Mercurio
Antecedentes
El mercurio es uno de los elementos químicos básicos. Es un metal plateado pesado que es líquido a temperaturas normales. El mercurio forma fácilmente aleaciones con otros metales, y esto lo hace útil para procesar oro y plata. Gran parte del impulso para desarrollar depósitos de mineral de mercurio en los Estados Unidos se produjo después del descubrimiento de oro y plata en California y otros estados del oeste en el siglo XIX. Desafortunadamente, el mercurio también es un material altamente tóxico y, como resultado, su uso ha disminuido drásticamente en los últimos 20 años. Sus principales aplicaciones son la producción de cloro y sosa cáustica, y como componente de muchos dispositivos eléctricos, incluidas las lámparas fluorescentes y de vapor de mercurio.
Se ha encontrado mercurio en tumbas egipcias que datan de aproximadamente 1500
La demanda de mercurio aumentó considerablemente en 1557 con el desarrollo de un proceso que utilizaba mercurio para extraer plata de su mineral. El barómetro de mercurio fue inventado por Torricelli en 1643, seguido por la invención del termómetro de mercurio por Fahrenheit en 1714. El primer uso de una aleación de mercurio, o amalgama, como empaste dental en odontología fue en 1828, aunque las preocupaciones sobre la naturaleza tóxica de mercurio impidió el uso generalizado de esta nueva técnica. No fue hasta 1895 que el trabajo experimental de G.V. Black demostró que los empastes de amalgama eran seguros, aunque 100 años después, los científicos todavía debatían ese punto.
El mercurio se abrió camino en muchos productos y aplicaciones industriales después de 1900. Se usaba comúnmente en baterías, pinturas, explosivos, bombillas, interruptores de luz, productos farmacéuticos, fungicidas y pesticidas. El mercurio también se utilizó como parte de los procesos para producir papel, fieltro, vidrio y muchos plásticos.
En la década de 1980, la creciente comprensión y conciencia de los efectos nocivos para la salud y el medio ambiente del mercurio comenzó a superar en gran medida sus beneficios, y el uso comenzó a disminuir drásticamente. En 1992, su uso en baterías se había reducido a menos del 5% de su nivel en 1988, y el uso general en dispositivos eléctricos y bombillas había disminuido en un 50% en el mismo período. El uso de mercurio en pinturas, fungicidas y pesticidas ha sido prohibido en los Estados Unidos, y su uso en los procesos de fabricación de papel, fieltro y vidrio se ha descontinuado voluntariamente.
En todo el mundo, la producción de mercurio se limita a unos pocos países con leyes ambientales relajadas. La extracción de mercurio ha cesado por completo en España, que hasta 1989 era el mayor productor mundial. En los Estados Unidos, la extracción de mercurio también se ha detenido, aunque se recuperan pequeñas cantidades de mercurio como parte del proceso de refinación de oro para evitar la contaminación ambiental. China, Rusia (antes URSS), México y Argelia fueron los mayores productores de mercurio en 1992.
Materias primas
El mercurio rara vez se encuentra solo en la naturaleza. La mayor parte del mercurio está químicamente unido a otros materiales en forma de minerales. El mineral más común es el sulfuro de mercurio rojo (HgS), también conocido como cinabrio. Otros minerales de mercurio incluyen corderoita (Hg 3 S 2 Cl 2 ), livingstonita (HgSb 4 S 8 ), montroydita (HgO) y calomelanos (HgCl). Hay varios otros. Los minerales de mercurio se forman bajo tierra cuando las soluciones minerales cálidas se elevan hacia la superficie de la tierra bajo la influencia de la acción volcánica. Por lo general, se encuentran en rocas con fallas y fracturadas a profundidades relativamente bajas de 3-3000 pies (1-1000 m).
Otras fuentes de mercurio incluyen los vertederos y las pilas de relaves de operaciones de minería y procesamiento anteriores y menos eficientes.
El
proceso de fabricación
El proceso para extraer mercurio de sus minerales no ha cambiado mucho desde que Aristóteles lo describió por primera vez hace más de 2.300 años. El mineral de cinabrio se tritura y se calienta para liberar el mercurio en forma de vapor. Luego, el vapor de mercurio se enfría, se condensa y se recolecta. Casi el 95% del contenido de mercurio del mineral de cinabrio se puede recuperar mediante este proceso.
A continuación se muestra una secuencia típica de operaciones utilizadas para la extracción y refinación modernas de mercurio.
Minería
El mineral de cinabrio se encuentra en depósitos concentrados ubicados en o cerca de la superficie. Aproximadamente el 90% de estos depósitos son lo suficientemente profundos como para requerir minería subterránea con túneles. El 10% restante se puede excavar en tajos abiertos.
- 1 El cinabrio se desprende de las rocas circundantes mediante la perforación y voladura con explosivos o mediante el uso de equipos eléctricos. El mineral se saca de la mina en cintas transportadoras o en camiones o trenes.
Tostado
Debido a que el mineral de cinabrio está relativamente concentrado, se puede procesar directamente sin ningún paso intermedio para eliminar el material de desecho.
- 2 El mineral se tritura primero en una o más trituradoras de cono. Una trituradora de cono consiste en un cono de trituración interior que gira sobre un eje vertical excéntrico dentro de un cono exterior fijo. A medida que el mineral se introduce en la parte superior de la trituradora, se aprieta entre los dos conos y se rompe en pedazos más pequeños.
- 3 Luego, el mineral triturado se muele aún más pequeño mediante una serie de molinos. Cada molino consta de un gran recipiente cilíndrico que se coloca de lado y gira sobre su eje horizontal. El molino puede llenarse con trozos cortos de varillas de acero o con bolas de acero para proporcionar la acción de trituración.
- 4 El mineral finamente pulverizado se introduce en un horno u horno para ser calentado. Algunas operaciones utilizan un horno de varios hogares, en el que el mineral se mueve mecánicamente hacia abajo por un eje vertical desde una repisa o hogar al siguiente mediante rastrillos que giran lentamente. Otras operaciones utilizan un horno rotatorio, en el que el mineral se hace caer a lo largo de un cilindro giratorio largo que está inclinado unos pocos grados con respecto a la horizontal. En cualquier caso, el calor se obtiene mediante la combustión de gas natural o algún otro combustible en la parte inferior del horno. El cinabrio calentado (HgS) reacciona con el oxígeno (O2) del aire para producir dióxido de azufre (SO 2 ), lo que permite que el mercurio se eleve en forma de vapor. Este proceso se llama tostado.
Condensando
- 5 El vapor de mercurio sube y sale del horno u horno junto con el dióxido de azufre, el vapor de agua y otros productos de la combustión. También se transporta una cantidad considerable de polvo fino del mineral en polvo, que debe separarse y capturarse.
- 6 El escape caliente del horno pasa a través de un condensador enfriado por agua. A medida que el escape se enfría, el mercurio, que tiene un punto de ebullición de 675 ° F (357 ° C), es el primero en condensarse en un líquido, dejando que los demás gases y vapores se ventilen o procesen más para reducir la contaminación del aire. .
- 7 Se recoge el mercurio líquido. Debido a que el mercurio tiene una gravedad específica muy alta, las impurezas tienden a subir a la superficie y formar una película oscura o espuma. Estas impurezas se eliminan por filtración, dejando un mercurio líquido con una pureza de aproximadamente el 99,9%. Las impurezas se tratan con cal para
Para extraer mercurio de sus minerales, el mineral de cinabrio se tritura y se calienta para liberar el mercurio como un vapor. Luego, el vapor de mercurio se enfría, se condensa y se recolecta. separar y capturar cualquier mercurio que pueda haber formado compuestos.
Refinando
La mayor parte del mercurio de calidad comercial tiene una pureza del 99,9% y se puede utilizar directamente del proceso de tostado y condensación. Se necesita mercurio de mayor pureza para algunas aplicaciones limitadas y debe refinarse más. Este mercurio ultrapuro tiene un precio superior.
- 8 Se puede obtener una mayor pureza mediante varios métodos de refinado. El mercurio puede volver a filtrarse mecánicamente y determinadas impurezas pueden eliminarse mediante oxidación con productos químicos o aire. En algunos casos, el mercurio se refina mediante un proceso electrolítico, en el que se pasa una corriente eléctrica a través de un tanque de mercurio líquido para eliminar las impurezas. El método de refinación más común es la triple destilación, en la que la temperatura del mercurio líquido se eleva cuidadosamente hasta que las impurezas se evaporan o el mercurio mismo se evapora, dejando atrás las impurezas. Este proceso de destilación se realiza tres veces, aumentando la pureza cada vez.
Envío
- 9 El mercurio de calidad comercial se vierte en frascos de hierro forjado o acero y se sella. Cada matraz contiene 34,5 kg (76 lb) de mercurio. El mercurio de mayor pureza generalmente se sella en recipientes de vidrio o plástico más pequeños para su envío.
Control de calidad
El mercurio de grado comercial con una pureza del 99,9% se denomina mercurio de grado virgen de primera calidad. El mercurio ultrapuro generalmente se produce mediante el método de triple destilación y se denomina mercurio de triple destilación.
Las inspecciones de control de calidad del proceso de tostado y condensación consisten en una verificación puntual del mercurio líquido condensado para detectar la presencia de metales extraños, ya que estos son los contaminantes más comunes. La presencia de oro, plata y metales básicos se detecta mediante varios métodos de pruebas químicas.
El mercurio triplemente destilado se prueba mediante evaporación o análisis espectrográfico. En el método de evaporación, se evapora una muestra de mercurio y se pesa el residuo. En el método de análisis espectrográfico, se evapora una muestra de mercurio y el residuo se mezcla con grafito. La luz proveniente de la mezcla resultante se observa con un espectrómetro, que separa la luz en diferentes bandas de color según los elementos químicos presentes.
Efectos sobre la salud y el medio ambiente
El mercurio es muy tóxico para los humanos. La exposición puede provenir de inhalación, ingestión o absorción a través de la piel. De los tres, la inhalación de vapor de mercurio es la más peligrosa. La exposición a corto plazo al vapor de mercurio puede producir debilidad, escalofríos, náuseas, vómitos, diarrea y otros síntomas en unas pocas horas. La recuperación suele completarse una vez que se retira a la víctima de la fuente. La exposición prolongada al vapor de mercurio produce temblores, irritabilidad, insomnio, confusión, salivación excesiva y otros efectos debilitantes.
En situaciones normales, la mayor parte de la exposición al mercurio proviene de la ingestión de ciertos alimentos, como el pescado, en los que el mercurio se ha acumulado en niveles elevados. Aunque el mercurio no se absorbe en grandes cantidades cuando pasa a través del sistema digestivo humano, se ha demostrado que la ingestión durante un largo período de tiempo tiene efectos acumulativos.
En situaciones industriales, la exposición al mercurio es un peligro mucho más grave. La extracción y el procesamiento de mineral de mercurio pueden exponer a los trabajadores al vapor de mercurio, así como al contacto directo con la piel. La producción de cloro y sosa cáustica también puede causar importantes peligros de exposición al mercurio. Los dentistas y asistentes dentales pueden estar expuestos al mercurio mientras preparan y colocan empastes de amalgama de mercurio.
Debido a que el mercurio representa un grave peligro para la salud, su uso y liberación al medio ambiente se ha visto sometido a restricciones cada vez más estrictas. En 1988, se estimó que 24 millones de lb / año (11 millones de kglyr) de mercurio se liberaron al aire, la tierra y el agua en todo el mundo como resultado de las actividades humanas. Esto incluyó el mercurio liberado por la extracción y refinación de mercurio, diversas operaciones de fabricación, la combustión de carbón, el descarte de desechos municipales y lodos de alcantarillado y otras fuentes.
En los Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) ha prohibido el uso de mercurio para muchas aplicaciones. La EPA se ha fijado el objetivo de reducir el nivel de mercurio que se encuentra en la basura municipal de 1,4 millones de lb / año (0,64 millones de kg / año) en 1989 a 0,35 millones de lb / año (0,16 millones de kg / año) para el 2000. Esto es para lograrse reduciendo el uso de mercurio en los productos y aumentando la desviación de mercurio de los desechos municipales a través del reciclaje.
El futuro
El mercurio sigue siendo un componente importante en muchos productos y procesos, aunque se espera que su uso continúe disminuyendo. Se espera que la manipulación y el reciclaje mejorados del mercurio reduzcan significativamente su liberación al medio ambiente y, por lo tanto, reduzcan su riesgo para la salud.
Proceso de manufactura