5.2.8. Свинец и его сплавы состав, свойства, применение
Свинец (лат. Plumbum, Pb) ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета. Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м·К) при температуре 0°C.
Металл мягкий, легко режется ножом. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой пленкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет. Плотность 11,3415 г/см³ (при 20 °C). Температура плавления 327,4 °C.
Благодаря мягкости свинца его широко используют в чистом виде. Обычно промышленный свинец после рафинирования содержит 0,05-0,1% примесей. Наибольшее количество свинца расходуется на изготовление пластин свинцовых аккумуляторов, на оболочку электрических кабелей, внутреннее покрытие резервуаров, покрытие медных листов кровельного материала, используется в химической промышленности, где он почти незаменим в производстве и хранении серной кислоты. Все эти области применения объясняются коррозионной стойкостью свинца. Свинец на воздухе практически сразу покрывается тонкой защитной пленкой оксида свинца, поэтому поверхность металла становится очень инертной.
Поскольку свинец хорошо поглощает γ-излучение, он используется для радиационной защиты в рентгеновских установках и ядерных реакторах. Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85-90 % Sn и 10-15 % Pb, формуется, недорог и используется в производстве домашней утвари. Припой, содержащий 67% Pb и 33% Sn, применяют в электротехнике.
Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве пуль и типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова для фигурного литья и подшипников. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяют для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, инсектицидов, стеклянных изделий и как добавки к бензину.
Получение свинца
Различают два способа получения свинца.
1. Вторичный способ получения свинца
В России дефицит свинца, в том числе для производства аккумуляторных батарей, имеет многолетнюю историю, но наиболее остро проблема обеспечения автомобилестроителей металлом встала в начале 1990-х годов в связи с резким сокращением его производства в Казахстане, который был традиционным поставщиком рафинированного свинца на предприятия России. В этот период потребность в свинце только аккумуляторных заводов России составляла около 190 тыс. т в год, а производство в стране составляло чуть более 31 тыс. тонн. При этом производство свинца из свинцового лома находилось на уровне всего 8 тыс. т в год.
Для снижения остроты проблемы планировалось построить завод по переработке накопившегося аккумуляторного лома и производству вторичного свинца мощностью 26 тыс. т в год в Приморье и еще один, мощностью 30 тыс. т в год – в г. Красноярске. Однако эти планы не были осуществлены, и проблема осталась актуальной до настоящего времени.
В последние пять лет ситуация в России несколько улучшилась: из 60-65 тыс. т ежегодно выпускаемого рафинированного свинца около 40 тыс. т производится из вторичного сырья. Тем не менее по этому показателю страна занимает одно из последних мест в мире. Свинец производят в основном ОАО «Рязцветмет» (г. Рязань) и АО «Верх‑Нейвинский завод» (Свердловская обл.). По оценке российских специалистов, мощности этих предприятий недостаточны для переработки ежегодно накапливающегося в стране свинецсодержащего лома, прежде всего отработанных аккумуляторных батарей отечественного и зарубежного производства. В последние годы в России выпускается около 11,5 млн автомобильных аккумуляторов в год; кроме того, по данным руководства ЗАО «Электрозаряд» (г. Москва), в Россию поставляется из-за рубежа 1,7 млн аккумуляторных батарей легально и еще около 4 млн – нелегально.
Зарубежные производители автомобилей, имеющие производственные мощности на территории России, планируют довести уровень выпуска аккумуляторов в России до 5-6 млн. в год, и тогда количество свинца во вторичном аккумуляторном ломе, по нашей оценке, может достигнуть 185-200 тыс. т в год.
Около 1 тыс. т в год вторичного свинца производит ОАО «Тюменский аккумуляторный завод». На предприятии установлены автоматизированные линии по переработке вышедших из строя аккумуляторов и очистке полученного вторичного свинца, что позволило выпускать металл высокого качества и значительно сократить расходы на его производство (прежде черновой металл приходилось транспортировать на уральские металлургические предприятия).
ОАО «ГМК «Дальполиметалл» (Приморский край), в течение многих лет являвшийся основным производителем первичного рафинированного свинца России, в последние годы начал производство свинца из аккумуляторный лома, собираемого в Приморском крае. Предполагается, что к концу текущего десятилетия его выпуск выйдет на уровень 10 тыс. т в год. Металл направляется в основном на предприятия ОАО «Комсомольск-на-Амуре аккумуляторный завод», однако этого сырья недостаточно для обеспечения нормальной работы завода. Для решения проблем с его снабжением свинцом планируется построить в Хабаровском крае еще один завод по переработке вторичного сырья, который будет выплавлять около 8 тыс. т рафинированного металла в год.
Компания ЗАО «АКОМ», которая производит в год более 1 млн аккумуляторов, в 2006 г. ввела в строй в г. Жигулевск (Самарская обл.) завод по переработке отработанных аккумуляторов мощностью 6 тыс. т чернового свинца в год. Вторичный свинец и свинцово-сурьмяные сплавы высокого качества производит ЗАО КПВР «Сплав» на комбинате по переработке вторичных ресурсов в г. Рязань. Не менее 18 тыс. т в год лома старых аккумуляторов и других свинецсодержащих отходов перерабатывает ЗАО «Курский завод «Аккумулятор».
2. Первичный способ получения свинца (рис. 5.14)
Основной источник получения свинца сульфидные полиметаллические руды, минерал галенит PbS.
На первом этапе руду обогащают. Полученный концентрат подвергают окислительному обжигу:
2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2↑.
При обжиге добавляют флюсы (CaCO3, Fe2O3, SiO2). Они образуют жидкую фазу, цементирующую шихту. Полученный агломерат содержит 35-45 % Pb. Далее содержащиеся в агломерате свинец (II) и оксид меди восстанавливают коксом:
PbO + C = Pb + CO↑ и PbO + CO = Pb + CO2↑.
Черновой свинец получают взаимодействием исходной сульфидной руды с кислородом (автогенный способ). Процесс протекает в два этапа:
2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2↑,
PbS + 2PbO = 3Pb + SO2↑.
Рис. 5.14. Схема получения свинца
Для последующей очистки чернового свинца от примеси Cu, Sb, Sn, Al, Bi, Au, и Ag его очищают пирометаллургическим методом или электролизом.