Ведущий

<час />

Фон

Свинец - плотный, мягкий, легкоплавкий металл. Это важный компонент аккумуляторов, и около 75% мирового производства свинца потребляется аккумуляторной промышленностью. Свинец - самый плотный из распространенных металлов, за исключением золота, и это качество делает его эффективным средством создания звуковых барьеров и защиты от рентгеновских лучей. Свинец устойчив к коррозии под воздействием воды, поэтому его давно используют в сантехнической промышленности. Его также добавляют в краски, и он является долговечным кровельным материалом.

Свинец представляет опасность для здоровья человека при его вдыхании или проглатывании, препятствуя выработке красных кровяных телец. Его использование должно тщательно контролироваться, и несколько ранее распространенных видов использования свинца теперь ограничены правительством США. Свинцовую краску можно найти во многих старых зданиях, но сейчас она в основном используется для наружных стальных конструкций, таких как мосты, для улучшения их устойчивости к атмосферным воздействиям. Соединение свинца, называемое тетраэтилсвинцом, было добавлено в бензин . еще в 1921 году, потому что это предотвратило проблему "детонации" автомобильных двигателей с высокой степенью сжатия. Однако большая часть бензина в настоящее время не содержит свинца, поскольку свинец из выхлопных газов автомобилей является основным источником загрязнения воздуха.

Свинец также широко используется в стекле и эмали. В телевизионных кинескопах и компьютерных дисплеях свинец помогает блокировать излучение, а внутренняя, но не внешняя часть обычной лампочки сделана из свинцового стекла. Свинец также увеличивает прочность и блеск хрустальной посуды. Свинец используется для изготовления подшипников и припоя, он важен при производстве резины и нефтепереработке.

Производство свинца насчитывает не менее 8000 лет. Свинец использовался в Египте еще в 5000 г. до н. Э. , а во времена фараонов он использовался в глазури для гончарных изделий и в качестве припоя. Из него также отливались декоративные предметы. Свинцово-белую краску использовали также в Древнем Египте, Греции и Риме. Древний Рим использовал свинцовые трубы для своих обширных водопроводных сетей. Некоторые токсические эффекты свинца были отмечены еще в римскую эпоху, хотя считалось, что свинец обладает и положительными медицинскими качествами. В 15 и 16 веках строители использовали свинец в качестве кровельного материала для соборов, а также свинец использовался для скрепления различных панелей цветного стекла в витражах . окна. Первую свинцовую батарею приписывают французскому физику Гастону Планту, который изобрел ее в 1859 году. К 1889 году так называемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи современного типа начали коммерчески производиться.

Современные свинцовые рудники производят около 3 миллионов метрических тонн свинца в год. Это только половина свинца, используемого во всем мире; остаток получается путем вторичной переработки. Крупнейшим производителем свинца является Австралия, за ней следуют США, Китай и Канада. Другими странами с крупными месторождениями свинца являются Мексика, Перу, Россия и Казахстан.

Сырье

Свинец добывается из руд, добываемых в подземных выработках. Более 60 минералов содержат некоторую форму свинца, но только три из них обычно добываются для производства свинца. Самый распространенный - галенит. Чистая форма галенита содержит только свинец и серу, но обычно он встречается со следами других металлов, включая серебро, медь, цинк, кадмий и сурьма, а также мышьяк. Два других Минералы, коммерчески добываемые для получения свинца, - это церуссит и англезит. Более 95% всего добываемого свинца получают из одного из этих трех минералов. Однако большинство месторождений этих руд обнаруживаются не в одиночку, а в смеси с другими минералами, такими как пирит, марказит и цинковая обманка. Поэтому много свинцовой руды получается как побочный продукт при добыче других металлов, обычно цинка или серебра. Только половина всего свинца, используемого ежегодно, получается в горнодобывающей промышленности, а половина извлекается путем вторичной переработки, в основном автомобильных аккумуляторов.

Помимо самой руды, для переработки свинца необходимо лишь несколько видов сырья. Для процесса обогащения руды требуются сосновое масло, квасцы, известь и ксантогенат. Известняк или железная руда добавляются к свинцовой руде в процессе обжига. Кокс, угольный дистиллят, используется для дальнейшего нагрева руды.

Производственный
процесс

Добыча руды

• 1 Первым шагом в извлечении свинцовой руды является ее подземная добыча. Рабочие, использующие тяжелую технику, сверлят породу из глубоких туннелей с помощью тяжелой техники или взрывают ее динамитом, оставляя руду на куски. Затем руду выгружают на погрузчики и грузовики и вывозят в шахту. Ствол большой шахты может находиться на расстоянии мили или более от места проведения буровых или взрывных работ. Горняки сбрасывают руду в шахту, а оттуда ее поднимают на поверхность.

Обогащение руды

• 2 После извлечения руды из рудника ее обрабатывают на обогатительной фабрике. Концентрирование означает удаление пустой породы из свинца. Для начала руду нужно измельчить на очень мелкие кусочки. Руда измельчается на мельнице, оставляя частицы диаметром 0,1 миллиметра или меньше. Это означает, что отдельные гранулы мельче поваренной соли. По консистенции что-то вроде сахарного песка.

Флотация

• 3 Основная свинцовая руда, галенит, известна как сульфид свинца, а сера составляет значительную часть минерала. В процессе флотации собираются серосодержащие части руды, которые также содержат ценный металл. Сначала мелко измельченная руда разбавляется водой, а затем переливается в резервуар, называемый флотомашиной. Смесь измельченной руды и воды называется суспензией. Затем к суспензии в резервуаре добавляется один процент соснового масла или аналогичного химического вещества. Затем резервуар встряхивает, сильно встряхивая смесь. Сосновое масло притягивает частицы сульфида. Затем через смесь барботируют воздух. Это заставляет частицы сульфида образовывать маслянистую пену в верхней части резервуара. Пустая порода, называемая пустой породой, опускается на дно. Процесс флотации контролируется с помощью рентгеновских анализаторов. Монитор флотации в диспетчерской может контролировать содержание металлов в пульпе с помощью рентгеновского анализа. Затем с помощью компьютера монитор может регулировать пропорцию химической добавки для оптимизации извлечения металла. Во флотационную камеру также добавляются другие химические вещества, которые помогают концентрировать минералы. Квасцы и известь объединяют металл или увеличивают размер частиц. Ксантогенат также добавляется в суспензию, чтобы помочь металлическим частицам всплыть на поверхность. В конце процесса флотации свинец был отделен от породы, а также другие минералы, такие как цинк и медь.

Фильтрация

• 4 После того, как руда сконцентрирована во флотационных камерах, она поступает на фильтр, который удаляет до 90% воды. Концентрат на этом этапе содержит от 40 до 80% свинца с большим количеством других примесей, в основном серы и цинка. На этом этапе он готов к отправке на плавильный завод. Пустую породу или породу, не содержащую минералов, необходимо откачать из флотационного резервуара. Его можно сбросить в пруд, напоминающий естественное озеро, а когда пруд в конце концов заполнится, землю можно будет заново засаживать.

Обжиг руды

• 5 Свинцовый концентрат, только что вынутый из фильтра, необходимо дополнительно очистить для удаления серы. После разгрузки концентрата на агломерационной фабрике он смешивается с другими свинцовосодержащими материалами, а также с песком и известняком. Затем смесь выкладывают на движущуюся решетку. Воздух, нагретый до 2550 ° F (1400 ° C), проходит через решетку. Кокс добавляется в качестве топлива, а сера в рудном концентрате сгорает до газообразного диоксида серы. Этот диоксид серы является важным побочным продуктом процесса очистки свинца. Он улавливается на отдельном кислотном заводе и превращается в серную кислоту, которая имеет множество применений. После такого обжига руда превращается в хрупкий материал, называемый агломератом. Агломерат в основном состоит из оксида свинца, но может также содержать оксиды цинка, железа и кремния, немного извести и серы. По мере того, как агломерат покидает движущуюся решетку, он разбивается на комки. Затем куски загружаются в доменную печь.

Взрыв

• 6 Агломерат вместе с коксовым топливом попадает в верхнюю часть доменной печи. Струя воздуха проходит через нижнюю часть печи, сжигая кокс. Горящий кокс создает температуру около 2200 ° F (1200 ° C) и производит окись углерода. Окись углерода реагирует со свинцом и оксидами других металлов с образованием расплавленного свинца, неметаллических отходов шлака и диоксида углерода. Затем расплавленный металл отводится в котлы или формы для шлаков.

Очистка

• 7 Чистота расплавленного свинца, поступающего из доменной печи, составляет 95–99%. В данный момент он называется базовым слитком . Его необходимо дополнительно очистить для удаления примесей, поскольку технический свинец должен иметь чистоту от 99 до 99,999%. Чтобы очистить слиток, он хранится в котел для образования окалины при температуре чуть выше его точки плавления, примерно 626 ° F (330 ° C). При этой температуре медь, оставшаяся в слитке, поднимается к верхней части котла и образует пену или шлак, который можно удалить. Золото и серебро можно удалить из слитка, добавив в него небольшое количество цинка. Золото и серебро легче растворяются в цинке, чем в свинце, и когда слиток немного охлаждается, цинковый шлак поднимается вверх, увлекая с собой другие металлы.

Стоимость

• 8 Когда свинец достаточно очищен, его охлаждают и разливают в блоки, которые могут весить до тонны. Это готовый продукт. Свинцовые сплавы также могут производиться на плавильном заводе. В этом случае металлы добавляются к расплавленному свинцу в точных пропорциях для производства свинцового материала для конкретных промышленных целей. Например, свинец, обычно используемый в автомобильных аккумуляторах, а также для труб, листов, оболочки кабелей и боеприпасов, легирован сурьмой, потому что это увеличивает прочность металла.

Побочные продукты / отходы

При переработке свинца образуется несколько побочных продуктов. Пустая порода или пустая порода накапливается по мере концентрирования руды. Большая часть минералов была удалена из породы, поэтому промышленность не считает эти отходы опасными для окружающей среды. Его можно перекачать в пруд-отстойник, напоминающий природное озеро. Серная кислота является основным побочным продуктом процесса плавки. При обжиге руды на аглофабрике выделяется газообразный диоксид серы. Для защиты атмосферы улавливаются пары и дым, а воздух, выпускаемый установкой, предварительно очищается. Диоксид серы собирается на отдельной кислотной установке и превращается в серную кислоту. Нефтеперерабатывающий завод может продавать эту кислоту, а также ее основной продукт - сам свинец.

Загрязнение воздуха также может быть результатом переработки свинца. Для плавильного завода требуется «рукавный бокс», то есть отдельная установка для фильтрации и вакуумирования дыма, чтобы свинец не выбрасывался в атмосферу. Тем не менее, частицы свинца действительно достигают атмосферы, и в Соединенных Штатах федеральные нормы пытаются контролировать допустимое количество. Большая часть твердых отходов, образующихся в процессе плавки, представляет собой плотное стеклообразное вещество, называемое шлаком. Он содержит следы свинца, а также цинка и меди. Шлак более токсичен, чем пустая порода, и его необходимо надежно хранить и контролировать, чтобы он не попал в окружающую среду или не вступил в контакт с населением.

Будущее

Новые разработки в свинцовой промышленности кажутся нацеленными не столько на улучшение производственного процесса, сколько на поиск новых применений для самого свинца. Поскольку большая часть добытого и переработанного свинца продается автомобильной промышленности для производства аккумуляторов, производители свинца в значительной степени зависят от состояния автомобильной промышленности. Но производители свинца заинтересованы в поиске новых применений свинца, чтобы придать им большую стабильность на рынке.

Одним из недавних новых применений свинца является ламинат свинец-стекловолокно. Свинцовую пленку можно наклеить между гипсом и стекловолокном, образуя превосходный материал для воздуховодов, который помогает изолировать шум. Если он используется, например, в кондиционере, он эффективно снижает шум от машины. Еще один перспективный рынок для свинца - это контейнеры для ядерных отходов. Безопасное хранение радиоактивных материалов вызывает растущую озабоченность во всем мире. Ведущая промышленность исследует канистры из титана с внутренним слоем из свинца или свинца и пластика, утверждая, что слой свинца толщиной в один дюйм может увеличить срок службы правильно закопанного контейнера на 880 лет. Заглядывая в будущее автомобилей, исследователи из США и ряда других стран изучают способы улучшения технологии свинцово-кислотных аккумуляторов для питания электромобилей.