Все способы получения ртути

Ртуть: свойства, добыча и производство, применение

Ртуть – тяжёлый серебристо-белый металл, пребывающий при нормальных условиях в жидком состоянии. В условиях комнатной температуру она не вступает в соединения с кислородом, не поддаётся растворению в воде, но при этом она активно испаряется и выделяет ядовитые пары. Химически взаимодействует с нагретой концентрированной серной кислотой и холодной азотной.

• плотность ртутипри температуре 20 0 C, составляет 13 546 кг/м 3 ;
• температура кипения – +356,73 0 C;
• температура плавлениядостигает -38,83 0 C;
• пониженная вязкость при пониженном поверхностном натяжении, именно это свойство позволяет жидкому металлу распадаться на мелкие шарики и проникать в труднодоступные места;
• легко вступает в реакцию с металлами, снижая их прочностные характеристики.

Ртуть встречается в естественном, жидком металлическом виде: в форме органических соединений – метилртути и этилртути; также – в виде неорганических соединений – киновари и сулемы.

Где содержится ртуть

Природное содержание ртути в земной коре незначительно. В среднем оно достигает 83 мг/т, хотя существуют и исключения:

• морская вода – 0,1 мкг/л;
• породы, сформировавшиеся в результате извержений вулканов и выбросов магмы – 100 мг/т;
• глинистые сланцы осадочных пород – 200 мг/т.

Насыщение ртутью атмосферы происходит за счёт пожаров, извержения вулканов и техногенной деятельности человека. Результатом последней является половина выбросов, происходящих в ряде технологических процессов:

• Сгорание угля, используемого для работы тепловых электростанций – 65%.
• Золотодобыча – 11%.
• Работа предприятий цветной металлургии – 6,8%.
• Выпуск цемента – 6,4%.
• Переработка и утилизация мусора – 3%.
• Выработка соды – 3%.
• Литьё чёрных металлов – 1,4%.
• Изготовление батареек – 1,1%.
• Другие технологии – 2%.

Как самородное полезное ископаемое, ртуть встречается весьма редко. Гораздо чаще её можно встретить в составе сульфидных минералов: антимонидов, блёклых руд, реальгарах, сфалеритах. Более всего в своём составе своеобразный жидкий металл содержат:

• киноварь – 86,21%,
• метациннабарит – 86,21%,
• кордероит – 82,6%,
• галхаит – 59,06%,
• акташит – 34,5%,
• шватцит – 21,6%,
• ливингстонит – 21,25%.

Помимо перечисленных минералов, ртуть можно извлекать попутно из нефти, природного газа, каменного угля, материалов для изготовления цемента и флюсов. Также, она собирается в процессе утилизации ртутьсодержащих материалов и устройств.

Процесс добычи ртути

Процесс добычи залежей, подразделяющихся на собственно ртутные и комплексные руды – они, в свою очередь, представлены в зависимости от формы выделения искомого минерала: сульфидными, ртутно-самородными и оксидохлоридными полезными ископаемыми – производится закрытым способом, включающим в себя буровые и взрывные работы с последующим строительством шахтных сооружений.

Извлечённый камень, красноватого оттенка перемещается с помощью: сначала – конвейеров, а затем – автомобильного или железнодорожного транспорта к месту обогащения и переработки. Где подвергается очистке и дроблению с целью получения сырья очень мелкой фракции – «муки». Специально для этого в качестве дробящих стальных устройств используются шары и укороченные прутки.

Процесс производства ртути из руды

Технология получения ртути из измельчённой руды, состоит из нескольких этапов:

• Обжиг. Мелкоизмельчённая руда нагревается в трубчатой печи до определённой температуры. В результате химического взаимодействия с кислородом, образуется диоксид серы и происходит испарение ртути.
• Конденсация. Получившаяся после обжига газообразная смесь, содержащая в себе ртутные испарения, двуокись серы, водяной пары и другие побочные вещества, попадает в конденсатор охлаждения. Где сама ртуть конденсируется в жидкое состояние, а оставшиеся газы и пары или находят дальнейшее применение, или выбрасываются в атмосферу.
• Консолидация и очистка. В специально определённой ёмкости ртуть накапливается и очищается от примесей, оставшихся на её поверхности. Такое становится возможным благодаря очень высокой плотности перерабатываемого минерала.
• Доочистка. Так как полученный продукт не всегда удовлетворяет требованиям последующего использования, то осуществляется трёхступенчатая доочистка, включающая:

• механическую фильтрацию,
• электролиз,
• химическую очистку активными компонентами.

Конечным результатом этих процессов выступает пригодная для дальнейшего использования ртуть, находящее применение в ряде отраслей народного хозяйства.

Хранение и транспортировка

Так как ртуть и её целый ряд химических соединений, имеющих её в своём составе, представляют угрозу для жизни и здоровья, то хранение и перевозка этого вещества чрезвычайной опасности должна производиться специально обученными лицами в предназначенной для этой процедуры таре.

Складское хранение и транспортировка ртути разрешена только в баллонах, изготовленных из чёрной стали, плотно закрывающихся снаружи и эмалированных внутри. Допускается нахождение ртути в толстостенных стеклянных ёмкостях с притёртыми пробками на рабочих местах в необходимых объёмах. Причём поверхность жидкого металла должна быть залита водой или глицерином с целью недопущения испарения вредных паров. Емкости должны располагаться на подносах внутри вытяжных шкафов. Места хранения, проведения погрузочно-разгрузочных работ и расфасовки должны быть оборудованы специальными приспособлениями и посудой.

Транспортировка этого опасного вещества должна осуществляться исключительно в небьющейся посуде. Транспорт для перевозки необходимо иметь в исправном состоянии, а водители – обладать соответствующими допусками и разрешениями.

Сфера применения

В медицине

До того, как стало ясно, что ртуть, её пары и соединения являются токсичными ядовитыми веществами, этот минерал в самых разнообразных видах и соединениях находил широкое применение в медицине. Вот несколько не столь давних примеров использования этого минерала в качестве лекарственного средства:

• Древние китайцы применяли её для избавления от проказы, индусы – в качестве эликсира долголетия, арабы – как средство при заболеваниях кожи и в случаях укусов разнообразных насекомых.
• Лечение заворота кишок, основанное на высоком удельном весе минерала, способного своей тяжестью их расправить, было широко распространено в средневековье.
• Европейская эпидемия сифилиса вызвала к жизни применение ртути в качестве средства избавления от тяжелого недуга. Изобретение знаменитого Парацельса (позднее на смену ему пришла каломельная мазь И. И. Мечникова) продолжало активно использоваться для лечения венерического заболевания вплоть до 70-ых годов прошлого века, когда ему на смену пришли антибиотики.
• На рубеже XIX и XX веков этот жидкий металл входил в состав антисептических, дезинфицирующих, слабительных, мочегонных, стоматологических средств. На его основе изготовлялось бактерицидное мыло.
• Однако, не смотря на своё крайне вредное воздействие на человеческий организм, ртуть нисколько не утратила своих позиций в современной медицине. Она является рабочим телом высокоточных термометров, входит в состав ряда вакцин и мазей. Мало того, с помощью этого древнейшего лечебного средства создаются средства для высокоэффективного лечения рака, СПИДа, разрабатываются препараты для защиты от радиоактивных поражений и блокировки развития опасных заболеваний.

В высокоточной измерительной технике

Жидкое агрегатное состояние ртути находит широкое применение её в качестве рабочего тела при конструировании манометров, термометров, барометров, полярографов, терморегуляторов. Она устойчива к перепадам температуры в плане своих физико-химических свойств и обладает очень низкой температурой плавления. Правда, работа с подобной техникой требует предельной аккуратности, а после истечения срока эксплуатации, приборы подлежат обязательной утилизации с извлечением ртути.

В металлургической промышленности

Одно из древнейших направлений использования ртути – это металлургия.

Так, процесс амальгамации позволяет производить комплексную переработку полиметаллических руд, что очень удобно для добычи золота, серебра, вторичной переработки алюминия. В своё время жидкие или твёрдые сплавы этого минерала с металлами стали основой производства зеркал и изделий ювелирной мастерства.

Электролиз с ртутным катодом положен в основу техпроцесса для получения хлора, щёлочи, активных в химическом отношении металлов. Современная промышленность активно использует сплавы ртути с натрием, оловом, висмутом, свинцом.

В сельском хозяйстве

Ядовитые свойства этого полезного ископаемого, способного своими парами уничтожать вредные микроорганизмы, пригодились в сельском хозяйстве. Это – прежде всего протравка семян перед посадкой, а также – борьба с болезнетворными бактериями, вредителями, паразитами и сорняками.

Месторождения в России и мире

На Земле существует несколько территориальных провинций, богатых ртутьсодержащими минералами. Это – прежде всего:

• Средиземноморье;
• Украина и Турция;
• Горный Алтай и Киргизия, Республика Саха, Камчатка, Чукотка, Китай, Япония;
• США, Мексика, Боливия, Перу;
• Нумидийский хребет в Северной Африке.

В зависимости от происхождения и ряда физических факторов ртутные месторождения подразделяются на следующие генетические типы:

• Невулканические гидротермальные:
• Испания – Альмаден.
• Словения – Идрия.
• Украина, Донбасс – Никитовское.
• Киргизстан – Хайдаркан – Айдаркен.
• Россия, Горный Алтай – Акташ.
• Россия, Чукотка – Западно-Палянское и Тамватнейское.
• Вулканогенные гидротермальные:

• Украина, Закарпатье – Боркутное, Вышковское.
• Россия, Камчатка, Сахалин, Чукотка – Пламенное.
• Италия – Монте-Амьята.
• Мексика – Гуитцуко.
• США – Опалит.

• Плутогенные гидротермальные:

• Россия. Горный Алтай – Чоган-Узун, Забайкалье – Барун-Шивея и Ильдикан.
• Ирландия – Гордтрдам.
• Тунис – Джабель-Аджа.
• Турция – Гюмюслер.
• Китай – Воси.
• США – Нью-Альмаден и Нью-Идрия.

• Газово-термальные, находящиеся в местах вулканической деятельности:

• Россия. Вулкан Медведева.
• США. Штат Калифорния – Салфер-Бэнк.

• Россыпные:

• США. Вблизи Нью-Альмадена.
• Китай. Гунчэн и Лингуань.

Мировые запасы

Общемировые запасы ртути оцениваются по разным данным из подчас противоречащих друг другу источников, в цифру порядка 715 тыс. тонн. Из 40 стран мира, располагающих промышленными залежами этого минерала, наибольшие запасы сосредоточены на территории: Испании – 57%, Алжира – 15%, Китая – 13%, Киргизии – 6%, остальных стран – 9%.

Страны-лидеры в ртутной промышленности

В связи с целым рядом проблем политического, экологического, экономического плана, лидерство в области постоянно претерпевает изменения. Однако традиционными производителями и продавцами на мировом рынке выступают:

• Испания, Италия.
• Турция, ряд стран СНГ, Индия, Китай, Япония, Сингапур, Индонезия, Филиппины.
• Канада, США, Мексика.
• Алжир.

Источник

Ртуть

Из чего производят ртуть?

Взгляните на этот удивительно красивый минерал, который издревле интересовал людей. До сих пор он является популярным не только для главного его предназначения (получения ртути), но я для ювелиров.

Это киноварь — сульфид ртути (II). Минерал для производства ртути. Содержит порядка 85 процентов ртути, хрупкий материал с характерно красной окраской. Киноварь с древности применялась в качестве красной краски, как источник для получения ртути и как единственное существовавшее до изобретения антибиотиков надёжное (хотя и небезопасное) средство лечения инфекционных заболеваний. Как незаменимый ярко-алый минеральный пигмент киноварь применяли уже в Древнем Египте и в ранней Византии. Повсеместно с тех пор, как и в наши дни, натуральная киноварь широко используется в канонической иконописи. Но, конечно, самое главное применение этого минерала — промышленное получение ртути.

Ртуть, безусловно, удивительный материал. Это единственный металл, способный существовать в жидком виде при нормальных условиях. Это металл, поэтому электропроводен. Но если ртуть охладить до минус 39 гр.С — она становиться твердой и ничем уже особо не отличается от других металлов. Её можно даже ковать и точить. В сети есть интересное видео с рассказом об этом замечательном веществе. Ртуть применяется в самых разных технологических процессах, а также в производстве газоразрядных ламп, в микроэлектронике и приборостроении. Ртуть чрезвычайно технологически востребованное вещество и если бы ртуть не была бы так токсична — сферы её использования были бы даже шире. Надо сказать, что сама по себе ртуть не очень опасна — куда опасней её соединения и пары. Вот они и являются источниками основной опасности.

Ртуть под контролем

Ртуть способна накапливаться в почве, воде, пищевых продуктах, в организме человека и животных. Ртуть в виде паров всегда присутствует в окружающем воздухе, но её «фоновые» концентрации не велики. Кстати, какие? Достаточно жесткие российские стандарты для этого случая регламентируют концентрацию ртути в воздухе не более 0,0003 мг/м 3 . Конечно, регистрировать и контролировать такие концентрации не простая задача и для этого существуют более 25 методов регистрации.

К примеру, хроматография. В этом методе осуществляется процесс разделения, в котором исследуемое соединение распределяется между подвижной фазой (жидкой или газовой) и неподвижной (твердой или жидкой). Этот метод обеспечивает получение особо ценной информации о качественном и количественном содержании неорганических и органических форм ртути. При анализе ртути в природных объектах возможно определение галогенидов метил-, этил- и фенилртути, а также фенилртути, диметил- и диэтилртути, а также некоторых других менее распространенных органических форм ртути. Минусом данного метода анализа является технически сложное лабораторное оборудование и используется метод в основном для определения содержания ртути в промышленных и природных объектах с высоким содержанием ртути, а также в почве.

Существует ряд методов, связанных с применением радиоизотопов. Не смотря на грозное название, такие методы вполне безопасны, так как используются радиоизотопы в ничтожных концентрациях. Для проведения анализа к исследуемой пробе добавляется точно известное количество определяемого компонента, меченное радиоактивным изотопом с известной радиоактивностью. После гомогенизации пробы и прохождения изотопного обмена производится выделение ртути из среды (как правило химическим способом) и определяется её радиоактивность, по которой затем рассчитывается первоначальное количество ртути в исследуемой среде.

Данный метод обладает достаточно высокой чувствительностью, не требует дорогостоящей аппаратуры и позволяет работать с низкими концентрациями ртути.

Радиоиндикаторные методы анализа позволяют решать такие задачи, как определение следовых количеств ртути в веществах, мониторинг загрязнений окружающей среды при анализе состава атмосферных аэрозолей, выпадений природных и сточных вод, производить анализ почв, а также растительных и животных объектов. Радиационные методы надежно гарантируют идентификацию ртути, обладают достаточно высокой чувствительностью и позволяют повысить правильность и воспроизводилось результатов анализа. Кроме того, такие методы не требуют дорогостоящей аппаратуры, позволяют работать с низким уровнем радиоактивности, что делает их незаменимыми для использования в малых лабораториях, на научно-исследовательских судах, в условиях высокогорных станций, в экспедиционных и полевых условиях. Предел обнаружения методов — до 10 -6 – 10 -8 %

Если для определения ртути в жидких и твердых средах накоплен хороший арсенал методов контроля, то для анализа концентрации паров ртути в воздухе всё значительно сложнее. В первую очередь из-за малых концентраций паров в воздухе и из-за отсутствия достаточно простых методов регистрации. Наиболее перспективным является метод регистрации, основанный на Зеемановском методе. Рассмотрим его подробнее.

Ртуть в воздухе

Эффект Зеемана — расщепление линий атомных спектров в сильном магнитном поле. Так как любому веществу соответствует свой спектр, то если использовать спектр специальной ртутной лампы, но в присутствие сильного магнитного поля такой спектр исказится. В спектре появятся дополнительные компоненты, которые будут зеркально отстоять от основного спектра. Выглядит это примерно так

Изначальный спектр (черная кривая) при включении магнитного поля искажается на три. Центральный спектр (синий цвет) и два симметричных боковых спектра (показано красным цветом). Индукция магнитного поля в данном случае составляет 1,56 Тл. Этот эффект принципиально позволяет реализовать удобный метод регистрации ртути. Для этого необходимо проанализировать изменение амплитуд разделенных и основной компоненты, при этом чем больше концентрации ртути в исследуемом воздухе — тем выше будет одна из компонент расщепленного спектра и, одновременно — меньше другая. Конечно, воздух также имеет свой спектр поглощения на длине волны 254 нм (именно на этой длине волны светится ртутная лампа). Этот (в данном случае «паразитный») спектр необходимо убрать. Для этого используется «опорный» канал и специальные фильтры.

Опорный канал либо вовсе не содержит ртути, т.е. демеркуризирован, либо там находится точно известное значение концентрация ртути в виде эталонной. Излучение ртутной лампы с расщепленным спектром проходит через опорную и измерительную кювету, попадает на фильтр, который фильтрует паразитные спектры других молекул воздуха на длине волны 254 нм и поступает на спектрометр. После спектрометра опорный и исследуемые спектры поступают на матрицу, которая часто подвергается охлаждению с целью увеличения чувствительности и для температурной стабилизации. Результирующие спектры анализируются и окончательно определяется концентрация ртути в исследуемом воздухе.

Конечно, это самое общее представление схемы подобного прибора, на самом деле из-за крайне низкой концентрации ртути в образце, необходимо, чтобы оптическое излучение прошло по протяженному пути в измерительной кювете, для чего используются различные оптические схемы многократного прохождения оптического излучения. Это делается для того, чтобы с сохранением относительно небольших размеров прибора добиться значительного увеличения чувствительности за счет многократного прохождения светового луча. Это, в свою очередь, значительно усложняет и удорожает конструкцию из-за необходимость «тонкой» настройки прибора. Использование многопроходных кювет ужесточает требования по вибрации, также имеются уже значительные влияния температурные перепады. Однако, эти недостатки компенсируются значительным увеличением чувствительности, ведь луч в многопроходной кювете может «набежать» значительный путь. Иногда в десятки метров. В большинстве современных приборов используются именно многопроходные кюветы.

Конвенция по ртути

Не смотря на безусловную востребованность ртути для современных технологий, рассматриваются вопросы резкого сокращения её использования в ближайшем будущем. В 2013 году в ООН была принята достаточно жесткая и очень спорная Минаматская конвенция по ртути, которую поддержали многие страны. Согласно конвенции должно регулироваться использование ртути, сокращаться производство некоторых ртуть-содержащих приборов (медицинских, люминесцентных ламп). Также ограничивается ряд промышленных процессов и отраслей, в том числе горнодобывающая (особенно добыча золота) и производство цемента.

С 2020 года конвенция запрещает производство, экспорт и импорт нескольких различных видов ртутьсодержащих продукции, в том числе электрических батарей, электрических выключателей и реле, некоторых видов компактных люминесцентных ламп, люминесцентных ламп с холодным катодом или с внешним электродом, ртутных термометров и приборов измерения давления.

Инициаторы конвенции объясняют намеренье серьезно ограничить использование ртути с целью активизировать развитие современных технологий в условиях, когда использовать ртуть будет уже невозможно и тем самым значительно улучшить экологическую обстановку. Однако, некоторые критики конвенции высказывают мнение, что это лишь повод пересмотреть глобальные рынки производителей ртути и вытеснить с этого рынка многих игроков. Ведь при вступлении конвенции в силу в 2020 году цена на этот металл может неожиданно значительно вырасти, ведь от полного использования ртути человечество пока отказаться не может.

Источник