Полезные ископаемые

Первоначальное применение свинца, по-видимому, обусловлено его попутным получением из серебряных руд. Позднее ряд ценных его свойств послужил причиной увеличения спроса на свинец. В настоящее время потребность в свинце непрерывно растет и его широко используют во многих отраслях народного хозяйства.

Свинец — элемент IV группы 6-го периода периодической системы элементов. Атомный номер свинца 82, атомная масса 207,2. В химических соединениях устойчивыми являются его двух- и четырехвалентные состояния.

Свинец — очень пластичный металл темно-серого цвета с легким синеватым оттенком. Он плавится при 327,4°С, а кипит при 1750°С. Плотность свинца при 20°С равна 11336 кг/м3, при температуре плавления — 10686 кг/м3. Твердость свинца повышается, а пластичность соответственно снижается при наличии в нем металлических примесей.

Со многими металлами свинец образует сплавы, которые более тверды и часто более хрупки, чем чистый свинец. Некоторые сплавы на основе свинца очень легкоплавки. С железом он не сплавляется.

Свинец — плохой проводник теплоты и электричества. Его электропроводность почти в 10 раз ниже, чем у серебра.

Для химических свойств свинца характерны резко выраженные контрасты. Свинец хорошо противостоит действию ряда крепких кислот, щелочей и аммиака, но растворяется в слабой уксусной кислоте и ряде других органических кислотах. Погруженный в воду свинец почти не коррозирует, но при наличии в нем кислорода быстро разрушается; сухой воздух на свинец не действует, а во влажном он быстро тускнеет вследствие образования поверхностной пленки основного карбоната. Лучшим растворителем свинца является азотная кислота.

С кислородом свинец образует ряд оксидов, из которых наибольшее практическое значение имеют РЬО (глет) и РЬ3О4 (сурик). Наиболее устойчивым из них является РЬО; все остальные оксиды при нагреве разлагаются. Глет легко восстанавливается оксидом углерода СО и другими восстановителями.

В металлургии свинца, кроме РЬО, важную роль играют также сульфид РЬS, силикаты nРЬО • тSiО2. ферриты nРЬО • mFе2 О3.

Свинец, его сульфид и глет при повышенных температурах заметно улетучиваются. Это ведет к потерям свинца в металлургическом производстве и требует принятия мер по предохранению обслуживающего персонала и населения от отравлений, так как пары свинца и его соединений ядовиты.

В наибольших количествах свинец применяют в производстве аккумуляторов и антикоррозионных оболочек электрических кабелей.

Среди многочисленных сплавов на свинцовой основе наибольший практический интерес представляют баббиты — антифрикционные свинцовые сплавы с добавками небольших количеств щелочных и щелочно-земельных металлов, используемые для изготовления вкладышей подшипников качения; типографские сплавы   (РЬ+SЬ)  для изготовления шрифтов;   многочисленные припои и другие легкоплавкие сплавы.

Важными областями потребления свинца являются химическая и металлургическая промышленности, где его в виде труб и листов используют для футеровки трубопроводов и различной аппаратуры, работающих в контакте с агрессивными средами, а также для изготовления нерастворимых анодов, применяемых :: при электролизе цинка, меди и некоторых других металлов.

Много  свинца  расходуется   на   получение тетраэтилсвинца, добавка которого в бензин существенно повышает эффективность его использования в двигателях внутреннего   сгорания.    Применение   этилированного   бензина  автотранспортом ведет   к   сильному   загрязнению  окружающей  атмосферы  свинцом,  особенно  в крупных  городах. Специалисты давно ищут эффективную замену тетраэтилсвинцу и уже добились заметных успехов. В ряде стран применение этилированного бензина для автомобилей полностью запрещено.

:        Значительное количество свинца в виде химических соединений используют для производства красителей (свинцовые белила, сурик и др.) и различных химикатов.

Структуру потребления свинца в развитых промышленных странах можно выразить следующими цифрами, % от общего потребления:

Аккумуляторы ....... .40—50 Тетраэтилсвинец. ....... 10-20

Оболочки кабелей. ..... .5—35           Красители и химикаты. . . .5—10

Листы и трубы. ........ 5—10     Сплавы и припои   ....... 10—15

Основным сырьем для производства свинца являются сульфидные полиметаллические руды. Наибольшее распространение имеют свинцово-цинковые и медно-свинцово-цинковые руды. Помимо свинца такие руды обычно содержат цинк, медь, кадмий, висмут, золото, серебро, мышьяк, сурьму, таллий, селен, теллур, германий и индий. В природе встречаются также смешанные и окисленные руды, которые имеют в настоящее время ограниченное промышленное значение.

Важное место в общем балансе производства свинца занимает вторичное сырье — промышленные лом и отходы: аккумуляторный бой, оболочки кабелей, свинцовые сплавы и т.д. На долю вторичного сырья приходится около 40 % от общего выпуска свинца.

Важнейшим промышленным свинцовым минералом является галенит РЬS. В смешанных и окисленных рудах встречаются церуссит РЬСО3 и англезит РЬS04. Основными сопутствующими минералами в свинцовосодержащих рудах являются сфалерит 2п5, халькопирит СиРе52, гринокит СdS, арсенопирит FеАs2, пирит Fе52 и пирротин Fе758. Пустая порода представлена кварцем, различными силикатами и карбонатами.

Полиметаллические руды обычно содержат не более 8—9 % РЬ. Для непосредственной металлургической переработки такие руды непригодны. Поэтому практически все добываемые руды подвергают флотационному обогащению по селективной схеме. Максимально при обогащении полиметаллических руд получают шесть продуктов — свинцовый, цинковый, медный, пиритный и баритовый концентраты и отвальные хвосты.

В металлургическую переработку на свинцовые заводы обычно поступают концентраты, содержащие, %: РЬ 30—80; Zn 1—14; Сu до 10; Fе 2-15; S 9-15; SiO2 2-13, а также Аu + Аg до 5 кг/т.

На свинцовых предприятиях в качестве сырьевых материалов используют также пыли и возгоны сернокислотных установок, медеплавильных и цинковых заводов и заводов вторичной металлургии.

Промышленное производство свинца на территории нашей страны возникло в Восточном Забайкалье в начале XVIIIв. на базе серебросодержащих свинцовых руд. Позднее выпуск свинца был начат на ряде последовательно построенных заводов на Алтае. В начале XX в. его производство было организовано на Северном Кавказе и в Приморском крае.

Крупнейшими производителями свинца за рубежом являются США, ФРГ, Великобритания, Япония, Австралия, Франция и Канада. На долю этих стран приходится примерно 70—80 % от общего выпуска свинца в зарубежных странах.

Для переработки сульфидных свинцовых концентратов применимы в принципе как пирометаллургическая, так и гидрометаллургическая технологии. Однако гидрометаллургические способы извлечения свинца вследствие технологического несовершенства не конкурентоспособны с пирометаллургией и до сего времени не нашли применения в промышленности.

Возможны три метода выплавки свинца из сульфидных концентратов: реакционной, осадительной и восстановительной плавками.

Реакционная плавка пригодна для переработки только очень богатых по свинцу концентратов с минимальным содержанием примесей и по этой причине имеет ограниченное применение. В основе ее лежит принцип частичного обжига концентрата:

 

 

2РЬ5 + 302 = 2РЬО + 2502,

РЬ5+2О2 = РЬ504

 

                                                                                 
с последующим   взаимодействием   продуктов   обжига   с  остатком   не 
окислившегося сульфида свинца:

РЬЗ+2РЬО = ЗРЬ + 502    
РЬ5 + РЬ504 = 2 РЫ- 2 5О2.

Реакционная плавка может быть осуществлена в горнах, в электропечах, кивцетным м рядом других процессов.

Осадительная плавка основана на реакции вытеснения свинца из его сульфида металлическим железом:

 

 

РЬ5 + Fе = Pb + Fе5.

 

 

Хотя  в  настоящее время в промышленности осадительную плавку 
не   применяют,  реакция,  лежащая  в  ее основе,  частично  реализуется 
в практике шахтной восстановительной плавки свинца.

По указанным выше причинам современная металлургия свинца в основном базируется на использовании технологических схем, включающих восстановительную плавку.

Прямое восстановление сульфида свинца традиционными углеродистыми восстановителями — задача очень сложная и в промышленных условиях практически не осуществимая. В то же время оксид свинца РЬО очень легко восстанавливается уже при 160—180°С в слабо восстановительной атмосфере (см. рис. 79).

Таким образом, чтобы получить металлический свинец методом восстановительной плавки из сульфидных концентратов, их нужно предварительно обжечь с одновременным спеканием материала, так как плавку на черновой свинец ведут в шахтных печах. Обожженный агломерат плавят с коксом; свинец при этом восстанавливается по реакции РЬО + СО = РЬ+С02.

Примеси с большим сродством к кислороду при такой плавке образуют шлак, а с малым - восстанавливаются до металлов и растворяются в свинце. Загрязненный свинец, содержащий обычно не менее 10 примесей, называется черновым. После выпуска из печи черновой свинец в жидком виде подвергают рафинированию.

Принципиальная технологическая схема получения свинца из сульфидных руд с использованием восстановительной плавки приведена на рис. 131. Рафинирование чернового свинца, предусмотренное технологией в обязательном порядке, проводят преимущественно пирометаллургическим способом.

 

 

Баббиты

 

 

Баббитами называют антифрикционные сплавы на основе олова (Sn) или свинца (РЬ). Эти сплавы предназначаются для заливки подшипников скольжения. Особенностью баббитов является - низкая температура плавления (350 - 450) оС, хорошая прирабатываемость и отсутствие схватывания со сталью. Структура баббита состоит из мягкой и пластичной основы и более твёрдых включений.

Лучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные баббиты, у которых мягкой основой является а - твёрдый раствор сурьмы (Sb) и меди (Сu) в олове (РЬ). В качестве твёрдых частиц в структуре присутствуют химические соединения SnSb u Cu6Sn5 в виде мелких игл или звёзд. Оловянные баббиты дорогие, их применяют для заливки подшипников машин большой мощности, когда требуется высокая вязкость и наименьший коэффициент трения.

Для других подшипников используют более дешёвые свинцово-оловянные баббиты. Они обладают более высоким коэффициентом трения, менее износостойки и более хрупки.

Введение Сu в свинцовые баббиты устраняет ликвацию, увеличивает твёрдость и вязкость. Введение Cd повышает твёрдость, прочность и коррозионную стойкость баббитов. Баббиты, содержащие As отличаются мелкозернистой структурой и хорошей жидкотекучестью.

Оловянные баббиты, в соответствии с ГОСТ 1320 - 74, обозначаются буквой - Б и цифрами, указывающимипроцентное содержание Sn.

Свинцовые баббиты, в соответствии с ГОСТ 1320 - 74, обозначаются буквой Б, последующие буквы или цифрыуказывают содержание дополнительных легирующих элементов или процентное содержание Sn, соответственно.

Применения баббитов и их примерное назначение приведены в таблице.

 

 

 

 

 

 

Таблица  28. Условия применения и назначения баббитов

 

 

Марка	Нагрузка	Р, МПа	V, м/с	Р · V	Рабочая температура,оС	Примерное назначение
Б 88	спокойная ударная	20,0 15,0	50	750	75	Подшипники, работающие при больших скоростях и высоких динамических нагрузках. Подшипники для быстроходных и среднеоборотных дизелей. Нижние половины крейцкопфных подшипников, малооборотных дизелей.
Б 83	спокойная ударная	15,0 10,0	50	750 500	70	Подшипники, работающие при больших скоростях и средних нагрузках. Подшипники турбин, крейцкопфные, мотылевые ирамовые подшипники малооборотных дизелей, опорные подшипники гребных валов.
Б 83С	спокойная ударная	15,0 10,0	50	750 500	70
БН	спокойная ударная	10,0 7,6	30	300 200	70	Подшипники, работающие при средних скоростях и средних нагрузках. Подшипники дизелей, компрессоров, судовых водопроводов.
Б 16	спокойная	10,0	30	300	70	Моторно-осевые подшипники электровозов, путевых машин, детали паровозов и другое оборудование тяжелого машиностроения.
БС 6	ударная	15,0	-	-	70	Подшипники автотракторных деталей