Wissenschaft

Ein Leitfaden für Quecksilberanwendungen in der Metallurgie

Quecksilber oder „Quecksilber“, wie es sonst genannt wird, ist ein dichtes, giftiges Metallelement, das bei Raumtemperatur in flüssiger Form vorliegt. Seit Jahrtausenden hergestellt und untersucht, ist der Quecksilberverbrauch seit den 1980er Jahren stetig zurückgegangen, da die negativen gesundheitlichen Auswirkungen auf Mensch und Umwelt stärker berücksichtigt wurden.

 

Eigenschaften

  • Atomsymbol: Hg
  • Ordnungszahl: 80
  • Elementkategorie: Übergangsmetall
  • Dichte: 15,534 g / cm³
  • Schmelzpunkt: -38,9 ° C (102 ° F)
  • Siedepunkt: 356,9 ° C (674,4 ° F)
  • Elektrischer Widerstand: 95,8 Mikrohm / cm (20 ° C)

 

Eigenschaften

Quecksilber ist bei Raumtemperatur eine dicke, silberne Flüssigkeit mit sehr hoher Dichte und geringer Wärmeleitfähigkeit. Es hat eine relativ hohe  elektrische Leitfähigkeit  und bildet leicht Amalgame ( Legierungen. mit Gold und Silber.

Eine der am meisten geschätzten Eigenschaften von Quecksilber ist seine Fähigkeit, sich als Reaktion auf Druck- und Temperaturänderungen über den gesamten Flüssigkeitsbereich gleichmäßig auszudehnen und zusammenzuziehen. Quecksilber ist sowohl für den Menschen als auch für die Umwelt hochgiftig, was in den letzten Jahrzehnten zu drastischen Einbußen bei Produktion und Verwendung geführt hat.

 

Geschichte

Merkurs frühester Gebrauch lässt sich bis 1500 v. Chr. Zurückverfolgen, als er im alten Ägypten zur Verzierung von Gräbern verwendet wurde. Wahrscheinlich aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften wurde Quecksilber von zahlreichen Zivilisationen verwendet, untersucht und geschätzt, darunter die alten Griechen, Römer, Chinesen und Mayas.

Über Jahrhunderte glaubten die Menschen, dass Quecksilber besondere heilende Eigenschaften besitze, und verwendeten es folglich als Diuretikum und Schmerzmittel sowie in Arzneimitteln zur Behandlung verschiedener Krankheiten von Depressionen bis Syphilis. Es wurde in der Kosmetik und als dekoratives Material verwendet. Alchemisten im Mittelalter waren besonders an der Fähigkeit von Quecksilber interessiert, Gold aus Erz zu gewinnen.

Schon früh wurde klar, dass das mysteriöse flüssige Metall aufgrund des hohen Wahnsinns und des Todes in Quecksilberminen für den Menschen giftig war. Es verhinderte jedoch nicht das Experimentieren. Die Verwendung von Quecksilbernitrat zur Umwandlung von Pelz in Filz, die häufig von Hutmachern des 18. und 19. Jahrhunderts verwendet wurde, führte zu dem Ausdruck „verrückt wie ein Hutmacher“.

Zwischen 1554 und 1558 entwickelte Bartolome de Medina das Terrassenverfahren zur Gewinnung von Silber aus Erzen mit Quecksilber. Der Patio-Prozess beruht auf der Fähigkeit von Quecksilber, sich mit Silber zu verschmelzen. Unterstützt von großen Quecksilberminen in Almaden (Spanien) und Huancavelica (Peru) war der Patio-Prozess entscheidend für die rasche Ausweitung der spanischen Silberproduktion im 17. und 18. Jahrhundert. Später, während des Goldrausches in Kalifornien, wurden Variationen des Patio-Prozesses verwendet, um Gold zu gewinnen.

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts begannen zunehmende Forschungsarbeiten, eine Korrelation zwischen dem Abfluss chemischer Abfälle und dem Methylquecksilbergehalt in Meeresfrüchten nachzuweisen. Es wurde auf die gesundheitlichen Auswirkungen des Metalls auf den Menschen geachtet. In den letzten Jahren haben die Vereinigten Staaten und die Europäische Union strenge Vorschriften für die Herstellung, Verwendung und Entsorgung von Quecksilber erlassen.

 

Produktion

Quecksilber ist ein sehr seltenes Metall und kommt am häufigsten in den Erzen Zinnober und Livingstonit vor. Es wird als Primärprodukt und als Nebenprodukt von Gold,  Zink und  Kupfer hergestellt .

Quecksilber kann aus Zinnober, einem Sulfiderz (HgS), hergestellt werden, indem der Sulfidgehalt in einem Drehrohrofen oder mehreren Herdöfen verbrannt wird. Zerkleinertes Quecksilbererz wird mit Holzkohle oder Kokskohle gemischt und bei Temperaturen über 300 ° C verbrannt. Sauerstoff wird in den Ofen gepumpt, der sich mit dem Schwefel verbindet, Schwefeldioxid freisetzt und einen Quecksilberdampf erzeugt, der gesammelt und zur weiteren Verfeinerung als reines Metall gekühlt werden kann.

Durch das Leiten des Quecksilberdampfes durch einen wassergekühlten Kondensator kondensiert das Quecksilber, das einen hohen Siedepunkt hat, als erstes in seine flüssige Metallform und sammelt sich. Mit diesem Verfahren können etwa 95% des Quecksilbergehalts von Zinnobererz gewonnen werden.

Quecksilber kann auch mit Natriumhydroxid und Natriumsulfid aus Erzen ausgelaugt werden. Die Rückgewinnung des Quecksilbers erfolgt durch Ausfällen mit Aluminium oder Elektrolyse. Durch Destillation kann Quecksilber zu mehr als 99,999% gereinigt werden.

Kommerzielles 99,99% iges Quecksilber wird in 34,5 kg schweren Schmiedeeisen- oder Stahlkolben verkauft.

Die weltweite Quecksilberproduktion wurde vom US Geological Survey  (USGS) im Jahr 2010 auf 2.250 Tonnen geschätzt  . China liefert derzeit etwa 70% der weltweiten Produktion, gefolgt von Kirgisistan (11,1%), Chile (7,8%) und Peru (4,5%).

Zu den größten Quecksilberproduzenten und -lieferanten zählen das Quecksilberwerk Khaidarkan in Kirgisistan, Produzenten des Quecksilbergürtels Tongren-Fenghuang in China und Minas de Almadén y Arrayanes, SA, das früher die historische Quecksilbermine Almaden in Spanien betrieb und jetzt für das Quecksilberwerk in Spanien verantwortlich ist Recycling und Management eines großen Prozentsatzes des europäischen Quecksilbers.

 

Anwendungen

Die Produktion von und die Nachfrage nach Quecksilber sind seit ihrem Höhepunkt in den frühen 1980er Jahren stetig zurückgegangen.

Die Hauptanwendung für Quecksilbermetall in Nordamerika und Europa sind Kathodenzellen, die zur Herstellung von Natronlauge verwendet werden. In den USA macht dies 75% des Quecksilberbedarfs aus, obwohl der Bedarf an solchen Zellen seit 1995 um 97% zurückgegangen ist, da moderne Chloralkali-Anlagen Membranzellen- oder Membranzellentechnologien eingeführt haben.

In China ist die Polyvinylchlorid (PVC) -Industrie der größte Quecksilberverbraucher. Die Herstellung von PVC auf Kohlebasis, wie sie in China hergestellt wird, erfordert die Verwendung von Quecksilber als Katalysator. Laut USGS kann Quecksilber, das bei der Herstellung von Kunststoffen wie PVC verwendet wird, bis zu 50% der weltweiten Nachfrage ausmachen.

Die vielleicht bekannteste Verwendung von Quecksilber sind Thermometer und Barometer. Diese Nutzung nimmt jedoch ebenfalls stetig ab. Galinstan  (eine Legierung aus Gallium, Indium und  Zinn. hat Quecksilber in Thermometern aufgrund der geringeren Toxizität der Legierung größtenteils ersetzt.

Die Fähigkeit von Quecksilber, sich mit Edelmetallen zu verschmelzen und deren Rückgewinnung zu unterstützen, hat dazu geführt, dass Quecksilber in vielen Entwicklungsländern mit alluvialen Goldminen weiterhin eingesetzt wird.

Obwohl umstritten, wird die Verwendung von Quecksilber in Zahnamalgamen fortgesetzt und ist trotz der Entwicklung von Alternativen immer noch eine wichtige Industrie für das Metall.

Eine der wenigen Anwendungen für Quecksilber, die in den letzten Jahren zugenommen haben, sind Kompaktleuchtstofflampen (CFLs). Regierungsprogramme zur Beseitigung weniger energieeffizienter Glühbirnen haben die Nachfrage nach CFLs unterstützt, die gasförmiges Quecksilber benötigen.

Quecksilberverbindungen werden auch in Batterien, Arzneimitteln, Industriechemikalien, Farben und Quecksilberfulminat, einem Zünder für Sprengstoffe, verwendet.

 

Handelsbestimmungen

Die USA und die EU haben kürzlich Anstrengungen unternommen, um den Handel mit Quecksilber zu regulieren. Nach dem Mercury Export Ban Act von 2008 ist die Ausfuhr von Quecksilber aus den USA ab dem 1. Januar 2013 verboten. Die Ausfuhr von Quecksilber aus allen EU-Mitgliedstaaten war ab März 2011 verboten. Norwegen hat bereits ein Verbot der Quecksilberausfuhr aus den USA verhängt Produktion, Import und Export von Quecksilber.

Quellen:

Eine Einführung in die Metallurgie . Joseph Newton, Zweite Auflage. New York, John Wiley & amp; Sons, Inc. 1947.

Merkur: Element der Alten.

Quelle:  http://www.dartmouth.edu/~toxmetal/toxic-metals/mercury/

Encyclopædia Britannica. Quecksilberverarbeitung (2011).

Abgerufen von  http://www.britannica.com/EBchecked/topic/375927/mercury-processing

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