Mercurio

Sfondo

Il mercurio è uno degli elementi chimici di base. È un metallo pesante e argenteo che è liquido a temperature normali. Il mercurio forma facilmente leghe con altri metalli e questo lo rende utile nella lavorazione dell’oro e dell’argento. Gran parte dell’impulso allo sviluppo di giacimenti di mercurio negli Stati Uniti è venuto dopo la scoperta di oro e argento in California e in altri stati occidentali nel 1800. Sfortunatamente, il mercurio è anche un materiale altamente tossico e, di conseguenza, il suo uso è fortemente diminuito negli ultimi 20 anni. Le sue principali applicazioni sono nella produzione di cloro e soda caustica, e come componente di molti dispositivi elettrici, tra cui lampade fluorescenti e vapori di mercurio.

Il mercurio è stato trovato in tombe egizie risalenti al 1500 a.C. circa , ed è stato probabilmente utilizzato per scopi cosmetici e medicinali anche prima. Intorno al 350 a. C. , il filosofo greco e scienziato Aristotele descrisse come il minerale di cinabro veniva riscaldato per estrarre mercurio per le cerimonie religiose. I Romani usavano il mercurio per una varietà di scopi e gli diedero il nome hydrargyrum, che significa argento liquido, da cui deriva il simbolo chimico del mercurio, Hg.

La domanda di mercurio aumentò notevolmente nel 1557 con lo sviluppo di un processo che utilizzava il mercurio per estrarre l’argento dal suo minerale. Il barometro a mercurio fu inventato da Torricelli nel 1643, seguito dall’invenzione del termometro a mercurio da parte di Fahrenheit nel 1714. Il primo utilizzo di una lega di mercurio, o amalgama, come un dente di riempimento in odontoiatria è stato nel 1828, anche se le preoccupazioni per la natura tossica del mercurio impedito l’uso diffuso di questa nuova tecnica. Fu solo nel 1895 che il lavoro sperimentale di G. V. Black dimostrò che le otturazioni in amalgama erano sicure, anche se 100 anni dopo gli scienziati stavano ancora discutendo su questo punto.

Mercury ha trovato la sua strada in molti prodotti e applicazioni industriali dopo il 1900. Era comunemente usato in batterie, vernici, esplosivi, lampadine, interruttori della luce, prodotti farmaceutici, fungicidi e pesticidi. Il mercurio è stato anche usato come parte dei processi per produrre carta, feltro, vetro e molte materie plastiche.

Nel 1980, la crescente comprensione e consapevolezza degli effetti nocivi per la salute e l’ambiente del mercurio ha iniziato a superare notevolmente i suoi benefici e l’uso ha iniziato a diminuire drasticamente. Nel 1992, il suo uso nelle batterie era sceso a meno del 5% del suo livello nel 1988, e l’uso complessivo nei dispositivi elettrici e nelle lampadine era sceso del 50% nello stesso periodo. L’uso del mercurio in vernici, fungicidi e pesticidi è stato vietato negli Stati Uniti e il suo uso nei processi di produzione di carta, feltro e vetro è stato volontariamente interrotto.

In tutto il mondo, la produzione di mercurio è limitata a pochi paesi con leggi ambientali rilassate. L’estrazione del mercurio è cessata del tutto in Spagna, che fino al 1989 era il più grande produttore mondiale. Negli Stati Uniti, anche l’estrazione del mercurio si è interrotta, sebbene piccole quantità di mercurio vengano recuperate come parte del processo di raffinazione dell’oro per evitare la contaminazione ambientale. Cina, Russia (ex URSS), Messico e Algeria erano i maggiori produttori di mercurio nel 1992.

Materie prime

Il mercurio si trova raramente da solo in natura. La maggior parte del mercurio è chimicamente legato ad altri materiali sotto forma di minerali. Il minerale più comune è il solfuro di mercurio rosso (HgS), noto anche come cinabro. Altri minerali di mercurio includono corderoite (Hg 3 S 2 Cl 2 ), livingstonite (HgSb 4 S 8 ), montroidite (HgO) e calomel (HgCl). Ce ne sono molti altri. I minerali di mercurio si formano sottoterra quando le soluzioni minerali calde salgono verso la superficie terrestre sotto l’influenza dell’azione vulcanica. Di solito si trovano in rocce fagliate e fratturate a profondità relativamente basse di 3-3000 ft (1-1000 m).

Altre fonti di mercurio includono le discariche e le pile di coda di precedenti operazioni di estrazione e lavorazione meno efficienti.

Il processo di produzione

Il processo di estrazione del mercurio dai suoi minerali non è cambiato molto da quando Aristotele lo descrisse per la prima volta oltre 2.300 anni fa. Il minerale di cinabro viene schiacciato e riscaldato per rilasciare il mercurio come vapore. Il vapore di mercurio viene quindi raffreddato, condensato e raccolto. Quasi il 95% del contenuto di mercurio del minerale di cinabro può essere recuperato utilizzando questo processo.

Ecco una tipica sequenza di operazioni utilizzate per la moderna estrazione e raffinazione del mercurio.

Mining

Il minerale di cinabro si verifica in depositi concentrati situati in corrispondenza o vicino alla superficie. Circa il 90% di questi depositi sono abbastanza profondi da richiedere miniere sotterranee con tunnel. Il restante 10% può essere scavato da fosse aperte.

• 1 Il cinabro viene rimosso dalle rocce circostanti mediante perforazione e sabbiatura con esplosivi o mediante l’uso di apparecchiature elettriche. Il minerale viene portato fuori dalla miniera su nastri trasportatori o in camion o treni.

Torrefazione

Poiché il minerale di cinabro è relativamente concentrato, può essere lavorato direttamente senza passaggi intermedi per rimuovere il materiale di scarto.

• 2 Il minerale viene prima frantumato in uno o più frantoi a cono. Un frantoio a cono è costituito da un cono di macinazione interno che ruota su un asse verticale eccentrico all’interno di un cono esterno fisso. Quando il minerale viene immesso nella parte superiore del frantoio, viene schiacciato tra i due coni e spezzato in pezzi più piccoli.
• 3 Il minerale frantumato viene quindi macinato ancora più piccolo da una serie di mulini. Ogni mulino è costituito da un grande contenitore cilindrico che si trova sul suo lato e ruota sul suo asse orizzontale. Il mulino può essere riempito con brevi lunghezze di barre d’acciaio o con sfere d’acciaio per fornire l’azione di macinazione.
• 4 Il minerale finemente in polvere viene immesso in un forno o forno da riscaldare. Alcune operazioni utilizzano un forno a focolare multiplo, in cui il minerale viene spostato meccanicamente lungo un albero verticale da una sporgenza, o focolare, all’altra ruotando lentamente i rastrelli. Altre operazioni utilizzano un forno rotante, in cui il minerale viene fatto cadere lungo la lunghezza di un lungo cilindro rotante inclinato di alcuni gradi in orizzontale. In entrambi i casi, il calore viene fornito bruciando gas naturale o qualche altro combustibile nella parte inferiore del forno o del forno. Il cinabro riscaldato (HgS) reagisce con l’ossigeno (02) nell’aria per produrre anidride solforosa (SO 2 ), permettendo al mercurio di salire come vapore. Questo processo è chiamato torrefazione.

Condensazione

• 5 Il vapore di mercurio sale e fuori dal forno o dal forno insieme all’anidride solforosa, al vapore acqueo e ad altri prodotti della combustione. Anche una notevole quantità di polvere fine dal minerale in polvere viene trasportata e deve essere separata e catturata.
• 6 Lo scarico del forno caldo passa attraverso un condensatore raffreddato ad acqua. Mentre lo scarico si raffredda, il mercurio, che ha un punto di ebollizione di 675° F (357° C), è il primo a condensare in un liquido, lasciando gli altri gas e vapori da scaricare o da elaborare ulteriormente per ridurre l’inquinamento atmosferico.
• 7 Il mercurio liquido viene raccolto. Poiché il mercurio ha un peso specifico molto elevato, eventuali impurità tendono a salire in superficie e formare un film scuro o schiuma. Queste impurità vengono rimosse per filtrazione, lasciando un mercurio liquido che è puro al 99,9%. Le impurità sono trattate con calce a
  

  Al fine di estrarre il mercurio dai suoi minerali, il minerale di cinabro viene schiacciato e riscaldato per rilasciare il mercurio come vapore. Il vapore di mercurio viene quindi raffreddato, condensato e raccolto.

  separa e cattura qualsiasi mercurio, che potrebbe aver formato composti.

Raffinazione

La maggior parte del mercurio commerciale è puro al 99,9% e può essere utilizzato direttamente dal processo di tostatura e condensazione. Il mercurio di maggiore purezza è necessario per alcune applicazioni limitate e deve essere ulteriormente raffinato. Questo mercurio ultrapuro comanda un prezzo premium.

• 8 Maggiore purezza può essere ottenuta attraverso diversi metodi di raffinazione. Il mercurio può essere nuovamente filtrato meccanicamente e alcune impurità possono essere rimosse attraverso l’ossidazione con sostanze chimiche o aria. In alcuni casi il mercurio viene raffinato attraverso un processo elettrolitico, in cui una corrente elettrica viene fatta passare attraverso un serbatoio di mercurio liquido per rimuovere le impurità. Il metodo di raffinazione più comune è la tripla distillazione, in cui la temperatura del mercurio liquido viene accuratamente sollevata fino a quando le impurità evaporano o il mercurio stesso evapora, lasciando le impurità dietro. Questo processo di distillazione viene eseguito tre volte, con la purezza che aumenta ogni volta.

Spedizione

• 9 Il mercurio di tipo commerciale viene versato in boccette in ferro battuto o acciaio e sigillato. Ogni pallone contiene 76 lb (34,5 kg) di mercurio. Il mercurio di maggiore purezza è solitamente sigillato in contenitori di vetro o plastica più piccoli per la spedizione.

Controllo di qualità

Il mercurio di grado commerciale con purezza del 99,9% è chiamato mercurio di grado vergine principale. Il mercurio ultrapuro viene solitamente prodotto con il metodo della tripla distillazione e viene chiamato mercurio triplo distillato.

Controllo di qualità Le ispezioni del processo di tostatura e condensazione consistono nel controllo a campione del mercurio liquido condensato per la presenza di metalli estranei, poiché questi sono i contaminanti più comuni. La presenza di oro, argento e metalli di base viene rilevata utilizzando vari metodi di test chimici.

Il mercurio triplo distillato viene testato mediante evaporazione o analisi spettrografica. Nel metodo di evaporazione, un campione di mercurio viene evaporato e il residuo viene pesato. Nel metodo di analisi spettrografica, un campione di mercurio viene evaporato e il residuo viene miscelato con la grafite. La luce proveniente dalla miscela risultante viene visualizzata con uno spettrometro, che separa la luce in diverse bande di colore a seconda degli elementi chimici presenti.

Effetti sulla salute e sull’ambiente

Il mercurio è altamente tossico per l’uomo. L’esposizione può derivare da inalazione, ingestione o assorbimento attraverso la pelle. Dei tre, l’inalazione di vapori di mercurio è la più pericolosa. L’esposizione a breve termine ai vapori di mercurio può produrre debolezza, brividi, nausea, vomito, diarrea e altri sintomi entro poche ore. Il recupero è di solito completa una volta che la vittima viene rimosso dalla fonte. L’esposizione a lungo termine ai vapori di mercurio produce agitazione, irritabilità, insonnia, confusione, eccessiva salivazione e altri effetti debilitanti.

In situazioni normali, la maggior parte dell’esposizione al mercurio deriva dall’ingestione di determinati alimenti, come il pesce, in cui il mercurio si è accumulato a livelli elevati. Sebbene il mercurio non sia assorbito in grandi quantità quando passa attraverso il sistema digestivo umano, l’ingestione per un lungo periodo di tempo ha dimostrato di avere effetti cumulativi.

In situazioni industriali, l’esposizione al mercurio è un pericolo molto più grave. L’estrazione e la lavorazione del minerale di mercurio possono esporre i lavoratori ai vapori di mercurio e al contatto diretto con la pelle. La produzione di cloro e soda caustica può anche causare rischi significativi di esposizione al mercurio. I dentisti e gli assistenti dentali possono essere esposti al mercurio durante la preparazione e l’immissione di otturazioni in amalgama di mercurio.

Poiché il mercurio rappresenta un grave pericolo per la salute, il suo uso e il suo rilascio nell’ambiente sono sottoposti a restrizioni sempre più severe. Nel 1988, è stato stimato che 24 milioni di lb/yr (11 milioni di kglyr) di mercurio sono stati rilasciati nell’aria, nella terra e nell’acqua in tutto il mondo come risultato delle attività umane. Ciò includeva il mercurio rilasciato dall’estrazione e dalla raffinazione del mercurio, varie operazioni di produzione, la combustione del carbone, lo scarto dei rifiuti urbani e dei fanghi di depurazione e altre fonti.

Negli Stati Uniti, l’Environmental Protection Agency (EPA) ha vietato l’uso del mercurio per molte applicazioni. L’EPA ha fissato l’obiettivo di ridurre il livello di mercurio presente nei rifiuti urbani da 1,4 milioni di Ib/anno (0,64 milioni di kg/anno) nel 1989 a 0,35 milioni di lb/anno (0,16 milioni di kg/anno) entro il 2000. Ciò deve essere realizzato diminuendo l’uso del mercurio nei prodotti e aumentando la deviazione del mercurio dai rifiuti urbani attraverso il riciclaggio.

Il futuro

Il mercurio è ancora una componente importante in molti prodotti e processi, anche se il suo uso dovrebbe continuare a diminuire. Si prevede che una migliore manipolazione e riciclaggio del mercurio riduca significativamente il suo rilascio nell’ambiente e quindi ne riduca il rischio per la salute. – Chris Cavette