水星
背景
水銀は基本的な化学元素の1つです。常温で液体の重い銀色の金属です。水銀は他の金属と容易に合金を形成するため、金や銀の加工に役立ちます。米国で水銀鉱床を開発するきっかけの多くは、1800年代にカリフォルニアや他の西部の州で金と銀が発見された後にもたらされました。残念ながら、水銀も非常に有毒な物質であり、その結果、その使用は過去20年間で大幅に減少しています。その主な用途は、塩素および苛性ソーダの製造であり、蛍光灯や水銀灯を含む多くの電気機器のコンポーネントとして使用されます。
水銀は、紀元前1500年頃のエジプトの墓で発見されました。 、そしてそれはおそらく以前から化粧品や薬用に使用されていました。紀元前350年頃<小> 、ギリシャの哲学者で科学者のアリストテレスは、宗教儀式のために水銀を抽出するために辰砂鉱石がどのように加熱されたかを説明しました。ローマ人はさまざまな目的で水銀を使用し、それに水銀の化学記号Hgが由来する液体銀を意味するhydrargyrumという名前を付けました。
水銀の需要は、1557年に、水銀を使用して鉱石から銀を抽出するプロセスの開発に伴い、大幅に増加しました。水銀気圧計は1643年にトリチェリによって発明され、続いて1714年に華氏によって水銀温度計が発明されました。水銀の使用は、この新しい技術の普及を妨げました。 G.V.による実験的な仕事は1895年までありませんでした。ブラックは、アマルガムの詰め物が安全であることを示しましたが、100年後、科学者たちはまだその点について議論していました。
水銀は、1900年以降、多くの製品や産業用途に使用されました。一般的に、電池、塗料、爆発物、電球、電灯のスイッチ、医薬品、殺菌剤、農薬に使用されていました。水銀は、紙、フェルト、ガラス、および多くのプラスチックを製造するプロセスの一部としても使用されました。
1980年代になると、水銀の健康と環境への悪影響に対する理解と認識の高まりが水銀の利点を大幅に上回り始め、使用量は急激に減少し始めました。 1992年までに、バッテリーでの使用は1988年のレベルの5％未満に減少し、電気機器と電球での全体的な使用は同期間に50％減少しました。米国では、塗料、殺菌剤、農薬への水銀の使用が禁止されており、紙、フェルト、ガラスの製造工程での水銀の使用は自主的に中止されています。
世界中で、水銀の生産は、環境法が緩和されている少数の国に限定されています。 1989年まで世界最大の生産国であったスペインでは、水銀の採掘は完全に停止しました。米国では、環境汚染を避けるために金の精製プロセスの一環として少量の水銀が回収されていますが、水銀の採掘も停止しています。中国、ロシア（旧ソ連）、メキシコ、アルジェリアは、1992年の水銀の最大の生産国でした。
原材料
水銀が自然界でそれ自体で見つかることはめったにありません。ほとんどの水銀は、鉱石の形で他の物質に化学的に結合しています。最も一般的な鉱石は、辰砂としても知られている赤い硫化水銀（HgS）です。他の水銀鉱石には、コーデロイト（Hg 3 S 2 Cl 2 ）、リビングストナイト（HgSb 4 S 8 ）、モントロイダイト（HgO）、およびカロメル（HgCl）。他にもいくつかあります。水銀鉱石は、火山活動の影響下で温かい鉱物溶液が地表に向かって上昇するときに地下に形成されます。それらは通常、3〜3000フィート（1〜1000 m）の比較的浅い深さの断層および破砕された岩石に見られます。
他の水銀源には、以前の効率の悪い採掘および処理作業のダンプおよび尾鉱が含まれます。
製造
プロセス
アリストテレスが2、300年以上前に最初に水銀を記述して以来、その鉱石から水銀を抽出するプロセスはそれほど変わっていません。辰砂鉱石を粉砕して加熱し、水銀を蒸気として放出します。次に、水銀蒸気は冷却され、凝縮され、収集されます。このプロセスを使用すると、辰砂鉱石の水銀含有量のほぼ95％を回収できます。
これは、水銀の最新の抽出と精製に使用される典型的な一連の操作です。
マイニング
辰砂鉱石は、地表またはその近くにある濃縮鉱床で発生します。これらの鉱床の約90％は、トンネルによる地下採掘を必要とするほどの深さです。残りの10％は露天掘りから発掘することができます。
- 1辰砂は、爆薬を使って掘削や発破を行うか、電力設備を使用することにより、周囲の岩から取り除かれます。鉱石は、コンベヤーベルトまたはトラックや電車で鉱山から運び出されます。
焙煎
辰砂鉱石は比較的濃縮されているため、廃棄物を除去するための中間ステップなしで直接処理できます。
- 2鉱石は、最初に1つまたは複数のコーンクラッシャーで粉砕されます。コーンクラッシャーは、固定された外部コーンの内側で偏心垂直軸を中心に回転する内部粉砕コーンで構成されています。鉱石が破砕機の上部に供給されると、2つのコーンの間に挟まれ、細かく砕かれます。
- 3粉砕された鉱石は、一連のミルによってさらに小さく粉砕されます。各ミルは、側面に配置され、水平軸を中心に回転する大きな円筒形のコンテナで構成されています。粉砕作用を提供するために、ミルは短い長さの鋼棒または鋼球で満たされ得る。
- 4微粉末の鉱石は、加熱するために炉または窯に供給されます。いくつかの操作は、鉱石がゆっくりと回転するレーキによって、ある棚または炉床から次の棚へと垂直シャフトを機械的に下って移動する複数炉床炉を使用します。他の操作では、ロータリーキルンを使用します。この場合、鉱石は、水平から数度傾いた長い回転シリンダーの長さまで転がり落ちます。いずれの場合も、炉または窯の下部で天然ガスまたはその他の燃料を燃焼させることによって熱が供給されます。加熱された辰砂（HgS）は、空気中の酸素（02）と反応して、二酸化硫黄（SO 2 ）、水銀が蒸気として上昇することを可能にします。このプロセスは焙煎と呼ばれます。
凝縮
- 5水銀蒸気は、二酸化硫黄、水蒸気、およびその他の燃焼生成物とともに、炉または窯から上昇して出て行きます。粉末鉱石からのかなりの量の細かい粉塵も運ばれ、分離して捕獲する必要があります。
- 6高温の炉の排気は、水冷コンデンサーを通過します。排気ガスが冷えると、沸点が675°F（357°C）の水銀が最初に凝縮して液体になり、他のガスや蒸気は排出されるか、大気汚染を減らすためにさらに処理されます。 。
- 7液体水銀が収集されます。水銀は比重が非常に大きいため、不純物が表面に浮き上がり、暗い膜やスカムを形成する傾向があります。これらの不純物はろ過によって除去され、純度が約99.9％の液体水銀が残ります。不純物は石灰で処理されます
鉱石から水銀を抽出するために、辰砂鉱石を粉砕して加熱し、水銀を次のように放出します。蒸気。次に、水銀蒸気は冷却され、凝縮され、収集されます。 化合物を形成した可能性のある水銀を分離して捕捉します。
精製
ほとんどの商用グレードの水銀は99.9％純粋であり、焙煎および凝縮プロセスから直接使用できます。一部の限られた用途にはより高純度の水銀が必要であり、さらに精製する必要があります。この超高純度水銀はプレミアム価格を命じます。
- 8いくつかの精製方法により、より高い純度を得ることができます。水銀は再び機械的にろ過され、特定の不純物は化学物質または空気による酸化によって除去される可能性があります。場合によっては、水銀は電解プロセスによって精製されます。このプロセスでは、液体水銀のタンクに電流を流して不純物を除去します。最も一般的な精製方法は三重蒸留であり、不純物が蒸発するか、水銀自体が蒸発して不純物が残るまで、液体水銀の温度を注意深く上昇させます。この蒸留プロセスは3回実行され、そのたびに純度が向上します。
配送
- 9商用グレードの水銀を錬鉄製または鋼製のフラスコに注ぎ、密封します。各フラスコには、76ポンド（34.5 kg）の水銀が含まれています。高純度の水銀は通常、輸送用に小さなガラスまたはプラスチックの容器に密封されています。
品質管理
純度99.9％の商用グレードの水銀は、プライムバージングレードの水銀と呼ばれます。超高純度水銀は通常、三重蒸留法で製造され、三重蒸留水銀と呼ばれます。
焙煎および凝縮プロセスの品質管理検査は、異物金属が最も一般的な汚染物質であるため、凝縮した液体水銀のスポットチェックで構成されます。金、銀、卑金属の存在は、さまざまな化学試験方法を使用して検出されます。
三重蒸留された水銀は、蒸発または分光分析によってテストされます。蒸発法では、水銀のサンプルを蒸発させ、残留物を秤量します。分光分析法では、水銀のサンプルを蒸発させ、残留物をグラファイトと混合します。得られた混合物から来る光は、存在する化学元素に応じて光を異なる色のバンドに分離する分光計で表示されます。
健康と環境への影響
水銀は人体に非常に有毒です。ばく露は、吸入、経口摂取、または皮膚からの吸収に起因する可能性があります。 3つのうち、水銀蒸気の吸入が最も危険です。水銀蒸気への短期間の曝露は、数時間以内に脱力感、悪寒、吐き気、嘔吐、下痢、およびその他の症状を引き起こす可能性があります。被害者がソースから削除されると、通常、回復は完了します。水銀蒸気に長期間さらされると、震え、過敏症、不眠症、錯乱、過度の唾液分泌、およびその他の衰弱効果が生じます。
通常の状況では、水銀へのほとんどの曝露は、水銀が高レベルで蓄積している魚などの特定の食品の摂取から生じます。水銀は人間の消化器系を通過するときに大量に吸収されることはありませんが、長期間の摂取は累積的な影響を与えることが示されています。
産業の状況では、水銀への暴露ははるかに深刻な危険です。水銀鉱石の採掘と処理は、労働者を水銀蒸気にさらすだけでなく、皮膚に直接接触させる可能性があります。塩素と苛性ソーダの生成も、重大な水銀曝露の危険を引き起こす可能性があります。歯科医や歯科助手は、水銀アマルガム充填物を準備して配置している間、水銀にさらされる可能性があります。
水銀は深刻な健康被害をもたらすため、その使用と環境への放出はますます厳しく制限されています。 1988年には、人間の活動の結果として、世界中で2,400万ポンド/年（1,100万kglyr）の水銀が大気、陸地、水に放出されたと推定されました。これには、水銀の採掘と精製、さまざまな製造作業、石炭の燃焼、都市ごみと下水汚泥の廃棄、およびその他の発生源から放出される水銀が含まれます。
米国では、環境保護庁（EPA）が多くの用途での水銀の使用を禁止しています。 EPAは、都市ごみに含まれる水銀のレベルを1989年の140万ポンド/年（64万kg /年）から2000年までに35万ポンド/年（16万kg /年）に削減するという目標を設定しました。製品中の水銀の使用を減らし、リサイクルによる都市ごみからの水銀の転用を増やすことによって達成されます。
未来
水銀の使用は減少し続けると予想されますが、水銀は依然として多くの製品やプロセスにおいて重要な成分です。水銀の取り扱いとリサイクルの改善により、環境への放出が大幅に減少し、それによって健康被害が減少することが期待されます。
製造プロセス