elohopea

Elohopea on yksi peruskemikaaleista. Se on raskas, hopeanhohtoinen metalli, joka on normaalilämpötiloissa nestemäistä. Elohopea muodostaa helposti seoksia muiden metallien kanssa, mikä tekee siitä käyttökelpoisen kullan ja hopean käsittelyssä. Suuri osa sysäyksestä elohopeamalmiesiintymien kehittämiseen Yhdysvalloissa tuli sen jälkeen, kun Kaliforniasta ja muista läntisistä osavaltioista löydettiin kultaa ja hopeaa 1800-luvulla. Valitettavasti elohopea on myös erittäin myrkyllinen aine, minkä vuoksi sen käyttö on vähentynyt voimakkaasti viimeisten 20 vuoden aikana. Sen pääasialliset käyttökohteet ovat kloorin ja kaustisen soodan valmistuksessa sekä monien sähkölaitteiden, kuten loiste-ja elohopeahöyrylamppujen, komponenttina.

elohopeaa on löydetty egyptiläisistä haudoista noin vuodelta 1500 EAA , ja sitä käytettiin luultavasti kosmeettisiin ja lääkinnällisiin tarkoituksiin jo aikaisemmin. Noin vuonna 350 eaa. kreikkalainen filosofi ja tiedemies Aristoteles kuvaili, miten sinoopinmalmia kuumennettiin elohopean uuttamiseksi uskonnollisia menoja varten. Roomalaiset käyttivät elohopeaa monenlaisiin tarkoituksiin ja antoivat sille nimen hydrargyrum, joka tarkoittaa nestemäistä hopeaa, mistä elohopeaa merkitsevä kemiallinen symboli Hg on peräisin.

elohopean kysyntä kasvoi huomattavasti vuonna 1557, kun kehitettiin prosessi, jossa elohopeaa käytettiin hopean uuttamiseen malmistaan. Elohopeabarometrin keksi Torricelli vuonna 1643 ja sen jälkeen elohopealämpömittarin keksi Fahrenheit vuonna 1714. Elohopeaseosta eli amalgaamia käytettiin ensimmäisen kerran hampaiden täytteenä hammaslääketieteessä vuonna 1828, vaikka huoli elohopean myrkyllisyydestä esti tämän uuden tekniikan yleistymisen. Vasta vuonna 1895 G. V. Blackin kokeellinen työ osoitti, että amalgaamitäytteet olivat turvallisia, vaikka 100 vuotta myöhemmin tutkijat vielä väittelivät tästä asiasta.

elohopea löysi tiensä moniin tuotteisiin ja teollisiin sovelluksiin vuoden 1900 jälkeen. Sitä käytettiin yleisesti paristoissa, maaleissa, räjähteissä, hehkulampuissa, valokatkaisimissa, lääkkeissä, sienimyrkyissä ja torjunta-aineissa. Elohopeaa käytettiin myös osana paperin, huovan, lasin ja monien muovien valmistusprosesseja.

1980-luvulla lisääntyvä ymmärrys ja tietoisuus elohopean haitallisista terveys-ja ympäristövaikutuksista alkoi huomattavasti ylittää sen hyödyt, ja käyttö alkoi vähentyä jyrkästi. Vuoteen 1992 mennessä sen käyttö akuissa oli laskenut alle 5 prosenttiin vuoden 1988 tasosta ja sähkölaitteissa ja hehkulampuissa yhteensä 50 prosenttia samana aikana. Elohopean käyttö maaleissa, sienitautien torjunta-aineissa ja torjunta-aineissa on kielletty Yhdysvalloissa, ja sen käyttö paperi -, huopa-ja lasinvalmistusprosesseissa on vapaaehtoisesti lopetettu.

maailmanlaajuisesti elohopean tuotanto rajoittuu vain muutamaan maahan, joiden ympäristölakeja on höllennetty. Elohopean louhinta on loppunut kokonaan Espanjassa, joka oli vuoteen 1989 asti maailman suurin tuottaja. Myös Yhdysvalloissa elohopean louhinta on loppunut, vaikka pieniä määriä elohopeaa otetaan talteen osana kullan jalostusprosessia ympäristön saastumisen välttämiseksi. Kiina, Venäjä (entinen Neuvostoliitto), Meksiko ja Algeria olivat suurimmat elohopean tuottajat vuonna 1992.

raaka-aineet

elohopeaa esiintyy luonnossa harvoin yksinään. Suurin osa elohopeasta sitoutuu kemiallisesti muihin aineisiin malmien muodossa. Yleisin malmi on punainen elohopeasulfidi (HgS), joka tunnetaan myös nimellä cinnabar. Muita elohopeamalmeja ovat corderoiitti (Hg 3 S 2 Cl 2 ), livingstoniitti (HgSb 4 S 8 ), montroydiitti (Hgo) ja kalomeli (hgcl). Niitä on useita muitakin. Elohopeamalmeja muodostuu maan alla lämpimien mineraaliliuosten noustessa kohti maan pintaa vulkaanisen toiminnan vaikutuksesta. Niitä tavataan yleensä kolotetuissa ja murtuneissa kallioissa suhteellisen matalissa 3-3000 jalan (1-1000 metrin) syvyyksissä.

muita elohopean lähteitä ovat aikaisempien, tehottomampien kaivos-ja jalostustoimintojen kaatopaikat ja rikastushiekka-kasat.

valmistusprosessi

prosessi elohopean erottamiseksi sen malmeista ei ole juuri muuttunut sen jälkeen, kun Aristoteles kuvasi sen ensimmäisen kerran yli 2 300 vuotta sitten. Sinooperimalmi murskataan ja kuumennetaan, jolloin elohopea vapautuu höyrynä. Tämän jälkeen elohopeahöyry jäähdytetään, tiivistetään ja kerätään talteen. Lähes 95% sinooperimalmin elohopeapitoisuudesta voidaan hyödyntää tällä menetelmällä.

tässä on tyypillinen toimintajakso, jota käytetään nykyaikaisessa elohopean uuttamisessa ja puhdistamisessa.

louhinta

Cinnabar-Malmi esiintyy maan pinnalla tai sen läheisyydessä sijaitsevissa tiivistyneissä esiintymissä. Noin 90% näistä esiintymistä on niin syviä, että ne vaativat maanalaista kaivostoimintaa tunneleineen. Loput 10% voidaan kaivaa avolouhoksista.

• 1 sinooperi irtoaa ympäröivistä kivistä poraamalla ja räjäyttämällä räjähteillä tai käyttämällä voimalaitteita. Malmi tuodaan kaivoksesta kuljetinhihnoilla tai kuorma-autoissa tai junissa.

pasutus

koska sinooperimalmi on suhteellisen väkevää, sitä voidaan käsitellä suoraan ilman mitään välivaiheita jätemateriaalin poistamiseksi.

• 2 Malmi murskataan ensin yhdessä tai useammassa kartiomurskaimessa. Kartiomurskain koostuu sisähiomakartiosta, joka pyörii eksentrisellä pystyakselilla kiinteän ulomman kartion sisällä. Kun Malmi syötetään murskaimen yläosaan, se puristuu kahden kävyn väliin ja hajoaa pienemmiksi paloiksi.
• 3 murskattu Malmi jauhetaan sitten vielä pienemmäksi sarjalla myllyjä. Kukin Mylly koostuu suuresta sylinterimäisestä säiliöstä, joka makaa kyljellään ja pyörii vaaka-akselillaan. Mylly voidaan täyttää lyhyillä terästankojen pituuksilla tai teräskuulilla hiontatoiminnon aikaansaamiseksi.
• 4 hienoksi jauhettu Malmi syötetään uuniin tai uuniin kuumennettavaksi. Joissakin operaatioissa käytetään monilämmitysuunia, jossa malmi siirretään mekaanisesti pystysuoraa kuilua pitkin kielekkeeltä eli tulisijalta toiselle hitaasti pyörivien haravien avulla. Muissa operaatioissa käytetään pyörivää uunia, jossa malmi hajotetaan alas pitkän, pyörivän sylinterin pituudelta, joka kallistuu muutaman asteen verran vaakasuoraan. Kummassakin tapauksessa lämpöä saadaan polttamalla maakaasua tai jotain muuta polttoainetta uunin tai uunin alaosassa. Kuumennettu sinooperi (HgS) reagoi ilman hapen (02) kanssa muodostaen rikkidioksidia (SO 2 ), jolloin elohopea nousee höyrynä. Tätä prosessia kutsutaan paahtamiseksi.

tiivistyvä

• 5 elohopeahöyry nousee ylös ja ulos uunista tai uunista yhdessä rikkidioksidin, vesihöyryn ja muiden palamistuotteiden kanssa. Mukana kulkeutuu myös huomattava määrä jauhetusta malmista peräisin olevaa hienoa pölyä, joka on erotettava ja otettava talteen.
• 6 kuuman uunin pakokaasu kulkee vesijäähdytteisen lauhduttimen läpi. Pakokaasun jäähtyessä elohopea, jonka kiehumispiste on 675° F (357° C), tiivistyy ensimmäisenä nesteeksi, jolloin muut kaasut ja höyryt purkautuvat tai jalostuvat edelleen ilmansaasteiden vähentämiseksi.
• 7 nestemäinen elohopea kerätään talteen. Koska elohopean ominaispaino on hyvin suuri, kaikki epäpuhtaudet pyrkivät nousemaan pintaan ja muodostamaan tumman kalvon tai roskan. Nämä epäpuhtaudet poistetaan suodattamalla, jolloin jäljelle jää nestemäinen elohopea, joka on noin 99,9% puhdasta. Epäpuhtaudet käsitellään kalkilla
  

  elohopean erottamiseksi malmeistaan sinooperimalmi murskataan ja kuumennetaan, jolloin elohopea vapautuu höyrynä. Tämän jälkeen elohopeahöyry jäähdytetään, tiivistetään ja kerätään talteen.

  erottele ja ota talteen kaikki elohopea, josta on saattanut muodostua yhdisteitä.

jalostus

suurin osa kaupallisesta elohopeasta on 99,9% puhdasta ja sitä voidaan käyttää suoraan pasutus-ja kondensointiprosessista. Puhtaampaa elohopeaa tarvitaan joissakin rajoitetuissa käyttökohteissa, ja sitä on jalostettava edelleen. Tämä ultrapure elohopea komentaa premium hinta.

• 8 korkeampi puhtaus voidaan saavuttaa useilla jalostusmenetelmillä. Elohopea voidaan suodattaa uudelleen mekaanisesti, ja tietyt epäpuhtaudet voidaan poistaa hapettamalla kemikaaleilla tai ilmalla. Joissakin tapauksissa elohopea puhdistetaan elektrolyyttisellä prosessilla, jossa sähkövirta johdetaan nestemäisen elohopean säiliön läpi epäpuhtauksien poistamiseksi. Yleisin jalostusmenetelmä on kolmoistislaus, jossa nestemäisen elohopean lämpötilaa nostetaan varovasti, kunnes epäpuhtaudet joko haihtuvat tai itse elohopea haihtuu jättäen epäpuhtaudet taakseen. Tämä tislausprosessi suoritetaan kolme kertaa puhtauden kasvaessa joka kerta.

laivaliikenne

• 9 kaupallista elohopeaa kaadetaan takorauta-tai teräspulloihin ja sinetöidään. Kukin pullo sisältää 76 lb (34,5 kg) elohopeaa. Puhtaampi elohopea on yleensä suljettu pienempiin lasi-tai muoviastioihin lähetystä varten.

laadunvalvonta

kaupallista elohopeaa, jonka puhtaus on 99,9%, kutsutaan prime virgin-luokan elohopeaksi. Ultrapurea elohopeaa valmistetaan yleensä kolmoistislausmenetelmällä ja sitä kutsutaan kolmoistislatuksi elohopeaksi.

pasutus-ja lauhdutusprosessin Laadunvalvontatarkastukset koostuvat kondensoituneen nestemäisen elohopean pistokokeista vieraiden metallien havaitsemiseksi, koska nämä ovat yleisimpiä vierasaineita. Kullan, hopean ja perusmetallien esiintyminen havaitaan erilaisilla kemiallisilla testausmenetelmillä.

Kolmoistislattu elohopea testataan haihduttamalla tai spektrografisella analyysillä. Haihdutusmenetelmässä elohopeanäyte haihdutetaan ja jäännös punnitaan. Spektrografisessa analyysimenetelmässä elohopeanäyte haihdutetaan ja jäännös sekoitetaan grafiittiin. Syntyvästä seoksesta tulevaa valoa tarkastellaan spektrometrillä, joka erottaa valon eri värinauhoihin läsnä olevien alkuaineiden mukaan.

terveys-ja ympäristövaikutukset

Elohopea on erittäin myrkyllistä ihmisille. Altistuminen voi tulla sisäänhengityksestä, nielemisestä tai imeytymisestä ihon läpi. Näistä kolmesta elohopeahöyryn hengittäminen on vaarallisinta. Lyhytaikainen altistuminen elohopeahöyrylle voi aiheuttaa heikotusta, vilunväristyksiä, pahoinvointia, oksentelua, ripulia ja muita oireita muutamassa tunnissa. Toipuminen on yleensä valmis, kun uhri on poistettu lähteestä. Pitkäaikainen altistuminen elohopeahöyrylle aiheuttaa vapinaa, ärtyneisyyttä, unettomuutta, sekavuutta, liiallista syljeneritystä ja muita heikentäviä vaikutuksia.

normaalitilanteessa suurin osa elohopealle altistumisesta johtuu tiettyjen elintarvikkeiden, kuten kalan, nauttimisesta, johon elohopeaa on kertynyt runsaasti. Vaikka elohopea ei imeydy suuria määriä ihmisen ruuansulatuselimistön läpi kulkiessaan, pitkän ajan kuluessa nauttimisella on osoitettu olevan kumulatiivisia vaikutuksia.

teollisuusolosuhteissa elohopealle altistuminen on paljon vakavampi vaara. Elohopeamalmin louhinta ja käsittely voivat altistaa työntekijät elohopeahöyrylle sekä suoralle kosketukselle ihon kanssa. Myös kloorin ja kaustisen soodan tuotanto voi aiheuttaa merkittäviä elohopealle altistumisvaaroja. Hammaslääkärit ja hammaslääkärit voivat altistua elohopealle valmistellessaan ja asettaessaan elohopea-amalgaamitäytteitä.

koska elohopea aiheuttaa vakavan terveysvaaran, sen käyttöä ja päästämistä ympäristöön on rajoitettu yhä tiukemmin. Vuonna 1988 arvioitiin, että ihmisen toiminnan seurauksena maailmassa pääsi ilmaan, maahan ja veteen 24 miljoonaa lb/V (11 miljoonaa kglyr) elohopeaa. Näitä olivat muun muassa elohopean louhinnan ja jalostuksen vapauttama elohopea, erilaiset valmistustoimet, kivihiilen poltto, yhdyskuntajätteiden ja jätevesilietteen poisheittäminen ja muut lähteet.

Yhdysvalloissa ympäristönsuojeluvirasto EPA on kieltänyt elohopean käytön monissa sovelluksissa. EPA on asettanut tavoitteekseen laskea yhdyskuntajätteiden elohopeapitoisuutta 1,4 miljoonasta Ib/V (0,64 miljoonaa kg/V) vuonna 1989 0,35 miljoonaan Ib/V (0,16 miljoonaa kg/V) vuoteen 2000 mennessä. Tähän pyritään vähentämällä elohopean käyttöä tuotteissa ja lisäämällä elohopean kulkeutumista yhdyskuntajätteistä kierrätyksen kautta.

tulevaisuuden

Elohopea on edelleen tärkeä komponentti monissa tuotteissa ja prosesseissa, vaikka sen käytön odotetaan edelleen vähenevän. Elohopean paremman käsittelyn ja kierrätyksen odotetaan vähentävän merkittävästi sen päästämistä ympäristöön ja siten sen terveyshaittoja.