מדריך ליישומי מרקורי במטלורגיה

כספית, או "חמיצית" כידוע, היא אלמנט מתכת צפוף ורעיל שקיים בצורה נוזלית בטמפרטורת החדר. השימוש בכספית, שהופק ונחקר במשך אלפי שנים, ירד בהתמדה מאז שנות השמונים כתוצאה מתשומת לב רבה יותר להשפעות הבריאותיות השליליות שיש לו על בני האדם והסביבה.

• סמל אטומי: Hg
• מספר אטומי: 80
• קטגוריית אלמנטים: מעבר מתכת
• צפיפות: 15.534 גרם / ס"מ
• נקודת התכה: -38.9 ° C (102 ° F)
• נקודת רתיחה: 356.9 ° C (674.4 ° F)
• התנגדות חשמלית: 95.8 מיקרום / ס"מ (20 מעלות צלזיוס)

בטמפרטורת החדר, הכספית היא נוזל סמיך כסוף עם צפיפות גבוהה מאוד ומוליכות חום נמוכה. יש לזה יחסית גבוה מוליכות חשמלית ויוצר בקלות amalgams (סגסוגות) עם זהב וכסף.

אחד המאפיינים המוערכים ביותר של כספית הוא יכולתו להתפשט ולהתכווץ באופן אחיד על כל טווח הנוזלים שלו, בתגובה לשינויים בלחץ ובטמפרטורה. כספית רעילה מאוד גם לבני אדם וגם לסביבה, מה שהביא להפחתה דרסטית בייצורו ושימושו בעשורים האחרונים.

ניתן לאתר את השימוש המוקדם ביותר של מרקורי עד 1500 לפני הספירה כאשר שימש לקישוט קברים במצרים העתיקה. ככל הנראה, בשל תכונותיו הייחודיות, נעשה שימוש, בחקר והערכה של כספית על ידי תרבויות רבות, כולל היוונים הקדומים, הרומאים, הסינים והמאיה.

במשך מאות שנים אנשים האמינו כי כספית היא בעלת תכונות ריפוי מיוחדות, וכתוצאה מכך השתמשו בה כמשתן ומשכך כאבים, כמו גם בתרופות לטיפול במחלות שונות מדיכאון ועד עגבת. הוא שימש בקוסמטיקה וכחומר דקורטיבי. האלכימאים בימי הביניים התעניינו במיוחד ביכולתו של כספית להוציא זהב מעפרות.

מוקדם יותר התברר כי המתכת הנוזלית המסתורית רעילה לבני אדם בגלל המופע הגבוה של אי שפיות ומוות במכרות כספית. עם זאת, זה לא מנע ניסויים. השימוש בכספית חנקה כדי להמיר פרווה ללבד, שהופעל לרוב על ידי יצרני כובעים מהמאה ה -18 וה -19, הביא לביטוי 'מטורף כקובען'.

בין השנים 1554 - 1558 פיתח ברטולום דה מדינה את תהליך הפטיו לחילוץ כסף מעפרות באמצעות כספית. תהליך הפטיו נשען על היכולת של כספית להתמזג עם כסף. תהליך הפטיו, שהיה נתמך על ידי מכרות כספית גדולים באלמדן, ספרד והואנקאבליקה בפרו, היה קריטי להתפשטות מהירה של ייצור הכסף הספרדי במאות ה -17 וה -18. מאוחר יותר, במהלך תנופת הזהב בקליפורניה, שימשו וריאציות של תהליך הפטיו כדי לחלץ זהב.

במחצית השנייה של המאה העשרים, כמויות הולכות וגדלות של מחקר החלו להוכיח מתאם בין נגר פסולת כימית לתכולת מתיל כספית בפירות ים. הושם לב להשפעות הבריאותיות של המתכת על בני אדם. בשנים האחרונות, ארצות הברית והאיחוד האירופי קיבלו תקנות נוקשות בנושא ייצור, שימוש וסילוק כספית.

כספית היא מתכת נדירה מאוד ונמצאת לרוב בכינזר בעפרות ובליסטוסטייט. הוא מיוצר כמוצר ראשוני וכמוצר לוואי של זהב, אבץ, ו נחושת.

ניתן לייצר כספית מכינאבאר, מחצב גופרתי (HgS), על ידי שריפת תכולת הגופרתי בכבשן סיבוב או בתנורי אח מרובים. עפרות כספית כתוש מעורבבות בפחם או פחם קוקה ונשרפות בטמפרטורות מעל 300 מעלות צלזיוס. חמצן מוזרם לתנור המשתלב עם הגופרית ומשחרר דו תחמוצת הגופרית ויוצר אדי כספית הניתנים לאיסוף ולקירור לשכלול נוסף כמתכת טהורה.

בהעברת אדי הכספית דרך מעבה מקורר במים, הכספית, בעלת נקודת רתיחה גבוהה, היא הראשונה להתעבה לצורת המתכת הנוזלית שלה ונאספת. ניתן לשחזר כ- 95% מתכולת הכספית בעפרות כינאבאר באמצעות תהליך זה.

כמו כן, ניתן להרחיק כספית מעפרות באמצעות נתרן הידרוקסיד ונתרן גופרתי. התאוששות הכספית נעשית על ידי משקעים באמצעות אלומיניום או אלקטרוליזה. באמצעות זיקוק ניתן לטהר כספית לגדולה מ- 99.999%.

99.99% כספית בדרגה מסחרית נמכרת בבקבוקי ברזל יצוק או פלדה (34.5 ק"ג).

ייצור הכספית ברחבי העולם הוערך על ידי ה- סקר גיאולוגי בארה"ב (USGS) להיות 2,250 טון בשנת 2010. סין מספקת כיום כ 70% מהייצור העולמי, ואחריה קירגיזסטן (11.1%), צ'ילה (7.8%) ופרו (4.5%).

היצרנים הגדולים והספקים של כספית כוללים את מפעל Khaidarkan Mercury בקירגיזסטן, יצרני חגורת הכספית Tongren-Fenghuang של סין ומינאס דה אלמאדן y Arrayanes, S.A., שהפעיל בעבר את מכרה הכספית Almaden בספרד וכעת אחראי על מיחזור וניהול של אחוז גדול של אירופאים כספית.

הייצור והביקוש לכספית ירדו בהתמדה מאז שיאו בראשית שנות השמונים.

היישום העיקרי למתכת כספית בצפון אמריקה ובאירופה הוא בתאי קתודה המשמשים לייצור סודה קאוסטית. בארצות הברית זה מהווה 75% מהביקוש לכספית, אם כי הביקוש לתאים כאלה פחת 97% מאז 1995, מכיוון שצמחי כלור-אלקלי מודרניים אימצו תא תאי קרום או דיאפרגמה טכנולוגיות.

בסין, תעשיית הפוליוויניל כלוריד (PVC) היא הצרכן הגדול ביותר של כספית. ייצור PVC מבוסס פחם, כמו זה המיוצר בסין, מחייב שימוש בכספית כזרז. על פי USGS, כספית המשמשת לייצור פלסטיק כמו PVC עשויה להוות עד 50% מהביקוש העולמי.

אולי השימוש הידוע ביותר בכספית הוא במדחומים ובברומטרים. עם זאת, שימוש זה גם הולך ויורד בהתמדה. גלינסטן (סגסוגת של גליום, אינדיום, ו פח) החליפה בעיקר כספית במדחומים בגלל הרעילות הנמוכה של הסגסוגת.

יכולתו של מרקורי להתמזג עם מתכות יקרות, מסייעת בהתאוששותם, הביאה להמשך השימוש במדינות מתפתחות רבות עם מכרות זהב סחף.

למרות שנמצא במחלוקת, השימוש בכספית באמלמות שיניים נמשך, ולמרות התפתחותן של אלטרנטיבות, הוא עדיין תעשייה מרכזית למתכת.

אחד השימושים הבודדים בכספית שצומחת בשנים האחרונות הוא בנורות פלורסנט קומפקטיות (CFL). תוכניות ממשלתיות המעודדות חיסול נורות ליבון חסכוניות יותר באנרגיה תמכו בביקוש ל- CFL, הדורשות כספית גזי.

תרכובות כספיות משמשות גם בסוללות, תרופות, כימיקלים תעשייתיים, צבעים ומילוי כספית, מפוצץ לחומר נפץ.

בארה"ב ובאיחוד האירופי נעשו מאמצים אחרונים להסדיר את סחר הכספית. על פי חוק איסור הייצוא של מרקורי משנת 2008, ייאסר ייצוא כספית מארה"ב החל מה -1 בינואר 2013. יצוא כספית מכל המדינות החברות באיחוד נאסר החל ממרץ 2011. נורבגיה כבר הכניסה איסור על ייצור, יבוא ויצוא של כספית.

מקורות:

מבוא למטלורגיה. ג'וזף ניוטון, מהדורה שנייה. ניו יורק, ג'ון וויילי ובניו, בע"מ. 1947.

מרקורי: יסוד הקדמונים.

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

אנציקלופדיה בריטניקה. עיבוד כספית (2011).

נלקח מ http://www.britannica.com/EBchecked/topic/375927/mercury-processing