Заводы по производству свинца обычно называют свинцовыми плавильными печами . Первичное производство свинца [ требуется уточнение ] начинается с агломерации . Концентрированная свинцовая руда загружается в агломерационную машину с железом, кремнием, известняковыми флюсами , коксом , кальцинированной содой , пиритом , цинком , каустиками или частицами для контроля загрязнения . При плавке используются подходящие восстанавливающие вещества , которые будут соединяться с этими окисляющими элементами, чтобы освободить металл. Восстановление является заключительным высокотемпературным этапом плавки. Именно здесь оксид становится элементарным металлом. Восстановительная среда (часто создаваемая оксидом углерода в печи с недостаточным поступлением воздуха) вытягивает последние атомы кислорода из сырого металла.
Свинец обычно плавят в доменной печи , используя свинцовый агломерат, полученный в процессе спекания, и кокс в качестве источника тепла. По мере плавления в печи образуется несколько слоев. Комбинация расплавленного свинца и шлака опускается на дно печи, а слой самых легких элементов, называемых шпейзой , включая мышьяк и сурьму, всплывает на поверхность расплавленного материала. Слои сырого слитка и свинцового шлака вытекают из «фронта печи» в «выходной очаг», где два потока разделяются. Поток свинцового шлака, содержащий большинство «флюсующих» элементов, добавляемых в агломерационную машину (преимущественно кремний, известняк, железо и цинк), может быть либо выброшен, либо подвергнут дальнейшей обработке для извлечения содержащегося цинка.
Неочищенный свинцовый стержень, содержащий значительное количество меди, затем подвергается «медному шлакообразованию». На этом этапе элементарная сера, обычно в твердой форме, добавляется к расплавленному неочищенному свинцовому стержню для реакции с содержащейся в нем медью. На этом этапе образуется слой «штейна», содержащий большую часть меди, полученной из неочищенного свинцового стержня, и некоторые другие примеси в виде сульфидов металлов. Шпейс и штейн обычно продаются на медеплавильные заводы , где они очищаются для переработки меди.
Свинец из доменной печи, называемый свинцовым слитком, затем проходит процесс дросса. Слиток перемешивается в котлах, затем охлаждается до 700-800 градусов. В результате этого процесса получается расплавленный свинец и дросс . Дросс относится к оксидам свинца , меди, сурьмы и другим элементам, которые всплывают на поверхность свинца. Дросс обычно снимается и отправляется в дроссовую печь для извлечения несвинцовых компонентов, которые продаются другим производителям металлов. Процесс Паркса используется для отделения серебра или золота от свинца.
Наконец, расплавленный свинец очищается. Пирометаллургические методы обычно используются для удаления оставшихся несвинцовых компонентов смеси, например, процесс Беттертона-Кролла и электролитический процесс Беттса . Несвинцовые металлы обычно продаются на другие заводы по переработке металлов. Очищенный свинец может быть превращен в сплавы или напрямую отлит. [1]
Людей, которые работают на таких заводах, также называют плавильщиками .
Галенит , наиболее распространенный минерал свинца , в первую очередь представляет собой сульфид свинца (PbS). Сульфид окисляется до сульфита (PbSO 3 ), который термически разлагается на оксид свинца и сернистый газ. (PbO и SO 2 ) Диоксид серы (как и диоксид углерода в приведенном выше примере) выбрасывается, а оксид свинца восстанавливается. Англезит , Церуссит , Пироморфит , Миметит и Вульфенит — другие свинцовые руды.
Другие элементы, часто присутствующие в свинцовых рудах, включают цинк и серебро . [2]
Большая часть производимого свинца поступает из вторичных источников. Свинцовый лом включает свинцово-кислотные аккумуляторы, кабельные оболочки, трубы, листы и покрытые свинцом или подшипниковые металлы. Припой, отходы продукции и шлак также могут быть восстановлены из-за небольшого содержания свинца. Большая часть вторичного свинца используется в аккумуляторах.
Чтобы извлечь свинец из батареи, батарея разбивается, а компоненты классифицируются. Компоненты, содержащие свинец, обрабатываются в доменных печах для получения твердого свинца или вращающихся отражательных печах для получения мелких частиц. Доменная печь по своей конструкции похожа на вагранку, используемую в чугунолитейных цехах . Печь загружается шлаком, железным ломом, известняком, коксом, оксидами, шлаком и отражательным шлаком. Кокс используется для плавки и восстановления свинца. Известняк реагирует с примесями и всплывает наверх. Этот процесс также предотвращает окисление свинца. Расплавленный свинец вытекает из доменной печи в тигли. Свинец может быть смешан со сплавами, включая сурьму, олово, мышьяк, медь и никель. Затем его отливают в слитки . [3] [4]
Люди плавили свинец тысячи лет, отравляя себя в процессе. Хотя отравление свинцом является одной из старейших известных производственных и экологических опасностей, современное понимание того, насколько малое количество свинца необходимо для причинения вреда, появилось только во второй половине 20-го века. Безопасного порога воздействия свинца не обнаружено, то есть не существует известного количества свинца, которое было бы слишком малым, чтобы причинить вред организму.
Центры США по контролю и профилактике заболеваний и Всемирная организация здравоохранения заявляют, что уровень свинца в крови 10 мкг/дл или выше является причиной для беспокойства; однако свинец может нарушать развитие и оказывать вредное воздействие на здоровье даже при более низких уровнях, и не существует известного безопасного уровня воздействия. [5] Такие органы, как Американская академия педиатрии, определяют отравление свинцом как уровень свинца в крови выше 10 мкг/дл.
Свинцовые плавильные заводы с недостаточным контролем загрязнения способствуют возникновению ряда экологических проблем, особенно повышенного уровня свинца в крови у окружающего населения. Проблема особенно значительна для многих детей, выросших в непосредственной близости от свинцового плавильного завода. [6]
Самые ранние известные литые свинцовые бусины были найдены в местечке Чатал-Хююк в Анатолии ( Турция ) и датированы примерно 6500 г. до н. э. Позднее было установлено, что они были сделаны из церуссита и галенита , минералов, богатых свинцом, но отличных от него. [7] Древняя плавка производилась с использованием свинцовой руды и древесного угля в открытых очагах и печах.
Хотя свинец является распространенным металлом, его открытие имело относительно небольшое влияние в древнем мире. Он слишком мягок, чтобы использоваться для оружия (за исключением, возможно, метательных снарядов для пращи ) или для структурных элементов. Однако, будучи легко отливаемым и формуемым, он стал широко использоваться в классическом мире Древней Греции и Древнего Рима для трубопроводов и хранения воды. Он также использовался в качестве раствора в каменных зданиях и как материал для письма . Плавильные мельницы были водяными мельницами, которые использовались для плавки свинца или других металлов. Римская плавка свинца привела к доказательствам глобального загрязнения. Гренландские ледяные керны с 500 г. до н. э. по 300 г. н. э. показывают заметно повышенное содержание свинца в атмосфере. [8] Исследователи, изучающие ледяной керн из Колле-Гнифетти, в швейцарской части массива Монте-Роза , обнаружили, что более высокие исторические уровни загрязнения воздуха свинцом связаны с изменениями в денежной системе с золота на серебро с 640 года н. э., причем основным источником, вероятно, являются рудники Мелле во Франции . Более позднее загрязнение воздуха, между 1170 и 1216 годами н. э., еще сильнее коррелирует с современными записями о производстве свинца и серебра на рудниках в Пик-Дистрикт в Англии, на уровнях, аналогичных тем, которые наблюдались во время промышленной революции . [9] [10] [11]
Георгий Агрикола (1494–1555) представил подробности методов и установок для плавки свинца, существовавших в Европе в первой половине XVI века, в Книге IX своего трактата о горном деле и металлургии De Re Metallica . Методы варьировались от примитивных мартеновских установок (по сути, костров, на которых сваливали свинцовую руду) до доменных печей, способных работать непрерывно. [12]
В США насчитывается 400 забытых предприятий по выплавке свинца, которые работали в 1930-1960-х годах и могли загрязнить близлежащую почву опасными уровнями свинца. [13]
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)