Металлургия свинца

Свинец — элемент периодической системы Менделеева. Имеет порядковый номер 82 и атомную массу 207,2. В природе находится в виде соединений, но встречаются и металлические самородки.

Физические свойства

Свинец представляет собой серебристо-белый металл с синеватым оттенком. На воздухе приобретает темно-серый цвет, покрываясь тонкой защитной пленкой оксида. Обладает высокой ковкостью. Температура плавления составляет 327,46 ˚C. Плотность в нормальных условиях — 11,336 г/см³. Он обладает низкой теплопроводностью. Например: у серебра этот показатель в 10 раз выше.

Химические свойства 

Металл плохо растворяется в минеральных кислотах. В результате действия серной и соляной кислот на поверхности образуются труднорастворимые соли (PbCl₂ и PbSO₄)_, препятствующие проникновению химических реагентов. Лучше всего реакция проходит в разбавленном растворе азотной кислоты.

                                                Pb + 4HNO₃ = Pb(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

 Для перевода в растворимое состояние также используют некрепкую уксусную кислоту. В результате образуется ацетат свинца.

Применение 

Известно, что металл применялся еще в древности. Его использовали для изготовления монет, посуды, труб, элементов кровли и др. Ядовитые свойства свинца стали известны несколько позже и ему на смену пришли более безопасные материалы. 

В современных реалиях основное применение металла — производство свинцовых аккумуляторов. Кроме этого, он востребован для выплавки припоев разных марок, сплавов на основе меди, олова, цинка, алюминия и др.

Из свинца выполняются листовые материалы и трубы для химического производства, оболочки для электрических кабелей. Значительный процент от общего объема выплавленного свинца расходуется для производства тетраэтилсвинца. 

Это соединение повышает значение полезного использования бензина в двигателях внутреннего сгорания. Еще одним потребителем соединений свинца является производство красок и химических реактивов. Свойство металла поглощать излучение используется для защиты от радиации.

Получение

Для выплавки свинца в основном используют руды. Кроме этого, почти половину металла извлекают из вторичного сырья: отработанных аккумуляторов, шламов и шлаков, полученных в цветной металлургии. Природные источники, содержащие свинец, которые подходят для промышленной переработки — галенит, церрусит и англезит. Помимо, интересующего элемента они содержат в значительных количествах медь, цинк и железо, в виде примесей — висмут, сурьму, мышьяк, селен, германий, индий и др. Также в полиметаллических рудах встречаются драгоценные металлы: золото и серебро. Содержание свинца в исходном сырье обычно не превышает 8—9 %. Этого недостаточно, поэтому необходимо предварительное обогащение. Процесс проводят методом селективной флотации. Такой способ позволяет получить концентраты свинца, меди, цинка, железа и бария. Не поддающаяся извлечению часть элементов остается в отвалах обедненной руды.

На металлургическую переплавку отправляют концентрат. Процентное содержание, которого приведено в таблице.

Примеси драгоценных металлов составляют до 5 кг/т.

Основную массу свинца получают по технологии, включающей несколько стадий.

• Подготовка шихты. На этом этапе важно добиться однородности исходного материала, как по химическому составу, так и по размеру кусков. Предварительный расчет должен создать условия для саморасплавления агломерата. Такой прием позволяет опустить процесс введения флюса.
  
  
  
• Обжиг для агломерации. Его цель добиться перевода сульфидных форм соединений в оксидные. Вместе с этим происходит окускование материала, что позволит плавить его в шахтной печи. Для этих целей используют устройства специального назначения. Химизм процесса описывается уравнениями:

                                                                2PbS + 3O₂ = 2PbO + 2SO₂

                                                                2PbO + PbS = 3Pb + SO₂

Значение извлечения свинца в агломерат находится в пределах от 99,5 до 99,7 %.

• Плавка шахтным способом. Ее задача добиться максимального извлечения свинца и сопутствующих драгоценных металлов. Возможные примеси цинка необходимо перевести в отходы. Плавильный агрегат мало чем отличается от подобных печей в производстве меди и никеля. Функции восстановителя выполняет кокс. Он создает достаточную атмосферу для протекания реакции:
  

                                                                PbO + CO = Pb + CO₂

Другие химические соединения (например: оксид железа (II) и оксид цинка) не восстанавливаются при таких условиях и поэтому переходят в шлак.

• Процесс огневого рафинирования чернового продукта. Получаемый свинец не может похвастаться чистотой. В нем содержится ряд примесей. Их сумма колеблется от 2 до 10 %.

Для достижения, заявленных в марках ГОСТа, значений, требуется несколько этапов очистки чернового свинца. В процессе происходит удаление групп элементов: меди и теллура; мышьяка, сурьмы, олова; цинка и висмута; кальция и магния.

В ходе технологического процесса происходит выделение газообразного оксида серы (IV), который улавливают и используют в производстве серной кислоты. Пылевые отходы возвращают на стадию агломерации. Штейн служит сырьем в получении меди, а шлаки отправляют на пирометаллургию, для извлечения ценных компонентов. Их расплавляют и при температуре от 1200 до 1300 ˚C и продувают через слой подходящий восстановитель. В результате расплавленные металлические частицы удаляют из пространства печи газообразным потоком, который поступает в охладительную камеру. Мелкая пыль удерживается с помощью фильтров, а крупная фракция остается в котле-утилизаторе. Показатель извлечения из шлака для цинка и свинца колеблется от 85 до 95 %.