Przewodnik po zastosowaniach rtęci w metalurgii

Rtęć, inaczej „rtęć”, jest zwartym, toksycznym pierwiastkiem metalicznym, który występuje w postaci płynnej w temperaturze pokojowej. Produkowane i badane przez tysiąclecia stosowanie rtęci stale spadało od lat 80. XX wieku w wyniku zwrócenia większej uwagi na negatywny wpływ na zdrowie ludzi i środowiska.

• Symbol atomowy: Hg
• Liczba atomowa: 80
• Kategoria elementu: metal przejściowy
• Gęstość: 15,534 g / cm³
• Temperatura topnienia: -38,9 ° C (102 ° F)
• Temperatura wrzenia: 356,9 ° C (674,4 ° F)
• Rezystywność elektryczna: 95,8 mikrohm / cm (20 ° C)

W temperaturze pokojowej rtęć jest gęstą, srebrzystą cieczą o bardzo wysokiej gęstości i niskim przewodnictwie cieplnym. Ma stosunkowo wysoki przewodnictwo elektryczne i łatwo tworzy amalgamaty (stopy) ze złotem i srebrem.

Jedną z najbardziej cenionych cech rtęci jest jej zdolność do równomiernego rozszerzania się i kurczenia w całym zakresie cieczy, w odpowiedzi na zmiany ciśnienia i temperatury. Rtęć jest również bardzo toksyczna dla ludzi i środowiska, co spowodowało drastyczne ograniczenie jej produkcji i zużycia w ciągu ostatnich kilku dekad.

Najwcześniejsze użycie Merkurego można prześledzić już w 1500 rpne, kiedy to był używany do ozdabiania grobowców w starożytnym Egipcie. Prawdopodobnie ze względu na swoje unikalne właściwości rtęć była wykorzystywana, badana i ceniona przez wiele cywilizacji, w tym starożytnych Greków, Rzymian, Chińczyków i Majów.

Przez stulecia ludzie wierzyli, że rtęć ma specjalne właściwości lecznicze, w związku z czym z niej korzystali jako środek moczopędny i przeciwbólowy, a także w lekach stosowanych w leczeniu różnych dolegliwości, od depresji po kiłę. Jest stosowany w kosmetykach i jako materiał dekoracyjny. Alchemicy w średniowieczu byli szczególnie zainteresowani zdolnością rtęci do wydobywania złota z rudy.

Na początku stało się jasne, że tajemniczy ciekły metal był toksyczny dla ludzi z powodu wysokiego szaleństwa i śmierci w kopalniach rtęci. Nie zapobiegło to jednak eksperymentom. Zastosowanie azotanu rtęci do przekształcania futra w filc, często stosowane przez XVIII i XIX-wiecznych producentów kapeluszy, spowodowało wyrażenie „szalony jak kapelusznik”.

W latach 1554–1558 Bartolome de Medina opracował proces patio do wydobywania srebra z rud za pomocą rtęci. Proces patio opiera się na zdolności rtęci do łączenia srebra. Proces patio, wspierany przez duże kopalnie rtęci w Almaden w Hiszpanii i Huancavelica w Peru, miał decydujące znaczenie dla szybkiego rozwoju hiszpańskiej produkcji srebra w XVII i XVIII wieku. Później, podczas gorączki złota w Kalifornii, do wydobywania złota stosowano odmiany procesu patio.

W drugiej połowie XX wieku coraz więcej badań zaczęło dowodzić korelacji między odpływem odpadów chemicznych a zawartością rtęci metylowej w owocach morza. Zwrócono uwagę na wpływ tego metalu na zdrowie ludzi. W ostatnich latach Stany Zjednoczone i Unia Europejska wprowadziły surowe przepisy dotyczące produkcji, użytkowania i usuwania rtęci.

Rtęć jest bardzo rzadkim metalem i najczęściej znajduje się w rudach cynobru i Livingstonite. Jest produkowany jako produkt podstawowy i jako produkt uboczny złota, cynk, i miedź.

Rtęć może być wytwarzana z cynobru, rudy siarczkowej (HgS), przez wypalenie zawartości siarczku w piecu obrotowym lub w wielu piecach trzonowych. Kruszona ruda rtęci jest mieszana z węglem drzewnym lub węglem koksującym i spalana w temperaturach powyżej 300 ° C (570 ° F). Tlen jest pompowany do pieca, który łączy się z siarką, uwalniając dwutlenek siarki i tworząc pary rtęci, które mogą być gromadzone i chłodzone w celu dalszego uszlachetnienia jako czysty metal.

Przepuszczając pary rtęci przez chłodzony wodą skraplacz, rtęć, która ma wysoką temperaturę wrzenia, jako pierwsza skrapla się do postaci ciekłego metalu i gromadzi się. Za pomocą tego procesu można odzyskać około 95% zawartości rtęci w rudzie cynobrowej.

Rtęć można również ługować z rud za pomocą wodorotlenku sodu i siarczku sodu. Odzyskiwanie rtęci odbywa się przez wytrącanie za pomocą aluminium lub elektrolizy. Poprzez destylację rtęć można oczyścić do ponad 99,999%.

Komercyjna, 99,99% rtęć jest sprzedawana w kolbach z kutego żelaza lub stali o pojemności 76 funtów (34,5 kg).

Światowa produkcja rtęci została oszacowana przez US Geological Survey (USGS) w 2010 roku wyniesie 2250 ton. Chiny dostarczają obecnie około 70% światowej produkcji, a następnie Kirgistan (11,1%), Chile (7,8%) i Peru (4,5%).

Najwięksi producenci i dostawcy rtęci to Khaidarkan Mercury Plant w Kirgistanie, producenci w pasie rtęci Tongren-Fenghuang w Chinach i Minas de Almadén y Arrayanes, S.A., która wcześniej zarządzała historyczną kopalnią rtęci Almaden w Hiszpanii, a obecnie jest odpowiedzialna za recykling i zarządzanie znaczną częścią europejskiej rtęć.

Produkcja rtęci i popyt na nią stale spadały od szczytu na początku lat osiemdziesiątych.

Podstawowym zastosowaniem metalu rtęciowego w Ameryce Północnej i Europie są ogniwa katodowe, które są wykorzystywane do produkcji sody kaustycznej. W Stanach Zjednoczonych stanowi to 75% zapotrzebowania na rtęć, chociaż popyt na takie ogniwa spadł 97% od 1995 r., Ponieważ nowoczesne zakłady chloro-alkaliczne przyjęły ogniwo membranowe lub ogniwo przeponowe technologie.

W Chinach przemysł polichlorku winylu (PCW) jest największym konsumentem rtęci. Produkcja PCW na bazie węgla, podobnie jak w Chinach, wymaga użycia rtęci jako katalizatora. Według USGS rtęć wykorzystywana do produkcji tworzyw sztucznych, takich jak PVC, może stanowić nawet 50% światowego popytu.

Być może najbardziej znanym zastosowaniem rtęci jest termometry i barometry. Jednak to wykorzystanie również stale spada. Galinstan (stop galu, indu i cyna) zastąpił głównie rtęć w termometrach ze względu na niższą toksyczność stopu.

Zdolność Merkurego do łączenia metali szlachetnych, pomagając w ich odzyskiwaniu, spowodowała, że ​​nadal jest stosowany w wielu krajach rozwijających się z aluwialnymi kopalniami złota.

Chociaż kontrowersyjne jest stosowanie rtęci w amalgamatach dentystycznych, i pomimo rozwoju alternatyw, wciąż jest ważnym przemysłem dla metalu.

Jednym z niewielu zastosowań rtęci, które rośnie w ostatnich latach, są kompaktowe żarówki fluorescencyjne (CFL). Programy rządowe zachęcające do eliminacji mniej energooszczędnych żarówek wsparły popyt na świetlówki kompaktowe, które wymagają gazowej rtęci.

Związki rtęci są również stosowane w akumulatorach, lekach, chemikaliach przemysłowych, farbach i piorunacie rtęci, detonatorze materiałów wybuchowych.

Ostatnie wysiłki USA i UE podjęły w celu uregulowania handlu rtęcią. Zgodnie z ustawą o zakazie eksportu rtęci z 2008 r. Eksport rtęci z USA będzie zabroniony od 1 stycznia 2013 r. Od marca 2011 r. Wywóz rtęci ze wszystkich państw członkowskich UE został zakazany. Norwegia wprowadziła już zakaz produkcji, importu i eksportu rtęci.

Źródła:

Wprowadzenie do metalurgii. Joseph Newton, wydanie drugie. Nowy Jork, John Wiley & Sons, Inc. 1947.

Mercury: Element of the Ancients.

Źródło: http://www.dartmouth.edu/~toxmetal/toxic-metals/mercury/

Encyclopædia Britannica. Przetwarzanie rtęci (2011).

Źródło: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/375927/mercury-processing