Een gids voor kwiktoepassingen in de metallurgie

Kwik, of 'kwikzilver' zoals het ook wel bekend is, is een dicht, giftig metaalelement dat bij kamertemperatuur in vloeibare vorm bestaat. Het gebruik van kwik wordt al duizenden jaren geproduceerd en bestudeerd en is sinds de jaren tachtig gestaag afgenomen als gevolg van meer aandacht voor de negatieve gevolgen voor de gezondheid van mens en milieu.

• Atoomsymbool: Hg
• Atoomnummer: 80
• Elementcategorie: overgangsmetaal
• Dichtheid: 15,534 g / cm³
• Smeltpunt: -38,9 ° C (102 ° F)
• Kookpunt: 356,9 ° C (674,4 ° F)
• Elektrische weerstand: 95,8 microhm / cm (20 ° C)

Kwik is bij kamertemperatuur een dikke, zilverachtige vloeistof met een zeer hoge dichtheid en een lage warmtegeleiding. Het heeft een relatief hoge elektrische geleiding en vormt gemakkelijk amalgamen (legeringen) met goud en zilver.

Een van de meest gewaardeerde kenmerken van kwik is het vermogen om uniform uit te zetten en samen te trekken over het gehele vloeistofbereik, als reactie op veranderingen in druk en temperatuur. Kwik is ook zeer giftig voor zowel de mens als het milieu, wat de productie en het gebruik de afgelopen decennia drastisch heeft verminderd.

Het eerste gebruik van Mercurius is terug te voeren tot 1500 voor Christus toen het werd gebruikt om graven in het oude Egypte te versieren. Waarschijnlijk vanwege zijn unieke eigenschappen werd kwik gebruikt, bestudeerd en gewaardeerd door talrijke beschavingen, waaronder de oude Grieken, Romeinen, Chinezen en Maya's.

Eeuwenlang geloofden mensen dat kwik speciale genezende eigenschappen bezat en daarom gebruikten ze het als diureticum en pijnstiller, evenals in medicijnen voor de behandeling van verschillende aandoeningen, van depressie tot syfilis. Het is gebruikt in cosmetica en als decoratief materiaal. Alchemisten in de middeleeuwen waren vooral geïnteresseerd in het vermogen van kwik om goud uit erts te winnen.

Al vroeg werd duidelijk dat het mysterieuze vloeibare metaal giftig was voor mensen vanwege de hoge mate van waanzin en dood in kwikmijnen. Het stond experimenten echter niet in de weg. Het gebruik van kwiknitraat om bont om te zetten in vilt, vaak gebruikt door hoedenmakers uit de 18e en 19e eeuw, resulteerde in de uitdrukking 'gek als een hoedenmaker'.

Bartolome de Medina ontwikkelde tussen 1554 en 1558 het terrasproces voor het winnen van zilver uit ertsen met kwik. Het patio-proces is afhankelijk van het vermogen van kwik om met zilver samen te smelten. Ondersteund door grote kwikmijnen in Almaden, Spanje en Huancavelica, Peru, was het terrasproces cruciaal voor de snelle uitbreiding van de Spaanse zilverproductie in de 17e en 18e eeuw. Later, tijdens de goudkoorts in Californië, werden variaties op het terrasproces gebruikt om goud te winnen.

Tegen de tweede helft van de 20e eeuw begonnen toenemende hoeveelheden onderzoek een verband te bewijzen tussen de afvoer van chemisch afval en het gehalte aan methylkwik in zeevruchten. Er werd aandacht besteed aan de gezondheidseffecten van het metaal op mensen. In de afgelopen jaren hebben de Verenigde Staten en de Europese Unie strikte regels opgesteld voor de productie, het gebruik en de verwijdering van kwik.

Kwik is een zeer zeldzaam metaal en wordt het vaakst aangetroffen in de ertsen cinnaber en livingstonite. Het wordt geproduceerd als een primair product en als een bijproduct van goud, zinken koper.

Kwik kan worden geproduceerd uit cinnaber, een sulfide-erts (HgS), door het sulfidegehalte in een draaioven of meerdere haardovens te verbranden. Verpletterd kwikerts wordt gemengd met houtskool of cokeskool en verbrand bij temperaturen boven 300 ° C (570 ° F). Zuurstof wordt in de oven gepompt, die in combinatie met de zwavel zwaveldioxide afgeeft en een kwikdamp creëert die kan worden opgevangen en gekoeld voor verdere verfijning als puur metaal.

Door de kwikdamp door een watergekoelde condensor te leiden, condenseert het kwik, dat een hoog kookpunt heeft, als eerste in zijn vloeibare metaalvorm en verzamelt het. Met dit proces kan ongeveer 95% van het kwikgehalte van cinnabererts worden teruggewonnen.

Kwik kan ook uit ertsen worden uitgeloogd met natriumhydroxide en natriumsulfide. Het terugwinnen van het kwik gebeurt door precipitatie met aluminium of elektrolyse. Door middel van destillatie kan kwik tot meer dan 99,999% worden gezuiverd.

99,99% kwik van commerciële kwaliteit wordt verkocht in smeedijzeren of stalen kolven van 76 lb (34,5 kg).

De wereldwijde kwikproductie werd geschat door de US Geological Survey (USGS) tot 2.250 ton in 2010. China levert momenteel ongeveer 70% van de wereldwijde productie, gevolgd door Kirgizië (11,1%), Chili (7,8%) en Peru (4,5%).

De grootste producenten en leveranciers van kwik zijn de Khaidarkan-kwikfabriek in Kirgizië, producenten in de Tongren-Fenghuang-kwikgordel in China en Minas de Almadén y Arrayanes, S.A., dat vroeger de historische Almaden-kwikmijn in Spanje exploiteerde en nu verantwoordelijk is voor de recycling en het beheer van een groot percentage van de Europese kwik.

De productie van en de vraag naar kwik is sinds de piek in de vroege jaren tachtig gestaag afgenomen.

De primaire toepassing voor kwikmetaal in Noord-Amerika en Europa is in kathodecellen, die worden gebruikt voor de productie van natronloog. In de VS vertegenwoordigt dit 75% van de vraag naar kwik, hoewel de vraag naar dergelijke cellen is afgenomen 97% sinds 1995, aangezien moderne chloor-alkali-planten een membraancel of diafragmacel hebben gebruikt technologieën.

In China is de polyvinylchloride (PVC) -industrie de grootste verbruiker van kwik. Voor de productie van op steenkool gebaseerd PVC, zoals dat in China wordt geproduceerd, is kwik als katalysator nodig. Volgens de USGS kan kwik dat wordt gebruikt bij de productie van kunststoffen zoals PVC mogelijk wel 50% van de wereldwijde vraag vertegenwoordigen.

Misschien wel het meest bekende gebruik van kwik is in thermometers en barometers. Dit gebruik neemt echter ook gestaag af. Galinstan (een legering van gallium, indium en blik) heeft kwik in thermometers grotendeels vervangen vanwege de lagere toxiciteit van de legering.

Het vermogen van Mercurius om te vermengen met edelmetalen, wat helpt bij hun herstel, heeft geresulteerd in het voortdurende gebruik ervan in veel ontwikkelingslanden met alluviale goudmijnen.

Hoewel het controversieel is, gaat het gebruik van kwik in tandheelkundige amalgamen door en is het, ondanks de ontwikkeling van alternatieven, nog steeds een belangrijke industrie voor het metaal.

Een van de weinige toepassingen voor kwik die de afgelopen jaren is gegroeid, is in compacte fluorescentielampen (spaarlampen). Overheidsprogramma's die de eliminatie van minder energiezuinige gloeilampen aanmoedigen, hebben de vraag naar spaarlampen ondersteund, waarvoor gasvormig kwik nodig is.

Kwikverbindingen worden ook gebruikt in batterijen, medicijnen, industriële chemicaliën, verven en kwikfulminaat, een ontsteker voor explosieven.

De VS en de EU hebben recentelijk inspanningen geleverd om de handel in kwik te reguleren. Krachtens de Mercury Export Ban Act van 2008 is de export van kwik uit de VS vanaf 1 januari 2013 verboden. De uitvoer van kwik uit alle EU-lidstaten is vanaf maart 2011 verboden. Noorwegen heeft al een verbod ingesteld op de productie, import en export van kwik.

Bronnen:

Een inleiding tot de metallurgie. Joseph Newton, tweede editie. New York, John Wiley & Sons, Inc. 1947.

Mercury: Element of the Ancients.

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

Encyclopædia Britannica. Kwikverwerking (2011).

Opgehaald van http://www.britannica.com/EBchecked/topic/375927/mercury-processing