수은

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배경

수은은 기본 화학 원소 중 하나입니다. 상온에서 액체인 무거운 은빛 금속입니다. 수은은 다른 금속과 쉽게 합금을 형성하므로 금과 은을 가공하는 데 유용합니다. 미국에서 수은 광상을 개발하게 된 동기의 대부분은 1800년대에 캘리포니아와 기타 서부 주에서 금과 은이 발견된 이후였습니다. 불행히도 수은은 독성이 강한 물질이기도 하며 그 결과 지난 20년 동안 사용이 크게 감소했습니다. 주요 응용 분야는 염소 및 가성 소다 생산과 형광등 및 수은 램프를 포함한 많은 전기 장치의 구성 요소입니다.

수은은 기원전 1500년경의 <작은> 이집트 무덤에서 발견되었습니다. , 그리고 그것은 아마도 더 일찍 미용 및 의약 목적으로 사용되었을 것입니다. 기원전 350년경 <소> , 그리스 철학자이자 과학자인 아리스토텔레스는 종교 의식을 위해 진사 광석을 가열하여 수은을 추출하는 방법을 설명했습니다. 로마인들은 수은을 다양한 용도로 사용했으며 수은의 화학 기호인 Hg에서 파생된 액체 은을 의미하는 hydrargyrum이라는 이름을 붙였습니다.

1557년에 수은을 사용하여 광석에서 은을 추출하는 공정이 개발되면서 수은 수요가 크게 증가했습니다. 수은 기압계는 1643년에 Torricelli에 의해 발명되었고, 이어 1714년에 Fahrenheit에 의해 수은 온도계가 발명되었습니다. 치과에서 치아 충전재로 수은 합금 또는 아말감을 처음 사용한 것은 1828년이었지만 독성에 대한 우려가 있었습니다. 수은의 감소는 이 새로운 기술의 광범위한 사용을 방해했습니다. 1895년이 되어서야 G.V. Black은 100년이 지난 후에도 과학자들이 여전히 그 점에 대해 논쟁하고 있었지만 아말감 충전재가 안전하다는 것을 보여주었습니다.

수은은 1900년 이후 많은 제품과 산업 응용 분야에 사용되었습니다. 수은은 일반적으로 배터리, 페인트, 폭발물, 전구, 전등 스위치, 의약품, 살균제 및 살충제에 사용되었습니다. 수은은 또한 종이, 펠트, 유리 및 많은 플라스틱을 생산하는 공정의 일부로 사용되었습니다.

1980년대에 수은의 유해한 건강 및 환경 영향에 대한 이해와 인식이 높아지면서 수은의 이점이 훨씬 더 중요해지기 시작했고 사용량이 급격히 감소하기 시작했습니다. 1992년까지 배터리 사용은 1988년 수준의 5% 미만으로 떨어졌고, 전기 장치 및 전구의 전체 사용은 같은 기간에 50% 감소했습니다. 미국에서는 페인트, 살균제 및 살충제에 수은을 사용하는 것이 금지되었으며 종이, 펠트 및 유리 제조 공정에서 수은 사용이 자발적으로 중단되었습니다.

전 세계적으로 수은 생산은 환경법이 완화된 소수의 국가로 제한됩니다. 수은 채굴은 1989년까지 세계 최대 생산국이었던 스페인에서 완전히 중단되었습니다. 미국에서는 환경 오염을 피하기 위해 금 정제 과정의 일부로 소량의 수은이 회수되지만 수은 채굴도 중단되었습니다. 1992년 중국, 러시아(구 소련), 멕시코, 알제리는 최대 수은 생산국이었습니다.

원자재

수은은 자연에서 거의 발견되지 않습니다. 대부분의 수은은 광석 형태로 다른 물질과 화학적으로 결합되어 있습니다. 가장 흔한 광석은 진사라고도 알려진 적색 황화수은(HgS)입니다. 기타 수은 광석에는 근청석(Hg ₃ S ₂ Cl ₂ ), 리빙스톤(HgSb ₄ S ₈ ), 몬트로이다이트(HgO) 및 칼로멜(HgCl). 다른 몇 가지가 있습니다. 수은 광석은 화산 활동의 영향으로 따뜻한 광물 용액이 지표면으로 상승할 때 지하에서 형성됩니다. 그들은 일반적으로 3-3000피트(1-1000m)의 비교적 얕은 깊이에 있는 단층 및 골절된 암석에서 발견됩니다.

수은의 다른 출처에는 이전의 덜 효율적인 채광 및 처리 작업의 덤프 및 광미 더미가 포함됩니다.

제조
프로세스

광석에서 수은을 추출하는 과정은 2,300년 전에 아리스토텔레스가 처음 기술한 이후로 크게 변하지 않았습니다. Cinnabar 광석은 분쇄되고 가열되어 수은을 증기로 방출합니다. 그런 다음 수은 증기를 냉각, 응축 및 수집합니다. 진사 광석의 수은 함량의 거의 95%를 이 공정을 사용하여 회수할 수 있습니다.

다음은 현대적인 수은 추출 및 정제에 사용되는 일반적인 작업 순서입니다.

채굴

Cinnabar 광석은 표면 또는 표면 근처에 위치한 집중 퇴적물에서 발생합니다. 이 광상의 약 90%는 터널이 있는 지하 채굴이 필요할 만큼 충분히 깊습니다. 나머지 10%는 노천굴에서 발굴할 수 있습니다.

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1 Cinnabar는 구멍을 뚫고 폭발물을 발파하거나 동력 장비를 사용하여 주변 암석에서 제거됩니다. 광석은 컨베이어 벨트나 트럭 또는 기차를 타고 광산에서 가져옵니다.

로스팅

진사광석은 상대적으로 농축되어 있기 때문에 폐기물을 제거하는 중간 단계 없이 직접 가공할 수 있습니다.

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2 광석은 먼저 하나 이상의 콘 크러셔에서 파쇄됩니다. 콘 크러셔는 고정된 외부 콘 내부의 편심 수직 축에서 회전하는 내부 그라인딩 콘으로 구성됩니다. 광석이 크러셔의 상단으로 공급되면 두 개의 원뿔 사이에 압착되어 더 작은 조각으로 나뉩니다.

3 분쇄된 광석은 일련의 제분소에 의해 훨씬 더 작게 분쇄됩니다. 각 밀은 옆으로 누워 수평 축에서 회전하는 큰 원통형 컨테이너로 구성됩니다. 분쇄기는 연삭 작용을 제공하기 위해 짧은 길이의 강철 막대 또는 강철 볼로 채워질 수 있습니다.

4 미분한 광석을 화로나 가마에 넣어 가열한다. 일부 작업에서는 광석이 수직 샤프트 아래로 기계적으로 하나의 선반 또는 노에서 다음 갈퀴를 회전시켜 다음으로 이동하는 다중 노상 노를 사용합니다. 다른 작업에서는 광석이 수평에서 몇 도 기울어진 길고 회전하는 실린더의 길이 아래로 굴러 떨어지는 회전식 가마를 사용합니다. 두 경우 모두 화로 또는 가마의 하부에서 천연 가스 또는 기타 연료를 연소시켜 열을 제공합니다. 가열된 진사(HgS)는 공기 중의 산소(02)와 반응하여 이산화황(SO ₂ ), 수은이 증기로 상승하도록 합니다. 이 과정을 로스팅이라고 합니다.

응축

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5 수은 증기는 이산화황, 수증기 및 기타 연소 생성물과 함께 용광로 또는 가마 밖으로 상승합니다. 광석 가루에서 나오는 상당량의 미세먼지도 함께 운반되기 때문에 분리 포집해야 한다.

6 뜨거운 노 배기는 수냉식 응축기를 통과합니다. 배기 가스가 냉각되면 끓는점이 357°C(675°F)인 수은이 처음으로 액체로 응축되어 다른 가스와 증기가 배출되거나 대기 오염을 줄이기 위해 추가 처리됩니다. .

7 액체 수은이 수집됩니다. 수은은 비중이 매우 높기 때문에 불순물이 표면으로 올라와 어두운 막이나 찌꺼기를 형성하는 경향이 있습니다. 이러한 불순물은 여과에 의해 제거되어 순도가 약 99.9%인 액체 수은이 남습니다. 불순물은 석회로 처리하여

광석에서 수은을 추출하기 위해 진사 광석을 부수고 가열하여 다음과 같이 수은을 방출합니다. 증기. 그런 다음 수은 증기를 냉각, 응축 및 수집합니다. 화합물을 형성했을 수 있는 모든 수은을 분리하고 포획합니다.

정제

대부분의 상업용 수은은 99.9% 순수하며 로스팅 및 응축 과정에서 직접 사용할 수 있습니다. 일부 제한된 응용 분야에는 더 높은 순도의 수은이 필요하며 추가로 정제해야 합니다. 이 초순수 수은은 프리미엄 가격을 요구합니다.

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8 여러 가지 정제 방법을 통해 더 높은 순도를 얻을 수 있습니다. 수은은 다시 기계적으로 여과될 수 있으며, 화학약품이나 공기에 의한 산화를 통해 특정 불순물을 제거할 수 있다. 어떤 경우에는 액체 수은 탱크에 전류를 흐르게 하여 불순물을 제거하는 전해 공정을 통해 수은을 정제합니다. 가장 일반적인 정제 방법은 불순물이 증발하거나 수은 자체가 증발하여 불순물이 남을 때까지 액체 수은의 온도를 조심스럽게 높이는 3중 증류입니다. 이 증류 공정은 매회 순도가 증가하면서 3회 수행됩니다.

배송

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9 상업용 수은을 연철 또는 강철 플라스크에 붓고 밀봉합니다. 각 플라스크에는 76lb(34.5kg)의 수은이 들어 있습니다. 고순도 수은은 일반적으로 선적을 위해 더 작은 유리 또는 플라스틱 용기에 밀봉됩니다.

품질 관리

순도 99.9%의 상업용 수은을 프라임 버진 수은이라고 합니다. 초순수 수은은 보통 삼중증류법으로 생산되며 삼중증류수은이라고 합니다.

로스팅 및 응축 공정의 품질 관리 검사는 응축 액체 수은이 가장 흔한 오염 물질이기 때문에 이물질이 있는지 현장 확인하는 것으로 구성됩니다. 다양한 화학 테스트 방법을 사용하여 금, 은 및 비금속의 존재를 감지합니다.

삼중증류수은은 증발 또는 분광분석으로 시험한다. 증발법에서는 수은 시료를 증발시키고 잔류물의 무게를 잰다. 분광분석법에서는 수은 시료를 증발시키고 잔류물을 흑연과 혼합한다. 생성된 혼합물에서 나오는 빛은 존재하는 화학 원소에 따라 빛을 다른 색상 밴드로 분리하는 분광계로 관찰됩니다.

건강 및 환경 영향

수은은 인간에게 매우 유독합니다. 흡입, 섭취 또는 피부를 통한 흡수로 인해 노출될 수 있습니다. 세 가지 중 수은 증기 흡입이 가장 위험합니다. 수은 증기에 단기간 노출되면 몇 시간 내에 쇠약, 오한, 메스꺼움, 구토, 설사 및 기타 증상이 나타날 수 있습니다. 복구는 일반적으로 피해자가 소스에서 제거되면 완료됩니다. 수은 증기에 장기간 노출되면 떨림, 과민성, 불면증, 혼란, 과도한 타액 분비 및 기타 쇠약 효과가 발생합니다.

정상적인 상황에서 대부분의 수은 노출은 수은이 많이 축적된 생선과 같은 특정 식품 섭취로 인해 발생합니다. 수은은 인간의 소화 시스템을 통과할 때 많은 양의 흡수가 되지 않지만 장기간 섭취하면 누적 효과가 있는 것으로 나타났습니다.

산업 상황에서 수은 노출은 훨씬 더 심각한 위험입니다. 수은 광석을 채광하고 가공하면 작업자가 수은 증기에 노출될 수 있을 뿐만 아니라 피부에 직접 닿을 수 있습니다. 염소와 가성 소다의 생산은 또한 심각한 수은 노출 위험을 유발할 수 있습니다. 치과 의사와 치과 보조원은 수은 아말감 충전재를 준비하고 넣는 동안 수은에 노출될 수 있습니다.

수은은 심각한 건강 위험을 초래하기 때문에 수은의 사용과 환경 방출은 점점 더 엄격하게 제한되고 있습니다. 1988년에 인간 활동의 결과로 전 세계적으로 2,400만 lb/yr(1,100만 kglyr)의 수은이 대기, 육지 및 수중으로 방출된 것으로 추산되었습니다. 여기에는 수은 채굴 및 정제, 다양한 제조 작업, 석탄 연소, 도시 쓰레기 및 하수 슬러지 폐기 및 기타 출처에서 배출되는 수은이 포함됩니다.

미국에서는 환경 보호국(EPA)이 많은 응용 분야에서 수은 사용을 금지했습니다. EPA는 도시 쓰레기에서 발견되는 수은 수준을 1989년 140만 Ib/yr(0.64백만 kg/yr)에서 2000년까지 0.35백만 lb/yr(0.16백만 kg/yr)로 줄이는 목표를 설정했습니다. 이는 제품의 수은 사용을 줄이고 재활용을 통해 도시 쓰레기에서 수은의 전환을 증가시킴으로써 달성됩니다.