Каким способом можно получить свинец

Производство свинца: добыча руды, выплавка и рафинирование металла

Судя по археологическим находкам, свинец производился еще в 7 тыс. до нашей эры. Уже в Древнем Риме выплавка металла достигала 80 тыс. тонн в год. В 19 веке Британия, Германия и Испания – основные производители, поставляли около 250 тыс. свинца в год.

И хотя сегодня сфер применения его стало меньше, производится металл в огромных масштабах. Поэтому сегодня мы погорим о производстве свинца из руды, его рафинировании, а также последующем изготовлении деталей и прочих изделий из свинца.

Структура и состав металла

Свинец – металл, довольно инертный, поскольку быстро покрывается защитной оксидной пленкой. Обладает довольно низкой теплопроводностью, и не слишком хорошей электропроводностью – намного ниже меди. Металл относят к тяжелым, однако при нормальной температуре он мягкий, легко режется.

Интересно вот какое свойство свинца: способность поглощать рентгеновское излучение. Существует закономерность: чем больше порядковый номер элемента, тем в большей степени вещество поглощает, и в меньшей степени рассеивает излучение. Свинец чаще всего используют в качестве защитного слоя, поскольку металл не только успешно справляется с этой задачей, но и является относительно доступным. В общем, вещества с большой молекулярной массой не распространены и добыча их сопряжена с большими трудностями.

Об особенностях производства свинца расскажет данное видео:

Производство свинца

Свинец не относится к редким металлам. В земной коре он составляет 1,6·10¯3, что, учитывая массу литосферы, составляет весьма значительную цифру. В основном для выплавки металла применяют полиметаллические руды: свинцово-цинковые, медно-свинцово-цинковые, включающие и другие элементы – золото, серебро, висмут, мышьяк и так далее.

В общем, схема производства металла выглядит так:

1. добыча сырья;
2. подготовка шихты;
3. агломерирующий обжиг;
4. плавка – шахтная;
5. огневое рафинирование чернового свинца.

При расчете шихты пытаются так рассчитать ее содержимое, чтобы конечный агломерат – до стадии шахтной плавки, оказывался самоплавким. Таким образом удается избавиться от необходимости вводить флюсы при плавке.

Про сырье для производстве свинца читайте ниже.

Сырье

Наиболее важными минералами является галенит – сульфид свинца, церуссит – карбоновая соль, англезит – сульфат. Как правило, содержание металла в руде не превышает 8–9%, поэтому в производстве руду сначала обогащают различными методами. В основном разрабатываются сульфидные руды, поскольку относят к наиболее богатым.

До 40% свинца получают из вторичного сырья. Металл относят к высокотоксичным, все изделия из него и большинства его соединений требуют специальной утилизации. Поэтому технологии, позволяющие переработать опасное вторсырье, а не пытаться истребить тяжелый металл, появились довольно давно и весьма активно используются. Так как состав его заметно отличается от состава первичного сырья, вторичное обычно используют для получения разнообразных сплавов.

Так как свинцовосодержащая руда имеет очень сложный состав, она подвергается длительной и разнообразной обработке, прежде чем оказывается вблизи печи.

• В первую очередь руду измельчают – исходя из характеристики породы, и подвергают гравитационному обогащению, проще говоря, разделению по массе, с тем, чтобы выделить концентрат галенита.
• Затем продукт подвергается флотационному обогащению: заливают водой, затем перемешивают сжатым воздухом с примесью определенных реагентов скипидара. При этом галенитовая пена всплывает, а другие ингредиенты оседают на дно емкости.

Флотацию применяют несколько раз и в разных вариациях в зависимости от характера руды. Так, для обогащения сульфидных руд применяют 2 основных способа:

• коллективный – применяется к породам с относительно низким содержанием сульфидов до 25%. Флотация осуществляется несколько раз, на каждом этапе выделяют соответствующий концентрат: сначала медно-свинцовый с тем, чтобы подвергнуть его вторичной флотации и отделить свинец от меди, затем цинковый и пиритный;
• прямой селективный – метод позволяет последовательно с помощью разных химических реагентов выделить свинцовый, медный, цинковые концентраты. Этот способ применяется чаще.

Далее будет рассмотрена технологическая цепочка производства свинца.

Добыча свинца рассмотрена в данном видеоролике:

Технологии

Основными промышленными способами получения свинца являются пирометаллургический и гидрометаллургический. В первом случае все компоненты сырья подвергаются плавке, во втором – концентраты разлагают в растворителях, а затем восстанавливает свинец химическими способами.

Пирометаллургический метод

Практически весь объем металла, используемый в металлургии, получают именно пирометаллургическим методом. Используются для этого различного вида плавки.

Восстановительная плавка – универсальный способ, пригодный для руды с любым содержанием вещества и с любыми добавками. Свинцовый концентрат, как правило, сульфидный, после обогащения, перемешивают с флюсами и окисляют с тем, чтобы из сульфида металла получить оксид – эта стадия носит название агломерирующий обжиг. При этом окислению подвергаются и другие соли, так что в итоге полученный агломерат включает оксиды металлов. Материал измельчается перед тем, как подавать его в печь.

В шахтной печи продукт плавят в восстановительной атмосфере, то есть, в присутствии угарного газа. В результате получают черновой свинец, включающий примеси меди, золота, серебра, висмута.

Затем черновой свинец подвергается рафинированию, то есть, повторной плавке с тем, чтобы получить чистый металл и агломерат, включающий другие примеси. Последний отправляется на медный завод для извлечения других веществ. Может использоваться и плавка с дополнительными ингредиентами с тем, чтобы удалить примеси – меди и висмута, например.

Как правило, шахтная плавка в присутствии угарного газа не обеспечивает 100% восстановление и шлак все еще содержит изрядное количество свинца. Поэтому шлак подвергают повторной пирометаллургической обработке – фьюмингованию.

• Отражательная плавка на сегодня не применяется.
• Горновая плавка – тоже давно известный способ. Однако используется и сейчас, но ограниченно – для богатой руды. Здесь восстановительный обжиг и плавка, по сути, производятся одновременно: руда или концентрат загружается вместе с топливом – антрацит, древесный уголь, и продувается сжатым воздухом.
• Осадительная плавка – позволяет получать металл из руды без предварительного обжига. Суть ее сводится к способности более активных металлов вытеснять менее активные из их солей. При плавке сульфидного минерала с железом именно это и происходит: в итоге получают свинец и сульфид железа. Осадительная плавка на сегодня представляет собой академический интерес.
• Щелочная плавка – свинцовый концентрат нагревают в электропечи до 850 С с щелочным натром. В итоге получают довольно чистый металл и щелочной плав. Таким способом можно извлечь до 98% свинца из минерала.

Гидрометаллургические методы

Суть способа сводится к разложению конгломерата в растворах хлорного железа – водных. Процесс включает несколько этапов:

1. растворение свинцовых солей;
2. выщелачивание свинцовых соединении. При этом в раствор переходит множество примесей;
3. очистка рабочих растворов;
4. осаждение свинца – путем кристаллизации хлорида металла и дальнейшим электролизом, цементацией железным скрапом, электролизом с растворимыми анодами.

В настоящее время этот метод практически не применяется, несмотря на то, что по сравнению с пирометаллургическими представляет собой меньшую опасность для людей. Однако хлорирующий или сульфатизирующий обжиг – процесс дорогостоящий, и при осаждении металл из растворов имеет губчатую форму и его требуется брикетировать. К тому же конечный продукт все равно нуждается в рафинировании.

Далее мы погорим про оборудование для изготовления свинца из соответствующего сырья.

Оборудование

Главным действующим аппаратом линии является плавильная печь. Существует множество модификаций такого оборудования и подбирается оно исходя из особенностей технологии производства свинца. Плавка – процесс на редкость индивидуальный и, по сути, каждый завод производит плавку по собственной технологии.

К наиболее распространенным в России на сегодня относятся два метода и, соответственно, наиболее используемыми являются 2 вида устройства:

• печь для обжига во взвешенном состоянии – используется для прямой плавки. Эта технология – КИВЦЭТ-ЦС, была разработана в СССР. Она позволяет получить черновой свинец с долей металла до 97%. Обогащенную руду вместе с дымовыми газами или кислородом вдувают в вертикальную шахту, где при обжиге концентрат превращается в суспензию. При этом свинец и другие металлы превращаются в оксиды;
• кислородный конвертер – осуществляется продувкой кислорода через дутьевые трубы или донные фурмы. Производительность его несколько ниже.

Рафинирование осуществляется в специальных установках, устройство которых опять-таки определяется требованиями технологии.

Про заводы по добыче, производству свинца в России и мире поговорим ниже.

Известные производители

Залежи свинца в Росси весьма велики. Оцениваются они примерно на 9,2 млн. тонн: Россия уступает Австралии, США, Канаде и Китаю. По добыче металла РФ находится на седьмом месте.

Самым крупным производителем выступает ОАО «Горевский ГОК», а также центральная обогатительная фабрика ОАО «ГМК «Дальполиметалл». В Забайкалье самым известным является ОАО «Ново-Широкинский рудник» и ООО «Бугдаинский рудник». ОАО «Сибирь-Полиметалла» относится к самым значимым в Алтайском крае.

Свинец входит в состав полиметаллических руд, что затрудняет его выплавку и очистку. К тому же металл это токсичный и опасный. Активное применение вторичного сырья при использовании существенно снижает необходимость новых разработок, уменьшает опасность для окружающей среды.

О том, как изготавливают листовой свинец, смотрите в видео ниже:

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