Вести
Последнее обновление страницы:14 May 2025
Вступление
Люди использовали свинец еще за 5000 лет до нашей эры; его изготавливали для самых разных целей - от водопроводных труб до монет. Он продолжает использоваться и по сей день в широком спектре применений. Вы когда-нибудь видели красивые витражи в церквях, стекла в которых скреплены свинцом? Знаете ли вы, что для запуска автомобильных двигателей требуется свинцово-кислотный аккумулятор? Или, возможно, вы знаете, что когда вы смотрите телевизор или пользуетесь компьютером, именно свинец защищает вас от вредного излучения. Свинец, безусловно, является важным металлом.
Свойства
Свинец - это голубовато-белый блестящий металл, который очень устойчив к коррозии. Он очень плотный, но в то же время очень мягкий. Свинец редко встречается сам по себе в природе и является наиболее распространенным из тяжелых металлов. Свинец является хорошим проводником электричества, но становится токсичным, если его слишком много попадает в организм.
Свойства свинца
| Химический символ | Pb (от римского слова "plumbum", означающего проводник воды или носик) |
|---|---|
| Руда | Гален |
| Относительная плотность | 11,34 г/см3 |
| Твердость | 1,5 балла по шкале Мооса |
| Пластичность | Высокий |
| Пластичность | Высокий |
| Температура плавления | 327°C |
| Точка кипения | 1749°C |
Использует
В настоящее время свинец занимает первое место после алюминия, меди и цинка по объему использования, при этом наибольшее применение он находит в аккумуляторах для транспортных средств и средств связи. Менее важные области применения включают в себя оболочку кабеля, припой, литейные сплавы, химические соединения, боеприпасы, керамику и стекло для экранов телевизоров и компьютеров для защиты от радиации. Новые области применения свинца могут найти применение в крупных аккумуляторных батареях, используемых для выравнивания электрической нагрузки, а также в электромобилях.
Так называемые "свинцовые карандаши" на самом деле не содержат свинца, а изготавливаются из углерода (графита).
| Воспользуйся | Описание |
|---|---|
| Батареи | Свинец обладает хорошей электропроводностью и устойчивостью к коррозии. В основном свинец используется в свинцово-кислотных аккумуляторах для накопления энергии в автомобилях, инвалидных колясках, подъемниках, погрузчиках багажа, даже гольф-картах и подводных лодках. Аккумуляторы необходимы в больницах и центрах связи, где требуется резервный источник питания на случай перебоев в подаче электроэнергии, а также в системах солнечной и ветровой энергетики (для накопления энергии). На неатомных подводных лодках свинцово-кислотные аккумуляторы используются в качестве дополнительного источника питания и балласта для поддержания их в вертикальном положении. Эти аккумуляторы за пять часов обеспечивают столько энергии, сколько среднестатистический дом потребляет за год. |
| Здоровье | Поскольку свинец обладает высокой плотностью и способностью поглощать излучение, он используется в качестве радиационной защиты для рентгеновского оборудования, радиотерапевтического оборудования и ядерного оборудования. Он также используется в компьютерных экранах и телевизионных трубках для поглощения излучения. |
| Звуко- и виброизоляция | Плотность и мягкость свинца также делают его отличным звукопоглотителем, поэтому тонкие листы свинца ламинируются на строительные материалы, такие как фанера, алюминий или сталь, для обеспечения звукоизоляции. Даже целые здания можно монтировать на свинце, чтобы уменьшить проблемы с вибрацией. |
| Кабели | Пластичность и устойчивость к коррозии свинца делают его отличной оболочкой для электрических кабелей, особенно под водой. |
| Химическая промышленность | Коррозионная стойкость свинца делает его идеальным материалом для облицовки емкостей и трубопроводов для хранения и транспортировки агрессивных химических веществ. |
| Жилье | Свинцовые наплавки (там, где крыша соприкасается со стенами или дымоходами) предотвращают протечки, сопротивляются подъему ветра и не подвержены коррозии. |
| Веса | Плотность свинца делает его полезным в качестве утяжелителя, например, для штор, аквалангистов и килей яхт (в наши дни рыболовные грузила, как правило, не изготавливают из свинца). |
| Припои | Низкая температура плавления свинца делает его отличным припоем, часто сплавляемым с оловом. Однако из-за токсичности свинца его применение сокращается. |
| Оксид свинца | При производстве высококачественной хрустальной посуды, оконных рам для витражей, цветных линз, керамической глазури, а также в качестве грунтовки для мостов и других открытых стальных конструкций. |
| Другой | Боеприпасы, керамика, защита от ультрафиолетового излучения в изделиях из ПВХ, а также для минимизации выбросов сернистых газов промышленностью. |
История
Свинец - один из древнейших металлов, известных человеку. Его широкое распространение, относительно простая добыча и сочетание желаемых свойств сделали его полезным для человека по крайней мере с 5000 года до нашей эры. В Древнем Египте использовались свинцовые трубы, резервуары для воды, монеты и грузила для рыболовных сетей, а полы в Висячих садах Семирамиды были покрыты спаянными листами свинца. У римлян была сложная система распределения воды, состоявшая из свинцовых акведуков. Римские бани в Бате, Англия, были облицованы свинцом и питались по свинцовым трубам из горячих минеральных источников. Римские гладиаторы даже использовали свинцовые кастеты. В средние века свинец был одной из основных статей экспорта Англии.
Древние финикийцы добывали и плавили свинец на Кипре, Сардинии и в Испании. Японцы добавляли свинец в бронзу для повышения текучести. Многие здания 15-го и 16-го веков имели свинцовые крыши (включая Вестминстерское аббатство и собор Святого Павла, которые стоят до сих пор), а во время Великого Лондонского пожара в 1666 году по водосточным трубам стекал расплавленный свинец. Однако свинец очень токсичен, поэтому многие виды его применения были прекращены, и сегодня свинец в основном используется в аккумуляторах для автомобилей и в средствах связи. До 1970-х годов большинство красок для домов содержали свинец, поэтому людям, ремонтирующим старые дома, рекомендуется надевать защитные маски при шлифовке или соскабливании старой краски со стен. Современные краски теперь содержат диоксид титана - безопасный продукт на основе минеральных песков.
Образование
Основным свинцовым минералом является галенит (PbS), который содержит 86,6% свинца по массе. Церуссит (PbCO3) и англезит (PbSO4) обычно встречаются в приповерхностных зонах выветривания или окисления свинцовых рудных тел.
Залежи свинца образуются из горячих водных (или гидротермальных) флюидов, образующихся в недрах земли. Эти флюиды текут по подповерхностным трещинам, где галенит и другие минералы могут откладываться с образованием жильных отложений. Поток жидкости может также происходить в водоносных горизонтах, а в известняке галенит и другие рудные минералы могут осаждаться в пустотах, образуя богатые, но неоднородные отложения. Некоторые жидкости могут достигать дна океана в районах подводной вулканической активности, образуя "вулканогенные" отложения. Примеры отложений последнего типа в настоящее время формируются на дне океана у берегов Папуа - Новой Гвинеи, Канады и других стран мира. Другие жидкости могут выходить на поверхность в мелководные моря, и при соответствующих условиях могут образовываться свинцово-цинково-серебряные отложения.
На протяжении тысяч миллионов лет отложения формировались таким образом и в конечном итоге могут быть обнажены на поверхности в результате выветривания и эрозии. Некоторые из них полностью разрушены и могут быть возвращены в землю в результате естественных процессов. Частично эродированные месторождения, обнажившиеся на поверхности, были обнаружены относительно легко; примерами могут служить Брокен-Хилл в 1883 году и гора Айза в 1923 году. Эти месторождения легли в основу австралийской свинцово-цинковой промышленности по добыче серебра.
Ресурсы
Свинец был первым металлом, добытым в Австралии в Глен-Осмонде в Южной Австралии в 1841 году, после того как колесо телеги, ехавшей по неровной дороге, случайно обнажило немного свинцово-цинковой руды. В 1876 году в Такаринге, недалеко от Брокен-Хилла в Новом Южном Уэльсе, была обнаружена и добывалась свинцово-серебряная руда, но в 1877 году шахты закрылись. Частично эродированные залежи свинца, выходящие на поверхность, были относительно легко обнаружены первыми шахтерами, примерами которых являются Брокен-Хилл, открытый в 1883 году, и гора Айза, открытая в 1923 году. Эти залежи легли в основу свинцедобывающей промышленности Австралии.
Австралийские месторождения свинца и цинка и действующие рудники, 2022 год.
Размер депозита основан на общем объеме ресурсов (EDR + Продемонстрированные субэкономические ресурсы + Предполагаемый объем).
Для наглядности обозначены только крупные или значимые месторождения.
В 1883 году Чарльз Расп обнаружил в Брокен-Хилле несколько темных, тяжелых пород, которые, по его мнению, могли содержать олово. Последующие анализы показали, что он обнаружил богатую окисленными (выветрившимися) серебряными и свинцовыми рудами, добыча которых превратилась в крупную отрасль промышленности Австралии. Более 100 лет спустя руда на месторождении Брокен-Хилл все еще добывается, и оно является крупнейшим производителем свинца, цинка и серебра в Австралии. (см.Загляните в Google Искусство и культура - Брокен-Хилл: одно из крупнейших в мире свинцово-цинково-серебряных месторождений).
Богатые залежи на горе Иса были обнаружены только в 1923 году и разрабатывались, несмотря на удаленность и суровые природные условия. Близлежащее месторождение Рич Хилтон было открыто в конце 1940-х годов, но не разрабатывалось до середины 1980-х. Добыча на горе Айза продолжается, и она является вторым по величине производителем свинца в Австралии. В регионе Маунт-Айза находится крупный рудник на месторождении Каннингтон, а также недавно закрытый рудник Сенчури. В других районах региона месторождения Дугалд-Ривер и Леди-Лоретта еще только разрабатываются. В Северной территории крупное месторождение Макартур-Ривер является основным источником свинца. Свинцовая руда также добывается в Роузбери в Тасмании и Элуре в Новом Южном Уэльсе.
В Австралии становится все труднее находить открытые месторождения, поэтому геологоразведочные компании ищут месторождения будущего под землей. Это более дорогостоящий и сложный способ поиска рудных тел, но с конца 1970-х годов был достигнут ряд успехов. К таким открытиям относятся месторождение Адмирал-Бей (глубина 1,5 км) в Западной Австралии, месторождение Каннингтон (глубина 10 м) в северном Квинсленде, выработанный рудник Хеллиер в Тасмании (глубина 90 м), месторождение Вилга в Виктории (глубина 50 м) и месторождение Тина (500 м глубокий) на Северной территории.
Сегодня Австралия является ведущим мировым производителем и экспортером свинца, располагая крупными рудниками в Брокен-Хилле, Маунт-Айза и Хилтоне в Квинсленде и Макартур-Ривер в Северной территории. В добываемых сегодня месторождениях свинец обычно содержится в руде, которая также содержит цинк, серебро и, как правило, медь, и извлекается как побочный продукт из этих металлов. Однако более половины свинца, который мы используем, поступает в результате вторичной переработки, в основном из старых автомобильных аккумуляторов.
Австралия лидирует в мире по добыче свинца в шахтах и является крупнейшим в мире экспортером свинца, при этом основная часть австралийской продукции экспортируется в виде свинцовых слитков в Великобританию и частично в Южную Корею. Остальной свинец в виде руд и концентратов поступает в основном в Японию для дальнейшей переработки, в то время как очищенный свинец отправляется на Тайвань, в Южную Корею, Индонезию, Индию и Малайзию.
Добыча полезных ископаемых
Австралия находится на переднем крае технологического развития в области добычи и переработки свинца. Почти все свинцово-цинковые рудники Австралии находятся под землей и хорошо механизированы. Руда бурится и взрывается в больших объемах, транспортируется в подземные камнедробилки большими погрузчиками и грузовиками, а затем поднимается на поверхность в скипах или доставляется непосредственно на поверхность грузовиком по спиральному подъездному туннелю (спуск). На поверхности руда подвергается дополнительному дроблению и тонкому измельчению.
За последние 20 лет воздействие добычи свинца на окружающую среду заметно сократилось, как и использование токсичных соединений свинца.
Обработка
В процессе флотации свинец и другие ценные сульфидные минералы отделяются от частиц пустой породы (хвостов) с образованием концентрата. Процесс флотации был разработан в Австралии на заре добычи полезных ископаемых в Брокен-Хилле. Дальнейшие австралийские инновации привели к созданию усовершенствованной флотационной камеры Jameson, которая установлена на многих шахтах по всей Австралии.
Измельченная руда, вода и специальные химикаты смешиваются вместе и постоянно перемешиваются во флотационных камерах. Воздух проходит через смесь в каждой камере, и мелкие частицы сульфида свинца прилипают к пузырькам, которые поднимаются и образуют пену на поверхности флотационной камеры. Отходы оседают и удаляются со дна камеры. Пену снимают, а полученный концентрат сульфида свинца высушивают. В ходе этого процесса руда, которая может содержать всего 5% свинца, перерабатывается в концентрат, содержащий 50% свинца или более. На заводе Broken Hill содержание свинца в концентрате составляет в среднем около 70%, главным образом потому, что относительно крупная зернистость руды обеспечивает превосходное извлечение сульфидов свинца.
Концентрат спекается (частично расплавляется) для объединения мелких частиц в комки и удаления некоторого количества серы в виде диоксида серы. Затем спеченный продукт плавится в доменной печи с получением металлического свинца с примесями свинца (97% Pb). Металлический свинец охлаждается поэтапно, но остается расплавленным, чтобы остаточные количества меди и примесей отделялись в виде поверхностного слоя окалины (примесей). На каждой стадии охлаждения слой окалины удаляется для повторного использования в доменной печи или дальнейшей переработки. Оставшийся расплавленный неочищенный свинец либо направляется непосредственно на стадию рафинирования, либо отливается в свинцовые слитки для последующего рафинирования.
Рафинирование (очистка) неочищенного свинца или слитков включает переплавку, а затем продувку расплавленного свинца воздухом для образования слоя шлака (примесей), содержащего сурьму, мышьяк и некоторое количество свинца. Серебро, а также любые следы золота или меди удаляются, а очищенный свинец (более 99,9% Pb) отливается в слитки (блоки) для использования в обрабатывающей промышленности.
Концентраты с различных австралийских рудников плавятся и рафинируются в Порт-Пири, Южная Австралия, который является единственным в Австралии производителем первичного рафинированного свинца. Компания Mount Isa Mines Ltd переплавляет большую часть своего свинцового концентрата в свинцовые слитки на горе Маунт-Айза, прежде чем отправить его на переработку в Великобританию.
Вторичная переработка свинца уже давно является характерной чертой свинцовой промышленности, и в настоящее время около половины потребляемого в Австралии свинца поступает из этого источника. Вторичные свинцовые заводы в Мельбурне и Сиднее перерабатывают свинцовый лом, в основном из свинцово-кислотных аккумуляторов.