Tiểu luận địa hóa Thủy ngân

Việc nghiên cứu về từng nguyên tố này trong tự nhiên sẽ giúp tạo điều kiệnthuận lợi cho việc tìm kiếm – thăm dò, khai thác và sử dụng khoáng sản liên quanđến các nguyên tố đó một cách th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

KHOA ĐỊA CHẤT



TIỂU LUẬN ĐỊA HÓA THỦY NGÂN

Nhóm sinh viên thực hiện:

Nhóm 11 – Lớp Địa Chất B – K57 Nguyễn Thị Hải Yến - 1221020551 Hoàng Mạnh Tiến - 1221020153 Mai Thị Lan Anh - 1221020230 Nguyễn Tuấn Anh - 1221070005 Nguyễn Đức Khang - 1221020080

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

MỞ ĐẦU 3

Đặt vấn đề 3

Mục tiêu nghiên cứu 3

Nội dung 4

1. Các thông số hóa lý cơ bản của Hg 4

1.1 Giới thiệu chung 4

1.2 Thông số vật lý 4

1.3 Thông số hóa học 5

2. Tính chất 6

3. Hành vi Hg trong quá trình tạo khoáng nội sinh và ngoại sinh 6

3.1 Trong quá trình nội sinh 6

3.2 Trong quá trình ngoại sinh 7

3.2.1 Trong quá trình phong hóa 7

3.2.2 Trong quá trình trầm tích 9

4. Khoáng sản liên quan 9

5. Vai trò của Hg đối với thế giới sinh vật 9

5.1 Trong kỹ thuật điện – điện tử 10

5.2 Trong ngành công nghiệp hóa chất 11

5.3 Trong y khoa 12

5.4 Trong nông nghiệp 13

6. Các khía cạnh môi trường liên quan đến việc khai thác và sử dụng Hg 14

6.1 Ảnh hưởng của Hg đến môi trường đất 15

6.2 Ảnh hưởng của Hg đến môi trường nước 16

6.3 Ảnh hưởng của Hg tới môi trường không khí 16

6.4 Ảnh hưởng của Hg tới sức khỏe con người 17

6.4.1 Đường hô hấp 17

6.4.2 Đường da 17

6.4.3 Đường tiêu hóa 18

7. Hiện trạng ô nhiễm môi trường đất và nước ở Việt Nam 20

KẾT LUẬN 22

MỞ ĐẦU Đặt vấn đề

Địa hóa học là một ngành khoa học nghiên cứu về hành vi của các nguyên tốtrong Trái đất và trong Vũ trụ Đối tượng nghiên cứu của Địa hóa học là các phântử,nguyên tử,ion và các hợp chất của các nguyên tố hóa học khác nhau trong cácđối tượng tự nhiên khác nhau Địa hóa nguyên tố là một trong những hướng nghiêncứu chính của Địa hóa học Địa hóa nguyên tố nghiên cứu từng nguyên tố riêngbiệt về toàn bộ lịch sử của từng nguyên tố kể cả các nguyên tố hiếm và nguyên tốphân tán

Việc nghiên cứu về từng nguyên tố này trong tự nhiên sẽ giúp tạo điều kiệnthuận lợi cho việc tìm kiếm – thăm dò, khai thác và sử dụng khoáng sản liên quanđến các nguyên tố đó một cách thích hợp để phục vụ cho nền kinh tế quốc dân vàđời sống con người

Thủy ngân và hợp chất của thủy ngân là những chất độc mạnh Tính độc củachúng đã được biết đến từ lâu nhưng nó lại có nhiều ứng dụng trong thực tiễn (làvật liệu chủ yếu để sản xuất ra áp kế kỹ thuật, khí áp kế, các điện cực trong cácthiết bị điện tử, pin-chất xúc tác, thuốc trừ sâu; hỗn hống nha khoa, pha chế thuốc

và nhiệt kế thủy ngân, đèn thủy ngân – một trong những thiết bị phổ biến nhất) Do

đó việc sử dụng rộng rãi thủy ngân, đặc biệt trong xã hooim đang công nghiệp hóatoàn cầu, người ta càng lo ngại đến nguy cơ nhiễm độc thủy ngân trên diện rộng vàảnh hưởng lâu dài Vì vậy, trong bài tiểu luận này sẽ tìm hiểu rõ về vấn đề :“ Địa hóa của Hg trong tự nhiên Liên hệ với Việt Nam ” với mục tiêu giúp chúng tahiểu rõ về tác hại của Thủy ngân trong việc khai thác và sử dụng chúng ảnh hưởngđến môi trường sinh thái, sức khỏe đời sống con người

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

 Các thông số hoá lý cơ bản của các nguyên tố Hg (số thứ tự trong bản tuầnhoàn, nguyên tử lượng, các ion, các kiểu hợp chất trong tự nhiên)

 Hành vi của Hg trong các quá trình tạo khoáng nội sinh và ngoại sinh, cáckhoáng sản liên quan

 Vai trò của Hg đối thế giới sinh vật

 Các khía cạnh môi trường liên quan đến việc khai thác và sử dụng Hg

 Hiện trạng ô nhiễm của Hg trong môi trường đất và nước ở Việt Nam hiệnnay

NỘI DUNG

1. Các thông số hóa lý cơ bản của nguyên tố Hg

1.1 Giới thiệu chung:

Thủy ngân là kim loại màu trắng bạc, đông đặc ở -40℃, sôi ở 357℃ Có trong quặng Cinabar với hàm lượng vào khoảng 0.1 - 4% Thủy ngân được dùng làm: sơn chống thấm, chất xúc tác, chất ăn mòn, thuốc tẩy giun, thuốc, bột màu, thuốc

nổ, thuốc BVTV Thủy ngân phát sinh ra ngoài môi trường chủ yếu do hoạt động khai khoáng quặng chủ yếu là quặng Cu, Pb; nước thải công nghiệp, nước thải sinhhoạt, nước rỉ rác; rác thải công nghiệp

Thủy ngân là một kim loại đặc biệt, ký hiệu hóa học là Hg.Thuộc nhóm phụ IIBtrong bảng tuần hoàn

24 đồng vị; bán kính nguyên tử 1,60Ao

 Dẫn nhiệt kém nhưng dẫn điện tốt, rất dễ bay hơi vì nhiệt độ bay hơi của nó rất thấp Có thể bốc hơi được cả trong môi trường lạnh và trong điều kiện

Hình1.2: Thủy ngân (nguồn Internet)

1.3 Thông số hóa học

 STT trong bảng tuần hoàn: 80

 Nguyên tử khối: 200,59

 Các ion: Hg1+,Hg2+ rất ít hợp chất có Hg3+

 Cấu hình electron: [Xe]4f145d106s2

 Nguyên tử có 80electron, vỏ ngoài cùng thừa 2 electron

 Trạng thái oxi hóa phổ biến của nó là : +1; +2

Hình 1.3: Cấu hỉnh electron của nguyên tử Hg

2. Tính chất

 Kiểu hợp chất trong tự nhiên: sunfit (HgS)

 Thủy ngân có thể tạo ra hỗn hống với đa số kim loại như:Au, Ag, Zn, Pb, Altrừ Fe

 Thủy ngân không tan trong axit H2SO4 loãng và HCl nhưng tan trong nướccường toan (HNO3 (dd) + 3 HCl (dd) ).

 Một số hợp chất của Thủy ngân có thể gây phản ứng nổ

 Khi Hg tác dụng với các axit tạo thành muối Hg

 Với các kim loại, nó tạo thành hỗn hợp (amalgame), do đó Hg và hơi của nó

có tác dụng ăn mòn kim loại rất mạnh

 Ở nhiệt độ thường, Hg bị oxi hóa thành Hg2O ở trên bề mặt, nếu đun nóngtạo thành HgO

 Để trong không khí, bề mặt Hg bị xạm đi do oxi hóa tạo thành oxit thủyngân rất độc, ở dạng bột rất mịn, rất dễ thâm nhập vào cơ thể

3. Hành vi Hg trong quá trình tạo khoáng nội sinh và ngoại sinh

Trong thiên nhiên không có nhiều thủy ngân, đôi khi bắt gặp nó ở dạng tựsinh – dưới dạng những giọt nhỏ li ti™( Có tới 99,98% thủy ngân tồn tại ở dạngphân tán, chỉ có 0,02% thủy ngân tồn tại dưới dạng khoáng vật) Khoáng vật chủyếu của thủy ngân là thần sa (HgS) Đó là một thứ đá đẹp, tựa như được bao phủbởi những vết máu đỏ tươi Thần sa là sự kết hợp bình thường của oxyt và thờitiết, hòa tan tốt trong nước

3.1 Trong quá trình nội sinh:

Hg là nguyên tố đóng vai trò trong quá trình tạo khoáng nhiệt dịch Trongquá trình nhiệt dịch thì tính chất dòng nhiệt dịch thay đổi liên tục do sự tác độngcủa đá mẹ là nguồn cung cấp các nguyên tố khoáng nên đá mẹ có vai trò quantrọng trong việc tích lũy kim loại nặng Vậy nên ta thường thấy Hg có nhiều trongcác đá magma axit, trầm tích sét và trong đá siêu mafic, các trầm tích đá vôi thì íthơn.Vì sét hấp thụ nhiều thủy ngân nên hàm lượng thủy ngân trong đá trầm tích sétkhá cao (9.10–5%) nhưng trầm tích bùn biển lại nghèo thủy ngân Hàm lượng thủyngân trong nước bề mặt khoảng 1.10–7% Một số vi khuẩn yếm khí cũng có thểMetyl hóa thủy ngân thành Metyl thủy ngân Brosse đã phát hiện ra 50% Hg phát

ra từ đất Than đá và sau đó là từ Thực vật Đặc biệt trong khoáng vật của Au-Ag

có tới 10% Hg đặc trưng cho quá trình nhiệt dịch nhiệt độ thấp

Trong đới thổ nhưỡng0.01-0.5

Bảng 1: Hàm lượng trung bình kim loại Hg trong đất đá (ppm)

Theo Bowen, Fenner, Fersman, sự thay đổi thành phần dung dịch nhiệt dịch theo

sơ đồ sau:

Mo-Sn-W  Cu, Zn, Pb  Hg, Sb, As

Do chứa nhiều anion mạnh (đặc biệt F, Cl), các dung dịch ban đầu có độ pHthấp và là những dung dịch axit Các khoáng vật Sn-W ứng với pH giai đoạn đó.Dung dịch bị trung hòa bởi đá vây quanh đặc biệt là đã vôi, đá phấn, và các đácacbonat khác dẫn đến làm tăng độ pH, dung dịch bị trung hòa và lắng đọng tạo

mỏ nhiệt dịch điển hình là Pb, Zn,Cu Nhóm cuối cùng có Hg được giữ lại trongdung dịch lâu nhất Theo quan sát ghi nhận được tại mỏ Sunfua Bancow, Stimboottại Mỹ đã cho thấy Hg lắng đọng từ các dung dịch kiềm và các sunfur kiềm

Trong bước tiến triển kết tinh, mới đầu các mạng ion và nguyên tử được tách

ra sau là các muối sunfua phức tạp, và cuối cùng là hợp chất của Hg được tách ra

từ những vật chất đi kèm với các nguyên tố ưa đồng: đầu tiên tách ra những mạngion, thí dụ các silicat, SiO2, CaF2, sau đó là các mạng anion phức [CO3]2- và [SO4]2-(cacbonat và sunfat)

3.2 Trong quá trình ngoại sinh:

Nguyên tố Hg có sự hoạt động khá đa dạng trong quá trình ngoại sinh ta cóthể thấy rõ trong quá trình phong hóa và trầm tích

3.2.1 Trong quá trình phong hóa : đặc biệt là phong hóa hóa học, có thể

phá vỡ cấu trúc của đá và quặng, dẫn đến sự phân bố lại các nguyên tố ở phần trêncủa thạch quyển Đặc biệt, khi quá trình này diễn ra trên các mỏ sulfur có thể tạo ranguy cơ làm suy giảm chất lượng môi trường sinh thái một cách nghiêm trọng pháttán các kim loại nặng cụ thể là Hg mà ta đang đề cập

Đối với các mỏ quặng sulfur, S là một nguyên tố quyết định quá trình tạokhoáng sulfur trong điều kiện nội sinh, nhưng S cũng chính là nguyên tố thúc đẩy

sự phân huỷ các khoáng vật sulfur trong điều kiện ngoại sinh Bên cạnh đó, nướcvừa là tác nhân phong hoá, vừa là phương tiện vận chuyển các tác nhân khác vàcác hợp phần được giải phóng ra do quá trình oxy hoá các mỏ sulfur tạo nên

Hành vi của Hg không chỉ đi vào nước phân tán mà còn nhờ cả khí quyển :

Với Nước: Thủy ngân trên bề mặt thông qua quá trình xói mòn , rửa trôi ->

thủy ngân xâm nhập vào nguồn nước phân tán đến nhưng nơi dòng nước chảy qua.Hoặc trong điều kiện biểu sinh, các sulfur nhanh chóng bị oxy hóa thành sulfat, Hgđược giải phóng sẽ phân tán vào môi trường nước di chuyển ra khỏi phạm vi mỏtheo nước dưới đất vận chuyển xuống dưới sâu hơn gây nhiễm độc môi trườngnước dưới đất

Với Khí quyển : Thủy ngân dễ bị bay hơi nên luôn có mặt trong không

khí.Các đồng vị nhẹ hơn của Thủy ngân thường tập trung nhiều hơn trong vùng khíquyển có núi lửa và suối nước nóng với nồng độ lên đến 0.02mg/cm3 Thủy ngân

đi vào trong không khí do hoạt động của núi lửa và hoạt động của con người Hoạtđộng núi lửa tạo ra các hạt Thủy ngân dưới dạng khoáng chất, muối và nguyên tốThủy ngân ở dạng hơi Sau khi đi vào không khí,Thủy ngân có thể tồn tại và lưuthông trong khí quyển hoặc bị oxy hóa tạo ra các hợp chất vô cơ Hg2+ Các hợpchất này,bị nước hòa tan và đi vào trong môi trường nước,môi trường đất bằngcách lắng đọng.Hoặc thông qua quá trình lắng xuống và lọc sạch:do lá cây hấpthụ,phản ứng hóa học với các chất khí khác,…Khi vào môi trường đất thủy ngân

có thể tồn tại dạng khoáng vật là thần sa hoặc vi lượng trong đá Các hợp chất củaThủy ngân trong đất đá có thể trải qua quá trình oxy hóa khử hoặc bị bay hơi để trởlại khí quyển hoặc cũng có thể bị hòa tan, trải qua sự thấm lọc và được vận chuyểnđến môi trường nước

Hình 3.1: Hành vi của Hg trong quá trình nội sinh và ngoại sinh

(nguồn Internet)

3.2.2 Quá trình trầm tích: các sản phẩm phong hóa của các thành tạo địa

chất cổ, thực chất là một quá trình tích tụ và phân ly hóa học, trong đó diễn ra sựphá vỡ các tổ hợp nguyên tố của các đá để lập lại các tổ hợp nguyên tố khác trongmột điều kiện môi trường địa chất mới Quá trình này dẫn tới sự tập trung caonhiều nguyên tố, trong đó có nhiều thành phần độc hại gồm có cả Hg lan tỏa vàomôi trường trong quá trình vận chuyển vật liệu trầm tích hay tích đọng thành cácthực thể trầm tích giàu chúng, tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm cho môi sinh.

4. Khoáng sản liên quan

Trong các mỏ quặng hóa thì hg thường đi với Au,Sb Thần sa (Cinabar) làquặng của Hg, chúng ta thường thấy những khoáng sản liên quan thường đi cùngnhư Stibnit, Realgar, Pyrit, Marcasit, Opal, Quartz, Chalcedon, Dolomit, Calcit,Barit

5. Vai trò của Hg đối với thế giới sinh vật

Thủy ngân là một trong những kim loại nặng lưỡng tính , mang tính độc chỉcần một lượng nhỏ có thể gây ngộ độc và để lại hậu quả lâu dài nhưng nó lại đóngvai trò quan trọng và thiết yếu đối với đời sống con người và thế giới sinh vật Dù

nó tồn tại ở trạng thái nào (vô cơ, oxyt hay ion) thì cũng được sử dụng khá phổbiến trong các ngành công nghiệp hóa chất, kỹ thuật điện - điện tử, nông nghiệp vàđời sống Ngoài ra thủy ngân còn rất hữu ích cho một số lĩnh vực khai khoáng, sảnxuất vi mạch Do vậy nếu không sử dụng hợp lý thì không những không khái thácđược lợi ích của thủy ngân mà còn đem lại những nguy cơ nhiễm độc khó lường.Sau đây là một số ứng dụng của thủy ngân như:

5.1 Trong kỹ thuật điện – điện tử:

 Hg là hóa chất rất quan trọng để chế tạo các đèn hơi Hg, các máy nắn vàngắt dòng, các thiết bị kiểm tra công nghệ và một số đèn điện tử

Hình 5.1: Đèn hơi thủy ngân (Nguồn internet)

Hình 5.2: Máy ngắt dòng (Nguồn Internet)

 Hg được sử dụng để sản xuất một số đèn kiểu “đèn huỳnh quang” cho mục đích quảng cáo; các biển báo phát sáng.

Hình 5.3: Đèn hơi thủy ngân dùng trong quảng cáo (Nguồn Internet)

Hình 5.4: Biển báo phát quang (nguồn Internet)

 Chế tạo các dụng cụ nghiên cứu khoa học, dụng cụ trong phòng thí nghiệm, trong y tế (nhiệt kế, áp kế…)

Hình 5.5: Nhiệt kế và máy đo huyết áp thủy ngân (Nguồn Internet)

5.2 Trong ngành công nghiệp hóa chất:

 Được sử dụng tách vàng và bạc trong các quặng sa khoáng

 Là một chất lỏng với tỷ trọng rất cao, Hg được sử dụng để làm kín các chitiết chuyển động của máy khuấy dùng trong kỹ thuật hóa học.

 Chế tạo hỗn hống để sản xuất ắc quy Fe – Ni

Hình 5.6: Ắc quy (Nguồn Internet)

5.3 Trong Y khoa:

Chế tạo hỗn hống trong nha khoa để làm trám răng

Hình 5.7: Hợp chất trám răng chứa thủy ngân (Nguồn internet)

 Các loại hợp chất Hg hữu cơ dưới dạng dược phẩm được dùng trong y tế:

+ Neptel: thuốc lợi niệu

+ Mercurochrome: thuốc sát trùng, dùng ngoài da, nếu dùng bên trong vết thương có thể bị nhiễm độc

5.4 Trong nông nghiệp:

 Các hợp chất thủy ngân được sử dụng làm thuốc trừ nấm, công nghệ xử lí các loại hạt giống chống nấm, sâu bệnh Sử dụng thủy ngân hữu cơ để sản xuất thuốc diệt loài gặm nhấm

 Thủy ngân còn dùng trong sản xuất phân bón, thuốc diệt cỏ (ngừng sử dụng năm 1995), thuốc trừ sâu

Hình 5.9: Vai trò của thủy ngân trong nông nghiệp (Nguồn Internet)

Một số ứng dụng khác:

uống thủy ngân lỏng (100-200 g) Ở trạng thái kim loại không phân tán, thủyngân không độc và có tỷ trọng lớn nên sẽ chảy trong hệ thống tiêu hóa và giúp thông ruột cho bệnh nhân

mực xăm

- Trước kia, các hỗn hống đã giúp nhà bác học Anh Hamfri Đêvi tách được bari, stronti, magie ở trạng thái tự do lần đầu tiên trong lịch sử

- Hiện nay, nhiều khi hỗn hống cũng được sử dụng để mạ vàng cho các sản phẩm bằng kim loại, sử dụng trong công việc sản xuất gương, trong nghề chữa răng, trong các công việc ở phòng thí nghiệm

 Muối của thủy ngân Hg (thủy ngân fuminat) được dũng làm thuốc nổ

 Hg sản xuất ra phong vũ kế thủy ngân, bơm khuếch tán, tích điện kế thủy ngân, các điện cực trong một số dạng thiết bị điện tử, pin, chất xúc tác và kính thương văn gương lỏng.

6. Các khía cạnh môi trường liên quan đến việc khai thác và sử dụng Hg

Trong thời kỳ công nghiệp hóa – hiện đại hóa như ngày nay, thủy ngân được

sử dụng khá phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau như : dùng để sản xuất hóachất, sử dụng trong kỹ thuật điện – điện tử, trong nhiệt kế Nhưng bên cạnh nhữnglợi ích thiết thực đó thì thủy ngân lại là một trong những nhân tố gây ô nhiễm môitrường nghiêm trọng Việc khai thác thủy ngân và sau đó đem chế biến để sử dụng

đã chuyển trạng thái tồn tại của thủy ngân ở trạng thái lỏng sang trạng thái hơi vàmột lượng lớn thủy ngân đã bị rò rỉ ra môi trường Thủy ngân ở trạng thái lỏng ítđộc, nhưng ở trạng thái hơi, hợp chất và muối của nó thì lại rất độc vì vậy mộtlượng lớn thủy ngân bị rò rỉ ra môi trường sẽ là mối đe dọa lớn tới môi trường sốngcủa con người và sinh vật

Hình 6.1:

Sơ đồ mô

của thủy ngân khi xâm nhập vào môi trường

hưởng của thủy ngân tới môi trường đất

Thủy ngân từ các nhà máy nhiệt điện thải vào không khí, một phần chuyểnthành thủy ngân hữu cơ đi vào đất, thủy ngân từ rác thải, từ các hoạt động khai tháckhoáng sản trái phép đã làm cho lượng thủy ngân trong đất tăng cao.Trong môitrường đất, thủy ngân thường tồn tại ở dạng hợp chất như HgCl2 và Hg(OH)2 vàdưới tác dụng của vi khuẩn thì trạng thái và tính chất của thủy ngân có thể thay đổi