№82 Свинец

История открытия:

Свинец известен с III — II тысячелетия до н.э. в Месопотамии, Египте и других древних странах, где из него изготовляли большие кирпичи (чушки), статуи богов и царей, печати и различные предметы быта. Из свинца делали бронзу, а также таблички для письма острым твердым предметом. В более позднее время римляне стали изготовлять из свинца трубы для водопроводов. В древности свинец сопоставлялся с планетой Сатурн и часто именовался сатурном. В средние века благодаря своему тяжелому весу свинец играл особую роль в алхимических операциях, ему приписывали способность легко превращаться в золото.

Нахождение в природе, получение:

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 основном встречается в виде сульфидов (PbS — свинцовый блеск).
Получение свинца из свинцового блеска проводят путем обжигательно-реакционной плавки: сначала подвергают шихту неполному обжигу (при 500-600°С), при котором часть сульфида переходит в оксид и сульфат:
2PbS + 3О₂ = 2РbО + 2SO₂ PbS + 2О₂ = РbSO₄
Затем, продолжая нагревание, прекращают доступ воздуха; при этом оставшийся сульфид регирует с оксидом и сульфатом, образуя металлический свинец:
PbS + 2РbО = 3Рb + SO₂ PbS + РbSO₄ = 2Рb +2SO₂

Физические свойства:

Один из самых мягких металлов, легко режется ножом. Обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов грязно-серого цвета, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет. Плотность — 11,3415 г/см 3 (при 20°C). Температура плавления — 327,4°C, температура кипения — 1740°C

Химические свойства:

При большой температуре свинец образует с галогенами соединения вида РbХ₂, с азотом прямо не реагирует, при нагревании с серой образует сульфид PbS, кислородом окисляется до PbO.
В отсутствии кислорода свинец не реагирует с водой при комнатной температуре, но при действии горячего водяного пара образует оксиды свинца и водород. В ряду напряжений свинец стоит левее водорода, но он не вытесняет водород из разбавленных HCl и H₂SO₄, из-за перенапряжения выделения Н₂ на свинце, а также из-за образования на поверхности металла плёнки труднорастворимых солей, защищающих металл от дальнейшего действия кислот.
В концентрированных серной и соляной кислотах при нагревании свинец растворяется, образуя соответственно и Н₂[РbCl₄]. Азотная, а также некоторые органические кислоты (например, лимонная) растворяют свинец с получением солей Рb(II). Реагирует свинец и с концентрированными растворами щелочей:
Pb + 8HNO₃ (разб.,гор.) = 3Pb(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.
Pb + 3H₂SO₄ (>80%) = Pb(HSO₄)₂ + SO₂ + 2H₂O
Pb + 2NаOН (конц.) + 2H₂O = Nа₂[Pb(OН)₄] + Н₂
Для свинца наиболее характерны соединения со степенью окисления: +2 и +4.

Важнейшие соединения:

Оксиды свинца — с кислородом свинец образует ряд соединений Рb₂О, РbО, Рb₂О₃, Рb₃О₄, РbО₂, преимущественно амфотерного характера. Многие из них окрашены в красные, жёлтые, чёрные, коричневые цвета.
Оксид свинца (II) — РbО. Красный (низкотемпературная a-модификация, глет) или желтый (высокотемпературная b-модификация, массикот). Термически устойчив. Очень плохо реагируют с водой, раствором аммиака. Проявляет амфотерные свойства, реагирует с кислотами и щелочами. Окисляется кислородом, восстанавливается водородом и монооксидом углерода.
Оксид свинца (IV) — РbО₂. Платтнерит. Темно-коричневый, тяжелый порошок, при слабом нагревании разлагается без плавления. Не реагирует с водой, разбавленными кислотами и щелочами, раствором аммиака. Разлагается концентрированными кислотами, концентрированными щелочами при кипячении медленно переводится в раствор с образованием .
Сильный окислитель в кислой и щелочной среде.
Оксидам РbО и РbО₂ соответствуют амфотерные гидрооксиды Рb(ОН)₂ и Рb(ОН)₄. Получение . Свойства .
Рb₃О₄ — свинцовый сурик. Рассматривается как смешаный оксид или орто-плюмбат свинца(II) — Рb₂PbО₄. Оранжево-красный порошок. При сильном нагревании разлагается, плавится только под избыточном давлением О₂. Не реагирует с водой, гидратом аммиака. Разлагается конц. кислотами и щелочами. Сильный окислитель.
Соли свинца(II) . Как правило бесцветны, по растворимости в воде делятся на нерастворимые (например, сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид), малорастворимые (йодид, хлорид и фторид) и растворимые (к примеру, ацетат, нитрат и хлорат свинца). Ацетат свинца, или свинцовый сахар, Pb(CH₃COO)₂·3H₂O, бесцветные кристаллы или белй порошок сладкого вкуса, медленно выветривается с потерей гидратной воды, относится к очень ядовитым веществам.
Халькогениды свинца — PbS, PbSe, и PbTe — кристаллы чёрного цвета, узкозонные полупроводники.
Соли свинца(IV) могут быть получены электролизом сильно подкисленных серной кислотой растворов солей свинца(II). Свойства .
Гидрид свинца(IV) — PbH₄ — газообразное вещество без запаха, которое очень легко разлагается на свинец и водород. Получается в небольших количествах при реакции Mg₂Pb и разбавленной HCl.

Применение:

Свинец хорошо экранирует радиацию и рентгеновские лучи, применяется в качестве защитного материала, в частности, в рентгеновских кабинетах, в лабораториях, где существует опасность облучения радиацией. Также используют для изготовления пластин аккумуляторов (около 30% выплавляемого свинца), оболочек электрических кабелей, защиты от гамма-излучения (стенки из свинцовых кирпичей), как компонент типографских и антифрикционных сплавов, полупроводниковых материалов.

Свинец и его соединения, особенно органические, токсичны. Попадая в клетки, свинец дезактивирует ферменты, тем самым нарушая обмен веществ, вызывая умственную отсталость у детей, заболевания мозга. Свинец может заменять кальций в костях, становясь постоянным источником отравления. ПДК в атмосферном воздухе соединений свинца 0,003 мг/м 3 , в воде 0,03 мг/л, почве 20,0мг/кг.

Барсукова М. Петрова М.
ХФ ТюмГУ, 571 группа.

Источник

Применение и получение свинца

Свинец представляет собой металл, имеющий серебристо-белый цвет и синеватый отлив. В периодической системе химических элементов ему присвоен номер 82. Металл имеет достаточно широкую популярность. Не является дефицитом. Лёгок в добыче и обработке.

Таблица 1. Характеристика свинца

Характеристика	Значение
Свойства атома
Название, символ, номер	Свине́ц / Plumbum (Pb), 82
Атомная масса(молярная масса)	207,2(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2
Радиус атома	175 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	147 пм
Радиус иона	(+4e) 84 (+2e) 120 пм
Электроотрицательность	2,33 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	Pb←Pb2+ −0,126 ВPb←Pb4+ 0,80 В
Степени окисления	4, 2, 0
Энергия ионизации(первый электрон)	715,2 (7,41) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	11,3415[2] г/см³
Температура плавления	600,61 K (327,46 °C, 621,43 °F)[3]
Температура кипения	2022 K (1749 °C, 3180 °F)[3]
Уд. теплота плавления	4,77 кДж/моль
Уд. теплота испарения	177,8 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	26,65[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём	18,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая гранецентрированая
Параметры решётки	4,950 Å
Температура Дебая	88,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 35,3 Вт/(м·К)

По содержанию различных примесей различают следующие виды свинца:

1. С1 – первичный свинец, имеющий в своем составе количество примесей, равное 0,015%. Считается наиболее качественным продуктом, не поддающимся влиянию агрессивной среде и коррозии.
2. С2 – чем-то похож на предыдущий вид, однако имеет чуть большее процентное содержание примесей – 0,05%. Его стоимость отличается от стоимости С1 в меньшую сторону.
3. С3 – первичный свинец, имеющий в своем составе максимальное количество примесей, равное 0,1%. Именно данный вид свинца является основным сырьем для производства слитков и чушек.

Стоит отметить, что человечество знакомо со свинцом еще с древних времен. Свидетельством этого являются археологические находки, среди которых свинцовые бусы 6400 года до н.э., статуэтка стоящей барышни в длинной юбке, которая относится ко временам первой династии Египта и еще много других предметов. Статуэтка датируется 3100 – 2900 гг. до н.э. В настоящее время ее можно увидеть в экспозиции Британского музея. Таким образом, ученые пришли к выводу, что выплавка свинца была одним из первых освоенных металлургических процессов людьми. В те далекие времена пальма первенства по производству свинца принадлежала Древнему Риму, который в год выдавал порядка 80 тысяч тонн материала.

Самородный свинец в природе встретить достаточно сложно. Однако, количество пород, в составе которых был обнаружен свинец, представляет собой огромное множество, начиная от осадочных до ультраосновных интрузивных. В таких образованиях он, как правило, формирует интерметаллические соединения и сплавы с другими элементами. Свинец является неотъемлемым элементом в составе 80 разных минералов, основными среди которых выступают галенит, церуссит англезит, тиллит, бетехнинит, джемсонит ,буланжерит. Также его содержание в рудах урана и тория является постоянным.

Добыча свинца

Как уже было сказано, свинец достаточно распространенный элемент. Его месторождения встречаются на территории многих стран, среди которых: Россия, Австралия, Казахстан и многие другие.

Получение свинца осуществляется, главным образом, путем выплавки из полиметаллических руд: свинцово-цинковых, медно-свинцово-цинковых. Как правило, в их составе содержатся и другие составляющие, например, золото, серебро, висмут, мышьяк.

Производство свинца осуществляется по определенной схеме, которая состоит из добычи сырья, подготовки шихты, агломерирующего обжига, шахтной плавки, огневого рафинирования чернового материала.

С целью получения самоплавкого конечного продукта во время расчета шихты по возможности производят расчеты ее содержимого. Это позволяет избежать ввода флюсов во время плавки.

Из всех минералов в ходе получения металла преимущество имеют галенит – сульфид свинца, церуссит – карбоновая соль, англезит – сульфат. Максимальное содержание металла в руде составляет 8-9%. Данный показатель свидетельствует об экономически невыгодной добыче продукта. В связи с этим, руда перед извлечением из нее свинца, обогащается различными способами, после чего из нее получают свинец. Однако, гораздо рациональнее использовать более богатую руду для добычи свинца – сульфидную.

Порядка 40% металла получают в процессе переработки вторичного сырья. Стоит отметить, что свинец обладает очень высокой токсичностью, в связи с чем абсолютно каждое готовое изделие, содержание в своем составе свинец, подлежит специальной утилизации. В связи с этим, сегодня существуют технологии, позволяющие не утилизировать тяжелый металл, а переработать опасный продукт. Вторсырье, как правило, применяют для изготовления различных сплавов.

Получение свинца

В связи с тем, что руда, из которой добывается свинец, имеет достаточно сложную структуру, ее на протяжении длительного периода тщательно обрабатывают и лишь только потом отправляют на выплавку. Итак, весь процесс производства свинца из руды состоит из следующих этапов:

• измельчение руды;
• флотация руды. Стоит сказать, что она имеет различные варианты осуществления, зависимо от характера руды. Существует два основных флотационных методов: коллективный и прямой селективный. Последний метод используется в разы чаще. Он вязан с последовательным выделением свинцового, медного и цинкового концентратов посредством применения различных химических реагентов.

Среди главных промышленных методов получения свинца выделяют:

1. Пирометаллургический. В данном случае абсолютно все компоненты материала плавятся. Данный метод является наиболее распространенным в металлургии.
2. Гидрометаллургический. При использовании этого метода происходит разложения концентратов, для чего применяются растворители, после чего происходит восстановление свинца химическими способами.

Первый метод включает в себя различные виды плавки:

• восстановительная плавка, которая является универсальным способом, применяемым для руды, в которой содержится любое количество вещества и любые добавки;
• шахтная плавка, при которой плавление продукта происходит в восстановительной атмосфере;
• отражательная плавка. В настоящее время не используется;
• горновая плавка. Как и отражательная, не используется;
• осадительная плавка. Благодаря ее применению можно получить вещество из руды, миную предварительный обжиг;
• щелочная плавка. Используется для плавки свинцового концентрата, который нагревают до 850 0 С с щелочным натром. На выходе получается достаточно чистый металл и щелочной сплав.

Применение свинца

Сфера использования металла достаточно широка. Его соединения используются:

• для изготовления смесевых взрывчатых веществ (нитрат свинца);
• в качестве детонатора (азид свинца);
• для производства жидкости для флотации (перхлорат свинца);
• как катодный материал в химических источниках тока (фторид свинца самостоятельно или же наряду с фторидом висмута, меди, серебра);
• как катодный материал в литиевых аккумуляторных батареях (висмутат свинца, сульфид свинца);
• как термоэлектрический материал (теллурид свинца);
• со свинцовыми белилами изготавливается шпатлевка, цемент, а также свинцовокарбонатная бумага;
• в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми и другими различными вредителями(арсенат и арсенат свинца);
• в художественном искусстве. С помощью бората свинца, представляющего собой нерастворимый белый порошок, производят сушку картин и лаков;
• для покрытия стекла и фарфора;
• в производстве мазей, которые предназначены для обработки опухолей (хлорид свинца);
• в лакокрасочной промышленности в качестве пигмента при производстве красок (хромат свинца, дающий желтый цвет);
• при производстве спичек (нитрат свинца);
• а также в ядерных реактора, в качестве присадки для бензина;
• в качестве припоя, для фигурного литья подшипников;
• в медицине и в геологии.

Стоит отметить, что это далеко не полный перечень возможных применений свинца, его сплавов и соединений.

Источник

Из чего делают свинец и как добывают свинец в природе

Цветные металлы важный ресурс в высокотехнологичных видах производства, необходимые для изготовления электроники, техники, а также в легкой промышленности. Высокую ценность имеют сплавы из разных природных металлов, меди, свинца, бронзы, алюминия. Многих интересует, как добывают свинец в природе, но не менее важно, как изготавливаются другие виды металлов. Эту информацию ищут не только частные лица, но и граждане, планирующие запустить собственные производства или решившие закупить металл для изготовления изделий на продажу. Например, если нужен металл для создания рыболовных грузиков или строительных отвесов, вы можете купить свинец в Москве по выгодной цене за 1 кг в компании «АКБскрап».

Как добывают свинец в природе

Самородный свинцовый металл в природе не встречается, его добывают из свинцовой руды, которую находят в залежах полиметаллического или самостоятельного типа. В природе геологи находят свинец по определённым приметам в различных состояниях – всего встречается 180 минералов свинцовой руды. Самые крупные месторождения расположены в Австралии, Мексике, Канаде, США и Перу. Обычно спутником в полиметаллических залежах свинцу служат ценные металлы, чаще всего цинк. Свинец встречается в связанном состоянии, в виде сульфидов, карбонатов, сульфатов, хлоридов, хромитов, молибденов и других формах.

Из чего добывают свинец: из какой породы, руды и минерала

Обычные пользователи задаются вопросом, из чего делают свинец, а точнее из какой породы, руды и минерала добывают свинец в современных реалиях. Расскажем подробнее.

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 и др.) и сплавы с другими элементами (например свинец+олово+сурьма). данный металл входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них: галенит PbS, церуссит, англезит (сульфат свинца); из более сложных — тиллит и бетехтинит, а также сульфосоли свинца — джемсонит, буланжерит. Всегда содержится в рудах урана и тория, имея часто радиогенную природу.

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.

Для получения свинца в основном разрабатывают природные руды, содержащие галенит (сульфид свинца). Сначала при помощи метода флотации получают концентрат, в котором содержится до 70 процентов чернового свинца. Последующий шаг – извлечение веркблея.Существует несколько способов переработки концентрата в веркблей (так называемый черновой свинец):

• Ранее широко распространённый в СССР, метод шахтной восстановительной плавки;
• Метод кислородно-взвешенной циклонной электротермической плавки свинцово-цинковых продуктов;
• Метод плавки Ванюкова (известный как плавка в специальной жидкой ванне).

Для плавки в шахтной (ватержакетной) печи предварительно производят агломерационный обжиг концентрата, а затем смесь загружается в печь, где производится восстановление свинца из его оксида.

В дальнейшем, полученный веркблей, содержащий более 90 процентов свинца, подвергается очищению. Сначала для извлечения меди применяют зейгерование и последующая обработка природной серой. Затем щелочным рафинированием удаляются сурьма и мышьяк. После этого выделяют из состава серебро и золото, используется для этого цинковая пена, затем отгоняют из смеси цинк. При помощи обработки кальцием и магнием удаляются из состава висмут. В результате, внутри свинца содержание примесей становится менее чем 0,2%.

В природе свинцовые руды встречаются в виде примесей внутри полиметаллических залежей различного характера. Находя свинец в виде сульфидов, карбонатов, сульфатов, хлоридов, хромитов, молибденов и других форм, геологи запускают добычу свинцовой руды с применением вышеуказанных технологий. Галенит, являющийся сульфидом свинца, распространен больше других залежей. Часто встречается в природе церуссит (карбонат) и англезит (сульфат).

Около 40% всего используемого свинца, является вторсырьем, изготовленным из различных свинцовых изделий, например, аккумуляторных батарей. Современные технологии позволяют перерабатывать токсичный тяжелый металл, переплавлять его и использовать повторно, зачастую как дополнительный компонент в различных сплавах. Утилизация аккумуляторов и других изделий из свинца гарантируют экологическую безопасность и уменьшают необходимость в разработке новых залежей, а значит обеспечивает этим металлом будущие поколения.

Добыча свинца в мире (в природе)

Известная международная компания InternationalLead&ZincStudyGroup, занимается отслеживанием обстановки на мировом рынке ценных металлов, специализируясь на свинце и цинке. Организация прогнозирует, что по итогам 2019 года спрос на свинец превысил мировое предложение на 46 тысяч тонн. Ранее организация ILZSG выпускала информацию о ожиданиях, что баланс будет иметь избыток в размере 71 тысячи тонн.

В отчете ILZSG, о 2019 годе, говорится, что глобальное производство рафинированного свинца сократилось на 0,3% по сравнению с предыдущим годом до 11,76 млн. т. Рост производства в Индии, пропорционально компенсирован спадом в других странах.

Одной из стран где наблюдался спад, стала Австралия. В этом году из-за технических трудностей австралийская компания Nyrstar значительно сократила производство свинца на предприятии PortPirie. В это же время, Аргентина лишилась также своей производственной мощности: в конце прошлого года компания Glencore вывела из эксплуатации предприятие Palpala. Третьей страной стала Канада, в которой на предприятии Belledune часть свинца была утеряна из-за забастовки рабочих.

В 2020 году значительное количество производственных мощностей перестало работать из-за карантинных мер в мире, которые введены в связи с распространением коронавирусной инфекции Covid-19. Но как и производство, спрос на данный металл также находится в стагнации – автомобилестроение во всем мире терпит убытки и закрывает производства. На 2020 год основным потребителем свинца являются производители автомобильных аккумуляторов.

Интересные факты о свинце

Свинец как ценный металл используется человечеством более 8500 лет, поэтому о нем известно большое количество интересных фактов различного характера. Использовали свинец первобытные люди, древние египтяне и римляне, не зная о его токсичности. Другие интересные факты о металле:

1. В западнославянских языках свинец называют оловом, так как он очень похож на этот сплав.
2. В 1673 году, англичанин Джордж Равенскрофт усовершенствовал состав стекла, добавив к исходным компонентам оксид свинца – создав прозрачное стекло. А в конце 18 века Георг Страсс при производстве стекла сплавил вместе белый песок, поташ и оксид свинца, получив чистое и блестящее стекло, которое сложно было отличить от алмаза – в будущем оно получило наименование «стразы».
3. До 70-х годов 20 века в бензин с целью повышения октанового числа добавлялись химические свинцовые присадки. Позднее они были запрещены по всему мира, из-за токсинов, которые наносили огромный вред окружающей среде.
4. Изобретение первого огнестрельного оружия также связанно с этим металлом, первые пули изготавливались из свинца, как и многие современные для пневматики и охотничьего оружия.
5. Свинец использовался в составе белых и красных красочных материалов, с ними работало большинство старинных художников.
6. В русском языке слово «свинцовый» является синонимом слова «тяжелый» — это связанно с тем, что данный металл тяжелее железа в полтора раза.
7. На поверхности Венеры металл находится в жидком состоянии из-за легкоплавкости свинца (при температуре 327 градусов по Цельсию).
8. Это малоактивный металл, провести с ним химическую реакцию или растворить, можно при комнатной температуре.
9. Сегодня в мире используется в основном лишь в аккумуляторах, из-за высокой токсичности.
10. Подобно алюминию, при воздействии кислорода, свинец окисляется.
11. В этом химическом элементе не растворяются газы.
12. Свинец способен защитить от радиации.
13. В живых организмах токсичный металл накапливается в костных тканях, замещая собой кальций, что приводит к различного рода болезням: анемия, повреждения почек, мозга, снижение интеллекта.
14. Свинец может оседать в грунтовых водах, почве и внутри растений.
15. Доказано прямое влияние токсинов свинца на уровень преступности в населенном пункте.

В отличии от других металлов, свинцовый сплав обязательно должен перерабатываться и утилизироваться, что прописано в законодательстве Российской Федерации. Именно поэтому, автомобильные аккумуляторы, дробь, рыболовные грузики и другой свинцовый металлолом нужно сдавать в соответствующие приемные пункты.

Источник