химический каталог




СВИНЕЦ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

СВИНЕЦ (Plumbum) Pb, химический элемент IV гр. периодической системы, атомный номер 82, атомная масса 207,2. Природный СВИНЕЦ состоит из пяти стабильных изотопов: 202Рb (следы), 204Рb (1,5%), 206Рb (23,6%), 207Рb (22,6%) и 208Рb (52,3%). Последние три изотопа-конечные продукты радиоактивного распада соответственно U, Ас и Th. В природе образуются и радиоактивные изотопы: 209Рb, 210Рb, 211Рb, 212Рb, 214Рb. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов природные смеси около 0,2•10-28 м2; хороший поглотитель рентгеновского и g-из-лучения. Конфигурация внешний электронной оболочки атома 6s26p2; степени окисления +2 (наиболее характерна) и +4; энергии ионизации Рb0 : Рb+ : Рb2+ равны соответственно 7,41678 и 15,0320 эВ; работа выхода электрона 4,05 эВ; электроот рицательность по Полингу 1,55; атомный радиус 0,175 нм, ионные радиусы (нм, в скобках даны координац. числа) Рb4+ 0,079 (4), 0,092 (6), Рb2+ 0,112 (4), 0,133(6).

Содержание СВИНЕЦ в земной коре 1,6-10 3% по массе, в водах Мирового океана 0,03 мкг/л (41,1 млн. т), в речных водах 0,2-8,7 мкг/л. Известно около 80 минералов, содержащих СВИНЕЦ, главнейший из них-галенит, или свинцовый блеск, PbS. Небольшое пром. значение имеют англезит PbSO4 и церус-сит РbСО3. В рудах СВИНЕЦ сопутствуют Сu, Zn; Cd, благородные металлы, Bi, Те и др. ценные элементы. Прир. фон в атмосфере 2•10-9-5•10-4 мкг/м3. В теле взрослого человека содержится 7-15 мг СВИНЕЦ

Свойства. СВИНЕЦ-металл синевато-серого цвета, кристаллизуется в гранецентрир. кубич. решетке типа Сu, а — = 0,49389 нм, z = 4, пространств. группа Fm3m. СВИНЕЦ-один из легкоплавких металлов, тяжелый цветной металл; температура плавления 327,50 °С, температура кипения 1751 °С; плотность, г/см3: 11,3415 (20 °С), 10,686 (327,6 °С), 10,536 (450 °С), 10,302 (650 °С), 10,078 (850 °С); 26,65 Дж/(моль • К); 4,81 кДж/моль, 177,7 кДж/моль;64,80 ДжДмоль • К); давление пара, Па: 4,3•10-7 (600 К), 9,6•10-5 (700 К), 5,4•10-2 (800 К). 1,2•10-1 (900 К), 59,5 (1200 К), 8,2•102 (1500 К), 12,8•103 (1800 К). СВИНЕЦ-плохой проводник тепла и электричества; теплопроводность 33,5 Вт/(м•К) (менее 10% от теплопроводности Ag); температурный коэффициент линейного расширения СВИНЕЦ (чистотой 99,997%) в интервале температур 0-320 °С описывается уравением: a = 28,15•10-6t + 23,6•10-9t2 °C-1; при 20°С r 20,648 мкОм•см (менее 10% от r Ag), при 300 °С и 460 °С соответственно 47,938 и 104,878 мкОм•см. При -258,7°С r СВИНЕЦ падает до 13,11•10 -3 мкОм•см; при 7,2 К он переходит в сверхпроводящее состояние. СВИНЕЦ диамагнитен, магн. восприимчивость —0,12•10-6. В жидком состоянии СВИНЕЦ жидкотекуч, h в интервале температур 330-800 °С изменяется в пределах 3,2-1,2 мПа•с; g в интервале 330-1000 °С находится в пределах (4,44-4,01)•10-3 Н/м.

СВИНЕЦ мягок, пластичен, легко прокатывается в тончайшие листы. Твердость по Бринеллю 25-40 МПа; sраст 12-13 МПа, sсж около 50 МПа; относит. удлинение при разрыве 50-70%. Значительно повышают твердость и прочность СВИНЕЦ Na, Ca и Mg, но уменьшают его химический стойкость. Медь увеличивает антикоррозионную стойкость СВИНЕЦ (к действию H2SO4). С добавкой Sb возрастает твердость, а также кислотоупорность СВИНЕЦ по отношению к H2SO4. Понижают кислотоупорность СВИНЕЦ Bi и Zn, a Cd, Те и Sn повышают твердость и сопротивление усталости СВИНЕЦ В СВИНЕЦ практически не раств. N2, CO, CO2, O2, SO2, H2.

В химический отношении СВИНЕЦ довольно инертен. Стандартный электродный потенциал СВИНЕЦ —0,1265 В для Рb0/Рb2+. В сухом воздухе не окисляется, во влажном-тускнеет, покрываясь пленкой оксидов, переходящей в присутствии СО2 в основной карбонат 2РbСО3•Рb(ОН)2. С кислородом СВИНЕЦ образует ряд оксидов: Рb2О, РbО (глет), РbО2, Рb3О4 (сурик) и Рb2О3 (см. Свинца оксиды). При комнатной температуре СВИНЕЦ не реагирует с разбавленый серной и соляной кислотами, т. к. образующиеся на его поверхности труднорастворимые пленки PbSO4 и РbCl2 препятствуют дальнейшему растворению металла. Конц. H2SO4 (>80%) и НCl при нагревании взаимодействие со СВИНЕЦ с образованием растворимых соединений Pb(HSO4)2 и Н4[РbСl6]. СВИНЕЦ устойчив по отношению к фтористоводородной кислоте, водным растворам NH3 и щелочей и к многие органическое кислотам. Лучшие растворители СВИНЕЦ-разбавленый HNO3 и СН3СООН. При этом образуются свинца нитрат Pb(NO3)2 и свинца ацетат Рb(СН3СОО)2. СВИНЕЦ заметно раств. также в лимонной, муравьиной и винной кислотах.

Соли Pb(IV) может быть получены электролизом подкисленных H2SO4 растворов солей Pb(II); важнейшие из них-свинца сульфат Pb(SO4)2 и ацетат Рb(ОСОСН3)4. Соли СВИНЕЦ легко гидро-лизуются. Рb -энергичный окислитель, поэтому, например, не существуют РbI4 и РbВr4. При разряде свинцового аккумулятора Рb4+ также служит окислителем:

Рb + РbO2 + 2H2SO4 :2PbSO4 + 2Н2О

При взаимодействие оксидов Pb(IV) и Pb(II) с расплавами щелочей образуются соли-соответственно плюмбаты(IV) и плюмбиты(II), например Na2PbO3, Na2PbO2. СВИНЕЦ медленно растворим в конц. растворах щелочей с выделением Н2 и образованием М4[Рb(ОН)6].

При нагревании СВИНЕЦ реагирует с галогенами, образуя свинца галогениды. С азотистоводородной кислотой СВИНЕЦ дает свинца азид Pb(N3)2, с серой при нагревании- сульфид PbS (см. Свинца халь-когениды). Гидриды для СВИНЕЦ не характерны. В некоторых реакциях обнаруживают тетрагидрид РbН4-бесцв. газ, легко разлагающийся на Рb и Н2; образуется при действии разбавленый соляной кислоты на Mg2Pb. См. также Свинца титанат, Сви-нецорганические соединения.

Получение. Осн. источник получения СВИНЕЦ-сульфидные по-лиметаллич. руды. Селективной флотацией из руд, содержащих 1-5% Рb, получают свинцовые и др. концентраты. Свинцовый концентрат обычно содержит 40-75% Рb, 5-10% Zn, до 5% Сu, а также благородные металлы и Bi. Ок. 90% СВИНЕЦ получают по технологии, включающей стадии: агломерирующий обжиг сульфидных концентратов, шахтная восстановит. плавка агломерата и рафинирование чернового СВИНЕЦ Разрабатывают автогенные процессы плавки, позволяющие использовать тепло сгорания сульфидов.

Агломерирующий обжиг при традиц. производстве СВИНЕЦ проводят на прямолинейных машинах с дутьем воздуха либо путем просасывания его. При этом PbS окисляется преимущественно в жидком состоянии: 2PbS + 3О2 : 2РbО + 2SO2. В шихту добавляют флюсы (SiO2, CaCO3, Fe2O3), которые, реагируя между собой и с РbО, образуют жидкую фазу, цементирующую шихту. В готовом агломерате СВИНЕЦ в основные концентрируется в свинцовосиликатном стекле, занимающем до 60% объема агломерата. Оксиды Zn, Fe, Si, Ca кристаллизуются в форме сложных соединений, образуя жаропрочный каркас. Эффективная (рабочая) площадь агломерац. машин 6-95 м2.

В готовом агломерате содержится 35-45% Рb и 1,2-3% S, часть которой находится в виде сульфатов. Производительность агломерац. машин по агломерату зависит от содержания S в шихте и колеблется от 10 (бедные концентраты) до 20 т/(м2 • сут) (богатые концентраты); по выжигаемой S она находится в пределах 0,7-1,3 т/(м2• сут). Часть газов, содержащих 4-6% SO2, используют для производства H2SO4. Степень утилизации S составляет 40-50%.

Полученный агломерат направляют на восстановит. плавку в шахтных печах. Печь для выплавки СВИНЕЦ представляет собой шахту прямоугольного сечения, образуемую водо-охлаждаемыми коробками (кессонами). Воздух (или воздушно-кислородная смесь) подается в печь через спец. сопла (фурмы), расположенные по всему периметру печи в ниж. ряду кессонов. В шихту плавки входят в основные агломерат и кокс, иногда загружают кусковое оборотное и вторичное сырье. Уд. проплав агломерата 50-80 т/(м2 • сут). Прямое извлечение СВИНЕЦ в черновой металл 90-94%.

Цель плавки-максимально извлечь СВИНЕЦ в черновой металл, a Zn и пустую породу вывести в шлак. Осн. реакция шахтной плавки свинцового агломерата: РbОрасплав + СО : Рb + + СО2. В качестве восстановителя в шихту вводят кокс. Часть СВИНЕЦ восстанавливается им непосредственно. Для восстановления СВИНЕЦ требуется слабовосстановит. атмосфера (давление О210-6-10-8 Па). Расход кокса к массе агломерата при шахтной плавке 8-14%. В этих условиях оксиды Zn и Fe не восстанавливаются и переходят в шлак. Медь присутствует в агломерате в форме СuО и CuS. Оксид меди в условиях шахтной плавки легко восстанавливается до металла и переходит в СВИНЕЦ При высоком содержании Си и S в агломерате при шахтной плавке образуется самостоят. фаза-штейн.

Осн. шлакообразующие компоненты шлаков (80-85% от массы шлака) - FeO, SiO2, CaO и ZnO-направляются на дальнейшую переработку для извлечения Zn. В шлак переходит до 2-4% Рb и ~20% Си, содержание в нем этих металлов соответственно 0,5-3,5 и 0,2-1,5%. Образующаяся при шахтной плавке (и агломерации) пыль служит исходным сырьем для извлечения редких и рассеянных элементов.

В основе автогенных процессов выплавки СВИНЕЦ лежит экзо-термодинамически реакция PbS + О2 : Рb + SO2, состоящая из двух стадий:

2PbS + 3O2:2PbO + 2SO2 PbS + 2РbО:3Рb + SO2

Преимущества автогенных способов перед традиц. техно-логией: исключается агломерац. обжиг, устраняется необходимость разбавления концентрата флюсами, что снижает выход шлака, используется тепло от горения сульфидов и исключается (частично) расход кокса, повышается извлечение SO2 с газами, что упрощает их использование и повышает безопасность на заводе. В промышленности применяют два автогенных процесса: КИВЦЭТ-ЦС, разработанный в СССР и осуществленный на Усть-Каменогорском заводе и в Италии на заводе Порто-Весме, и американский процесс QSL.

Технология плавки по методу КИВЦЭТ-ЦС: тонкоизмельченную, хорошо высушенную шихту, содержащую концентрат, оборотную пыль и кокс, с помощью горелки инжектируют техническим О2 в плавильную камеру печи, где происходит окисление сульфидов металлов, получение СВИНЕЦ и формирование шлака. Газы (содержат 20-40% SO2) после очистки от пыли, возвращаемой в шихту плавки, поступают на производство H2SO4. Черновой СВИНЕЦ и шлак через разделит. перегородку протекают в электротермодинамически печь-отстойник, откуда их выпускают через летки. Кокс подают в шихту для восстановления избыточного оксида СВИНЕЦ в плавильной зоне.

Процесс QSL проводят в агрегате типа конвертера. Печь разделена перегородкой на зоны. В плавильной зоне происходит загрузка гранулир. концентрата, плавка и окисление расплава техническим О2. Шлак поступает во вторую зону, где с помощью фурм он продувается пылеугольной смесью для восстановления СВИНЕЦ Во всех способах плавки основные количество Zn (~80%) переходит в шлак. Для извлечения Zn, а также оставшегося СВИНЕЦ и некоторых редких и рассеянных элементов шлак перерабатывают способом фьюмингования или вальцевания.

Черновой СВИНЕЦ, полученный тем или иным способом, содержит 93-98% Рb. Примеси в черновом СВИНЕЦ: Сu (1-5%), Sb, As, Sn (0,5-3%), Аl (1-5 кг/т), Аu (1-30%), Bi (0,05-0,4%). Очистку чернового СВИНЕЦ производят пирометаллургически или (иногда) электролитически.

Пирометаллургич. методом из чернового СВИНЕЦ последовательно удаляют: 1) медь-двумя операциями: ликвацией и с помощью элементарной S, образующей сульфид Cu2S. Предварит. (грубую) очистку от Си до содержания 0,5-0,7.% проводят в отражательных либо электротермических печах с глубокой свинцовой ванной, имеющей перепад температуры по высоте. Медь взаимодействие на поверхности с сульфидным свинцовым концентратом с образованием Cu-Pb штейна. Штейн направляют в медное производство либо на самостоят. гидроме-таллургич. переработку.

2) Теллур-действием металлич. Na в присутствии NaOH. Натрий селективно взаимодействие с Те, образуя Na2Te, всплывающий на поверхность ванны и растворяющийся в NaOH. Плав идет на переработку для извлечения Те.

3) Олово, мышьяк и сурьму-окислением их либо О2 воздуха в отражат. печах при 700-800 °С, либо NaNO3 в присутствии NaOH при 420 °С. Щелочные плавы направляют на гидрометаллургич. переработку для регенерации из них NaOH и извлечения Sb и Sn; As выводят в виде Ca3(AsO4)2, который направляют на захоронение.

4) Серебро и золото-с помощью Zn, избирательно реагирующего с растворенными в СВИНЕЦ благородными металлами; образуются AuZn3, AgZn3, всплывающие на поверхность ванны. Образовавшиеся съемы удаляют с поверхности для последующей переработки их на сплав Ag-Au. На этой стадии СВИНЕЦ загрязняется Zn (0,5-0,8%).

5) Цинк-окислением воздухом либо NaNO3 в щелочном расплаве, хлорированием, а также отгонкой в вакууме.

6) Висмут-действием Са, Mg, Sb. Предварительно вводят в ванну Са и Mg, при этом образуется Bi2CaMg2, а в СВИНЕЦ остается 0,008-0,01% Bi; затем добавляют в ванну, наряду с Са и Mg, также Sb, при этом в СВИНЕЦ остается 0,006-0,004% Bi. Полученные на предварит. стадии богатые съемы (дроссы) направляют на переработку для извлечения из них Bi. В свинцовой ванне остаются Са, Mg, Sb.

7) Примеси Са, Mg, Sb и Zn удаляют окислением NaNO3 в присутствии NaOH либо хлорированием.

Рафинирование СВИНЕЦ осуществляют в стальных котлах полу-сферич. формы емкостью 50-300 т с открытой поверхностью ванны. Готовый СВИНЕЦ разливают в чушки (~ 30 кг) либо блоки (~1 т). При электролитич. рафинировании чернового С"Г в качестве электролита используют водный раствор фторосили-ката СВИНЕЦ (8-10% H2SiF6, 6-8% PbSiF6). Черновой СВИНЕЦ предварительно рафинируют (пирометаллургически) от Sn и Си. Электролиз проводят при напряжении на ванне 0,4-0,7 В, плотность тока 130-180 А/м2 и температуре электролита 40-50 °С. Выход СВИНЕЦ по току составляет 90-97%. Примеси СВИНЕЦ концентрируются в анодном шламе.

Определение. СВИНЕЦ определяют: по изменению степени мутности раствора, образующегося при взаимодействии Рb2+ с К2СrО4; колориметрически с дитизоном, амперометрич. титрованием с молибдатом аммония; спектрометрически с диэтилди-тиокарбаматом Na и 8-гидроксихинолином; хроматогра-фически.

Применение. До 45% СВИНЕЦ от общего потребления идет на производство электродов аккумуляторов; до 20%-на изготовление проводов и кабелей и покрытий к ним; 5-20% СВИНЕЦ-на производство тетраэтилсвинца. СВИНЕЦ используют для изготовления футеровки, труб и аппаратуры в химический промышленности. Применяют свинца сплавы с Sn, Са, содержащие Sb, Cu, As, Cd. В стр-ве СВИНЕЦ используют в качестве изоляции, уплотнителя швов, стыков, в т.ч. при создании сейсмостойких фундаментов. В военной технике СВИНЕЦ применяют для изготовления шрапнели и сердечников пуль. Экраны из СВИНЕЦ служат для защиты от радиоактивного и рентгеновского излучений.

По объему производства и потребления СВИНЕЦ занимает четвертое место среди цветных металлов после Al, Си и Zn. Произ-во СВИНЕЦ в капиталистич. и развивающихся странах около 4,0 млн. т/год (1983). Осн. производители и потребители: США, ФРГ, Великобритания, Япония, Канада и Австралия.

СВИНЕЦ был известен за 6-7 тысяч лет до н.э. народам Месопотамии, Египта и др. стран древнего мира.

СВИНЕЦ-яд, вызывает профессиональные отравления. ПДК в воздухе рабочей зоны 0,01 мг/м3, атм. воздухе 0,003 мг/м3, воде 0,03 мг/л, почве 20,0 мг/кг. Осн. источники загрязнения СВИНЕЦ окружающей среды: металлургич. предприятия (ежегодный выброс не менее 89 тысячт), выхлопные газы двигателей внутр. сгорания (до 260 тысяч т/год), сточные воды пром. предприятий (выброс в Мировой океан 430-650 тысяч т/год) и др.

Литература: Гудима Н.В., Шейн Я. П., Краткий справочник по металлургии цветных металлов, М., 1975; Смирнов М. П., Рафинирование свинца и переработка полупродуктов, М., 1977; Рабинович В. А., Хавин З.Я., Краткий химический справочник, Л., 1977; Зайцев В. Я., Маргулис Е. В., Металлургия свинца и цинка, М., 1985; Козин Л.Ф., Морачевский А. Г., Физико-химия и металлургия высокочистого свинца, М., 1991. М.П. Смирнов.

Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
проектор в аренду город москва
Фирма Ренессанс: лестница в дом из дерева- быстро, качественно, недорого!
кресло ch 540
Отличное предложение в КНС Нева: K8P43A - в кредит не выходя из дома в Санкт-Петербруге, Пскове, Мурманске и других городах северо-запада России!

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(09.12.2016)