Gruvbrytning och malmbearbetning sker över hela världen och består av utvinning av mineraler, metaller och ädelstenar från omgivande jord och malm. Industriella gruvor varierar i storlek, där vissa är ganska små och andra mycket stora. Många storskaliga gruvor har också malmbearbetningsanläggningar där utvunnen malm skickas för krossning, tvättning och olika fysiska eller kemiska separationsprocesser. Alla utvunna material är inte farliga, men många tungmetaller och naturligt radioaktiva material som avlägsnas från jorden kan vara mycket farliga för människors hälsa.
Förutom aktiva gruvor finns det ett stort antal inaktiva och övergivna gruvplatser över hela världen som fortfarande innehåller stora halter av föroreningar och utgör faror för lokalsamhällen.
Kvicksilver är ett av de grundläggande kemiska grundämnena. Det är en tung, silverfärgad metall som är flytande vid normala temperaturer. Kvicksilver bildar lätt legeringar med andra metaller, och detta gör det användbart vid bearbetning av guld och silver. Mycket av drivkraften att utveckla kvicksilvermalmfyndigheter i USA kom efter upptäckten av guld och silver i Kalifornien och andra västerländska stater på 1800-talet. Tyvärr är kvicksilver också ett mycket giftigt material, och som ett resultat har dess användning kraftigt minskat under de senaste 20 åren. Dess huvudsakliga tillämpningar är vid produktion av klor och kaustiksoda, och som en komponent i många elektriska apparater, inklusive lysrör och kvicksilverlampor.
Kvicksilver har hittats i egyptiska gravar från omkring 1500 f.Kr. , och det användes förmodligen för kosmetiska och medicinska ändamål ännu tidigare. Omkring 350 f.Kr. , beskrev den grekiske filosofen och vetenskapsmannen Aristoteles hur cinnobermalm värmdes upp för att utvinna kvicksilver för religiösa ceremonier. Romarna använde kvicksilver för en mängd olika ändamål och gav det namnet hydrargyrum, vilket betyder flytande silver, från vilket den kemiska symbolen för kvicksilver, Hg, härstammar.
Efterfrågan på kvicksilver ökade kraftigt 1557 med utvecklingen av en process som använde kvicksilver för att utvinna silver från sin malm. Kvicksilverbarometern uppfanns av Torricelli 1643, följt av uppfinningen av kvicksilvertermometern av Fahrenheit 1714. Den första användningen av en kvicksilverlegering, eller amalgam, som en tandfyllning i tandvården var 1828, även om oro över den giftiga naturen av kvicksilver förhindrade den utbredda användningen av denna nya teknik. Det var inte förrän 1895 som experimentellt arbete av G.V. Black visade att amalgamfyllningar var säkra, även om 100 år senare forskare fortfarande diskuterade den punkten.
Cinnober är sulfid är koncentrat genom skumflytningsmetod. Det pulveriserade materialet förvaras i vatten innehållande tallolja och blandningen omrörs genom att tryckluft passerar. Malm bildar skum med olja och kommer upp till ytan och skummas bort medan orenheter lämnas i vatten.
Innehållsförteckning
Rostning och destillation
Det koncentrerade materialet blandas med 2 % koks och matas in i schaktugnen genom en kopp och vin. Arrangemang ugnen värms upp genom beskärning av bränsle och luften är under i cinnober oxideras först till kvicksilveroxid som sedan sönderdelas till kvicksilver ångan av kvicksilver kondenseras i Y-form. Jordkondensatorer kylda av vatten.
Rening
Kvicksilver som erhålls genom ovanstående process är inte rent och innehåller föroreningar som koppar (Cu), Zn, Bi, Ag, etc. som föroreningar. Det orena kvicksilvret filtreras genom demonsläder för att ta bort smutsad smuts. Efter det tappas kvicksilver genom ett långt rör fyllt med 5% HNO3-lösning. Basmetallerna löses i HNO3 som nitrat.
Eventuellt kvicksilvernitrat reagerar med basmetall och ger tillbaka kvicksilver.
Kvicksilver innehåller fortfarande metall som guld (Au), silver (Ag), Pt, etc. som föroreningar. Dessa avlägsnas genom vakuumdestillation där kvicksilver destillerar och lämnar andra metaller.
Egenskaper:
- Kvicksilver är en glänsande metall med densiteten 13,6 gmcm3
- Den har mpt på -370c och bpt 3570c
- Det förångas och bildar en monoatomisk kvicksilvermolekyl och kvicksilverånga är mycket giftiga.
- Kemiska egenskaper
Luftens verkan
Luft reagerar inte med Hg, vid normal (vanlig) temperatur, men vid upphettning kombineras kvicksilver till sin kokpunkt med syre och bildar kvicksilveroxid.
Det mesta av världens kvicksilver utvinns från dess huvudsakliga malm, cinnober eller vermillion med den kemiska strukturen kvicksilversulfid (HgS). Cinnober finns vanligtvis i en massiv eller granulär form men kan också förekomma som små kristaller som visas nedan. Denna malm är klarröd till färgen och små droppar av kvicksilvermetall kan ibland hittas i själva malmen. De huvudsakliga områdena för cinnoberbrytning finns i Italien och Spanien som står för 50 % av världens kvicksilver.
Kvicksilver kan erhållas från cinnober genom att värma cinnobermalmen i en luftström och kondensera den bildade kvicksilverångan. På grund av sin relativt låga kokpunkt kan kvicksilver lätt renas genom vakuumdestillation. Reaktionen mellan kvicksilversulfid och syre visas nedan:
- HgS + O2 → Hg + SO2
- Andra processer för att avlägsna kvicksilver från cinnober är också kända och reaktionerna visas nedan:
- HgS + Fe → Hg + FeS
- 4HgS + 4CaO → 4Hg + 3CaS + CaS04
Råmaterial
Kvicksilver finns sällan av sig självt i naturen. Mest kvicksilver är kemiskt bundet till andra material i form av malmer. Den vanligaste malmen är röd kvicksilversulfid (HgS), även känd som cinnober. Andra kvicksilvermalmer inkluderar korderoit (Hg 3 S 2 Cl 2 ), livingstonite (HgSb 4 S 8 ), montroydit (HgO) och kalomel (HgCl). Det finns flera andra. Kvicksilvermalmer bildas under jorden när varma minerallösningar stiger mot jordytan under inverkan av vulkanisk verkan. De finns vanligtvis i förkastade och spruckna stenar på relativt grunda djup på 3-3000 fot (1-1000 m).
Andra kvicksilverkällor inkluderar soptippen och avfallshögarna från tidigare, mindre effektiva gruv- och bearbetningsverksamheter.
Tillverkningen
Bearbeta
Processen för att utvinna kvicksilver från dess malmer har inte förändrats mycket sedan Aristoteles beskrev det första gången för över 2 300 år sedan. Cinnobermalm krossas och värms upp för att frigöra kvicksilvret som en ånga. Kvicksilverångan kyls sedan, kondenseras och samlas upp. Nästan 95 % av kvicksilverhalten i cinnobermalm kan återvinnas med denna process.
Här är en typisk sekvens av operationer som används för modern utvinning och raffinering av kvicksilver.
Brytning
Cinnobermalm förekommer i koncentrerade avlagringar som ligger vid eller nära ytan. Cirka 90 % av dessa fyndigheter är tillräckligt djupa för att kräva underjordisk gruvdrift med tunnlar. Resterande 10 % kan schaktas ur dagbrott.
1. Cinnober lossnar från de omgivande stenarna genom borrning och sprängning med sprängämnen eller genom användning av kraftutrustning. Malmen förs ut ur gruvan på löpande band eller i lastbilar eller tåg.
Stekning
Eftersom cinnobermalm är relativt koncentrerad kan den bearbetas direkt utan några mellansteg för att ta bort avfallsmaterial.
2. Malmen krossas först i en eller flera konkrossar. En konkross består av en invändig slipkon som roterar på en excentrisk vertikal axel inuti en fast yttre kon. När malmen matas in i toppen av krossen, kläms den mellan de två konerna och bryts i mindre bitar.
3. Den krossade malmen mals sedan ännu mindre av en serie kvarnar. Varje kvarn består av en stor cylindrisk behållare som ligger på sidan och roterar på sin horisontella axel. Kvarnen kan fyllas med korta längder av stålstänger eller med stålkulor för att ge slipverkan.
4. Den finpulveriserade malmen matas in i en ugn eller ugn för att värmas upp. Vissa operationer använder en ugn med flera härdar, där malmen förflyttas mekaniskt nedför ett vertikalt schakt från en avsats, eller härd, till nästa genom långsamt roterande krattor. Andra operationer använder en roterande ugn, där malmen tumlas ner längs med en lång, roterande cylinder som lutar några grader från horisontalplanet.
I båda fallen tillhandahålls värme genom att förbränna naturgas eller något annat bränsle i den nedre delen av ugnen eller ugnen. Den uppvärmda cinnobern (HgS) reagerar med syret (02) i luften och producerar svaveldioxid (SO 2 ), vilket gör att kvicksilvret kan stiga upp som en ånga. Denna process kallas rostning.
Kondenserande
5. Kvicksilverångan stiger upp och ut ur ugnen eller ugnen tillsammans med svaveldioxiden, vattenångan och andra förbränningsprodukter. En betydande mängd fint damm från den pulveriserade malmen förs också med och måste separeras och fångas upp.
6. Det varma ugnsavloppet passerar genom en vattenkyld kondensor. När avgaserna svalnar är kvicksilvret, som har en kokpunkt på 357° C, det första som kondenserar till en vätska, vilket lämnar de andra gaserna och ångorna för att ventileras eller bearbetas ytterligare för att minska luftföroreningarna .
7. Det flytande kvicksilvret samlas upp. Eftersom kvicksilver har en mycket hög specifik vikt tenderar eventuella föroreningar att stiga upp till ytan och bilda en mörk hinna eller avskum. Dessa föroreningar avlägsnas genom filtrering, vilket lämnar ett flytande kvicksilver som är cirka 99,9 % rent. Föroreningarna behandlas med kalk för att utvinna kvicksilver ur sina malmer, krossas och värms cinnobermalm för att frigöra kvicksilvret som en ånga. Kvicksilverångan kyls sedan, kondenseras och samlas upp.
För att utvinna kvicksilver ur sina malmer krossas cinnobermalm och värms upp för att frigöra kvicksilvret som en ånga. Kvicksilverångan kyls sedan, kondenseras och samlas upp. Separera och fånga upp eventuellt kvicksilver som kan ha bildat föreningar.
Raffinering
Mest kommersiellt kvicksilver är 99,9 % rent och kan användas direkt från rostning och kondensering. Kvicksilver med högre renhet behövs för vissa begränsade tillämpningar och måste förädlas ytterligare. Detta ultrarena kvicksilver kräver ett premiumpris.
8. Högre renhet kan erhållas genom flera raffineringsmetoder. Kvicksilvret kan filtreras mekaniskt igen och vissa föroreningar kan avlägsnas genom oxidation med kemikalier eller luft. I vissa fall raffineras kvicksilvret genom en elektrolytisk process, där en elektrisk ström leds genom en tank med flytande kvicksilver för att avlägsna föroreningarna.
Den vanligaste raffineringsmetoden är trippeldestillation, där temperaturen på det flytande kvicksilvret försiktigt höjs tills föroreningarna antingen avdunstar eller själva kvicksilvret avdunstar och lämnar föroreningarna kvar. Denna destillationsprocess utförs tre gånger, med renheten som ökar varje gång.
