Получение свинца 3 способами

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

Способы получения свинца

Руды и концентраты

Самородный свинец в природе не найден.

Монометаллические свинцовые руды встречаются очень редко. Наибольшее распространение имеют свинцово-цинковые руды, реже встречаются медно-свинцовые. Часто руды, кроме свинца и цинка, содержат медь, золото, серебро, кадмий и другие металлы. Такие руды называются полиметаллическими.

Кадмий часто присутствует в полиметаллических рудах в виде минерала гренокита CdS. Но во многих случаях кадмий находится в цинковой обманке в виде тончайшей механической или изоморфной примеси сульфида.

Железо и избыток серы, не связанный c сульфидами цветных металлов, нередко присутствуют в полиметаллических рудах в виде пирита.

Сурьма присутствует в полиметаллических рудах в форме комплексных сульфоантимонитов свинца и серебра (бурнонит, буланжерит, пираргирит).

Мышьяк входит в состав комплексных сульфоарсенитов свинца и серебра и арсенитов свинца (миметезит, бэдантит). В рудах некоторых полиметаллических месторождений мышьяк присутствует в форме арсенопиритов.

Руды классифицируют: на 1) сернистые или сульфидные руды, в которых свинец и цинк содержатся в сульфидной форме, и 2) окисленные руды, содержащие окислы металлов. Наиболее распространены в природе сульфидные руды, в которых свинец находится главным образам в виде галенита (свинцового блеска) PbS, а цинк — в виде цинковой обманки (сфалерита) ZnS.

В окисленных рудах свинец находится обычно в виде церуссита РbСО₃, а цинк — в виде смитсонита ZnCO₃ и каламина H₂Zn₂SiO₅.Окисленные руды называют карбонатными.

К свинцовым концентратам, перерабатываемым на современных заводах, предъявляются жесткие требования: содержание свинца должно быть не ниже 70 -75%.

Усредненный состав свинцовых концентратов, %: 70 Pb, 0.25 Cu, 3.13 Zn, 15.53 S, 5.9 SiO₂, 0.32 CaO, 3.2 Fe, 0.66 Al₂O₃.

Чем богаче свинцовый концентрат, тем выше извлечение свинца и тем меньше шихты требуется проплавить на 1 тполучаемого металла. Если в концентрате содержится много меди, то потери свинца при плавке значительно повышаются.

Цинк, содержащийся в свинцовых концентратах, отрицательно влияет на извлечение свинца, хотя и не так значительно, как медь.

В тех случаях, когда в концентратах содержатся в повышенных количествах одновременно медь и цинк, их отрицательное влияние усиливается.

Висмут не оказывает вредного действия ни на обжиг, ни на плавку. Из концентрата он почти полностью переходит в черновой свинец.

Свинец можно получить двумя путями: пирометаллургическим и гидрометаллургическим. Пирометаллургия — это совокупность процессов получения и очистки металлов и металлических сплавов, протекающих при высоких температурах. При пирометаллургическом способе весь материал, содержащий свинец, подвергают плавке.

Гидрометаллургия — совокупность так называемых мокрых процессов получения металлов, протекающих при невысоких температурах. При гидрометаллургическом способе пользуются растворением (выщелачиванием) свинцовых соединений в различных растворителях.

В настоящее время практически весь свинец получают только пирометаллургическими способами, для чего используют восстановительную, реакционную, осадительную плавку.

Восстановительная плавка — универсальный метод получения cвинца из руд и концентратов любого состава: богатых и бедных, чистых и сильно загрязненных различными примесями.

Сульфидный свинцовый концентрат, полученный после обогащения соответствующих руд, смешивают с флюсами и подвергают окислительному обжигу. При обжиге сульфид свинца превращается в окись свинца по реакции

При этом окисляются и сульфиды других металлов, а обжигаемая смесь спекается, превращаясь в агломерат. Окускование материала при обжиге необходимо для плавки в шахтной печи.

Плавку агломерата в шахтной печи проводят при восстановительной атмосфере, т. е. при содержании в печных газах достаточного количества окиси углерода, энергично восстанавливающей свинец из окисленной формы:

РbО + CO = Pb + СО₂

Глет РbО частично восстанавливается также и углеродом топлива. При шахтной плавке получается: черновой свинец, содержащий золото, серебро, висмут и другие примеси. Черновой свинец рафинируют и получают при этом чистый свинец, сплав золота с серебром, висмут и некоторые другие содержащие медь полупродукты либо отправляют на медный завод, либо перерабатывают на черновую медь.

Восстановительная плавка применима для бедных и богатых концентратов и в настоящее время является основным методом получения свинца.

Реакционная плавка может быть осуществлена в разных печах: отражательных, горновых, короткобарабанных или в электропечах.

Отражательная плавка, широко применявшаяся ранее, в настоящее время, не применяется.

При горновой плавке смесь богатой свинцовой сульфидной руды или концентрата с твердым топливом обрабатывают струей сжатого воздуха. Топливом служит древесный уголь, антрацит или кокс. Обжиг и реакционная плавка проводятся одновременно, часть окиси свинца восстанавливается углеродом топлива.

Горновая плавка — старинный способ, применяется и в настоящее время. Несмотря на ряд преимуществ (малый расход топлива и рабочей силы), она пригодна для очень ограниченной категории чистых и богатых руд и концентратов.

Осадительной плавкой получали свинец непосредственно из сырой сульфидной руды, без предварительного обжига. Принцип осадительной плавки заключается в том, что металлы, обладающие большим химическим сродством к сере, способны вытеснять свинец из сульфида свинца, а сами, соединяясь с серой, превращаются в сульфиды по реакции

PbS +Me = Pb + MeS.

Основная реакция этого способа свинцовой плавки — вытеснение свинца из его сульфида металлическим железом:

PbS + Fe = Pb + FeS.

Реакция протекает слева направо не полностью и относится к реакциям обратимым.

Источник