СВИНЕЦ (Plumbum) Pb хим. элемент IV гр. периодической системы, ат. н. 82, ат. м. 207,2. Природный С. состоит из пяти стабильных изотопов: 202Pb (следы), 204Pb (1,5%), 206Pb (23,6%), 207Pb (22,6%) и 208Pb (52,3%). Последние три изотопа-конечные продукты радиоактивного распада соотв. U, Ас и Th. В природе образуются и радиоактивные изотопы: 209Pb, 210Pb, 211Pb, 212Pb, 214Pb. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов прир. смеси ок. 0,2∙10−28 м2; хороший поглотитель рентгеновского и γ-из-лучения. Конфигурация внеш. электронной оболочки атома 6s26p2; степени окисления +2 (наиб. характерна) и +4; энергии ионизации Pb0 : Pb+ : Pb2+ равны соотв. 7,41678 и 15,0320 эВ; работа выхода электрона 4,05 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,55; атомный радиус 0,175 нм, ионные радиусы (нм, в скобках даны координац. числа) Pb4+ 0,079 (4), 0,092 (6), Pb2+ 0,112 (4), 0,133(6).
Содержание С. в земной коре 1,6∙103% по массе, в водах Мирового океана 0,03 мкг/л (41,1 млн. т), в речных водах 0,2–8,7 мкг/л.
Известно ок. 80 минералов, содержащих С., главнейший из них — галенит, или свинцовый блеск, PbS. Небольшое пром. значение имеют англезит PbSO4 и церус-сит PbCO3.
В рудах С. сопутствуют Cu, 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 С. Свойства. С. — металл синевато-серого цвета, кристаллизуется в гранецентрир. кубич. решетке типа Cu, а — = 0,49389 нм, z = 4, пространственная группа Fm3m. С.-один из легкоплавких металлов, тяжелый цветной металл; т. пл. 327,50 °C, т. кип. 1751 °C; плотн., г/см3: 11,3415 (20 °C), 10,686 (327,6 °C), 10,536 (450 °C), 10,302 (650 °C), 10,078 (850 °C). С. мягок, пластичен, легко прокатывается в тончайшие листы. Твердость по Бринеллю 25–40 МПа; σраст 12–13 МПа, σсж ок. 50 МПа; относит. удлинение при разрыве 50–70%.
Значительно повышают твердость и прочность С. Na, Ca и Mg, но уменьшают его хим. стойкость. Медь увеличивает антикоррозионную стойкость С. (к действию H2SO4). С добавкой Sb возрастает твердость, а также кислотоупорность С. по отношению к H2SO4. Понижают кислотоупорность С. Bi и Zn, a Cd, Те и Sn повышают твердость и сопротивление усталости С. В С. практически не раств. N2, CO, CO2, O2, SO2, H2.
В хим. отношении С. довольно инертен. Стандартный электродный потенциал С. —0,1265 В для Pb0/Pb2+. В сухом воздухе не окисляется, во влажном-тускнеет, покрываясь пленкой оксидов, переходящей в присутствии CO2 в основной карбонат 2PbCO3∙Pb(OH)2.
С кислородом С. образует ряд оксидов: Pb2O, PbO (глет), PbO2, Pb3O4 (сурик) и Pb2O3.
При комнатной температуре С. не реагирует с разб. серной и соляной кислотами, т. к. образующиеся на его поверхности труднорастворимые пленки PbSO4 и PbCl2 препятствуют дальнейшему растворению металла. Конц. H2SO4 (>80%) и HCl при нагр. взаимод. со С. с образованием растворимых соед. Pb(HSO4)2 и H4[PbCl6].
С. устойчив по отношению к фтористоводородной кислоте, водным растворам NH3 и щелочей и к мн. орг. кислотам. Лучшие растворители С. — разб. HNO3 и CH3COOH. При этом образуются свинца нитрат Pb(NO3)2 и свинца ацетат Pb(CH3COO)2. С. заметно раств. также в лимонной, муравьиной и винной кислотах. Соли Pb(IV) м. б. получены электролизом подкисленных H2SO4 растворов солей Pb(II); важнейшие из них-свинца сульфат Pb(SO4)2 и ацетат Pb(OCOCH3)4.
Соли С. легко гидро-лизуются. Pb — энергичный окислитель, поэтому, напр., не существуют PbI4 и PbBr4. При разряде свинцового аккумулятора Pb4+ также служит окислителем: Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O
При взаимодействии оксидов Pb(IV) и Pb(II) с расплавами щелочей образуются соли — соотв. плюмбаты(IV) и плюмбиты(II), напр. Na2PbO3, Na2PbO2. С. медленно раств. в конц. растворах щелочей с выделением H2 и образованием М4[Pb(OH)6].
При нагревании С. реагирует с галогенами, образуя свинца галогениды. С азотистоводородной кислотой С. дает свинца азид Pb(N3)2, с серой при нагр. — сульфид PbS.
Гидриды для С. не характерны. В некоторых реакциях обнаруживают тетрагидрид PbH4 — бесцветный газ, легко разлагающийся на Pb и H2; образуется при действии разб. соляной кислоты на Mg2Pb. Получение. Осн. источник получения С. — сульфидные полиметаллич. руды. Селективной флотацией из руд, содержащих 1–5% Pb, получают свинцовые и др. концентраты. Свинцовый концентрат обычно содержит 40–75% Pb, 5–10% Zn, до 5% Cu, а также благородные металлы и Bi. Ок. 90% С. получают по технологии, включающей стадии: агломерирующий обжиг сульфидных концентратов, шахтная восстановит. плавка агломерата и рафинирование чернового С.
Агломерирующий обжиг при традиц. производстве С. проводят на прямолинейных машинах с дутьем воздуха либо путем просасывания его. В готовом агломерате содержится 35–45% Pb и 1,2–3% S, часть которой находится в виде сульфатов.
Пирометаллургич. методом из чернового С. последовательно удаляют:
1) медь-двумя операциями: ликвацией и с помощью элементарной S, образующей сульфид Cu2S. Предварит. (грубую) очистку от Cu до содержания 0,5–0,7.% проводят в отражательных либо электротермических печах с глубокой свинцовой ванной, имеющей перепад температуры по высоте. Медь взаимод. на поверхности с сульфидным свинцовым концентратом с образованием Cu-Pb штейна.
2) Теллур-действием металлич. Na в присутствии NaOH. Натрий селективно взаимод. 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 O2 воздуха в отражат. печах при 700–800 °C, либо NaNO3 в присутствии NaOH при 420 °C. 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 С. благородными металлами; образуются AuZn3, AgZn3, всплывающие на поверхность ванны. Образовавшиеся съемы удаляют с поверхности для послед. переработки их на сплав Ag-Au. На этой стадии С. загрязняется Zn (0,5–0,8%).
5) Цинк-окислением воздухом либо NaNO3 в щелочном расплаве, хлорированием, а также отгонкой в вакууме.
6) Висмут-действием Ca, Mg, Sb. Предварительно вводят в ванну Ca и Mg, при этом образуется Bi2CaMg2, а в С. остается 0,008–0,01% Bi; затем добавляют в ванну, наряду с Ca и Mg, также Sb, при этом в С. 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 Ca, Mg, Sb.
7) Примеси Ca, Mg, Sb и Zn удаляют окислением NaNO3 в присутствии NaOH либо хлорированием. Рафинирование С. осуществляют в стальных котлах полусферич. формы емкостью 50–300 т с открытой поверхностью ванны. Готовый С. разливают в чушки (~ 30 кг) либо блоки (~1 т).
Черновой С. предварительно рафинируют (пирометаллургически) от Sn и Cu. Электролиз проводят при напряжении на ванне 0,4–0,7 В, плотн. тока 130–180 А/м2 и температуре электролита 40–50 °C. Выход С. по току составляет 90–97%. Применение. До 45% С. от общего потребления идет на производство электродов аккумуляторов; до 20%-на изготовление проводов и кабелей и покрытий к ним; 5–20% С.-на производство тетраэтилсвинца. С. используют для изготовления футеровки, труб и аппаратуры в хим. промышленности. Применяют свинца сплавы с Sn, Ca, содержащие Sb, Cu, As, Cd. В строительстве С. используют в качестве изоляции, уплотнителя швов, стыков, в т. ч. при создании сейсмостойких фундаментов. В военной технике С. применяют для изготовления шрапнели и сердечников пуль. Экраны из С. служат для защиты от радиоактивного и рентгеновского излучений. По объему производства и потребления С. занимает четвертое место среди цветных металлов после Аl, Cu и Zn. Производство С. в капиталистич. и развивающихся странах ок. 4,0 млн. т/год (1983).
Осн. производители и потребители: США, ФРГ, Великобритания, Япония, Канада и Австралия. С. был известен за 6–7 тыс. лет до н.э. народам Месопотамии, Египта и др. стран древнего мира. С.-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 С. окружающей среды: металлургич. предприятия (ежегодный выброс не менее 89 тыс.т), выхлопные газы двигателей внутр. сгорания (до 260 тыс. т/год), сточные воды пром. предприятий (выброс в Мировой океан 430–650 тыс. т/год) и др.
Некоторые файлы и информация, находящиеся на данном сайте, были найдены в сети ИНТЕРНЕТ, как свободно распространяемые, присланы пользователями сайта или найдены в альтернативных источниках, также использованы собственные материалы. Автор сайта не претендует на авторство ВСЕХ материалов. Если Вы являетесь правообладателем той или иной продукции или информации, и условия, на которых она представлена на данном ресурсе, не соответствуют действительности, просьба немедленно сообщить с целью устранения правонарушения.
Категории раздела
Вход
Поиск
Друзья сайта
Наш опрос
Статистика
