趙剛 翟德高
中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院
導(dǎo)讀
汞是自然界中常溫常壓下唯一以多形態(tài)（氣、液、固）和多價(jià)態(tài)（0、+1、+2）存在的金屬元素，它既有許多獨(dú)特的、有用的化學(xué)性質(zhì)，也伴隨著黑暗與危險(xiǎn)。本文對(duì)汞的發(fā)現(xiàn)歷史、性質(zhì)、危害和用途、分布及供需格局等方面進(jìn)行介紹，并對(duì)汞的未來研究及應(yīng)用進(jìn)行了展望。
目錄
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汞的發(fā)現(xiàn)及性質(zhì)
1.1 汞的發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史
1.2 汞的性質(zhì)及汞礦物
2
汞過是非--汞的危害及用途
2.1 汞其不備
2.2 汞到自然成
2.2.1 汞金屬及其化合物的用途
2.2.2 汞量測(cè)量及汞同位素的用途
3
汞的分布及供需格局
3.1 汞的分布
3.2 汞資源概述
3.3 汞礦床的分類
3.4 典型汞礦床簡(jiǎn)介
3.5 汞的供需格局
4
結(jié)語及展望
4.1 加強(qiáng)汞循環(huán)及汞同位素研究
4.2 汞及其相關(guān)金屬綜合利用
5
致謝和主要參考文獻(xiàn)
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正文??
1. 汞的發(fā)現(xiàn)及性質(zhì)
1.1 汞的發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史
汞俗稱水銀，英文單詞與水星（Mercury）相同，它們都詞源于羅馬神話中以速度和流動(dòng)性著名的信使神——墨丘利（Mercury）?，F(xiàn)代化學(xué)中，汞的符號(hào)是Hg，它來自人造拉丁詞hydrargyrum，其詞根來自希臘語，這個(gè)詞的兩個(gè)詞根分別表示“水”（hydro）和“銀”（argyros）。古代的西班牙人還將汞稱為“快銀”（quicksilver），也就是活動(dòng)之銀。
汞及其主要礦物辰砂（也稱朱砂、丹砂）很早就被人類認(rèn)識(shí)并加以利用，在古文明的遺址中經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)汞的痕跡。
我國是最早使用汞及其化合物的國家之一。由于辰砂具有的鮮紅色澤，很早便被人們用作紅色顏料。新石器時(shí)期的彩陶、仰韶文化層（距今約5000 ~ 7000年）的遺物中均有“涂朱”的記錄；殷墟出土的“涂朱”甲骨，即將辰砂磨成紅色粉末涂嵌在甲骨文的刻痕中，讓文字更醒目的同時(shí)可能還包含著古人對(duì)紅色的崇拜；汞及其化合物還有鎮(zhèn)靜、止痛等功效，自春秋戰(zhàn)國時(shí)期開始，辰砂被廣泛應(yīng)用于煉丹、煉汞、中醫(yī)等。汞和辰砂因其防腐作用，還是古代王侯貴族的重要隨葬品，據(jù)《史記》記載，秦始皇陵“以水銀為百川、江河、大海，機(jī)相灌輸”……
圖2 朱砂在中國古代的使用情況
（整理自網(wǎng)絡(luò)）
古埃及和古希臘也是最早利用汞的另外兩個(gè)國家。公元前的埃及古墓中，曾發(fā)現(xiàn)有水銀的存在。希臘古代科學(xué)家的拉丁文著作中，非常詳細(xì)記載了有關(guān)汞及其化合物的研究。中世紀(jì)時(shí)期，汞在世界范圍內(nèi)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、銀汞鏡、提煉貴金屬等方面，西方的煉金術(shù)士們也對(duì)水銀產(chǎn)生了很大興趣，他們認(rèn)為汞是所有金屬的基本成分，“點(diǎn)石成金”的幻想極大程度促進(jìn)了煉汞業(yè)的發(fā)展。
圖3 凡爾賽宮鏡廳--水銀鏡
（整理自網(wǎng)絡(luò)）
圖4 中世紀(jì)歐洲使用水銀熏蒸浴來“治療性病”
（圖源：公眾號(hào)SME）
隨著現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展，汞的神秘面紗被逐漸揭開。1920年，英國著名化學(xué)家阿斯頓(F.W. Aston)通過自己發(fā)明的質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了汞存在不同同位素。2007年，汞的同位素非質(zhì)量分餾效應(yīng)被系統(tǒng)報(bào)道(Bergquist and Blum, 2007)。20世紀(jì)全球范圍內(nèi)發(fā)生的一系列嚴(yán)重汞污染事件加深了人類對(duì)汞毒性的理解，汞作為一個(gè)全球性的污染物得到世人的重視。
圖5 阿斯頓和它設(shè)計(jì)的質(zhì)譜儀簡(jiǎn)化模型
（整理自網(wǎng)絡(luò)）
1.2 汞的性質(zhì)及汞礦物
汞的原子序數(shù)是80，化學(xué)元素周期表中位于第6周期、第IIB族。汞是在常溫、常壓下以液態(tài)形式存在的金屬，呈銀白色光澤，它的熔點(diǎn)（-38.87℃）和沸點(diǎn)（356.58℃）比一般金屬低。由于汞具有恒定的體積膨脹系數(shù)，對(duì)溫度變化的響應(yīng)十分敏感，因此人們根據(jù)其熱敏特性來制作溫度計(jì)。常溫條件下，液態(tài)汞的表面張力約為水的6倍，因此水銀瀉地，常呈球狀。
視頻1 有趣的“汞心臟”
https://www.bilibili.com/video/BV1by4y1m7j1/?share_source=copy_web&vd_source=f5f22d0fd57f4fec63537bad489a96d0
在常溫條件下，汞具有其他金屬元素所不具備的顯著蒸氣壓，可以揮發(fā)出汞蒸氣。汞蒸氣具有很強(qiáng)大的穿透能力，可在地質(zhì)體周圍形成地球化學(xué)暈。此外，汞蒸氣在電弧的作用下具有發(fā)光特性，可用來制作汞燈。
圖6 Idrija汞礦床板巖上的自然汞
（Re?nik et al., 2013）
汞具有溶解許多金屬的特性，能與之形成合金，統(tǒng)稱為汞齊?？梢耘c汞形成合金的金屬包括金、銀、鈉、鋁、鋅、銅、鉑等。
圖7 水銀滴到鋁板上形成鋁汞齊
（圖源：公眾號(hào)SME）
視頻2 金汞齊：水銀竟然會(huì)吃金
https://www.bilibili.com/video/BV1jx411L7gj/?share_source=copy_web&vd_source=f5f22d0fd5
圖10 150℃下辰砂溶解度實(shí)驗(yàn)及熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果
（Fein and Williams-Jones, 1997; 實(shí)線和虛線表示兩種不同的氧逸度）
圖11 主要汞礦物
（整理自mindat.org;更多關(guān)于汞礦物的信息可見IMA數(shù)據(jù)庫:http://rruff.info/ima）
圖12 用硝酸汞處理氈帽的制帽匠
（圖源：公眾號(hào)SME）
圖13 魚類中有機(jī)汞的富集（圖源：公眾號(hào)SME）
圖14 水俁事件受害兒童
（圖源：公眾號(hào)SME)
視頻3 奪命的化學(xué)溶液
（可根據(jù)如下網(wǎng)址另行復(fù)制觀看）
https://www.bilibili.com/video/BV1yU4y1K7ET?t=1.2
圖15 2016年全國人大批準(zhǔn)了汞公約
圖16 朱砂的部分用途
（數(shù)據(jù)來源：金屬百科）
