kvicksilver

Bakgrund

kvicksilver är ett av de grundläggande kemiska elementen. Det är en tung, silverfärgad metall som är flytande vid normala temperaturer. Kvicksilver bildar lätt legeringar med andra metaller, vilket gör det användbart vid bearbetning av guld och silver. Mycket av drivkraften för att utveckla kvicksilvermalmfyndigheter i USA kom efter upptäckten av guld och silver i Kalifornien och andra västerländska stater på 1800-talet. Tyvärr är kvicksilver också ett mycket giftigt material, och som ett resultat har användningen minskat kraftigt under de senaste 20 åren. Dess huvudsakliga tillämpningar är i produktionen av klor och kaustiksoda, och som en del av många elektriska apparater, inklusive fluorescerande och kvicksilver-ånglampor.

kvicksilver har hittats i egyptiska gravar som dateras till omkring 1500 f.kr., och det användes förmodligen för kosmetiska och medicinska ändamål ännu tidigare. Omkring 350 F. kr. , den grekiska filosofen och forskaren Aristoteles beskrev hur cinnabarmalm värmdes för att extrahera kvicksilver för religiösa ceremonier. Romarna använde kvicksilver för en mängd olika ändamål och gav det namnet hydrargyrum, vilket betyder flytande silver, från vilket den kemiska symbolen för kvicksilver, Hg, härleds.

efterfrågan på kvicksilver ökade kraftigt 1557 med utvecklingen av en process som använde kvicksilver för att extrahera silver från sin malm. Kvicksilverbarometern uppfanns av Torricelli 1643, följt av uppfinningen av kvicksilvertermometern av Fahrenheit 1714. Den första användningen av en kvicksilverlegering, eller amalgam, som tandfyllning i tandvård var 1828, även om oro över kvicksilverets giftiga natur förhindrade den utbredda användningen av denna nya teknik. Det var inte förrän 1895 som experimentellt arbete av GV Black visade att amalgamfyllningar var säkra, även om 100 år senare diskuterade forskare fortfarande den punkten.

kvicksilver hittade sin väg in i många produkter och industriella applikationer efter 1900. Det användes ofta i batterier, färger, sprängämnen, glödlampor, ljusbrytare, läkemedel, fungicider och bekämpningsmedel. Kvicksilver användes också som en del av processerna för att producera papper, filt, glas och många plaster.

på 1980-talet började ökad förståelse och medvetenhet om de skadliga hälso-och miljöeffekterna av kvicksilver kraftigt uppväga dess fördelar och användningen började sjunka kraftigt. År 1992 hade användningen i batterier sjunkit till mindre än 5% av sin nivå 1988, och den totala användningen i elektriska apparater och glödlampor hade sjunkit 50% under samma period. Användningen av kvicksilver i färger, fungicider och bekämpningsmedel har förbjudits i USA, och dess användning i pappers -, filt-och glastillverkningsprocesserna har frivilligt avbrutits.

över hela världen är produktionen av kvicksilver begränsad till endast ett fåtal länder med avslappnade miljölagar. Kvicksilverbrytningen har helt upphört i Spanien, som fram till 1989 var världens största producent. I USA har kvicksilverbrytningen också upphört, även om små mängder kvicksilver återvinns som en del av guldraffineringsprocessen för att undvika miljöförorening. Kina, Ryssland (tidigare Sovjetunionen), Mexiko och Algeriet var de största kvicksilverproducenterna 1992.

råvaror

kvicksilver finns sällan av sig själv i naturen. De flesta kvicksilver är kemiskt bundna till andra material i form av malmer. Den vanligaste malmen är röd kvicksilversulfid (HgS), även känd som cinnabar. Andra kvicksilvermalmer inkluderar corderoite (Hg 3 S 2 Cl 2 ), livingstonit (HgSb 4 s 8 ), montroydite (HgO) och calomel (HgCl). Det finns flera andra. Kvicksilvermalmer bildas under jord när varma minerallösningar stiger mot jordens yta under påverkan av vulkanisk verkan. De finns vanligtvis i felaktiga och brutna stenar på relativt grunda djup på 3-3000 ft (1-1000 m).

andra källor till kvicksilver inkluderar soptippar och tailing högar av tidigare, mindre effektiva gruv-och bearbetningsoperationer.

tillverkningsprocessen

processen för att extrahera kvicksilver från sina malmer har inte förändrats mycket sedan Aristoteles först beskrev det för över 2300 år sedan. Cinnabarmalm krossas och upphettas för att frigöra kvicksilver som en ånga. Kvicksilverångan kyls sedan, kondenseras och samlas upp. Nästan 95% av kvicksilverinnehållet i cinnabarmalm kan återvinnas med denna process.

här är en typisk sekvens av operationer som används för modern utvinning och raffinering av kvicksilver.

gruvdrift

Cinnabarmalm förekommer i koncentrerade avlagringar belägna vid eller nära ytan. Cirka 90% av dessa insättningar är tillräckligt djupa för att kräva underjordisk gruvdrift med tunnlar. De återstående 10% kan utgrävas från öppna gropar.

• 1 Cinnabar lossas från de omgivande klipporna genom borrning och sprängning med sprängämnen eller genom användning av kraftutrustning. Malmen tas ut ur gruvan på transportband eller i lastbilar eller tåg.

rostning

eftersom cinnabarmalm är relativt koncentrerad kan den bearbetas direkt utan några mellanliggande steg för att avlägsna avfallsmaterial.

• 2 malmen krossas först i en eller flera konkrossar. En konkross består av en inre slipkon som roterar på en excentrisk vertikal axel inuti en fast yttre kon. När malmen matas in i toppen av krossen pressas den mellan de två konerna och bryts i mindre bitar.
• 3 den krossade malmen mals sedan ännu mindre av en serie kvarnar. Varje Kvarn består av en stor cylindrisk behållare som ligger på sin sida och roterar på sin horisontella axel. Kvarnen kan fyllas med korta längder av stålstänger eller med stålkulor för att ge slipverkan.
• 4 den finpulverade malmen matas in i en ugn eller ugn som ska värmas upp. Vissa operationer använder en ugn med flera eldstäder, där malmen mekaniskt flyttas ner en vertikal axel från en avsats eller härd till nästa genom att långsamt rotera krattor. Andra operationer använder en roterande ugn, där malmen tumlas ner längden på en lång, roterande cylinder som lutar några grader horisontellt. I båda fallen tillhandahålls värme genom förbränning av naturgas eller något annat bränsle i den nedre delen av ugnen eller ugnen. Den uppvärmda cinnabar (HgS) reagerar med syre (02) i luften för att producera svaveldioxid (SO 2 ), vilket gör att kvicksilveret kan stiga som en ånga. Denna process kallas rostning.

kondensering

• 5 kvicksilverångan stiger upp och ut ur ugnen eller ugnen tillsammans med svaveldioxid, vattenånga och andra förbränningsprodukter. En avsevärd mängd fint damm från pulvermalmen transporteras också och måste separeras och fångas.
• 6 den heta ugnsavgasen passerar genom en vattenkyld kondensor. När avgaserna svalnar är kvicksilveret, som har en kokpunkt på 675 f (357 C), den första som kondenserar till en vätska, vilket gör att de andra gaserna och ångorna ventileras eller bearbetas ytterligare för att minska luftföroreningar.
• 7 det flytande kvicksilveret samlas upp. Eftersom kvicksilver har en mycket hög specifik vikt tenderar eventuella föroreningar att stiga till ytan och bilda en mörk film eller skum. Dessa föroreningar avlägsnas genom filtrering och lämnar ett flytande kvicksilver som är cirka 99,9% rent. Föroreningarna behandlas med kalk till
  

  för att extrahera kvicksilver från sina malmer krossas cinnabarmalm och upphettas för att frigöra kvicksilveret som en ånga. Kvicksilverångan kyls sedan, kondenseras och samlas upp.

  separera och fånga upp kvicksilver, som kan ha bildat föreningar.

raffinering

mest kvicksilver av kommersiell kvalitet är 99,9% rent och kan användas direkt från rostnings-och kondenseringsprocessen. Kvicksilver med högre renhet behövs för vissa begränsade tillämpningar och måste förfinas ytterligare. Denna ultrapure kvicksilver kommandon ett premiumpris.

• 8 högre renhet kan erhållas genom flera raffineringsmetoder. Kvicksilveret kan filtreras mekaniskt igen och vissa föroreningar kan avlägsnas genom oxidation med kemikalier eller luft. I vissa fall raffineras kvicksilveret genom en elektrolytisk process, där en elektrisk ström passerar genom en tank med flytande kvicksilver för att avlägsna föroreningarna. Den vanligaste raffineringsmetoden är trippeldestillation, där temperaturen på det flytande kvicksilveret försiktigt höjs tills föroreningarna antingen avdunstar eller själva kvicksilveret avdunstar och lämnar föroreningarna bakom sig. Denna destillationsprocess utförs tre gånger, med renheten ökar varje gång.

Frakt

• 9 kommersiellt kvicksilver hälls i smidesjärn eller stålkolvar och förseglas. Varje kolv innehåller 76 lb (34,5 kg) kvicksilver. Kvicksilver med högre renhet förseglas vanligtvis i mindre glas-eller plastbehållare för transport.

kvalitetskontroll

kommersiellt kvicksilver med 99,9% renhet kallas prime virgin-grade kvicksilver. Ultrapure kvicksilver produceras vanligtvis genom trippeldestillationsmetoden och kallas trippeldestillerat kvicksilver.

kvalitetskontroller av rostnings-och kondenseringsprocessen består av spotkontroll av kondenserat flytande kvicksilver för förekomst av främmande metaller, eftersom de är de vanligaste föroreningarna. Närvaron av guld, silver och basmetaller detekteras med olika kemiska testmetoder.

Trippeldestillerat kvicksilver testas genom avdunstning eller spektrografisk analys. I förångningsmetoden indunstas ett kvicksilverprov och återstoden vägs. I den spektrografiska analysmetoden indunstas ett kvicksilverprov och återstoden blandas med grafit. Ljus som kommer från den resulterande blandningen ses med en spektrometer, som separerar ljuset i olika färgband beroende på de närvarande kemiska elementen.

hälso-och miljöeffekter

kvicksilver är mycket giftigt för människor. Exponering kan komma från inandning, förtäring eller absorption genom huden. Av de tre är inandning av kvicksilverånga den farligaste. Kortvarig exponering för kvicksilverånga kan ge svaghet, frossa, illamående, kräkningar, diarre och andra symtom inom några timmar. Återhämtningen är vanligtvis klar när offret har tagits bort från källan. Långvarig exponering för kvicksilverånga ger skakningar, irritabilitet, sömnlöshet, förvirring, överdriven salivation och andra försvagande effekter.

i normala situationer kommer mest exponering för kvicksilver från intag av vissa livsmedel, såsom fisk, där kvicksilveret har ackumulerats på höga nivåer. Även om kvicksilver inte absorberas i stora mängder när det passerar genom matsmältningssystemet, har intag under en lång tidsperiod visat sig ha kumulativa effekter.

i industriella situationer är kvicksilverexponering en mycket allvarligare fara. Brytning och bearbetning av kvicksilvermalm kan utsätta arbetare för kvicksilverånga såväl som för direktkontakt med huden. Produktionen av klor och kaustik soda kan också orsaka betydande risker för kvicksilverexponering. Tandläkare och tandassistenter kan utsättas för kvicksilver när de förbereder och placerar kvicksilveramalgamfyllningar.

eftersom kvicksilver utgör en allvarlig hälsorisk har dess användning och utsläpp till miljön blivit allt hårdare. 1988 uppskattades att 24 miljoner lb/år (11 miljoner kglyr) kvicksilver släpptes ut i luften, land och vatten över hela världen som ett resultat av mänskliga aktiviteter. Detta inkluderade kvicksilver som släpptes ut genom kvicksilverbrytning och raffinering, olika tillverkningsoperationer, förbränning av kol, kassering av kommunalt avfall och avloppsslam och andra källor.

i USA har Environmental Protection Agency (EPA) förbjudit användning av kvicksilver för många tillämpningar. EPA har satt upp ett mål att minska kvicksilverhalten i kommunalt avfall från 1,4 miljoner Ib/år (0,64 miljoner kg/år) 1989 till 0,35 miljoner lb/år (0,16 miljoner kg/år) år 2000. Detta ska åstadkommas genom att minska användningen av kvicksilver i produkter och öka avledningen av kvicksilver från kommunalt avfall genom återvinning.

framtiden

kvicksilver är fortfarande en viktig komponent i många produkter och processer, även om användningen förväntas fortsätta att minska. Förbättrad hantering och återvinning av kvicksilver förväntas avsevärt minska dess utsläpp till miljön och därmed minska dess hälsorisk.