kwik

Achtergrond

kwik is een van de chemische basiselementen. Het is een zwaar, zilverachtig metaal dat vloeibaar is bij normale temperaturen. Kwik vormt gemakkelijk legeringen met andere metalen, en dit maakt het nuttig bij de verwerking van goud en zilver. Een groot deel van de impuls om kwikertsafzettingen in de Verenigde Staten te ontwikkelen kwam na de ontdekking van goud en zilver in Californië en andere westerse staten in de jaren 1800. Helaas is kwik ook een zeer giftig materiaal, waardoor het gebruik ervan de afgelopen twintig jaar sterk is afgenomen. De belangrijkste toepassingen zijn in de productie van chloor en bijtende soda, en als onderdeel van vele elektrische apparaten, met inbegrip van fluorescerende en kwikdamplampen.

Mercurius is gevonden in Egyptische graven die dateren uit ongeveer 1500 v.Chr. en het werd waarschijnlijk al eerder gebruikt voor cosmetische en medicinale doeleinden. In ongeveer 350 B. C. de Griekse filosoof en wetenschapper Aristoteles beschreef hoe cinnabar erts werd verhit om kwik te extraheren voor religieuze ceremonies. De Romeinen gebruikten Mercurius voor verschillende doeleinden en gaven het de naam hydrargyrum, wat vloeibaar zilver betekent, waarvan het chemische symbool voor Mercurius, Hg, is afgeleid. de vraag naar kwik nam sterk toe in 1557 met de ontwikkeling van een proces waarbij kwik werd gebruikt om zilver uit zijn erts te extraheren. De kwikbarometer werd uitgevonden door Torricelli in 1643, gevolgd door de uitvinding van de kwikthermometer door Fahrenheit in 1714. Het eerste gebruik van een kwiklegering, of amalgaam, als tandvulling in de tandheelkunde was in 1828, hoewel bezorgdheid over de toxische aard van kwik het wijdverspreide gebruik van deze nieuwe techniek verhinderde. Het was pas in 1895 dat experimenteel werk van G. V. Black aantoonde dat amalgaamvullingen veilig waren, hoewel 100 jaar later wetenschappers daar nog over discussieerden.

kwik vond zijn weg naar vele producten en industriële toepassingen na 1900. Het werd vaak gebruikt in batterijen, verven, explosieven, gloeilampen, Lichtschakelaars, geneesmiddelen, fungiciden en pesticiden. Kwik werd ook gebruikt als onderdeel van de processen om papier, vilt, glas en vele kunststoffen te produceren. in de jaren tachtig begon het inzicht in en het bewustzijn van de schadelijke gevolgen voor de gezondheid en het milieu van kwik sterk op te wegen tegen de voordelen ervan en begon het gebruik sterk te dalen. In 1992 was het gebruik in batterijen gedaald tot minder dan 5% van het niveau in 1988, en het totale gebruik in elektrische apparaten en lampen was in dezelfde periode met 50% gedaald. Het gebruik van kwik in verf, fungiciden en pesticiden is verboden in de Verenigde Staten, en het gebruik ervan in het papier, vilt en glas-productieprocessen is vrijwillig stopgezet.

wereldwijd is de productie van kwik beperkt tot slechts enkele landen met versoepelde milieuwetgeving. In Spanje, dat tot 1989 de grootste producent ter wereld was, is de kwikmijnbouw volledig stopgezet. In de Verenigde Staten is ook de kwikmijnbouw gestopt, hoewel kleine hoeveelheden kwik worden teruggewonnen als onderdeel van het goudraffinageproces om verontreiniging van het milieu te voorkomen. China, Rusland (voorheen de USSR), Mexico en Algerije waren de grootste producenten van kwik in 1992.

grondstoffen

kwik wordt zelden op zichzelf in de natuur aangetroffen. Het meeste kwik is chemisch gebonden aan andere materialen in de vorm van ertsen. Het meest voorkomende erts is rood kwiksulfide (HGS), ook bekend als cinnabar. Andere kwikerts zijn corderoiet (Hg 3 S 2 Cl 2 ), livingstoniet (HgSb 4 S 8), montroydiet (HgO) en calomel (hgcl). Er zijn er nog meer. Kwikerts worden ondergronds gevormd wanneer warme minerale oplossingen naar het aardoppervlak stijgen onder invloed van vulkanische werking. Ze worden meestal gevonden in gebroken en gebroken rotsen op relatief ondiepe dieptes van 3-3000 ft (1-1000 m).

andere bronnen van kwik zijn de stortplaatsen en volghopen van eerdere, minder efficiënte mijnbouw-en verwerkingsactiviteiten.

het productieproces

het proces voor de winning van kwik uit zijn ertsen is niet veel veranderd sinds Aristoteles het meer dan 2.300 jaar geleden voor het eerst beschreef. Cinnabar erts wordt geplet en verhit om het kwik als damp vrij te geven. De kwikdamp wordt dan gekoeld, gecondenseerd en opgevangen. Bijna 95% van het kwikgehalte van cinnabar-erts kan met dit proces worden teruggewonnen.

Hier is een typische reeks bewerkingen die worden gebruikt voor de moderne extractie en raffinage van kwik.

mijnbouw

Cinnabererts komt voor in geconcentreerde afzettingen aan of nabij het oppervlak. Ongeveer 90% van deze afzettingen zijn diep genoeg om ondergrondse mijnbouw met tunnels nodig. De resterende 10% kan worden opgegraven uit open kuilen.

• 1 Cinnabar wordt losgemaakt van de omringende rotsen door boren en stralen met explosieven of door gebruik te maken van elektrische apparatuur. Het erts wordt uit de mijn gebracht op transportbanden of in vrachtwagens of treinen.

roosteren

omdat cinnabarerts relatief geconcentreerd is, kan het direct worden verwerkt zonder tussenstappen om afvalmateriaal te verwijderen.

• 2 het erts wordt eerst fijngemaakt in een of meer kegelbrekers. Een kegelbreker bestaat uit een inwendige slijpkegel die op een excentrische verticale as in een vaste buitenste kegel draait. Als het erts in de bovenkant van de Breker wordt gevoerd, wordt het tussen de twee kegels geperst en in kleinere stukken gebroken.
• 3 het gemalen erts wordt vervolgens door een reeks molens nog kleiner vermalen. Elke molen bestaat uit een grote cilindrische container die op zijn kant ligt en op zijn horizontale as draait. De molen kan worden gevuld met korte lengtes van stalen staven of met stalen kogels om de slijpwerking te bieden.
• 4 het fijn poedererts wordt in een oven of oven gevoerd om te worden verhit. Bij sommige bewerkingen wordt gebruik gemaakt van een oven met meerdere haarden, waarbij het erts door langzaam draaiende harken mechanisch van de ene richel naar de andere wordt verplaatst. Andere bewerkingen maken gebruik van een draaitrommeloven, waarin het erts over de lengte van een lange, roterende cilinder wordt getuimeld die een paar graden horizontaal schuin staat. In beide gevallen wordt warmte geleverd door het verbranden van aardgas of een andere brandstof in het onderste gedeelte van de oven of oven. De verwarmde cinnabar (HgS) reageert met de zuurstof (02) in de lucht om zwaveldioxide (SO 2) te produceren, waardoor het kwik als damp stijgt. Dit proces heet roosteren.

condenserend

• 5 samen met zwaveldioxide, waterdamp en andere verbrandingsproducten stijgt de kwikdamp op en uit de oven of oven. Ook wordt een aanzienlijke hoeveelheid fijn stof van het poedererts meegevoerd en moet worden afgescheiden en opgevangen.
• 6 de uitlaat van de hete oven gaat door een watergekoelde condensor. Als de uitlaat afkoelt, is het kwik, dat een kookpunt van 357° C heeft, het eerste dat condenseert tot een vloeistof, waardoor de andere gassen en dampen worden ontlucht of verder worden verwerkt om de luchtvervuiling te verminderen.
• 7 het vloeibare kwik wordt verzameld. Omdat kwik een zeer hoog soortelijk gewicht heeft, stijgen eventuele onzuiverheden naar het oppervlak en vormen een donkere film of schuim. Deze onzuiverheden worden verwijderd door filtratie, waardoor een vloeibaar kwik dat ongeveer 99,9% zuiver. De onzuiverheden worden met kalk behandeld tot
  

  om kwik uit zijn ertsen te extraheren, wordt cinnabarerts fijngemaakt en verhit om het kwik als damp vrij te geven. De kwikdamp wordt dan gekoeld, gecondenseerd en opgevangen.

  elk kwik dat verbindingen kan hebben gevormd, scheiden en opvangen.

raffinage

het meeste kwik van commerciële kwaliteit is 99,9% zuiver en kan rechtstreeks worden gebruikt bij het roosten en condenseren. Kwik met een hogere zuiverheid is nodig voor enkele beperkte toepassingen en moet verder worden verfijnd. Deze ultrapure mercury heeft een premium prijs.

• 8 een hogere zuiverheid kan worden verkregen door verschillende raffinagemethoden. Het kwik kan opnieuw mechanisch worden gefilterd en bepaalde onzuiverheden kunnen worden verwijderd door oxidatie met chemicaliën of lucht. In sommige gevallen wordt het kwik geraffineerd door middel van een elektrolytisch proces, waarbij een elektrische stroom door een tank van vloeibaar kwik wordt geleid om de onzuiverheden te verwijderen. De meest voorkomende raffinagemethode is drievoudige destillatie, waarbij de temperatuur van het vloeibare kwik zorgvuldig wordt verhoogd totdat de onzuiverheden verdampen of het kwik zelf verdampt, waardoor de onzuiverheden achterblijven. Dit destillatieproces wordt drie keer uitgevoerd, waarbij de zuiverheid elke keer toeneemt.

Shipping

• 9 kwik van handelskwaliteit wordt in smeedijzeren of stalen kolven gegoten en verzegeld. Elke kolf bevat 34,5 kg kwik. Hogere zuiverheid kwik wordt meestal verzegeld in kleinere glazen of plastic containers voor verzending.

kwaliteitscontrole

kwik van handelskwaliteit met een zuiverheid van 99,9% wordt kwik van eerste persing genoemd. Ultrapuur kwik wordt meestal geproduceerd door de triple-destillatiemethode en wordt triple-gedestilleerd kwik genoemd.

kwaliteitscontroles van het roosten en condenseren bestaan uit een steekproefsgewijze controle van het gecondenseerde vloeibare kwik op de aanwezigheid van vreemde metalen, aangezien dit de meest voorkomende contaminanten zijn. De aanwezigheid van goud, zilver en onedele metalen wordt gedetecteerd met behulp van verschillende chemische testmethoden.

drievoudig gedestilleerd kwik wordt getest door verdamping of spectrografische analyse. Bij de verdampingsmethode wordt een kwikmonster verdampt en het residu gewogen. In de spectrografische analysemethode wordt een kwikmonster verdampt en wordt het residu gemengd met grafiet. Licht afkomstig van het resulterende mengsel wordt bekeken met een spectrometer, die het licht scheidt in verschillende kleurbanden afhankelijk van de chemische elementen aanwezig.

gezondheids-en milieueffecten

kwik is zeer giftig voor de mens. Blootstelling kan afkomstig zijn van inademing, inname of absorptie door de huid. Van de drie is het inademen van kwikdamp de gevaarlijkste. Korte termijn blootstelling aan kwikdamp kan zwakte, rillingen, misselijkheid, braken, diarree, en andere symptomen binnen een paar uur. Herstel is meestal voltooid zodra het slachtoffer van de bron wordt verwijderd. Langdurige blootstelling aan kwikdamp veroorzaakt schudden, prikkelbaarheid, slapeloosheid, verwarring, overmatige speekselvloed en andere slopende effecten.

in normale situaties wordt de meeste blootstelling aan kwik veroorzaakt door de inname van bepaalde levensmiddelen, zoals vis, waarin het kwik zich in hoge concentraties heeft opgehoopt. Hoewel kwik niet in grote hoeveelheden wordt opgenomen wanneer het door het spijsverteringsstelsel van de mens gaat, is aangetoond dat inname gedurende een lange periode cumulatieve effecten heeft.

in industriële situaties is blootstelling aan kwik een veel ernstiger gevaar. De winning en verwerking van kwikerts kan werknemers blootstellen aan kwikdamp en aan direct contact met de huid. De productie van chloor en bijtende soda kan ook aanzienlijke risico ‘ s voor blootstelling aan kwik veroorzaken. Tandartsen en tandartsassistenten kunnen worden blootgesteld aan kwik tijdens het bereiden en plaatsen van kwikamalgaamvullingen.

omdat kwik een ernstig gevaar voor de gezondheid vormt, zijn het gebruik en de lozing ervan in het milieu steeds strengere beperkingen opgelegd. In 1988, werd geschat dat 24 miljoen lb/jaar (11 miljoen kglyr) kwik werd vrijgegeven in de lucht, het land en het water wereldwijd als gevolg van menselijke activiteiten. Deze omvatten kwik dat vrijkomt door kwikwinning en-raffinage, diverse productieactiviteiten, de verbranding van steenkool, de teruggooi van stedelijk afval en zuiveringsslib, en andere bronnen.

in de Verenigde Staten heeft het Environmental Protection Agency (EPA) het gebruik van kwik voor vele toepassingen verboden. De EPA heeft als doel het kwikgehalte in stedelijk afval te verminderen van 1,4 miljoen Ib/jaar (0,64 miljoen kg/jaar) in 1989 tot 0,35 miljoen lb/jaar (0,16 miljoen kg/jaar) in 2000. Dit moet worden bereikt door het gebruik van kwik in producten te verminderen en het gebruik van kwik uit stedelijk afval door recycling te vergroten.

de toekomst

kwik is nog steeds een belangrijke component in veel producten en processen, hoewel het gebruik ervan naar verwachting zal blijven afnemen. Een betere verwerking en recycling van kwik zal naar verwachting het vrijkomen ervan in het milieu aanzienlijk verminderen en daardoor het gevaar voor de gezondheid verminderen.