græske filosof og videnskabsmand Aristoteles beskrev, hvordan cinnabarmalm blev opvarmet for at udvinde kviksølv til religiøse ceremonier. Romerne brugte kviksølv til en række formål og gav det navnet hydrargyrum, hvilket betyder flydende sølv, hvorfra det kemiske symbol for kviksølv, Hg, er afledt. efterspørgslen efter kviksølv steg kraftigt i 1557 med udviklingen af en proces, der brugte kviksølv til at udvinde sølv fra sin malm. Kviksølvbarometeret blev opfundet af Torricelli i 1643 efterfulgt af opfindelsen af kviksølvtermometeret af Fahrenheit i 1714. Den første anvendelse af en kviksølvlegering eller amalgam som tandfyldning i tandpleje var i 1828, skønt bekymring over kviksølvs giftige natur forhindrede den udbredte anvendelse af denne nye teknik. Det var først i 1895, at eksperimentelt arbejde af G. V. Black viste, at amalgamfyldninger var sikre, selvom 100 år senere diskuterede forskere stadig dette punkt.

kviksølv fandt vej ind i mange produkter og industrielle applikationer efter 1900. Det blev almindeligt anvendt i batterier, maling, sprængstoffer, pærer, lysafbrydere, lægemidler, fungicider og pesticider. Kviksølv blev også brugt som en del af processerne til fremstilling af papir, filt, glas og mange plastmaterialer.

i 1980 ‘ erne begyndte stigende forståelse og bevidsthed om de skadelige sundheds-og miljøeffekter af kviksølv i høj grad at opveje fordelene, og brugen begyndte at falde kraftigt. I 1992 var brugen i batterier faldet til mindre end 5% af niveauet i 1988, og den samlede anvendelse i elektriske apparater og pærer var faldet 50% i samme periode. Brugen af kviksølv i maling, fungicider og pesticider er blevet forbudt i USA, og dets anvendelse i papir -, filt-og glasfremstillingsprocesserne er frivilligt afbrudt.

på verdensplan er produktionen af kviksølv begrænset til kun få lande med afslappede miljølove. Kviksølvminedrift er helt ophørt i Spanien, som indtil 1989 var verdens største producent. I USA er kviksølvminedrift også stoppet, selvom små mængder kviksølv genvindes som en del af guldraffineringsprocessen for at undgå miljøforurening. Kina, Rusland (tidligere Sovjetunionen) og Algeriet var de største producenter af kviksølv i 1992.

råvarer

kviksølv findes sjældent af sig selv i naturen. Det meste kviksølv er kemisk bundet til andre materialer i form af malm. Den mest almindelige malm er rødt kviksølvsulfid (HgS), også kendt som cinnabar. Andre kviksølvmalme omfatter corderoit (Hg 3 S 2 Cl 2 ), livingstonit (HgSb 4 s 8 ), montroydit (HgO) og calomel (hgcl). Der er flere andre. Kviksølvmalm dannes under jorden, når varme mineralopløsninger stiger mod jordens overflade under påvirkning af vulkansk handling. De findes normalt i fejlbehæftede og brudte klipper på relativt lave dybder på 3-3000 ft (1-1000 m).

andre kilder til kviksølv omfatter lossepladser og hale bunker af tidligere, mindre effektive minedrift og forarbejdning.

fremstillingsprocessen

processen til ekstraktion af kviksølv fra dets malm har ikke ændret sig meget, siden Aristoteles først beskrev det for over 2.300 år siden. Cinnabar malm knuses og opvarmes for at frigive kviksølv som en damp. Kviksølvdampen afkøles, kondenseres og opsamles. Næsten 95% af kviksølvindholdet i cinnabarmalm kan genvindes ved hjælp af denne proces.

Her er en typisk sekvens af operationer, der anvendes til moderne udvinding og raffinering af kviksølv.

minedrift

Cinnabarmalm forekommer i koncentrerede aflejringer placeret på eller nær overfladen. 90% af disse aflejringer er dybe nok til at kræve underjordisk minedrift med tunneler. De resterende 10% kan udgraves fra åbne gruber.

• 1 Cinnabar løsnes fra de omgivende klipper ved boring og sprængning med sprængstoffer eller ved brug af kraftudstyr. Malmen bringes ud af minen på transportbånd eller i lastbiler eller tog.

ristning

da cinnabarmalm er relativt koncentreret, kan den behandles direkte uden mellemliggende trin for at fjerne affaldsmateriale.

• 2 malmen knuses først i en eller flere kegleknusere. En kegleknuser består af en indvendig slibekegle, der roterer på en ekscentrisk lodret akse inde i en fast ydre kegle. Når malmen føres ind i toppen af knuseren, presses den mellem de to kegler og brydes i mindre stykker.
• 3 den knuste malm formales derefter endnu mindre af en række Møller. Hver Mølle består af en stor cylindrisk beholder, der ligger på sin side og roterer på sin vandrette akse. Møllen kan fyldes med korte længder af stålstænger eller med stålkugler for at tilvejebringe slibevirkningen.
• 4 den fint pulveriserede malm føres ind i en ovn eller ovn, der skal opvarmes. Nogle operationer bruger en ovn med flere ildsteder, hvor malmen bevæges mekanisk ned ad en lodret aksel fra den ene afsats, eller ildsted, til den næste ved langsomt roterende River. Andre operationer bruger en roterende ovn, hvor malmen tumles ned i længden af en lang, roterende cylinder, der er skråtstillet et par grader vandret. I begge tilfælde tilvejebringes varme ved forbrænding af naturgas eller andet brændstof i den nedre del af ovnen eller ovnen. Den opvarmede cinnabar (HgS) reagerer med ilt (02) i luften for at producere svovldiokse (SO 2 ), så kviksølv kan stige som en damp. Denne proces kaldes stegning.

kondensering

• 5 kviksølvdampen stiger op og ud af ovnen eller ovnen sammen med svovldampen, vanddampen og andre forbrændingsprodukter. En betydelig mængde fint støv fra den pulveriserede malm transporteres også sammen og skal adskilles og fanges.
• 6 den varme ovnudstødning passerer gennem en vandkølet kondensator. Når udstødningen afkøles, er kviksølv, der har et kogepunkt på 675 liter F (357 liter C), den første til at kondensere til en væske, hvilket efterlader de andre gasser og dampe, der skal udluftes eller behandles yderligere for at reducere luftforurening.
• 7 Det flydende kviksølv opsamles. Fordi kviksølv har en meget høj specifik tyngdekraft, har urenheder tendens til at stige til overfladen og danne en mørk film eller skum. Disse urenheder fjernes ved filtrering, hvilket efterlader et flydende kviksølv, der er omkring 99,9% rent. Urenhederne behandles med kalk til
  

  for at udvinde kviksølv fra dets malm knuses cinnabarmalm og opvarmes for at frigive kviksølv som en damp. Kviksølvdampen afkøles, kondenseres og opsamles.

  Adskil og opfang eventuelt kviksølv, som kan have dannet forbindelser.

raffinering

det meste kviksølv af kommerciel kvalitet er 99,9% rent og kan bruges direkte fra ristnings-og kondenseringsprocessen. Højere renhed kviksølv er nødvendig for nogle begrænsede anvendelser og skal raffineres yderligere. Denne ultrapure kviksølv kommandoer en præmie pris.

• 8 højere renhed kan opnås ved flere raffineringsmetoder. Kviksølvet kan filtreres mekanisk igen, og visse urenheder kan fjernes ved iltning med kemikalier eller luft. I nogle tilfælde raffineres kviksølv gennem en elektrolytisk proces, hvor en elektrisk strøm ledes gennem en tank med flydende kviksølv for at fjerne urenhederne. Den mest almindelige raffineringsmetode er tredobbelt destillation, hvor temperaturen på det flydende kviksølv hæves omhyggeligt, indtil urenhederne enten fordamper, eller selve kviksølvet fordamper, hvilket efterlader urenhederne. Denne destillationsproces udføres tre gange, med renheden stigende hver gang.

forsendelse

• 9 kommerciel kvalitet kviksølv hældes i smedejern eller stål kolber og forseglet. Hver kolbe indeholder 76 lb (34,5 kg) kviksølv. Kviksølv med højere renhed forsegles normalt i mindre glas-eller plastbeholdere til forsendelse.

kvalitetskontrol

kviksølv af kommerciel kvalitet med 99,9% renhed kaldes prime virgin-grade kviksølv. Ultrapure kviksølv produceres normalt ved triple-destillationsmetoden og kaldes triple-destilleret kviksølv.

kvalitetskontrolinspektioner af ristnings-og kondenseringsprocessen består i at kontrollere det kondenserede flydende kviksølv for tilstedeværelsen af fremmede metaller, da disse er de mest almindelige forurenende stoffer. Tilstedeværelsen af guld, sølv og uædle metaller detekteres ved hjælp af forskellige kemiske testmetoder. Triple-destilleret kviksølv testes ved fordampning eller spektrografisk analyse. Ved fordampningsmetoden inddampes en prøve af kviksølv, og resten vejes. I den spektrografiske analysemetode inddampes en prøve af kviksølv, og resten blandes med grafit. Lys, der kommer fra den resulterende blanding, ses med et spektrometer, der adskiller lyset i forskellige farvebånd afhængigt af de tilstedeværende kemiske elementer.

sundheds-og miljøeffekter

kviksølv er meget giftigt for mennesker. Eksponering kan komme fra indånding, indtagelse eller absorption gennem huden. Af de tre er indånding af kviksølvdamp den farligste. Kortvarig eksponering for kviksølvdamp kan give svaghed, kulderystelser, kvalme, opkastning, diarre og andre symptomer inden for få timer. Gendannelse er normalt afsluttet, når offeret er fjernet fra kilden. Langvarig eksponering for kviksølvdamp producerer rysten, irritabilitet, søvnløshed, forvirring, overdreven spyt og andre svækkende virkninger.

i normale situationer kommer mest eksponering for kviksølv fra indtagelse af visse fødevarer, såsom fisk, hvor kviksølv er ophobet i høje niveauer. Selvom kviksølv ikke absorberes i store mængder, når det passerer gennem det menneskelige fordøjelsessystem, har indtagelse over en lang periode vist sig at have kumulative virkninger.

i industrielle situationer er kviksølveksponering en langt mere alvorlig fare. Minedrift og forarbejdning af kviksølvmalm kan udsætte arbejdstagere for kviksølvdamp såvel som direkte kontakt med huden. Produktionen af klor og kaustisk soda kan også forårsage betydelige kviksølveksponeringsfarer. Tandlæger og tandassistenter kan blive udsat for kviksølv, mens de forbereder og placerer kviksølvamalgamfyldninger.

da kviksølv udgør en alvorlig sundhedsfare, er dets anvendelse og frigivelse til miljøet underlagt stadig strengere begrænsninger. I 1988 blev det anslået, at 24 millioner lb/år (11 millioner kglyr) kviksølv blev frigivet i luften, jorden og vandet over hele verden som et resultat af menneskelige aktiviteter. Dette omfattede kviksølv frigivet ved kviksølvminedrift og raffinering, forskellige fremstillingsoperationer, forbrænding af kul, kassering af kommunalt affald og spildevandsslam og andre kilder.

i USA har Environmental Protection Agency (EPA) forbudt brugen af kviksølv til mange applikationer. EPA har sat et mål om at reducere niveauet af kviksølv, der findes i kommunalt affald fra 1,4 millioner Ib/år (0,64 millioner kg/år) i 1989 til 0,35 millioner lb/år (0,16 millioner kg/år) inden 2000. Dette skal opnås ved at mindske brugen af kviksølv i produkter og øge omdirigeringen af kviksølv fra kommunalt affald gennem genanvendelse.

fremtiden

kviksølv er stadig en vigtig komponent i mange produkter og processer, selvom dets anvendelse forventes at fortsætte med at falde. Forbedret håndtering og genanvendelse af kviksølv forventes at reducere dets frigivelse til miljøet betydeligt og derved reducere dets sundhedsfare.