Дата открытия свинца затерялась в анналах истории. Известно, однако, что египтяне пользовались свинцом для глазурования гончарных изделий, а также для изготовления припоя и декоративных предметов. В висячих садах Вавилона был пол из листов свинца, спаянных так, чтобы удерживать влагу. В древней Индии свинцовый сурик применялся в косметике, а сам металл - для очистки серебра, изготовления талисманов и первых монет.
Металлургия. Древние цивилизации получали свинец из руд, выходивших на поверхность. Современная техника позволяет вести разработку на значительной глубине под землей, где этот металл встречается в форме сульфида - минерала галенита (свинцового блеска) PbS, составляющего основу самых важных свинцовых руд. Почти все современные руды - бедные, но галенитовые легче многих других металлических руд обрабатываются и обогащаются - до содержания 40-78% Pb.
См. также ГАЛЕНИТ; ЦИНКОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ.
Обогащение. Процесс обогащения свинцовых руд состоит из таких этапов, как сухое дробление, мокрое измельчение, грохочение, обогащение на концентрационных столах и флотация. Методы размельчения зависят от характеристик руды. Перед размельчением проводится гравитационное разделение руды, которое дает сырой концентрат галенита, пригодный для дальнейшего обогащения и отделения от минералов цинка флотационным методом. (Метод флотации и был первоначально разработан именно для этого.) Тонко размельченную руду заливают водой, и смесь перемешивают сжатым воздухом в баке, добавив к ней небольшое количество некоторых химикатов и хвойного масла (скипидара). На поверхности образуется галенитовая пена, а пустая порода оседает на дно. Пена сливается из бака и сушится.
См. также РУДЫ ОБОГАЩЕНИЕ.
ДОБЫЧА свинцово-цинковых руд в Серро-де-Паско (Перу).
Выплавление. Поскольку обычное агломерационное спекание с последующей шахтной плавкой - энергоемкий и малоэффективный процесс, требующий дорогостоящего экологического контроля, выделение свинца основывается на переработке руды в веркблей (черновой свинец). Существуют два основных метода такой прямой плавки - в печи для окислительного обжига во взвешенном состоянии и в кислородном конвертере. При плавке первым из двух названных методов сухой концентрат вдувают вместе с кислородом или дымовыми газами, обогащенными кислородом, в высокую вертикальную шахту печи, где они образуют суспензию. Свинец и другие металлы, если они присутствуют, преобразуются в оксиды с образованием диоксида серы. Для подавления роста настыли оксида железа (на стенках шахты) и для образования шлака добавляется также флюс - обычно пылевидная высококремнеземистая порода (вместо этого может добавляться порошкообразный известняк или доломит). Наиболее совершенная технология прямой плавки в печи для обжига во взвешенном состоянии - процесс КИВЦЭТ-ЦС, разработанный в СССР. Самая крупная на Западе печь такого типа работает с 1987 в Порто-Весме на о.Сардиния. Первоначально процесс КИВЦЭТ-ЦС разрабатывался как технология плавки смеси сыпучих концентратов разных руд в циклоне (см. также КОТЕЛ ПАРОВОЙ). Типичная печь такого рода может плавить 120-130 тыс. т концентратов в год при загрузке около 600 т в сутки и давать 80-90 тыс. т в год веркблея, содержащего до 97% свинца. Что касается конвертерной плавки, то с 1960-х годов был разработан ряд разных процессов с турбулентной ванной расплава, создаваемой путем продувки кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, через донные фурмы или погруженные дутьевые трубы. Примером может служить процесс Кено - Шуманна - Лерджи (QSL, КШЛ), в котором реактор представляет собой длинный горизонтальный вращающийся цилиндр с кирпичной футеровкой. Шлак перемещается к летке на одном конце ванны, а свинец - к летке в зоне окисления. Процесс КШЛ требует предварительного смешивания и мокрого гранулирования концентратов и флюсов. Оптимальная производительность несколько ниже, чем в процессе КИВЦЭТ-ЦС. Установки сравнительно малой производительности, основанные на процессе КШЛ, эксплуатируются в Германии, а с 1991 - в Южной Корее. Более крупные заводы проектируются в КНР и других регионах, производящих свинец.
Рафинирование. Веркблей, выплавляемый в печах, недостаточно "мягок" для большинства промышленных применений и требует дополнительного рафинирования, в частности, возможной очистки от серебра. Для окисления наиболее активных примесных металлов, таких, как мышьяк, сурьма и иногда олово, веркблей нагревают в воздухе. После очистки от меди на некоторых заводах его пропускают через продуваемые воздухом ватержакетные отражательные печи (700° С) с непрерывными загрузкой и выпуском. Серебро и остаточную медь удаляют в рафинировочных котлах, добавляя порошкообразный цинк, который уменьшает растворимость этих металлов и способствует образованию цинково-серебряно-медной "пены". Последние следы цинка удаляются вакуумной перегонкой. Висмут удаляют добавлением кальция или магния для образования тугоплавких соединений Ca3Bi2 и Mg3Bi2. На заключительном этапе добавляют селитру или каустическую соду (либо то и другое) для удаления малых примесей мышьяка, сурьмы, кальция и магния, и в результате остается свинец чистоты 99,95-99,99%. Последующее электролитическое рафинирование может давать свинец чистоты 99,999%. Усложненная обработка зачастую окупается стоимостью серебра и золота, получаемых при рафинировании свинца. В расплаве, содержащем свинец, цинк, серебро и золото, цинк образует с серебром и золотом легкие интерметаллические соединения, которые удаляются с поверхности расплава в виде так называемой серебристой пены.
Потребление и применение. Свинец - мягкий, пластичный, легкоплавкий металл, отличающийся высокой коррозионной стойкостью, чем и определяется характер его применения. Свинец высокой чистоты почти не применяется, если не считать производства его оксида, а по большей части сплавляется с небольшими количествами одного или нескольких других металлов. Свинец пока еще находит применение как материал для оболочки кабеля, а его сплавы с кальцием и сурьмой в больших количествах используются в производстве электрических аккумуляторов. На изготовление аккумуляторов идет более 60% свинца, потребляемого во всем мире. Свинцовые (кислотные) аккумуляторы необходимы для запуска автомобильных, судовых и самолетных двигателей. В некоторых случаях аккумуляторы служат источником питания для двигателя, как, скажем, примерно в половине промышленных автопогрузчиков и в наземном вспомогательном оборудовании аэродромов. Батареи аккумуляторов используются также в качестве резервных источников питания для осветительных систем и систем связи. Огромные батареи применяются для выравнивания нагрузки в коммерческих электросетях, на метрополитене и даже на заводах. В аккумуляторах от 1/2 до 1/3 свинца содержится в форме оксида. Непрерывно расширяются масштабы применения аккумуляторов для стабилизации напряжения и в источниках бесперебойного питания в компьютерной технике, в том числе в локальных сетях и персональных компьютерах. В Великобритании много кровельного свинца по-прежнему потребляет строительная промышленность. В больницах и других медицинских учреждениях широко применяются свинцовые экраны для рентгеновского и гамма-излучения. Свинец используется также для защиты от ядерной радиации на стационарных установках, в том числе в атомной энергетике; из него изготавливаются контейнеры для транспортировки радиоактивных материалов. Свинец раньше широко применялся и в бензине (в виде тетраэтилсвинца), но его применение поэтапно отменяется.
ЛИТЕРАТУРА
Гудима Н.В., Шейн Я.П. Краткий справочник по металлургии цветных металлов. М., 1975 Зайцев В.Я., Маргулис Е.В. Металлургия свинца и цинка. М., 1985