赵刚 翟德高
中国地质大学（北京）地球科学与资源学院
导读
汞是自然界中常温常压下唯一以多形态（气、液、固）和多价态（0、+1、+2）存在的金属元素，它既有许多独特的、有用的化学性质，也伴随着黑暗与危险。本文对汞的发现历史、性质、危害和用途、分布及供需格局等方面进行介绍，并对汞的未来研究及应用进行了展望。
目录
1
汞的发现及性质
1.1 汞的发现简史
1.2 汞的性质及汞矿物
2
汞过是非--汞的危害及用途
2.1 汞其不备
2.2 汞到自然成
2.2.1 汞金属及其化合物的用途
2.2.2 汞量测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 汞资源概述
3.3 汞矿床的分类
3.4 典型汞矿床简介
3.5 汞的供需格局
4
结语及展望
4.1 加强汞循环及汞同位素研究
4.2 汞及其相关金属综合利用
5
致谢和主要参考文献
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正文👇
1. 汞的发现及性质
1.1 汞的发现简史
汞俗称水银，英文单词与水星（Mercury）相同，它们都词源于罗马神话中以速度和流动性著名的信使神——墨丘利（Mercury）。现代化学中，汞的符号是Hg，它来自人造拉丁词hydrargyrum，其词根来自希腊语，这个词的两个词根分别表示“水”（hydro）和“银”（argyros）。古代的西班牙人还将汞称为“快银”（quicksilver），也就是活动之银。
汞及其主要矿物辰砂（也称朱砂、丹砂）很早就被人类认识并加以利用，在古文明的遗址中经常可以发现汞的痕迹。
我国是最早使用汞及其化合物的国家之一。由于辰砂具有的鲜红色泽，很早便被人们用作红色颜料。新石器时期的彩陶、仰韶文化层（距今约5000 ~ 7000年）的遗物中均有“涂朱”的记录；殷墟出土的“涂朱”甲骨，即将辰砂磨成红色粉末涂嵌在甲骨文的刻痕中，让文字更醒目的同时可能还包含着古人对红色的崇拜；汞及其化合物还有镇静、止痛等功效，自春秋战国时期开始，辰砂被广泛应用于炼丹、炼汞、中医等。汞和辰砂因其防腐作用，还是古代王侯贵族的重要随葬品，据《史记》记载，秦始皇陵“以水银为百川、江河、大海，机相灌输”……
图2 朱砂在中国古代的使用情况
（整理自网络）
古埃及和古希腊也是最早利用汞的另外两个国家。公元前的埃及古墓中，曾发现有水银的存在。希腊古代科学家的拉丁文著作中，非常详细记载了有关汞及其化合物的研究。中世纪时期，汞在世界范围内已经被广泛应用于医疗、银汞镜、提炼贵金属等方面，西方的炼金术士们也对水银产生了很大兴趣，他们认为汞是所有金属的基本成分，“点石成金”的幻想极大程度促进了炼汞业的发展。
图3 凡尔赛宫镜厅--水银镜
（整理自网络）
图4 中世纪欧洲使用水银熏蒸浴来“治疗性病”
（图源：公众号SME）
随着现代化学的发展，汞的神秘面纱被逐渐揭开。1920年，英国著名化学家阿斯顿(F.W. Aston)通过自己发明的质谱仪发现了汞存在不同同位素。2007年，汞的同位素非质量分馏效应被系统报道(Bergquist and Blum, 2007)。20世纪全球范围内发生的一系列严重汞污染事件加深了人类对汞毒性的理解，汞作为一个全球性的污染物得到世人的重视。
图5 阿斯顿和它设计的质谱仪简化模型
（整理自网络）
1.2 汞的性质及汞矿物
汞的原子序数是80，化学元素周期表中位于第6周期、第IIB族。汞是在常温、常压下以液态形式存在的金属，呈银白色光泽，它的熔点（-38.87℃）和沸点（356.58℃）比一般金属低。由于汞具有恒定的体积膨胀系数，对温度变化的响应十分敏感，因此人们根据其热敏特性来制作温度计。常温条件下，液态汞的表面张力约为水的6倍，因此水银泻地，常呈球状。
视频1 有趣的“汞心脏”
https://www.bilibili.com/video/BV1by4y1m7j1/?share_source=copy_web&vd_source=f5f22d0fd57f4fec63537bad489a96d0
在常温条件下，汞具有其他金属元素所不具备的显著蒸气压，可以挥发出汞蒸气。汞蒸气具有很强大的穿透能力，可在地质体周围形成地球化学晕。此外，汞蒸气在电弧的作用下具有发光特性，可用来制作汞灯。
图6 Idrija汞矿床板岩上的自然汞
（Rečnik et al., 2013）
汞具有溶解许多金属的特性，能与之形成合金，统称为汞齐。可以与汞形成合金的金属包括金、银、钠、铝、锌、铜、铂等。
图7 水银滴到铝板上形成铝汞齐
（图源：公众号SME）
视频2 金汞齐：水银竟然会吃金
https://www.bilibili.com/video/BV1jx411L7gj/?share_source=copy_web&vd_source=f5f22d0fd5
图10 150℃下辰砂溶解度实验及热力学计算结果
（Fein and Williams-Jones, 1997; 实线和虚线表示两种不同的氧逸度）
图11 主要汞矿物
（整理自mindat.org;更多关于汞矿物的信息可见IMA数据库:http://rruff.info/ima）
图12 用硝酸汞处理毡帽的制帽匠
（图源：公众号SME）
图13 鱼类中有机汞的富集（图源：公众号SME）
图14 水俣事件受害儿童
（图源：公众号SME)
视频3 夺命的化学溶液
（可根据如下网址另行复制观看）
https://www.bilibili.com/video/BV1yU4y1K7ET?t=1.2
图15 2016年全国人大批准了汞公约
图16 朱砂的部分用途
（数据来源：金属百科）
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