Mercure

Contexte

Le mercure est l’un des éléments chimiques de base. C’est un métal lourd et argenté qui est liquide à des températures normales. Le mercure forme facilement des alliages avec d’autres métaux, ce qui le rend utile dans le traitement de l’or et de l’argent. Une grande partie de l’impulsion pour développer des gisements de minerai de mercure aux États-Unis est venue après la découverte d’or et d’argent en Californie et dans d’autres États occidentaux dans les années 1800. Malheureusement, le mercure est également une matière hautement toxique et, par conséquent, son utilisation a considérablement diminué au cours des 20 dernières années. Ses principales applications sont dans la production de chlore et de soude caustique, et en tant que composant de nombreux appareils électriques, y compris les lampes fluorescentes et à vapeur de mercure.

Le mercure a été trouvé dans des tombes égyptiennes datant d’environ 1500 av.J.-C., et il a probablement été utilisé à des fins cosmétiques et médicinales encore plus tôt. Vers 350 av.J.-C. , le philosophe et scientifique grec Aristote a décrit comment le minerai de cinabre était chauffé pour extraire le mercure pour les cérémonies religieuses. Les Romains utilisaient le mercure à diverses fins et lui donnèrent le nom d’hydrargyrum, qui signifie argent liquide, d’où le symbole chimique du mercure, Hg, est dérivé.

La demande de mercure augmente considérablement en 1557 avec le développement d’un procédé qui utilise le mercure pour extraire l’argent de son minerai. Le baromètre à mercure a été inventé par Torricelli en 1643, suivi de l’invention du thermomètre à mercure par Fahrenheit en 1714. La première utilisation d’un alliage de mercure, ou amalgame, comme obturation dentaire en dentisterie remonte à 1828, bien que des préoccupations concernant la nature toxique du mercure aient empêché l’utilisation généralisée de cette nouvelle technique. Ce n’est qu’en 1895 que les travaux expérimentaux de G.V. Black ont montré que les obturations en amalgame étaient sûres, bien que 100 ans plus tard, les scientifiques débattent encore de ce point.

Le mercure a trouvé sa place dans de nombreux produits et applications industrielles après 1900. Il était couramment utilisé dans les batteries, les peintures, les explosifs, les ampoules, les interrupteurs d’éclairage, les produits pharmaceutiques, les fongicides et les pesticides. Le mercure a également été utilisé dans le cadre des processus de production de papier, de feutre, de verre et de nombreux plastiques.

Dans les années 1980, la compréhension et la sensibilisation croissantes aux effets nocifs du mercure sur la santé et l’environnement ont commencé à l’emporter largement sur ses avantages, et son utilisation a commencé à chuter fortement. En 1992, son utilisation dans les batteries était tombée à moins de 5% de son niveau de 1988, et l’utilisation globale dans les appareils électriques et les ampoules avait chuté de 50% au cours de la même période. L’utilisation du mercure dans les peintures, les fongicides et les pesticides a été interdite aux États-Unis, et son utilisation dans les procédés de fabrication du papier, du feutre et du verre a été volontairement abandonnée.

Dans le monde entier, la production de mercure est limitée à quelques pays avec des lois environnementales assouplies. L’extraction du mercure a complètement cessé en Espagne, qui était jusqu’en 1989 le plus grand producteur mondial. Aux États-Unis, l’extraction du mercure a également cessé, bien que de petites quantités de mercure soient récupérées dans le cadre du processus de raffinage de l’or pour éviter la contamination de l’environnement. La Chine, la Russie (anciennement l’URSS), le Mexique et l’Algérie étaient les plus grands producteurs de mercure en 1992.

Matières premières

Le mercure se trouve rarement seul dans la nature. La plupart du mercure est lié chimiquement à d’autres matériaux sous forme de minerais. Le minerai le plus courant est le sulfure de mercure rouge (HgS), également connu sous le nom de cinabre. D’autres minerais de mercure comprennent la cordéroïte (Hg 3 S 2 Cl 2), la livingstonite (HgSb 4 S 8), la montroydite (HgO) et le calomel (HgCl). Il y en a plusieurs autres. Les minerais de mercure se forment sous terre lorsque des solutions minérales chaudes s’élèvent vers la surface de la terre sous l’influence de l’action volcanique. On les trouve généralement dans les roches fissurées et fracturées à des profondeurs relativement faibles de 3-3000 ft (1-1000 m).

Les autres sources de mercure comprennent les décharges et les tas de résidus des opérations d’extraction et de traitement antérieures, moins efficaces.

Le processus de fabrication

Le processus d’extraction du mercure de ses minerais n’a pas beaucoup changé depuis qu’Aristote l’a décrit pour la première fois il y a plus de 2 300 ans. Le minerai de cinabre est broyé et chauffé pour libérer le mercure sous forme de vapeur. La vapeur de mercure est ensuite refroidie, condensée et recueillie. Près de 95% de la teneur en mercure du minerai de cinabre peut être récupérée par ce procédé.

Voici une séquence typique d’opérations utilisées pour l’extraction et le raffinage modernes du mercure.

Extraction

Le minerai de cinabre se trouve dans des gisements concentrés situés à la surface ou près de la surface. Environ 90% de ces gisements sont suffisamment profonds pour nécessiter une exploitation souterraine avec des tunnels. Les 10% restants peuvent être creusés dans des fosses à ciel ouvert.

• 1 Le cinabre est délogé des roches environnantes par forage et dynamitage avec des explosifs ou par l’utilisation d’équipements électriques. Le minerai est extrait de la mine sur des bandes transporteuses ou dans des camions ou des trains.

Torréfaction

Le minerai de cinabre étant relativement concentré, il peut être traité directement sans étapes intermédiaires pour éliminer les déchets.

• 2 Le minerai est d’abord broyé dans un ou plusieurs concasseurs à cône. Un concasseur à cône se compose d’un cône de broyage intérieur qui tourne sur un axe vertical excentrique à l’intérieur d’un cône extérieur fixe. Lorsque le minerai est introduit dans le haut du concasseur, il est pressé entre les deux cônes et brisé en petits morceaux.
• 3 Le minerai concassé est ensuite broyé encore plus petit par une série de moulins. Chaque moulin est constitué d’un grand récipient cylindrique posé sur le côté et tournant sur son axe horizontal. Le moulin peut être rempli de courtes longueurs de tiges d’acier ou de billes d’acier pour assurer l’action de meulage.
• 4 Le minerai finement poudré est introduit dans un four ou un four pour être chauffé. Certaines opérations utilisent un four à foyer multiple, dans lequel le minerai est déplacé mécaniquement le long d’un arbre vertical d’un rebord, ou foyer, à l’autre par des râteaux à rotation lente. D’autres opérations utilisent un four rotatif, dans lequel le minerai est dégringolé sur la longueur d’un long cylindre rotatif incliné de quelques degrés à l’horizontale. Dans les deux cas, la chaleur est fournie par la combustion du gaz naturel ou d’un autre combustible dans la partie inférieure du four ou du four. Le cinabre chauffé (HgS) réagit avec l’oxygène (02) dans l’air pour produire du dioxyde de soufre (SO 2), permettant au mercure de s’élever sous forme de vapeur. Ce processus s’appelle la torréfaction.

Condensation

• 5 La vapeur de mercure monte et sort du four ou du four avec le dioxyde de soufre, la vapeur d’eau et d’autres produits de combustion. Une quantité considérable de poussières fines provenant du minerai en poudre est également transportée et doit être séparée et capturée.
• 6 L’échappement du four chaud passe à travers un condenseur refroidi à l’eau. Lorsque les gaz d’échappement se refroidissent, le mercure, qui a un point d’ébullition de 675 ° F (357 ° C), est le premier à se condenser en liquide, laissant les autres gaz et vapeurs à évacuer ou à traiter davantage pour réduire la pollution de l’air.
• 7 Le mercure liquide est recueilli. Comme le mercure a une densité très élevée, les impuretés ont tendance à remonter à la surface et à former un film ou une écume sombre. Ces impuretés sont éliminées par filtration, laissant un mercure liquide pur à environ 99,9%. Les impuretés sont traitées à la chaux jusqu’à
  

  Afin d’extraire le mercure de ses minerais, le minerai de cinabre est broyé et chauffé pour libérer le mercure sous forme de vapeur. La vapeur de mercure est ensuite refroidie, condensée et recueillie.

  séparez et capturez tout mercure qui pourrait avoir formé des composés.

Raffinage

La plupart du mercure de qualité commerciale est pur à 99,9% et peut être utilisé directement à partir du processus de torréfaction et de condensation. Le mercure de pureté supérieure est nécessaire pour certaines applications limitées et doit être affiné davantage. Ce mercure ultrapure commande un prix premium.

• 8 Une pureté plus élevée peut être obtenue par plusieurs méthodes de raffinage. Le mercure peut être à nouveau filtré mécaniquement et certaines impuretés peuvent être éliminées par oxydation avec des produits chimiques ou de l’air. Dans certains cas, le mercure est raffiné par un processus électrolytique, dans lequel un courant électrique traverse un réservoir de mercure liquide pour éliminer les impuretés. La méthode de raffinage la plus courante est la triple distillation, dans laquelle la température du mercure liquide est soigneusement élevée jusqu’à ce que les impuretés s’évaporent ou que le mercure lui-même s’évapore, laissant les impuretés derrière. Ce processus de distillation est effectué trois fois, la pureté augmentant à chaque fois.

Expédition

• 9 Du mercure de qualité commerciale est versé dans des flacons en fer forgé ou en acier et scellé. Chaque flacon contient 34,5 kg (76 lb) de mercure. Le mercure de pureté supérieure est généralement scellé dans des récipients en verre ou en plastique plus petits pour l’expédition.

Contrôle de la qualité

Le mercure de qualité commerciale avec une pureté de 99,9% est appelé mercure de qualité vierge prime. Le mercure ultrapure est généralement produit par la méthode de triple distillation et est appelé mercure triple distillation.

Les inspections de contrôle de la qualité du processus de torréfaction et de condensation consistent à vérifier sur place la présence de métaux étrangers dans le mercure liquide condensé, car ce sont les contaminants les plus courants. La présence d’or, d’argent et de métaux communs est détectée à l’aide de diverses méthodes de test chimique.

Le mercure triple distillé est testé par évaporation ou analyse spectrographique. Dans la méthode d’évaporation, un échantillon de mercure est évaporé et le résidu est pesé. Dans la méthode d’analyse spectrographique, un échantillon de mercure est évaporé et le résidu est mélangé avec du graphite. La lumière provenant du mélange résultant est visualisée avec un spectromètre, qui sépare la lumière en différentes bandes de couleurs en fonction des éléments chimiques présents.

Effets sur la santé et l’environnement

Le mercure est hautement toxique pour l’homme. L’exposition peut provenir de l’inhalation, de l’ingestion ou de l’absorption par la peau. Des trois, l’inhalation de vapeur de mercure est la plus dangereuse. Une exposition à court terme à la vapeur de mercure peut produire une faiblesse, des frissons, des nausées, des vomissements, de la diarrhée et d’autres symptômes en quelques heures. Le rétablissement est généralement terminé une fois que la victime est retirée de la source. L’exposition à long terme à la vapeur de mercure produit des tremblements, de l’irritabilité, de l’insomnie, de la confusion, une salivation excessive et d’autres effets débilitants.

Dans des situations normales, la plupart des expositions au mercure proviennent de l’ingestion de certains aliments, tels que le poisson, dans lesquels le mercure s’est accumulé à des niveaux élevés. Bien que le mercure ne soit pas absorbé en grande quantité lors de son passage dans le système digestif humain, il a été démontré que l’ingestion sur une longue période avait des effets cumulatifs.

Dans les situations industrielles, l’exposition au mercure est un danger beaucoup plus grave. L’extraction et le traitement du minerai de mercure peuvent exposer les travailleurs à la vapeur de mercure ainsi qu’au contact direct avec la peau. La production de chlore et de soude caustique peut également entraîner d’importants risques d’exposition au mercure. Les dentistes et les assistants dentaires peuvent être exposés au mercure lors de la préparation et de la pose de plombages à base d’amalgame de mercure.

Parce que le mercure présente un grave danger pour la santé, son utilisation et son rejet dans l’environnement font l’objet de restrictions de plus en plus strictes. En 1988, on estimait que 24 millions de lb/an (11 millions de kglyr) de mercure étaient rejetés dans l’air, la terre et l’eau à travers le monde à la suite des activités humaines. Cela comprenait le mercure rejeté par l’extraction et le raffinage du mercure, diverses opérations de fabrication, la combustion du charbon, le rejet des déchets municipaux et des boues d’épuration et d’autres sources.

Aux États-Unis, l’Environmental Protection Agency (EPA) a interdit l’utilisation du mercure pour de nombreuses applications. L’EPA s’est fixé comme objectif de réduire la teneur en mercure des déchets municipaux de 1,4 million d’Ib/an (0,64 million de kg/an) en 1989 à 0,35 million de lb/an (0,16 million de kg/an) d’ici 2000. Pour ce faire, il faut réduire l’utilisation du mercure dans les produits et augmenter le détournement du mercure des déchets municipaux par le recyclage.

L’avenir

Le mercure reste un composant important dans de nombreux produits et procédés, bien que son utilisation devrait continuer à diminuer. L’amélioration de la manipulation et du recyclage du mercure devrait réduire considérablement son rejet dans l’environnement et réduire ainsi son danger pour la santé.