汞的特性及主要汞矿物

一、汞（Hg），又名水银，是常温下唯一呈液态的金属，在－38.89℃时凝结成固体。相对密度很大，在0℃时为13.59546，在20℃时为13.54614，在100℃时为13.35166。蒸气压很显著，在0℃时为0.00019mm，在20℃时为0.0013mm，在100℃时为0.285mm，这一特性使得汞不断蒸发而进入空气中。汞经加热后有强烈的膨胀性，在0—300℃间，其体膨胀系数为a=1.8006×10-4+2×10-8，非常规则。汞的沸点、熔点均很低，沸点为357.25℃，熔点为—38.7℃。汞的蒸气为单原子的，在低温时不导电。但是，当电弧产生时就很易导电，同时还发射出绿色及紫外光的光谱。这一特性，使汞在电气工业方面有很重要的价值。在1m3的饱和汞蒸气中，200℃时含汞14mg,100℃时含汞2.4mg，所以汞具有亲气性质。汞可溶于水，在一立升水中，能溶解汞0.02mg。汞在室温下不能被空气氧化，加热沸腾才能慢慢形成氧化汞。

汞的原子序数为80，原子量为200.59。现知汞的同位素有15种（质量符号为191—205）。其中稳定的有六种（质量符号为196、198、200、201、202、204），其余是不稳定的。汞的化合物有一价和二价。在自然界中常见的是二价高汞形式。汞易与硫生成硫化汞（HgS），与氯生成氯化汞（又名升汞，HgCl2）和氯化亚汞（又名甘汞，Hg2Cl2）。硫化汞在高温下氧化，能直接生成汞和二氧化硫气体，这是火法炼汞的基本原理。汞不溶于冷的稀硫酸和盐酸，但溶于硝酸，特别易溶于王水。各种碱溶液一般不与汞发生作用。汞能溶解其他金属生成合金.这种合金叫汞齐，人们常利用汞的这种特性提取某些金属，如金、铊等。在常温下，水银不溶解铁族金属，所以装水银的容器常为用生铁或熟铁制成的铁罐。汞是亲铜元素，能与其他亲铜元素***生。汞在亲铜元素中具有较高的电离势能，由于这种原因，从而容易从各种化合物中还原成自然汞，所以在汞矿床中常会发现汞的复杂矿物都不大稳定，如汞黝铜矿〔3（Cu2Hg）S.Sb2.S3〕和硫汞锑矿（HgS.2Sb2S3）等，都容易转变成辰砂等简单的汞化合物，这便是汞矿床中汞矿物主要是辰砂矿物的原因。汞的原子半径是0.149nm，两价的离子半径是0.112nm，根据类质同像规律，便可能与其他元素的原子或离子半径相似的及其所形成的晶格类型相同的矿物相互置换，从而产生汞的类质同像混入。

二、汞元素的分布广泛，不仅在地壳的各类岩石中有着广泛的分布，而且在地壳外部的水圈中、大气圈中、生物圈中也普遍存在；但与其他部分元素相比，其含量却是少量和微量的。根据对岩石的研究计算，汞在地壳中的平均含量（即克拉克值）约为7.7×10-6%（按重量计算），这个数字即等于一吨地壳物质中平均含汞0.077g，或等于每一立方公里的岩石中平均含汞215.6t。又据计算研究，地壳中99.8%的汞均呈分散状态赋存于各类岩石之中，而仅0.02%的汞才集中富集成为矿床，从而说明了汞元素在地壳中的极度分散状态。

据统计，火山岩中基性岩和碱性岩的含汞量要比酸性岩高，沉积岩中的含汞量要比火山岩中高；而沉积岩中则又是页岩中最高。

水圈中也含汞。在水圈中，汞的来源主要是两大途径：一是从岩石中风化后进入水圈；二是从气圈中与雨水一起进入水圈。此外，也还可从生物体中进入，但这是微不足道了。水圈中的含汞量是极低的，研究数据是0.03γ/L，这一数据被认为约略可作为汞在水圈中的克拉克值看待。各种水体中含汞的情况是不一样的（表1）。

表1　水圈中水的含汞量

汞在水圈中的赋存状态，一般认为可能是呈两种形式：一部分是溶解的气体，以原子状态存在；另一部分则可能与各种阴离子化合物呈解离形式存在。

在气圈中同样有汞的存在，由于汞有极易蒸发的特点，汞便经常呈蒸气状态进入大气中。大气中汞蒸气的来源是多方面的，可以从汞矿床中蒸发（自然汞蒸发），可以从冶炼汞矿石和其他含汞硫化矿石中蒸发，可以从燃烧煤、木柴及其他燃料中蒸发，更可以从水圈中蒸发；此外，还有在火山喷发时进入大气中的汞蒸气，从现代温泉中进入大气中的汞蒸气等许多方面。根据研究，大气圈的含汞量约为0.2—1.0μg/m3。但不同气体的含汞量是很不一样的，如火山气中的含汞量就很高，其次是汞矿床上的大气和汞矿床上的壤土中气体的含汞量也高，其含量如下所列：

火山气　100—9600μg/m3

汞矿床上的大气　30—1600μg/m3

汞矿床上的壤中气　21—1600μg/m3

汞在大气中赋存的状态，主要是呈原子的显微分散状态。

此外，汞同样在生物圈中也存在。根据研究，动、植物中均较普遍地含汞，其含量一般为0.2—10γ/100g。从分析研究中发现，在动物中淡水及海水中鱼类的含汞量较高；在植物中则是海藻类的含量较高。据研究，在动物机体内，汞主要聚集在肝和肾中。有一种含汞豆科植物，汞主要是呈粒子形式浓集在豆夹中。

三、目前已知的汞矿物约有20种，其中大量的是汞的硫化物，其余则是少量的自然汞、硒化物、碲化物、硫盐、卤化物及氧化物等。汞的硫化物主要是辰砂，在工业上利用的几乎仅是辰砂一种矿物。辰砂的分子式是HgS，含Hg86.2%,S13.8%，为颜色鲜红的重矿物。条痕鲜红色，硬度2—2.5，相对密度8.09—8.20，金刚光泽，半透明，性脆，不导电。显微镜下观察为非均质，正交偏光的反射光下具鲜艳的红色的内部反射，折射率极高，Ng=3.272,Nm=2.913。结晶属三方晶系，常呈菱面体、三方柱等晶形，亦有成六方晶系之菱面体或薄板状晶体的。一般良好的晶体不常见，但在我国黔东、湘西地区常有良好的单晶体和穿插双晶产出。在汞矿床中，有时偶有少量的黑辰砂产出，其化学式和化学成分与辰砂相同；常呈细小晶体产出，也常呈土状粉末或黑色薄膜产出，颜色为灰黑色，条痕为黑色，相对密度7.7—7.8，硬度2—3，结晶为等轴晶系之四面体或四六面体，具金属光泽，不透明，性脆，在反射光下无色、均质。

在汞矿床中，一般都可见到少量或极少量的自然汞产出，主要是因汞矿物的不稳定所致。其他的汞矿物在汞矿床中则很少见到或很难见到，其中一些较主要矿物的特征如下：

灰硒汞矿　分子式是HgSe，含Hg71.7%,Se28.3%。多为灰色致密块状，结晶为等轴晶系之四面体。硬度2.5，相对密度8.19—8.47，颜色为钢灰或淡铅灰色，条痕近黑色，金属光泽，不透明，性脆。

辉汞矿（辉硒汞矿）　分子式Hg（S,Se）,Hg83.8%,S11.5%,Se4.7%。为黑灰色之金属状矿物，常为块状或细粒状。硬度2.5，相对密度7.98—8.1，淡黑灰色，条痕为黑色，金属光泽，不透明，性脆，结晶为等轴晶系。我国龙塘坳汞矿床中有较多的辉硒汞矿。

碲汞矿　分子式是HgTe,Hg61.5%,Te38.5%，常为黑色或灰色之块状及粒状，硬度3，相对密度8.63，条痕黑色，金属光泽，不透明。

硫汞锑矿　分子式是HgSb4S7,Hg22%,Sb53.4%,S24.6%。成光亮铅灰色之细小柱状结晶群产出，与辉锑矿极相似。硬度2，相对密度4.81，熔度1，为光亮之铅灰色，条痕淡红色，不透明，半金属光泽。木炭上烧之，生白色浓烟。在磨光片上可见一个方向或两个方向的解理，在正交偏光镜下极不均质，具强烈的深红色内部反射。

汞银矿（汞膏，银汞齐）　分子式是AgHg或Ag2Hg3至Ag36Hg。为银白色金属状矿物，常成等轴晶系之十二面体，也有块状及皮壳状。硬度3—3.5，相对密度13.75—14.1，条痕也为银白色，强金属光泽，不透明，性脆。锤击之，发特异之臭。用木炭烧之，汞被蒸发而留有展性之银。

甘汞　分子式是Hg2Cl2,Hg84.9%,Cl15.1%。为一种淡灰色或褐色微透明之角质矿物。常成皮壳状被覆于岩石表面，偶成正方晶系之板状或锥状晶体。硬度1—2，相对密度6.4—6.5，有白、淡黄灰、淡黄白、淡灰及褐等色，条痕为淡黄白色或灰色，金属光泽，光透明至不透明，性柔软。

氯汞矿分子式是Hg4Cl2O,Hg90.21%,Cl7.99%,O1.8%，普通为黄褐色等轴晶系之小十二面体，其他晶形尚有20多种。硬度2—3，相对密度8.23。为淡黄褐色，日光下曝晒则变为黑色，粉状者为淡黄绿或淡黄色。金钢光泽或树脂光泽，透明，性脆。　黄氯汞矿分子式是Hg2Cl2O,Hg88.65%,Cl7.85%,O3.5%。为单斜晶系之柱状晶体，晶体形状甚多。硬度2—3，相对密度8.73，颜色呈硫磺黄色，粉末为柠檬黄色。曝晒久时则变为橄榄绿色。金刚光泽，性脆，置于硝酸溶液内，如加硝酸银少许，则生成氯化银之白色沉淀。

橙红石分子式是HgO,Hg92.87%,O7.13%。为橙红色斜方晶系之柱状晶体，晶形甚多，可有绒状之皮壳产出。硬度1.5—2，相对密度10，金刚或玻璃光泽。条痕淡橙红色，透明，性脆。