Свинец - редкий минерал, самородный металл класса самородных элементов. Ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серебристо-белого цвета с синеватым отливом. Известен с глубокой древности. Очень пластичный, мягкий (режется ножом, царапается ногтем). При ядерных реакциях образуются многочисленные радиоактивные изотопы свинца.
Смотрите так же:
СТРУКТУРА
Свинец кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке (а = 4,9389Å), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75Å, ионные радиусы: Рb 2+ 1,26Å, Рb 4+ 0,76Å. Двойниковые кристаллы по {111}. Встречается в мелких округлых зёрнах, чешуйках, шариках, пластинках и нитевидных образованиях.
СВОЙСТВА
Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м К), при температуре 0 °C. Металл мягкий, режется ножом, легко царапается ногтем. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет. Температура плавления - 600,61 K (327,46 °C), кипит при 2022 K (1749 °C). Относится к группе тяжёлых металлов; его плотность - 11,3415 г/см 3 (+20 °С). С повышением температуры плотность свинца падает. Предел прочности на растяжение - 12-13 МПа (МН/м 2). При температуре 7,26 К становится сверхпроводником.
ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА
Содержание в земной коре - 1,6 10 −3 % по массе. Самородный свинец встречается редко, круг пород, в которых он установлен, достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. В этих образованиях он часто образует интерметаллические соединения (например, звягинцевит (Pd,Pt) 3 (Pb,Sn) и др.) и сплавы с другими элементами (например, (Pb + Sn + Sb)). Он входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них: галенит PbS, церуссит PbCO 3 , англезит PbSO 4 (сульфат свинца); из более сложных - тиллит PbSnS 2 и бетехтинит Pb 2 (Cu,Fe) 21 S 15 , а также сульфосоли свинца - джемсонит FePb 4 Sn 6 S 14 , буланжерит Pb 5 Sb 4 S 11 . Всегда содержится в рудах урана и тория, имея часто радиогенную природу.
Для получения свинца в основном используют руды, содержащие галенит. Сначала методом флотации получают концентрат, содержащий 40-70 процентов свинца. Затем возможно несколько способов переработки концентрата в веркблей (черновой свинец): прежде широко распространённый метод шахтной восстановительной плавки, разработанные в СССР метод кислородно-взвешенной циклонной электротермической плавки свинцово-цинковых продуктов (КИВЦЭТ-ЦС), метод плавки Ванюкова (плавка в жидкой ванне). Для плавки в шахтной (ватержакетной) печи предварительно производят агломерационный обжиг концентрата, а затем его загружают в шахтную печь, где происходит восстановление свинца из оксида.
Веркблей, содержащий более 90 процентов свинца, подвергается дальнейшему очищению. Сначала для удаления меди применяют зейгерование и последующую обработку серой. Затем щелочным рафинированием удаляют мышьяк и сурьму. Далее выделяют серебро и золото с помощью цинковой пены и отгоняют цинк. Обработкой кальцием и магнием удаляют висмут. В результате содержание примесей падает до менее чем 0,2 %[
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Образует вкрапленность в изверженных, главным образом кислых, горных породах, в м-ниях Fe и Мn ассоциирует с магнетитом и гаусманитом. Встречается в россыпях с самородными Au, Pt, Os, Ir.
В природных условиях часто образует крупные залежи свинцово-цинковых или полиметаллических руд стратиформного типа (Холоднинское, Забайкалье), а также скарнового (Дальнегорское (бывшее Тетюхинское), Приморье; Брокен-Хилл в Австралии) типа; галенит часто встречается и в месторождениях других металлов: колчеданно-полиметаллических (Южный и Средний Урал), медно-никелевых (Норильск), урановых (Казахстан), золоторудных и др. Сульфосоли обычно встречаются в низкотемпературных гидротермальных месторождениях с сурьмой, мышьяком, а также в золоторудных месторождениях (Дарасун, Забайкалье). Минералы свинца сульфидного типа имеют гидротермальный генезис, минералы окисного типа часты в корах выветривания (зонах окисления) свинцово-цинковых месторождений. В кларковых концентрациях свинец входит практически во все породы. Единственное место на земле, где в породах больше свинца по сравнению с ураном - Кохистанско-Ладакхская дуга на севере Пакистана.
ПРИМЕНЕНИЕ
Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ. Азид свинца применяется как наиболее широко употребляемый детонатор (инициирующее взрывчатое вещество). Перхлорат свинца используется для приготовления тяжёлой жидкости (плотность 2,6 г/см³), используемой во флотационном обогащении руд, он иногда применяется в мощных смесевых взрывчатых веществах как окислитель. Фторид свинца самостоятельно, а также совместно с фторидом висмута, меди, серебра применяется в качестве катодного материала в химических источниках тока.
Висмутат свинца, сульфид свинца PbS, иодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях. Хлорид свинца PbCl 2 в качестве катодного материала в резервных источниках тока. Теллурид свинца PbTe широко применяется в качестве термоэлектрического материала (термо-э.д.с. 350 мкВ/К), самый широкоприменяемый материал в производстве термоэлектрогенераторов и термоэлектрических холодильников. Двуокись свинца PbO 2 широко применяется не только в свинцовом аккумуляторе, но и также на её основе производятся многие резервные химические источники тока, например - свинцово-хлорный элемент, свинцово-плавиковый элемент и другие.
Свинцовые белила, основной карбонат Pb(OH) 2 PbCO 3 , плотный белый порошок, - получается из свинца на воздухе под действием углекислого газа и уксусной кислоты. Использование свинцовых белил в качестве красящего пигмента теперь не так распространено, как ранее, из-за их разложения под действием сероводорода H 2 S. Свинцовые белила применяют также для производства шпатлёвки, в технологии цемента и свинцовокарбонатной бумаги.
Арсенат и арсенит свинца применяют в технологии инсектицидов для уничтожения насекомых - вредителей сельского хозяйства (непарного шелкопряда и хлопкового долгоносика).
Борат свинца Pb(BO 2) 2 H 2 O, нерастворимый белый порошок, используют для сушки картин и лаков, а вместе с другими металлами - в качестве покрытий стекла и фарфора.
Хлорид свинца PbCl 2 , белый кристаллический порошок, растворим в горячей воде, растворах других хлоридов и особенно хлорида аммония NH 4 Cl. Его применяют для приготовления мазей при обработке опухолей.
Хромат свинца PbCrO4 известен как хромовый жёлтый краситель, является важным пигментом для приготовления красок, для окраски фарфора и тканей. В промышленности хромат применяют в основном в производстве жёлтых пигментов.
Нитрат свинца Pb(NO 3) 2 - белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Это вяжущее ограниченного применения. В промышленности его используют в спичечном производстве, крашении и набивке текстиля, окраске рогов и гравировке.
Поскольку свинец хорошо поглощает γ-излучение, он используется для радиационной защиты в рентгеновских установках и в ядерных реакторах. Кроме того, свинец рассматривается в качестве теплоносителя в проектах перспективных ядерных реакторов на быстрых нейтронах.
Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85-90 % Sn и 15-10 % Pb, формуется, недорог и используется в производстве домашней утвари. Припой, содержащий 67 % Pb и 33 % Sn, применяют в электротехнике. Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве пуль и типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова - для фигурного литья и подшипников. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяют для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Было время, когда на оболочки кабелей шла значительная часть производимого в мире свинца, благодаря хорошим влагозащитным свойствам таких изделий. Однако впоследствии свинец в существенной мере вытеснили из этой области алюминий и полимеры. Так, в странах Запада использование свинца на оболочки кабелей упало с 342 тысяч тонн в 1976 году до 51 тысяч тонн в 2002 году. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, инсектицидов, стеклянных изделий и как добавки к бензину в виде тетраэтилсвинца (C 2 H 5) 4 Pb (умеренно летучая жидкость, пары которой в малых концентрациях имеют сладковатый фруктовый запах, в больших - неприятный запах; Тпл = 130 °C, Ткип = +80 °С/13 мм рт. ст.; плотность 1,650 г/см³; nD2v = 1,5198; не растворяется в воде, смешивается с органическими растворителями; высокотоксичен, легко проникает через кожу; ПДК = 0,005 мг/м³; ЛД50 = 12,7 мг/кг (крысы, перорально)) для повышения октанового числа.
Используется для защиты пациентов от излучения рентгеновских аппаратов.
Свинец (англ. Lead) — Pb
КЛАССИФИКАЦИЯ
| Strunz (8-ое издание) | 1/A.05-20 |
| Nickel-Strunz (10-ое издание) | 1.AA.05 |
| Dana (7-ое издание) | 1.1.21.1 |
| Dana (8-ое издание) | 1.1.1.4 | Hey’s CIM Ref | 1.30 |
Свинец – мягкий тяжелый металл серебристо-серого цвета, блестящий, но довольно быстро теряющий свой блеск. Наравне с и относится к элементам, известным человечеству с самых древних времен. Использовался свинец весьма широко, да и сейчас его применение чрезвычайно разнообразно. Итак, сегодня мы узнаем, свинец — это металл или неметалл, а также цветной или черный металл, узнаем о его видах, свойствах, применении и добыче.
Свинец – элемент 14 группы таблицы Д. И. Менделеева, расположен в одной группе с углеродом, кремнием и оловом. Свинец является типичным металлом, но инертным: вступает в реакции крайне неохотно даже с сильными кислотами.
Молекулярная масса – 82. Это не только указывает на так называемое магическое число протонов в ядре, но и на большой вес вещества. Самые интересные качества металла связаны именно с его большим весом.
Понятие и особенности металла свинец рассмотрены в данном видео:
Понятие и особенности
Свинец – металл достаточно мягкий при нормальной температуре, его несложно процарапать или расплющить. Такая пластичность позволяет получить листы и прутки металла очень малой толщины и любой формы. Ковкость и была одной из причин, по которой свинец стал использоваться с самой древности.
Свинцовые водопроводные трубы Древнего Рима общеизвестны. С тех пор такого рода водопровод устанавливался не единожды и не в одном месте, но действовал не столь долго. Что, без сомнений, сохранило немалое количество человеческих жизней, так как свинец, увы, при длительном контакте с водой, в конце концов, образует растворимые соединения, которые являются токсичными.
Токсичность – то самое свойство металла, благодаря которому его применение стараются ограничить. Пары металла и множество его органических и неорганических солей очень опасны и для окружающей среды, и для людей. В основном, конечно, опасности подвергаются работники таких предприятий и жители зоны вокруг промышленного объекта. 57% выбрасывается вместе с большими объемами запыленного газа, а 37% – с конвертерными газами. Проблема этого одна – несовершенство очистительных установок.
Однако и в других случаях люди становятся жертвами свинцового загрязнения. До недавнего времени самым эффективным и популярным стабилизатором бензина являлся тетраэтилсвинец. При сгорании топлива он выделялся в атмосферу и загрязнял ее.
Зато свинец обладает другим, крайне полезным и необходимым качеством – способностью поглощать радиоактивное излучение. Причем жесткую составляющую металл поглощает даже лучше, чем мягкую. Свинцовый слой толщиной в 20 см способен защитить от всех видов излучения, известных на Земле и в ближайшем космосе.
Плюсы и минусы
Свинец соединяет в себе свойства необыкновенно полезные, превращаясь в незаменимый элемент, и откровенно опасные, которые делают его использование задачей очень непростой.
К плюсам с точки зрения народного хозяйства можно отнести:
- легкоплавкость и ковкость – это позволяет формировать из металла изделия любой степени сложности и любой тонкости. Так, для производства звукопоглощающих мембран используются свинцовые пластины толщиной в 0,3–0,4 мм;
- свинец в состоянии образовать сплав с другими металлами (в т.ч. , и др.) которые при обычных условиях друг с другом не сплавляются, на этом качестве основано его применение в качестве припоя;
- металл поглощает радиационное излучение. На сегодня все элементы защиты от радиации – от одежды до отделки рентген-кабинетов и помещений на испытательных полигонах, производятся из свинца;
- металл устойчив к кислотам, уступая в этом лишь благородному золоту и серебру. Так что его активно применяют для облицовки кислотоупорной аппаратуры. По этим же причинам из него производят трубы для передачи кислоты и для стоков на опасных химических предприятиях;
- свинцовый аккумулятор пока что не потерял своего значения в электротехнике, так как позволяет получить ток большого напряжения;
- низкая стоимость – свинец в 1,5 раза дешевле цинка, в 3 раза меди, и едва и не в 10 раз олова. Этим объясняется очень большая выгодность применения именно свинца, а не других металлов.
Недостатками являются:
- токсичность – использование металла в любом виде производства составляет опасность для персонала, а при авариях – чрезвычайную опасность для окружающей среды и населения. Свинец относится к веществам 1 класса опасности;
- изделия из свинца нельзя выбрасывать как обычный мусор. Они требуют утилизации и порой весьма затратной. Потому вопрос о вторичной переработке металла всегда актуален;
- свинец – металл мягкий, так что использоваться в качестве конструкционного материала не может. Учитывая все остальные его качества это, скорее, стоит считать плюсом.
Свойства и характеристики
Свинец – мягкий, ковкий, но при этом тяжелый и плотный металл. Молекулярная решетка – кубическая, гранецентрированная. Прочность его невелика, а вот пластичность превосходна. Физические характеристики металла таковы:
- плотность при нормальной температуре 11,34 г/куб см;
- температура плавления – 327,46 С;
- температуры кипения – 1749 С;
- стойкость к нагрузке на разрыв – 12– 3 МПа;
- стойкость к нагрузке на сжатие – 50 МПа;
- твердость по Бринеллю – 3,2–3,8 НВ;
- теплопроводность – 33,5 вт/(м·К);
- удельное сопротивление составляет 0,22 Ом-кв. мм/м.
Как и всякий металл он проводит электроток, хотя, надо отметить, и намного хуже меди – почти в 11 раз. Однако металл обладает другими интересным свойством: при температуре 7,26 К он становится сверхпроводником и проводит электричество без всякого сопротивления. Свинец был первым элементом, который проявил это свойство.
На воздухе кусок металла или изделие из него довольно быстро пассивируется оксидной пленкой, которая успешно защищает металл от внешнего воздействия. Да и само вещество не склонно к химической активности, из-за чего его и используют при изготовлении кислотоупорного оборудования.
Почти такими же устойчивыми к коррозии являются и краски, включающие соединения свинца. Из-за токсичности они не применяются внутри помещений, однако успешно используются при окрашивании мостов, например, каркасных сооружений и так далее.
О том, как сделать чистый свинец, расскажет видео ниже:
Структура и состав
Во всем диапазоне температур выделяют только одну модификацию свинца, так что и под действием температуры, и с течением времени свойства металл изменяет совершенно закономерно. Никаких резких переходов, когда качества меняются кардинально, не отмечено.
Производство металла
Свинец довольно распространен, образует несколько промышленно значимых минералов – галенит, церуссит, англезит, так что производство его обходится относительно дешево. пирометаллургическим и гидрометаллургическим методом. Второй способ более безопасен, однако применяется намного реже, так как более дорог, да и полученный металл все равно нуждается в конечной обработке при высокой температуре.
Производство пирометаллургическим методом включает следующие стадии:
- добыча руды;
- дробление и обогащение в основном флотационным методом;
- плавка с целью получения чернового свинца – восстановительная, горновая, щелочная и так далее;
- рафинирование, то есть, очистка черного свинца от примесей и получение чистого металла.
Несмотря на одинаковость технологии производства оборудование может использоваться самое разное. Это зависит от содержания металла в руде, объемов производства, требований к качеству продукта и так далее.
Об использовании и цене за 1 кг свинца читайте ниже.
Область применения
Первое – изготовление водопроводов и предметов быта, к счастью, относится к довольно давним временам. На сегодня в жилище металл попадает только с защитным слоем и при условии отсутствия контактов с пищей, водой и человеком.
- А вот использование свинца для сплавов и в качестве припоя началось еще на заре цивилизации и продолжается до сих пор.
- Свинец – металл стратегического значения, особенно с тех пор, как из него стали отливать пули. Боеприпас для стрелкового и спортивного оружия и сейчас изготавливается только из свинца. А его соединения применяются в качестве взрывчатых веществ.
- 75% производимого в мире металла используется для производства свинцовых аккумуляторов. Вещество продолжает оставаться одним из главных элементов химических источников тока.
- Коррозийная устойчивость металла эксплуатируется при изготовлении кислотоупорной аппаратуры, трубопроводов, а также защитных оболочек для силовых кабелей.
- Ну и, конечно, свинец применяют при оборудовании рентген-кабинетов: облицовка стен, потолка, пола, защитные перегородки, защитные костюмы – все изготавливается с участием свинца. На испытательных полигонах, в том числе и ядерных, металл незаменим.
Стоимость металлов определяется на нескольких биржах мирового значения. Наиболее известной является Лондонская биржа металлов. Стоимость свинца в октябре 2016 года составляет 2087,25 $ за тонну.
Свинец – металл, очень востребованный в современной промышленности. Некоторые его качества – коррозионная стойкость, способность поглощать жесткое излучение, совершенно уникальны и делают металл незаменимым несмотря на его высокую токсичность.
Данное видео расскажет, что будет если вылить свинец в воду:
(нм, в скобках даны
координац. числа) Рb 4+ 0,079 (4), 0,092 (6), Рb 2+ 0,112
(4), 0,133(6).
Содержание свинца в земной
коре 1,6-10 3 % по массе, в Мирового океана 0,03 мкг/л (41,1
млн. т), в речных 0,2-8,7 мкг/л. Известно ок. 80 , содержащих
свинец, главнейший из них-галенит, или свинцовый блеск, PbS. Небольшое пром. значение
имеют англезит PbSO 4 и церус-сит РbСО 3 . В свинцу сопутствуют
Сu, Zn; Cd, Bi, Те и др. ценные элементы. Прир. фон в
2·10 -9 -5·10 -4 мкг/м 3 . В теле взрослого человека
содержится 7-15 мг свинца.
Свойства. Свинец-металл синевато-серого
цвета, кристаллизуется в гранецентрир. кубич. решетке типа Сu, а - = 0,49389
нм, z = 4, пространств. группа Fm3m. Свинец-один
из легкоплавких , тяжелый ; т. пл. 327,50 °С, т. кип.
1751 °С; плотн., г/см 3: 11,3415 (20 °С), 10,686 (327,6 °С),
10,536 (450 °С), 10,302 (650 °С), 10,078 (850 °С);
26,65 Дж/( · К);
4,81 кДж/ ,
177,7 кДж/ ;64,80
ДжДмоль · К); , Па: 4,3·10 -7 (600 К), 9,6·10 -5
(700 К), 5,4·10 -2 (800 К). 1,2·10 -1 (900 К), 59,5 (1200
К), 8,2·10 2 (1500 К), 12,8·10 3 (1800 К). Свинец-плохой проводник
тепла и электричества; 33,5 Вт/(м·К) (менее 10% от
Ag); температурный коэф. линейного расширения свинца (чистотой 99,997%) в интервале
т-р 0-320 °С описывается ур-нием: a
= 28,15·10 -6 t
+ 23,6·10 -9 t 2 °C -1 ; при 20°С
r
20,648 мкОм·см (менее 10% от r
Ag), при 300 °С и 460 °С
соотв. 47,938 и 104,878 мкОм·см. При -258,7°С r
свинца падает до 13,11·10
-3 мкОм·см; при 7,2 К он переходит в сверхпроводящее состояние. Свинец
диамагнитен, магн. восприимчивость -0,12·10 -6 . В жидком состоянии
свинец жидкотекуч, h
в интервале т-р 330-800 °С изменяется в пределах 3,2-1,2
мПа·с; g
в интервале 330-1000 °С находится в пределах (4,44-4,01)·10 -3
Н/м.
С
винец мягок, пластичен, легко
прокатывается в тончайшие листы. по Бринеллю 25-40 МПа; s
раст
12-13 МПа, s
сж ок. 50 МПа; относит. удлинение при разрыве 50-70%.
Значительно повышают и свинца Na, Ca и Mg, но уменьшают его
хим. стойкость. увеличивает антикоррозионную стойкость свинца (к действию H 2 SO 4).
С Sb возрастает , а также кислотоупорность свинца по отношению
к H 2 SO 4 . Понижают кислотоупорность свинца Bi и Zn, a Cd, Те
и Sn повышают и сопротивление усталости свинца. В свинце практически не раств.
N 2 , CO, CO 2 , O 2 , SO 2 , H 2 .
В хим. отношении свинец довольно
инертен. Стандартный свинца -0,1265 В для Рb 0 /Рb 2+ .
В сухом не окисляется, во влажном-тускнеет, покрываясь пленкой ,
переходящей в присут. СО 2 в основной 2РbСО 3 ·Рb(ОН) 2 .
С свинец образует ряд : Рb 2 О, РbО (), РbО 2 ,
Рb 3 О 4 () и Рb 2 О 3 (см. ). При комнатной т-ре свинец не реагирует с разб. серной и соляной
к-тами, т. к. образующиеся на его пов-сти труднорастворимые пленки PbSO 4
и РbС1 2 препятствуют дальнейшему . Конц. H 2 SO 4
(>80%) и НС1 при нагр. взаимод. со свинцом с образованием р-римых соед.
Pb(HSO 4) 2 и Н 4 [РbСl 6 ]. Свинец устойчив
по отношению к фтористоводородной к-те, водным р-рам NH 3 и
и к мн. орг. к-там. Лучшие р-рители свинца-разб. HNO 3 и СН 3 СООН.
При этом образуются Pb(NO 3) 2 и Рb(СН 3 СОО) 2 . Свинец заметно раств. также в лимонной,
муравьиной и винной к-тах.
Рb + РbO 2 +
2H 2 SO 4 :
2PbSO 4 + 2Н 2 О
При взаимод. Pb(IV)
и Pb(II) с образуются соли-соотв. плюмбаты(IV) и плюмбиты(II),
напр. Na 2 PbO 3 ,
Na 2 PbO 2 . Свинец медленно раств. в конц. р-рах с выделением
Н 2 и образованием М 4 [Рb(ОН) 6 ].
При нагревании свинец реагирует
с , образуя . С азотистоводородной к-той свинец
дает Pb(N 3) 2 , с при нагр.-
PbS (см. Свинца халь-когениды). для свинца не характерны. В нек-рых
р-циях обнаруживают тетрагидрид РbН 4 -бесцв. , легко разлагающийся
на Рb и Н 2 ; образуется при действии разб. соляной к-ты на Mg 2 Pb.
См. также , Сви-нецорганические соединения.
Получение.
Осн.
источник получения свинца-сульфидные полиметаллич. . Селективной
из , содержащих 1-5% Рb, получают свинцовые и др. концентраты. Свинцовый
концентрат обычно содержит 40-75% Рb, 5-10% Zn, до 5% Сu, а также и Bi. Ок. 90% свинца получают по технологии, включающей стадии: агломерирующий
сульфидных концентратов, шахтная восстановит. плавка агломерата и
чернового свинца. Разрабатывают автогенные процессы плавки, позволяющие использовать
тепло сгорания .
Агломерирующий при
традиц. произ-ве свинца проводят на прямолинейных машинах с дутьем либо
путем просасывания его. При этом PbS окисляется преим. в жидком состоянии: 2PbS
+ 3О 2 :
2РbО + 2SO 2 . В шихту добавляют флюсы (SiO 2 ,
CaCO 3 , Fe 2 O 3), к-рые, реагируя между собой
и с РbО, образуют жидкую фазу, цементирующую шихту. В готовом агломерате свинец
в осн. концентрируется в свинцовосиликатном стекле, занимающем до 60% объема
агломерата. Zn, Fe, Si, Ca кристаллизуются в форме сложных соед., образуя
жаропрочный каркас. Эффективная (рабочая) площадь агломерац. машин 6-95 м 2 .
В готовом агломерате содержится
35-45% Рb и 1,2-3% S, часть к-рой находится в виде . Производительность
агломерац. машин по агломерату зависит от содержания S в шихте и колеблется
от 10 (бедные концентраты) до 20 т/(м 2 · сут) (богатые концентраты);
по выжигаемой S она находится в пределах 0,7-1,3 т/(м 2 · сут). Часть
, содержащих 4-6% SO 2 , используют для произ-ва H 2 SO 4 .
Степень утилизации S составляет 40-50%.
Полученный агломерат направляют
на восстановит. плавку в шахтных . для выплавки свинца представляет собой
шахту прямоугольного сечения, образуемую водо-охлаждаемыми коробками (кессонами).
(или воздушно-кислородная смесь) подается в через спец. сопла (фурмы),
расположенные по всему периметру в ниж. ряду кессонов. В шихту плавки входят
в осн. агломерат и , иногда загружают кусковое оборотное и вторичное сырье.
Уд. проплав агломерата 50-80 т/(м 2 · сут). Прямое извлечение свинца в
черновой 90-94%.
Цель плавки-максимально
извлечь свинец в черновой , a Zn и пустую вывести в шлак. Осн. р-ция
шахтной плавки свинцового агломерата: РbО + СО :
Рb
+ + СО 2 . В качестве в шихту вводят . Часть
свинца восстанавливается им непосредственно. Для свинца требуется слабовосстановит.
( О 2 10 -6 -10 -8
Па). Расход к массе агломерата при шахтной плавке 8-14%. В этих условиях
Zn и Fe не восстанавливаются и переходят в шлак. присутствует в
агломерате в форме СuО и CuS. в условиях шахтной плавки легко восстанавливается
до и переходит в свинец. При высоком содержании Си и S в агломерате при шахтной
плавке образуется самостоят. фаза-штейн.
Осн. шлакообразующие компоненты
шлаков (80-85% от массы шлака) - FeO, SiO 2 , CaO и ZnO-направляются
на дальнейшую переработку для извлечения Zn. В шлак переходит до 2-4% Рb и ~20%
Си, содержание в нем этих соотв. 0,5-3,5 и 0,2-1,5%. Образующаяся при
шахтной плавке (и агломерации) служит исходным сырьем для извлечения редких
и .
В основе автогенных процессов
выплавки свинца лежит экзотермич. р-ция PbS + О 2 :
Рb + SO 2 ,
состоящая из двух стадий:
2PbS + 3O 2 :
2PbO
+ 2SO 2 PbS + 2РbО:
3Рb + SO 2
Преимущества автогенных
способов перед традиц. технологией: исключается агломерац. , устраняется
необходимость разбавления концентрата флюсами, что снижает выход шлака, используется
тепло от и исключается (частично) расход , повышается
извлечение SO 2 с , что упрощает их использование и повышает
безопасность на заводе. В пром-сти применяют два автогенных процесса: КИВЦЭТ-ЦС,
разработанный в СССР и осуществленный на Усть-Каменогорском заводе и в Италии
на заводе Порто-Весме, и американский процесс QSL.
Технология плавки по методу
КИВЦЭТ-ЦС: тонкоизмельченную, хорошо высушенную шихту, содержащую концентрат,
оборотную и , с помощью горелки инжектируют техническим О 2
в плавильную камеру , где происходит , получение
свинца и формирование шлака. (содержат 20-40% SO 2) после очистки
от , возвращаемой в шихту плавки, поступают на произ-во H 2 SO 4 .
Черновой свинец и шлак через разделит. перегородку протекают в электротермич. печь-отстойник,
откуда их выпускают через летки. подают в шихту для избыточного
в плавильной зоне.
Процесс QSL проводят в
агрегате типа конвертера. разделена перегородкой на зоны. В плавильной
зоне происходит загрузка гранулир. концентрата, плавка и
техническим О 2 . Шлак поступает во вторую зону, где с помощью фурм
он продувается пылеугольной смесью для свинца. Во всех способах плавки
осн. кол-во Zn (~80%) переходит в шлак. Для извлечения Zn, а также оставшегося
свинца и нек-рых редких и шлак перерабатывают способом фьюмингования
или вальцевания.
Черновой свинец, полученный
тем или иным способом, содержит 93-98% Рb. Примеси в черновом свинце: Сu (1-5%),
Sb, As, Sn (0,5-3%), Аl (1-5 кг/т), Аu (1-30%), Bi (0,05-0,4%). Очистку
чернового свинца производят пирометаллургически или (иногда) электролитически.
Пирометаллургич. методом
из чернового свинца последовательно удаляют: 1) медь-двумя операциями: ликвацией
и с помощью элементарной S, образующей Cu 2 S. Предварит. (грубую)
очистку от Си до содержания 0,5-0,7.% проводят в отражательных либо электротермических
с глубокой свинцовой , имеющей перепад т-ры по высоте. взаимод.
на пов-сти с сульфидным свинцовым концентратом с образованием Cu-Pb штейна.
Штейн направляют в медное произ-во либо на самостоят. гидроме-таллургич. переработку.
2) Теллур-действием металлич.
Na в присут. NaOH. селективно взаимод. с Те, образуя Na 2 Te,
всплывающий на пов-сть и растворяющийся в NaOH. Плав идет на переработку
для извлечения Те.
3) , и сурьму-окислением
их либо О 2 в отражат. при 700-800 °С, либо NaNO 3
в присут. NaOH при 420 °C. Щелочные плавы направляют на гидрометаллургич.
переработку для из них NaOH и извлечения Sb и Sn; As выводят в виде
Ca 3 (AsO 4) 2 , к-рый направляют на захоронение.
4) и золото-с помощью Zn, избирательно реагирующего с растворенными в свинце ; образуются AuZn 3 , AgZn 3 , всплывающие на пов-сть . Образовавшиеся съемы удаляют с пов-сти для послед. переработки их на
Данное видео продолжит рассказ о свойствах свинца:
Электропроводность
Тепло- и электропроводность металлов довольно хорошо коррелируют друг с другом. Свинец не слишком хорошо проводит тепло и к лучшим проводникам электричества тоже не относится: удельное сопротивление составляет 0,22 Ом-кв. мм/м при сопротивлении той же меди 0,017.
Коррозионная стойкость
Свинец – металл неблагородный, однако по уровню химической инертности к таковым приближается. Низкая активность и способность покрываться оксидной пленкой и обуславливает достойную коррозионную стойкость.
Во влажной сухой атмосфере металл практически не корродирует. Причем в последнем случае сероводород, угольный ангидрид и серная кислота – обычные «виновники» коррозии, на него не влияют.
Показатели коррозии в разной атмосфере такие:
- в городской (смог) – 0,00043–0,00068 мм/год,
- в морской (соли) – 0,00041–0,00056 мм/год;
- сельской – 0,00023– ,00048 мм/год.
Воздействие пресной или дистиллированной воды нулевое.
- Металл устойчив к действию хромовой, плавиковой, концентрированной уксусной, сернистой и фосфорной кислоте.
- А вот в разбавленной уксусной или азотной с концентрацией менее 70% быстро разрушается.
- Так же действует и концентрированная – более 90%, серная кислота.
Газы – хлор, сернистый газ, сероводород на металл не действуют. Однако под влиянием фтористого водорода свинец корродирует.
На коррозионные качества его влияют другие металлы. Так, контакт с железом и никак не сказывается на коррозионной стойкости, а добавка висмута или снижает стойкость вещества к кислоте.
Токсичность
И свинец, и все его органические соединения относятся к химически опасным веществам 1 класса. Металл очень токсичен, а отравление им возможно при многих технологических процессах: выплавка, изготовление свинцовых красок, добыча руды и так далее. Совсем не так давно, менее 100 лет назад, не менее распространены были и бытовые отравления, поскольку свинец добавляли даже в белила для лица.
Наибольшую опасность представляют собой пары металла и его пыль, поскольку в таком состоянии они легче всего проникает в организм. Основной путь – дыхательный тракт. Часть может усвоиться и через кишечно-желудочный тракт и даже кожу при непосредственном контакте – те же свинцовые белила и краски.
- Попадая в легкие, свинец всасывается кровью, разносится по всему телу и скапливается в основном в костях. Главное его отравляющее действие связано с нарушениями в синтезе гемоглобина. Типичные признаки свинцового отравления сходны с анемией – усталость, головные боли, расстройства сна и пищеварения, но сопровождаются постоянными ноющими болями в мышцах и костях.
- Длительное отравление может вызвать «свинцовый паралич». Острое отравление провоцирует повышение давления, склерозирование сосудов и так далее.
Лечение специфическое и длительное, поскольку вывести тяжелый металл из организма непросто.
О том, какими экологическими свойствами обладает свинец, расскажем ниже.
Экологические характеристики
Загрязнение свинцом окружающей среды считается одним из самых опасных. Все изделия, где используется свинец, нуждаются в специальной утилизации, которая проводится только лицензированными службами.
К сожалению, загрязнение свинцом обеспечивается не только деятельностью предприятий, где это хоть худо-бедно, да регулируется. В городском воздухе наличие свинцовых паров обеспечивает сгорание топлива в автомобилях. На этом фоне наличие свинцовых стабилизаторов в таких, например, привычных конструкциях, как металлопластиковое окно уже не кажется стоящим внимания.
Свинец – металл, имеющий . Несмотря на токсичность, в народном хозяйстве он используется слишком широко, чтобы можно было металл чем-то заменить.
О свойствах солей свинца поведает данное видео:
– мягкий, ковкий, химически инертный металл весьма стойкий к коррозии. Именно эти качества в основном обуславливают широчайшее его применение в народном хозяйстве. К тому же металл обладает довольно низкой температурой плавления и легко образует разнообразные сплавы.
Давайте поговорим сегодня про и его применение в строительстве и промышленности: сплавы, свинцовые кабельные оболочки, краски на основе него,
Первое применение свинца было связано с его превосходной ковкостью и устойчивостью к коррозии. В результате металл использовался там, где применяться не должен был: при изготовлении посуды, водопроводных труб, умывальников и так далее. Увы, последствия такого использования были самые печальные: свинец является материалом токсичным, как и большинство его соединений и, попадая в организм человека, вызывает множество тяжких повреждений.
- Настоящее же распространение металл получил после того, как от опытов с электричеством перешли к повсеместному использованию электротока. Именно свинец применяется в многочисленных химических источниках тока. Более 75% от всей доли выплавляемого вещества уходит на производство свинцовых аккумуляторов. Щелочные аккумуляторы, несмотря на большую легкость и надежность, вытеснить их не могут, поскольку свинцовые создают ток более высокого напряжения.
- Свинец образует множество легкоплавких сплавов с висмутом, кадмием и так далее и все они применяются для получения электрических предохранителей.
Свинец, являясь токсичным, отравляет окружающую среду, да и для человека представляет немалую опасность. Свинцовые аккумуляторы нуждаются в утилизации или что перспективнее в переработке. На сегодня до 40% металла получают путем переработки аккумуляторов.
- Еще одно интересное применение металла – обмотка сверхпроводящего трансформатора. Свинец был одним из первых металлов, проявивших сверхпроводимость, причем при относительно высокой температуре – 7,17 К (для сравнения температура сверхпроводимости для – 0,82 К).
- 20% от объема вещества свинец используется при производстве свинцовых оболочек для силовых кабелей при подводной и подземной укладке.
- Свинец, а, вернее, его сплавы – баббиты, являются антифрикционными. Их повсеместно используют при производстве подшипников.
- В химической промышленности металл используется при получении кислотоупорной аппаратуры, так как очень неохотно реагирует с кислотами и с очень небольшим их числом. По тем же причинам из него производят трубы для перекачки кислот и сточную канализацию для лабораторий и химических предприятий.
- В военном производстве роль свинца преуменьшить сложно. Свинцовые шары метали катапульты еще Древнего Рима. Сегодня это не только боеприпас для стрелкового, охотничьего или спортивного оружия, но и инициирующие взрывчатые вещества, например, знаменитый азид свинца.
- Еще одно общеизвестное применение – припои. предоставляет универсальный материал для соединения всех остальных металлов, которые обычным способом не сплавляются.
- Свинец металл хотя и мягкий, но относится к тяжелым, к тому же не просто тяжелым, а самым доступным в получении. А с этим связано одно из самых интересных его свойств, хотя и относительно недавно открытых – поглощение радиоактивного излучения, причем любой жесткости. Свинцовая защита применяется везде, где есть угроза повышения радиации – от рентгеновского кабинета до ядерного полигона.
Жесткое излучение обладает большей проникающей способностью, то есть, для защиты от него требуется более толстый слой материала. Однако свинец поглощает жесткое излучение даже лучше, чем мягкое: это связано с образованием электронно-позитронной пары вблизи массивного ядра. Слой свинца толщиной в 20 см способен защитить от любого известного науке излучения.
Во многих случаях альтернативы металлу попросту нет, так что ожидать приостановления из-за его экологической опасности нельзя. Все усилия такого рода должны быть направлены на разработку и внедрение эффективных способов очистки и вторичной переработки.
Данное видео расскажет о добыче и применении свинца:
Его использование в строительстве
Металл в строительных работах применяется нечасто: его токсичность ограничивает круг применения. Однако в составе сплавов или при сооружении специальных конструкций вещество используется. И первое, о чем мы погорим, это кровли из свинца.
Кровля
В качестве свинец применяется с незапамятных времен. В Древней Руси свинцовым листом покрывали церкви и колокольни, так как его цвет прекрасно подходил для этой цели. Металл пластичен, что позволяет получить листы едва ли не любой толщины, а, главное, формы. При перекрытии нестандартных архитектурных элементов, сооружении сложных карнизов свинцовый лист подходит просто идеально, поэтому используется постоянно.
Для кровли выпускают прокатный свинец, как правило, в рулонах. Кроме листов со стандартной ровной поверхностью, есть также материал волнистый – плиссированный, окрашенный, луженный и даже самоклеящийся с одной стороны.
На воздухе свинцовый лист довольно быстро покрывается патиной, состоящей из слоя оксида и карбонатов. Патина защищает металл от коррозии. Но если ее внешний вид по каким-то причина не нравится, кровельный материал можно покрыть специальным патинирующим маслом. Это делается вручную или в производственных условиях.
Звукопоглощение
Звукоизоляция жилища – одна из непреходящих проблем старых, и многих современных домов. Причин тому множество: сама конструкция, где стены или перекрытия проводят звук, материал перекрытий и стен, который не поглощает звук, новшество в виде лифта новой конструкции, который проектом не предусмотрен и создает дополнительную вибрацию и множество других факторов. Но в итоге обитатель квартиры вынужден самостоятельно справляться с этими проблемами.
На предприятии, в звукозаписывающей студии, в здании стадиона эта проблема приобретает куда большие размеры, а решается таким же образом – монтажом звукопоглощающей отделки.
Свинец, как ни странно, используется именно в этой роли – звукопоглотителя. Конструкция материала практически одинакова. Свинцовая пластина малой толщины – 0,2–0,4 мм покрывается защитным полимерным слоем, поскольку металл все же относится к опасным, а с двух сторон пластины закрепляется органический материал – вспененный каучук, полиэтилен, полипропилен. Звукоизолятор поглощает не только звук, но вибрацию.
Механизм таков: звуковая волна, проходя через первый полимерный слой, теряет часть энергии и возбуждает колебания свинцовой пластины. Часть энергии при этом поглощается металлом, а остаток гасится во втором вспененном слое.
Стоит отметить, что направление волны в этом случае никакого значения не имеет.
О том, как используют свинец в строительстве и хозяйстве, расскажет этот видеоролик:
Рентген-кабинеты
Рентгеновское излучение чрезвычайно широко используется в медицине, по сути, составляя базу инструментального обследования. Но если в минимальных дозах особой опасности оно не представляет, то получение большой дозы облучения составляет угрозу для жизни.
При обустройстве рентгеновского кабинета именно свинец используется в качестве защитного слоя:
- стен и дверей;
- пола и потолка;
- мобильных перегородок;
- средств индивидуальной защиты – фартуков, надплечников, перчаток и других предметов со свинцовыми вставками.
Защиту обеспечивают благодаря определенной толщине экранирующего материала, что требует точных расчетов с учетом размеров помещения, мощности аппаратуры, интенсивности использования и так далее. Способность материала снижать излучение измеряется в «свинцовом эквиваленте» – значении толщины такого слоя чистого свинца, который способен рассчитанное излучение поглотить. Эффективной считается такая защита, которая превосходит указанную величину на ¼ мм.
Уборка рентгеновских кабинетов проводится особым образом: здесь важным является своевременное удаление свинцовой пыли, так как последняя представляет опасность.
Другие направления
Свинец – тяжелый, ковкий, стойкий к коррозии металл, и что самое важное: доступный и достаточно дешевый в производстве. К тому же металл незаменим при защите от излучения. Так что полный отказ от его использования – дело довольно отдаленного будущего.
О проблемах со здоровьем, вызванных применением свинца, расскажет Елена Малышева в видео ниже:
