Из чего и как добывают и перерабатывают ртуть

Месторождений ртути в чистом виде не существует, но в связанном состоянии она присутствует в некоторых рудах. Извлечение её из пород в промышленных масштабах опасно для человека и окружающей среды, поскольку некоторые формы этого металла токсичны даже в небольших дозах. Экологические последствия от деятельности горно-перерабатывающих предприятий зависят от того, как добывают ртуть и утилизируют её отходы.

Металлическая ртуть

Физические свойства и значение

Ртуть (Hg) — тяжёлый серебристый металл, который при нормальных условиях находится в жидком состоянии. Легко образует сплавы (амальгамы) с другими металлами, и это делает её ценной для добычи и обработки золота. В сравнении с другими металлами ртуть — плохой проводник тепла, но отличный проводник электричества. Наиболее известные и используемые соединения:

  • Хлорид HgCl2 — сулема, сильный яд.
  • Хлорид Hg2Cl2 — каломель, применяется в медицине.
  • Гремучая ртуть Hg (ОНК)2 — детонатор, используется для производства взрывчатых средств.
  • Сульфид HgS — киноварь, высокосортный пигмент.

Гремучая ртуть

Соединения Hg с углеродом называют ртутьорганическими. Значительное количество из этой категории веществ изучено, применяется и синтезируется человеком. Наибольшую известность получила метилртуть как яд биогенного и антропогенного происхождения.

В металлической форме традиционно используется в термометрах и специальных типах электрических переключателей. Разгерметизация подобных устройств связана с риском испарения некоторой части жидкого металла, поэтому использование элементарной ртути в бытовых приборах сокращают. В промышленности она незаменима как единственный жидкий металл. Например, в качестве электрода при производстве хлора и гидроксида натрия электролизом из раствора. Основные характеристики металлической формы выглядят так:

  • атомный номер — 80;
  • плотность — 13,5336 г/м3;
  • температура плавления — -38C;
  • температура кипения — 356,73C.

Химический элемент ртуть

Ртуть не имеет никакой известной биологической роли, но присутствует в каждом живом существе и широко распространена в биосфере. Она попадает в окружающую среду в результате нормального распада минералов в горных породах и почве под воздействием ветра и воды. Высвобождение её из природных источников — медленный непрерывный процесс на протяжении тысяч и миллионов лет.

Заметное увеличение концентрации ртути в окружающей среде происходит благодаря человеческой деятельности. Бо́льшая часть выбрасывается в атмосферу после сгорания ископаемого топлива в результате работы горнодобывающей промышленности и сжигания твёрдых отходов. Непосредственное попадание в почвы и мировой океан связано с применением сельскохозяйственных удобрений и утилизацией промышленных сточных вод.

Загадки космоса

История применения

Существуют доказательства, что ртуть использовалась человеком ещё в очень древние времена. Найдены останки людей, датируемые V тысячелетием до нашей эры, одежда которых была выкрашена киноварью. Более позднее свидетельство — обнаруженная в египетской гробнице XV века до н. э. церемониальная чаша со следами жидкого металла.

Красный сульфид

Ртутьсодержащие краски найдены в домах, погребённых под вулканическим пеплом Везувия, что говорит о широком использовании древними римлянами киновари как пигмента. Для добычи красного сульфида они содержали рудники на территории Испании. Аристотелю принадлежит старейшее письменное свидетельство, в котором он называл металл «жидким серебром». Его современниками ртуть использовалась в церемониях и для лечения кожных заболеваний. Древние алхимики на основании трудов Аристотеля о четырёх элементах считали, что ртуть содержится во всех металлах.

К X веку Hg стали использовать для извлечения золота способом амальгамации. Этот метод до сих пор практикуется мелкими кустарными золотодобытчиками. В 1643 году Торричелли изобрёл барометр, а в 1720 г. Фаренгейтом был создан термометр. Так ртуть стала востребованной для научных исследований как компонент измерительных приборов. Скачок спроса на Hg связан с изобретениями в связи с промышленной революцией:

  • 1799 г. — гремучая ртуть впервые использовалась как детонатор для взрывчатки.
  • 1835 г. — появился поливинилхлорид, синтез которого опирался на Hg в качестве катализатора.
  • 1891 г. — изобретение ртутьсодержащих ламп Эдисоном.
  • 1894 — Кастнер обнаружил, что жидкий металл может быть использован для получения хлора и каустической соды.
  • Начало 1900-х гг. — производство фетровых шляп и войлочных изделий.
  • 1940-е гг. — появление сухих элементарных батарей.
На пути к своему астероиду движется японский зонд «Хаябуса 2»

Подсчитано, что за последние 4 тыс. лет человечество перенесло около 350 тыс. тонн ртути из недр на поверхность, в атмосферу и Мировой океан. Это оказало существенное влияние на чувствительную биосферу Земли, поэтому применение жидкого металла сейчас находится под строгим контролем. Историческое использование заложило основу для многих современных продуктов и процессов с применением Hg.

Горнорудные процессы и переработка

Основной источник для добычи ртути — руда HgS (киноварь). Крупнейшее месторождение находится в Испании. Мировое производство Hg из неё составляет около 8 тыс. тонн в год. Кроме киновари, к ртутным рудам относят:

  • кордероит Hg3S2Cl2;
  • ливингстонит HgSb4S8;
  • монтроидит HgO;
  • каломель HgCl.

Минерал ливингстонит

Ртутьсодержащие руды формируются глубоко под землёй и поднимаются к поверхности под воздействием вулканической деятельности. Обычно их находят в трещиноватых породах на глубине до 1 км. Кроме рудных месторождений, существуют ещё такие источники получения ртути:

  • побочные продукты добычи или переработки других металлов (цинка, золота, серебра) или минералов;
  • вторичное сырьё — отработанные продукты или отходы.

Окислительно-дистилляционный обжиг

Извлечение материала из киновари — основной способ промышленного производства Hg. Поскольку большинство добываемой киновари содержит менее 1% ртути, извлечённую из выработок руду необходимо обогащать. Применяют самые разнообразные методы механической обработки от отсадки до флотации. Сама технология не сильно изменилась со времён Аристотеля и представляет собой процесс перегонки. Технически это выглядит так:

Последствия разрушения и важность озонового слоя

Вертикальная печь для обжига

  1. Нагрев сульфидной руды в присутствии воздуха. Кислород соединяется с серой и происходит высвобождение паров металла при температуре выше точки его кипения.
  2. Газы пропускаются через систему трубок для конденсации паров в жидкую фазу.

Наиболее распространённый тип печей — классический вертикальный. Перед загрузкой руду смешивают с углём или коксом. Сжигание топлива в нижней части печи порождает поток горячих газов, которые при температуре около 300 °C проходят через падающую руду и испаряют высвободившуюся ртуть. Тепло, генерируемое окислительно-восстановительной реакцией, усиливает нагрев поступающего воздуха, температура в верхней части печи поднимается до 700 °C, что делает извлечение более эффективным.

Полученные пары и продукты сгорания охлаждаются, как правило, в водяном конденсаторе. После извлечения металлической ртути газы очищают от вредных элементов перед тем, как выпустить в атмосферу. Собранный жидкий металл из-за высокого удельного веса выталкивает на поверхность примеси, которые затем нетрудно удалить фильтрованием. Для более тонкой очистки процессы перегонки повторяют несколько раз, но уже на другом оборудовании. Также с целью удаления примесей полученный продукт подвергают электролизу.

Другие способы

В практике современной горной добычи применяется и метод обработки рудных тел без извлечения на поверхность. В этом случае в штольни закачиваются раскалённые газы, вызывающие испарение металла в присутствии ранее размещённого сорбента. На последний выпадает ртутьсодержащий конденсат после охлаждения энергоносителя.

Существует и альтернативный пирометаллургическому способу процесс — гидрометаллургический метод получения металла из руд. Суть его заключается в выщелачивании ртути из породы растворами гидроксида натрия и сульфида натрия. Затем Hg выделяют электролизом. Выщелачивание обходится значительно дороже обжига и применяется в отношении неподдающихся классической переработке руд.

Различные системы групп крови и их совместимость

Токсичность добычи

Продукты переработки и отходы пород содержат токсичные вещества. Необработанные руды могут загрязнить окружающую среду, если их не хранить должным образом. Ртутное насыщение биосферы в большой степени связано с масштабной горно-обогатительной деятельностью по всему миру. В связи с нарастающими рисками глобального загрязнения биосферы ведутся международные переговоры, ориентированные на сокращение и последующий запрет на использование ртути в ближайшем будущем.

Добыча руды

В настоящее время по оценкам учёных более 1,5 миллиона человек страдают от отравления ртутью в результате добычи и переработки руды. Большинство связанных с этим проблем возникает в странах Юго-Восточной Азии и Африки.

Важной мерой в борьбе с загрязнениями, вызванными переработкой киновари, является работа правительств над улучшением парка оборудования в отрасли и экологического регулирования. Немало проблем возникает из-за отсутствия установленных санитарных норм или существующие законы малоприменимы. Однако, если местные органы власти и экологические организации оказывают давление на добытчиков и переработчиков, это эффективно не только с точки зрения уменьшения выбросов, но и для создания новых инфраструктур, например, очистных сооружений или современных хранилищ.

Ртуть по-прежнему является важным компонентом многих продуктов и процессов, хотя её использование, скорее всего, будет продолжать снижаться. Совершенствование технологий обработки и утилизации, как ожидается, должно значительно уменьшить выбросы в окружающую среду. Поскольку локальные ртутные загрязнения имеют глобальные последствия, для сохранения биосферы важна качественная координация мировой добычи на международном уровне.

Spread the love

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.