汞(mercury)

元素周期表第6周期ⅡB族元素，属重有色金属。元素符号Hg，原子序数80，相对原子质量200.59，常温下为液态，呈银白色，又名水银。

简史   Hg来自拉丁文Hydrargyrum一词，意为液态银，最先出现在公元前四世纪的古希腊学者亚里斯多德(Aristotle)的著作中。在中国，水银一词最早出自东汉《神农本草经》一书(公元25～189年)；汞的命名则出自炼丹家。世界上最早的炼丹著作是中国东汉魏伯阳的《周易参同契》，书中载有“汞白为流珠”，“得火则飞，不见埃尘”，并称可用汞和铅组成汞齐来固定汞。

汞属史前金属，公元前2100～公元前1。700年的夏朝甲骨文凹槽涂料就用朱砂；公元前403～公元前221年的战国时期已有含汞流金的青铜器物；秦始皇(公元前221～公元前209年)营建陵墓时，“以水银为百川、江河、大海”。可见当时水银的生产已具相当规模。

汞在古代广泛用于炼丹术。中国战国时期就有方士求“不死之药”的记载。自秦始皇、汉武帝招致方士讲求“长生不老之术”以后，直到唐宋炼丹活动延续约1700年。晋代葛洪(公元284～364年)的《抱朴子内篇》，南宋陶弘景(公元452～536年)的《神农本草经集注》等医药和炼丹家的著作中都记载了汞及其有关的化学知识。炼丹术在唐代传到阿拉伯，后传至欧洲。中国南宋吴候的《丹房须知》(公元1163年)和明代宋应星的《天工开物》(公元1637年)，都记载有炼汞技术及设备——蒸馏器图。

古代的埃及、希腊和罗马用汞制作化妆品、医药和汞齐。在欧洲，公元前三世纪，西班牙人就在阿尔马登(Almaden)矿区开采汞矿。公元10世纪末期，古罗马人用汞齐法提取黄金已很普遍。公元16世纪，西方一些国家用汞齐法提取银，阿格里科拉(G.Agricola)叙述了炼汞工艺。1643年水银压力计的发明，1720年华氏温度计的发明，以及1799年雷汞引爆剂的发明，都促进了现代汞业的发展。1900年以后汞在电方面的应用迅速增长，1944年发明氯碱工业汞电解槽，使汞的消耗量进一步增加。1970年以来，由于世界各国对环境保护要求日益严格，汞电解槽的应用逐渐减少，现在以氧化汞为阴极的碱性干电池成为汞的主要用途。

1949年以来，中国汞业有较大发展，现有汞矿10家，最大的是贵州万山汞矿，其冶炼能力达685t／a。

性质   汞有26个同位素，其中有7个稳定的同位素，其质量数在185～206之间。固态汞的晶格结构为六方晶体，呈白色，有延展性。汞容易挥发，蒸气有剧毒，在室温下暴露的汞也有使人中毒的危险。液态汞在已知液态金属中密度最大，表面张力为水的6.32倍，并具有均匀体积膨胀性质。汞是金属中最好的导电体之一，当温度降至4.2K时，电阻完全消失，出现超导性质。汞有高的导热率和高的热中子吸收截面。汞重要的物理性质数据列于表1。

汞原子的外电子层构型为[Xe]4f¹⁴5d¹⁰6s³。汞有+1和+2两种价态。汞在常温下稳定，不与空气、氨气、二氧化碳或氧作用。在潮湿空气中，表面生成暗灰色的Hg₂O薄膜。汞易与卤素和硫作用，可溶于浓硫酸、硝酸和王水，但不溶于盐酸。碱溶液一般不与汞作用。汞能与许多金属生成合金，称为汞齐。汞的电极电位高，在金属中仅低于铂和金。

化合物   汞的化合物有无机和有机两类。有机化合物多以醋酸汞为原料制成。具有工业价值的无机汞化合物列于表2。

汞齐   有固态、液态和膏状三种，由汞在其中所占的比例而定。汞齐的构成通常包括3种情况。(1)各种金属溶于汞中所形成的液体溶液。(2)汞溶于其他金属或汞与其他金属互溶所形成的固溶体(3)各种金属与汞相互化合所形成的金属间化合物，例如LiHg、NaHg等。

各种金属与汞形成汞齐的难易程度相差很大，这与它们在元素周期表中和汞的位置距离远近有关。表3列举的各种金属在汞中的溶解度数据表明，元素周期表中同族金属在汞中的溶解度随原子序数的增加而增大。碱金属在汞中的溶解度都很大，均易汞齐化。铜族金属的金、银溶解度较大，易汞齐化，而铜的溶解度较小，汞齐化较难。铁的溶解度最小，极难生成汞齐。具有工业价值的汞齐是金汞齐、银汞齐和钠汞齐。

用途   汞的用途很广，常用于制造整流器、水银灯、回转电开关和各种温度压力仪表。汞可用作原子反；.应堆的冷却剂。可用汞、酒精、硫酸来制作雷管。在冶金中，利用汞齐冶金来提取金、银及在汞中溶解度大的金属。汞银锡合金是一种牙科材料。汞的化合物可用作杀虫剂、防腐油漆的添加剂和塑料生产的催化剂。有些汞化合物在医药上用作消毒、利尿和镇痛剂。汞主要以氧化汞形态用作碱性干电池的阴极。据统计，在汞的总消费量中，汞化合物约占70％。由于汞污染环境，世界用汞量呈减少趋势。如美国汞的消费量1981年为2044t，1989年下降到1252t。

资源   汞的地壳丰度为8×10^-6％，但地壳中的汞富集成矿床的仅占0.02％左右。含汞矿物有30多种，可分为四类：(1)自然汞和汞齐；(2)汞的硫化物；(3)汞的氯化物；(4)汞的氧化物。有工业价值的汞矿物列于表4。辰砂是炼汞原料中的主要矿物，其他汞矿物数量均很少。

现估计世界的汞资源为0.59Mt，主要蕴藏于西班牙、中国、俄罗斯、南斯拉夫、意大利、土耳其和阿尔巴尼亚。根据1988～1990年世界矿山原生汞的产量，按目前开采速度估计可用100a左右。西班牙的阿尔马登汞矿和南斯拉夫的依德里亚(Idrijia)汞矿等都是世界有名的汞矿床。地下机械开采的汞矿平均品位为0.2％～0.3％，露天开采的平均品位为0.03％～0.15％。含汞废杂物料也是汞的重要资源。

中国贵州和湖南等省的汞矿多赋存于白云岩及石灰岩中，主要矿物为辰砂，因开采已久，储量已不多。陕西旬阳地区的硫汞锑矿储量较大，正在开发中。

提取冶金   有火法炼汞和湿法炼汞两种方法，原则流程见图。火法炼汞是传统的炼汞方法，包括矿石和精矿的焙烧和汞蒸气的冷凝两个主要过程。火法炼汞流程短，生产成本低，仍为主要的炼汞方法。湿法炼汞包括汞精矿的碱性硫化钠浸出和浸出液的电解沉积或置换汞，但未大规模应用于工业生产。火法和湿法炼汞所得粗汞，需进一步进行汞精炼以制取纯汞和高纯汞。汞再生亦属汞提取冶金范畴。

汞冶金展望   汞冶金的发展面临着矿石品位逐渐下降和环境保护要求日益严格的不利局面。低品位矿石预先进行浮选富集，再采用火法蒸馏或湿法处理，或采用流态化焙烧直接处理低品位汞矿和尾矿是汞冶金的发展方向。开发新的有效浸出剂或吸收剂是解决湿法炼汞存在的浸出率低和电流效率低等问题的技术关键。提高精矿品位、降低能耗、提高汞产出率和消除对环境的污染则是火法蒸馏的主要改进方向。