Свинец: свойства и производство

Свинец – один из древнейших металлов, известных человечеству. Его использование насчитывает тысячи лет – его первое получение и использование датируется примерно 6000 годом до нашей эры.

Свинец – тяжелый металл, не содержащий железа. Как и другие цветные металлы, он встречается во многих сплавах и имеет широкое техническое применение. Его мягкость и низкая температура плавления позволяют легкую и быструю обработку. Свинец получают из руд, содержащих его сульфид.

Цвет металла – грязно-серовато-серебристая, поверхность со временем тускнеет и естественным образом покрывается защитным налетом. Как и другие цветные металлы, свинец не подвержен коррозии.

Из-за высокой ковкости свинца его использовали за тысячи лет до нашей эры. Некоторые развитые цивилизации ценили этот металл и широко его использовали. В древние времена свинец в основном использовался для изготовления декоративных изделий, керамики и некоторых музыкальных инструментов.

В Древнем Риме его широко использовали для производства водопроводных труб, резервуаров для воды, а также для изготовления косметики и красок.

В Средние века изделия из свинца были так же популярны, как сегодня изделия из алюминия. Достаточно сказать, что из него изготавливали даже украшения и посуду. В 19 веке образ свинца был омрачен, когда был открыт сатурнизм, отравление свинцом. Хотя взгляды на его использование изменились, он все еще продолжает применяться по сей день, с ограничениями по контакту с водой и пищевыми продуктами.

Например, при производстве свинцово-кислотных аккумуляторов его используют вместе с оловом в качестве паяльного материала, также его применяют в автомобильных аккумуляторах и везде, где металл подвергается воздействию кислот.

Основными металлургическими полуфабрикатами из свинца являются листы, полосы, пластины, прутки, трубы, полосы и проволока.

Характеристики свинца

Свинец (Pb) – химический элемент с атомным номером 82 из группы углерода; серый, тяжелый, мягкий, легкоплавкий химически стойкий металл; используется для изготовления аккумуляторных пластин, химического оборудования; Соединения свинца ядовиты. Валентность + 2 и + 4. Температура плавления свинца 327°С, температура кипения 1740°С. На воздухе поверхность свинца покрывается защитным оксидным слоем. В присутствии кислорода он не устойчив к кислотам.

Сульфид свинца, который считается основным сырьем в производстве, содержит в чистом виде около 86% Pb. Содержание свинца в сульфидных рудах значительно ниже и колеблется от 2 до 4%. Свинцовые руды преимущественно загрязнены пустой породой, состоящей из кремнезема и карбонатов кальция и магния.

Из-за матового содержания свинца в руде ее подвергают процессу обогащения, чаще всего путем флотации. Продукты обогащения, полученные таким способом, называются концентратами. Они содержат примерно 35-75% свинца.

Свинец — мягкий и очень податливый металл, поэтому его можно раскатать в тонкую фольгу. Прочность на разрыв низкая, поэтому свинец нельзя использовать для волочения проволоки. Примеси мышьяка, сурьмы и цинка повышают его прочность и твердость.

Свинец — металл, который легко обрабатывается при температуре окружающей среды. На практике пластическая обработка свинца при комнатной температуре представляет собой горячую обработку. Его можно легко сваривать и паять. Металлический свинец применяется в химической промышленности при производстве серной кислоты (для футеровки камер и ванн), целлюлозы, отбеливания кальция.

Применяется для производства канализационных и газовых труб, линий серной, сернистой и фосфорной кислоты, для электрических проводов и подводных кабелей, защитных экранов в радиологических и радиационных лабораториях, аккумуляторных пластин,

Технология получения свинца

Свинец получают из концентрированной руды. Свинцовые концентраты перерабатывают в свинец путем обжига и восстановления. Обжиг сульфидных свинцовых руд направлен на превращение сульфидов в оксиды и получение агломерата в виде пористых кусков. Обжиг осуществляется на ленточных аппаратах.

Сульфид свинца имеет компактную структуру и поэтому окисляется только на поверхности зерна. Для получения лучших результатов обжига следует использовать сульфиды с высокой степенью фрагментации и обеспечивать хорошую подачу кислорода во время процесса.

Выплавка сырого свинца из обжига — восстановительный процесс, осуществляемый в шахтных печах. Обожженный обжиг и кокс засыпаются в шахтную печь сверху, а воздух подается снизу через сопла.

Содержащийся в воздухе кислород вызывает неполное сгорание кокса, а образующийся угарный газ восстанавливается до чистого свинца. При этом восстанавливаются некоторые оксиды металлов, растворяющиеся в свинце. Таким образом, в чаше печи собирается необработанный свинец.

Определенное количество сульфидов различных металлов, содержащихся в шихте, не восстанавливается, а плавится, с образованием жидкого камня с температурой плавления 1000°С. Компоненты пустой породы образуют шлак с температурой плавления 1200°С.

Продукты в чаше печи разделяются по плотности.

Нижний слой — сырой свинец, а верхний — камень и шлак. Свинец стекает по желобу в рафинировочный котел или в специальные формы. Шлак и камень периодически выгружаются из печи в отстойники. Через некоторое время в отстойнике камень отделяется от шлака за счет разницы в плотности.

Камень, содержащий ценные ингредиенты, подвергается дальнейшей обработке, а шлак перерабатывается для извлечения оставшегося свинца и выделения цинка. Необработанный свинец содержит меньшее или большее количество меди, сурьмы, цинка, мышьяка, висмута, а также серебра и золота. Эти примеси в количестве 1-6% ухудшают свойства металла и его коррозионную стойкость.

Рафинирование свинца

При первичном рафинировании сначала отделяют медь, а затем отделяют другие примеси, кроме драгоценных металлов. Медь удаляют в аффинажных котлах, где при охлаждении до температуры, несколько превышающей температуру плавления свинца, медь выпадает в виде кристаллов.

Отделившаяся медь легче и всплывает на поверхность. Серебро и золото удаляются с помощью цинка, который при введении в расплавленный свинец образует нерастворимые соединения с серебром и золотом. Соединения цинка с серебром и золотом всплывают на поверхность свинца в виде пены.

Собранная пена подвергается дальнейшей обработке для извлечения из нее драгоценных металлов.