Физические свойства свинца таблица. Строение атома свинца. Свинец в организме человека

Восемьдесят второй элемент таблицы Менделеева людям знаком давно. Скифские шаманы в обязательном порядке нашивали на ритуальную одежду свинцовые пластинки и бусины, «чтобы не улететь безвозвратно в мир духов». В египетских захоронениях обнаружены фигурки из свинца, датируемые VI веком до нашей эры. Но особым почтением к свинцу отличались древние римляне – там из него делали водопроводы, крыши, посуду для вина, и много еще чего. Их опыт попытались перенять строители Московского кремля, но, увы (или может быть, к счастью, учитывая влияние свинца на человека) первый же пожар уничтожил их труды...

Подробный экскурс в историю займет не одну страницу, поэтому разумнее посвятить ему отдельную статью.

Применение и свойства

Звездный час свинца настал с изобретением огнестрельного оружия. Но этот металл годится не только на пули и дробь. Без него встал бы абсолютно весь транспорт, ведь он – элемент автомобильных аккумуляторов, которые так и называются: свинцово-кислотные. Бокалы за праздничным столом звенели бы не так благозвучно – свинец входит в состав хрусталя (хотя впервые он попал туда по ошибке одного чешского стеклодува). Рентгеновские кабинеты прекратили бы прием пациентов – от радиации ничто не защищает, кроме свинцовых фартуков. А чем бы мы паяли? И еще много, много всего не удалось бы сделать, если бы в арсенале человечества не было тяжелого серого металла. Да, кстати, про арсеналы: нитрат свинца используется для производства мощной взрывчатки, а в качестве детонатора наиболее распространен азид свинца.

«Серебристо-белый металл с голубоватым отливом, блестящий на срезе»… Так говорит про свинец Википедия. Многих это описание приведет в недоумение, ведь цвет свинца всем известен – он серо-черный, как низкие грозовые тучи. А все потому, что на воздухе происходит стремительное окисление свинца, а пленка окислов придает поверхности металла темный оттенок.

В детстве многие самостоятельно изготавливали свинцовые грузила для рыбалки. Нужно насыпать в консервную банку «потроха» от старых аккумуляторов и совсем недолго нагреть плошку на костре. Температура плавления свинца всего 328 градусов по Цельсию. Затем вылить расплавленный металл на плоский камень… готово, можно резать. Для этого не нужны особые усилия – подойдет обычный нож и даже старые ножницы. Plumbum – мягкий металл, его пластинки можно без усилий свернуть в трубочку.

Фото: Свинец очень удобно использовать в качестве рыболовных грузил -
он не подвержен коррозии, легко принимает нужную форму.

Что тяжелее свинца? Из тех веществ, которые можно встретить в быту, прямо скажем, немногие. Золото – оно тяжелее свинца почти в два раза. И ртуть. Если кусок свинца положить в емкость с ртутью, он будет плавать на поверхности.

Расплавленный свинец напоминает ртуть – он блестящий, подвижный, и в нем, как в зеркале, отражаются окружающие предметы. Но, остывая, свинец тут же окисляется и покрывается мутной пленкой, темнеющей на глазах. Если вылить каплю расплавленного свинца в воду, то получатся всякие замысловатые фигурки, не хуже иных творений модных скульпторов. Но не рекомендуем увлекаться подобным творчеством – свинец ядовит, хотя влияние его на человека проявляется далеко не сразу. Особенно коварны его пары. Тот, кто работает со свинцом, должен регулярно проходить медицинские осмотры.

Ученые из США на протяжении многих лет собирали статистику, которая подтвердила, что в тех районах, где ведется добыча и переработка свинца, уровень преступности в 4 раза превышает аналогичные показатели в среднем по стране.

От автора: российским ученым стоит провести встречный эксперимент и поразить коллег из США сенсационными данными: в районах, где ведется добыча свинца открытым способом, похмелье переносится в 4 раза легче, чем в среднем по стране…

Месторождения свинца

Свинец в природе в чистом виде не встречается. Он всегда смешан с каким-либо металлом, чаще всего с оловом и сурьмой. Обязательно содержится в урановых и ториевых рудах, потому что свинец – не что иное, как последняя стадия распада урана. Вернее, в природе существует пять стабильных изотопов свинца, из которых три – продукты распада U и Th. Эти три изотопа занимают 98,5% от всего количества Pb, содержащегося в земной коре. В процессе ядерной реакции возникают и тут же распадаются многочисленные радиоактивные изотопы свинца.

Основным сырьем для получения свинца служит галенит, он же - свинцовый блеск, химическая формула - PbS. Его кристаллы тяжелые, блестящие и хрупкие.

Фото: Галенит или свинцовый блеск, PbS

Минералы, содержащие свинец и цинк (а также серебро, медь, железо, кадмий и ряд других металлов) образуют общее рудное тело. Комплексные полиметаллические руды имеют в составе такие ценные элементы, как золото, галлий, индий и многие другие. В настоящее время наиболее экономически выгодно извлекать из них свинец и цинк, реже – серебро. Остальное складируют под открытым небом в так называемые хвостохранилища. Это не отходы, а резервы сырья. В перспективе возможна их повторная отработка.

Состав руд Горевского месторождения уникален в своем роде:

(Продолжение следует...)

СВИНЕЦ , Pb, тяжелый металл, химический элемент IV группы периодической системы, аналог олова; атомный вес 207,2, порядковый номер 82. Известны изотопы Pb с атомным весом 206, 207, 208 (209?). Металлический свинец синевато-серого цвета, образует кристаллы правильной (кубической) системы с сильным металлическим блеском на свежем разрезе; он очень мягок (твердость по шкале Моса 1,5, по Бринеллю 4), легко режется ножом и пишет, оставляя серую черту; тягуч, но мало прочен на разрыв: предел прочности 1,8 кг/мм 2 , модуль упругости 0,16·10 -6 кг/см 2 . Твердость свинца зависит от количества примесей (загрязнений), которыми могут являться Sb, Сu, Bi, Fe, Ag, Zn, Ni, Cd, As, Co, Mn и S; от этих примесей зависят также и другие свойства продажного свинца. Удельный вес металлического свинца 11,37; температура плавления 327,4°С; теплота плавления 6,2 cal/г; удельный вес жидкого свинца 10,37-10,65; температура кипения 1525°С; свинец начинает заметно улетучиваться при 850-900°С; в смеси с другими металлами (цинк, сурьма) летучесть его увеличивается и наблюдается при еще более низкой температуре; коэффициент расширения (при 20°С) 0,293·10 -4 ; свинец - плохой проводник тепла и электричества; теплопроводность его (при 0°С) 0,0837 cal; электропроводность (при 0°С) (4,91-5,18)·10 -4 мо·см; температурный коэффициент сопротивления (406-428)·10 -5 ; магнитная восприимчивость 0,114·10 -6 ; свинец, погруженный в раствор азотнокислой соли Pb(NО 3) 2 , распадается в крупнокристаллический порошок; металлический свинец, восстановленный цинком из раствора солей свинца, имеет вид ветвистой массы сросшихся кристаллов, носящей название «сатурнова дерева» (алхимики называли свинец Сатурном); явление сатурнова дерева объясняется присутствием в свинце загрязнений, которые растворяются скорее, чем свинец, причем вместе с ними в раствор переходит и часть свинца.

Химические свойства свинца . Под влиянием влажного воздуха свинец окисляется с поверхности, образуя корку гидрата окиси свинца Рb(ОН) 2 ; расплавленный свинец под действием воздуха переходит в глет РbО. Серная и соляная кислоты в холодном состоянии не действуют на свинец; плавиковая кислота при нагревании сильно разъедает свинец. При температуре белого каления свинец разлагает воду; разбавленная серная кислота не действует на свинец; крепкую H 2 SО 4 он разлагает, выделяя SО 2 . Лучшим растворителем свинца служит азотная кислота, которая переводит его в соль Pb(NО 3) 2 ; при доступе воздуха свинец легко реагирует со многими даже слабыми кислотами; это особенно характерно для уксусной кислоты: погруженная в нее свинцовая палочка не растворяется вовсе, но если погрузить только часть ее или обливать ее тонким слоем уксусной кислоты, то свинец легко образует с кислородом воздуха окись свинца РbО, дающую с кислотой уксуснокислый свинец. Значительно влияние твердых примесей на свинец: мышьяк способствует его грануляции; висмут улучшает кристаллизацию. Свинец хорошо сплавляется с серебром, золотом, висмутом, оловом, мышьяком. Основным сырьем для получения свинца служат сульфидные руды.

Металлургия свинца . Из главных соединений, с которыми приходится иметь дело в металлургии свинца, необходимо отметить: свинцовый блеск PbS, глет РbО, сернокислый свинец PbSO4 и силикаты свинца РbО·SiO 2 . PbS плавится при 1120°C; он очень жидкоплавок; интенсивно летит при 950°C; окисление PbS начинается при 360-380°C по формуле:

2PbS+ЗО 2 =2РbО+2SO 2 +202000 cal,
2РbО+2SO 2 =2PbSO 4 +183400 cal.

РbО и PbSO 4 являются десульфуризаторами для сернистого свинца. На реакциях между PbS, РbО и PbSO 4 основана реакционная плавка. При окислении PbS при низкой температуре получается PbSО 4 , при более высокой - РbО. Сернистый свинец разлагается известью и окисью бария в присутствии углерода. Твердый углерод разлагает PbS при 1000°C. Свинец вытесняется из сульфидов рядом других металлов: Zn, Sn, Fe, Ni, Сu, Mn.

На вытеснении его железом основана осадительная плавка по реакции:

PbS+Fе=Рb+FeS.

Основной железистый силикат легко разлагает сульфид свинца. Сернистый свинец с сульфидами других металлов образует штейны. РbО плавится при 880°C. Сильно летит при 952°C. В соединении со многими, не плавящимися сами по себе окислами образует жидкоплавкие смеси. Восстановление окиси свинца углеродом начинается при 400-500°С, окисью углерода - при 160-185°С. Свинец восстанавливается железом, мышьяком, сурьмой, оловом, висмутом, медью, цинком, железом. РbО легко растворяется в кислотах и щелочах. Сульфат свинца PbSО 4 плавится при 1100°С, при температуре 900°С разлагается. Кремнезем разлагает PbSО 4 при 1030°С с образованием силиката; окись железа разлагает PbSО 4 при 900°С. При высокой температуре протекают следующие реакции:

Рb+PbSO 4 =2РbО+SO 2 ,
4Fe+PbSO 4 =Fe 3 O 4 +FeS+Pb,
CaO+PbSO 4 =CaSO 4 +PbO.

Восстановление сульфата свинца углеродом начинается при 550°С, окисью углерода - при 600°С. Силикаты свинца хРЬО·ySiО 2 легкоплавки, температура плавления их тем ниже, чем выше содержание в них кремнезема; для восстановления свинца из силикатов необходимо заменить РbО другим основанием.

Получение свинца . В настоящее время свинец получается исключительно пирометаллургическим путем. Различают три способа: 1) агломерирующий обжиг с последующей восстановительной плавкой в шахтной печи, 2) обжиг и реакционная плавка в горнах и 3) осадительная плавка. По первому способу, наиболее распространенному, сульфидные руды переводятся при обжиге в окисленное состояние. Обжиг сопровождается агломерированием руды для возможности плавки ее в шахтной печи. Обыкновенно обжиг с агломерацией ведется в 2 приема. Свинцовую руду или концентраты подвергают предварительному обжигу во вращающихся одноподовых или многоподовых печах типа Веджа. Обожженная руда, содержащая 8-10% серы, увлажненная до 10% влаги, подвергается окончательному агломерирующему обжигу либо во вращающихся котлах (конвертерах) конической формы с вдуванием воздуха (способ Huntington-Heberlein) (фиг. 1), либо на спекательных машинах Дуайт-Ллойда, в которых воздух просасывается через шихту.

По первому способу шихта порциями загружается на решетку, под которую подводится воздух. Сернистые газы удаляются через отверстие, в крышке конвертера. Длительность операции 12-18 ч. Производительность конвертера 10-20 т. Серы в агломерате остается 3-4%. Спекание идет за счет тепла, получаемого от горения серы. Готовый агломерат вываливается наружу, разбивается на куски и подается на ватержакет. Недостатки способа спекания в котлах: прерывность процесса, большое количество (до 30% общего веса) остающейся не спекшейся массы и невозможность механизации загрузки шихты и разбивки агломерата. Эти недостатки устраняются при работе на непрерывно действующих спекательных машинах. Различают два рода спекательных машин, применяемых для агломерации свинцовых руд: круглая машина Шлипенбаха и ленточный аппарат Дуайт-Ллойда. Круглая машина занимает много места и дает холодный агломерат. Отходящие газы, содержащие до 5% SО 2 , поступают на сернокислотный завод. Ленточный аппарат Дуайт-Ллойда дает горячий продукт. Отходящие газы содержат небольшое количество SО 2 и их использование затруднительно. Все процессы при работе на спекательных машинах механизированы. Основные достоинства спекательных машин заключаются в непрерывности процесса и легкости обслуживания. Готовый материал получается тонкими слоями, что облегчает его разбивку. Вместо предварительного обжига в механических печах с последующей агломерацией можно применить двойной агломерирующий обжиг на спекательных машинах Дуайт-Ллойда. При первом обжиге (быстрый ход машины) шихта десульфуризируется до содержания серы в 7-8%; получаемый агломерат измельчается, увлажняется и поступает на второе спекание. Необходимость двойного обжига объясняется тем обстоятельством, что при обжиге выделяется большое количество тепла, вследствие чего шихта преждевременно спекается, не успев полностью окислиться. По способу Савельсберга десульфуризация в котлах производится в один прием в присутствии известняка. Количество последнего колеблется от 15 до 20% от веса руды. Известняк играет роль уплотнителя. Кроме того, он поглощает часть избыточного тепла. При наличии меди в руде при обжиге оставляют до 4% серы для получения при плавке свинцово-медного штейна. При отсутствии меди штейнообразование излишне, и тогда обжиг ведется намертво. При содержании в руде никеля , кобальта и мышьяка последний оставляется для образования при плавке арсенатов никеля и кобальта, которые в виде шпейзы отделяются от свинца и штейна.

Плавка веркблея . Свинец в агломерате находится в виде силиката, окиси, сульфата, сульфида и частью в металлическом состоянии. Железо связано в виде силикатов и ферритов; частично оно может остаться в виде сульфида. СаО встречается в виде силиката, сульфата или в свободном состоянии. Кроме того, в агломерате содержатся глинозем, арсенаты, антимонаты, небольшие количества соединений меди, висмута, никеля, кобальта, серебро, а иногда и золото. Из агломерата свинец получается восстановительной плавкой. Восстановителями являются как твердый углерод, так и окись углерода. Плавка свинцового агломерата производится в шахтных печах в присутствии кокса и прибавлением железистых и известковых флюсов для получения жидкоплавких шлаков. Продуктами плавки являются веркблей, шпейза, шлак и штейн. В шахтной печи от колошника до фурм различают 4 зоны: в 1-й зоне, в верхней части печи с температурой 100-300°С, шихта просушивается. Во 2-й зоне, с температурой 400-700°С, начинается диссоциация сульфатов и карбонатов с одновременным восстановлением окислов и сульфатов углеродом и окисью углерода. При этом протекают следующие реакции:

РbО+С=Рb+СО;
РbО+СО=Рb+СO 2 ;
PbSO 4 +4С=PbS+4СО;
СO 2 +С=2СО.

Кроме того, могут протекать реакции, характерные для реакционной и осадительной плавок. В 3-й зоне, с температурой 900°С, все предыдущие реакции протекают более интенсивно. Мышьяковистокислое железо связывает никель и кобальт, образуя шпейзу. Медь в виде Cu 2 S соединяется с сульфидами других металлов (FeS, PbS, ZnS), образуя штейн. В 4-й воне, или зоне плавления, предшествующие реакции заканчиваются и протекает основная реакция шлакообразования:

2PbО+SiО 2 +FeО+CaО+2C=2Pb+FeО·CaО·SiO 2 +2СО

с получением металлического свинца и шлаков.

Основным показателем хода процесса в шахтной печи являются шлаки. Шлак нормальной свинцовой плавки д. б. достаточно жидкоплавок и иметь удельный вес 3,4-3,6. Шлак должен легко отделяться от штейна и шпейзы. Шлаки свинцовой плавки состоят гл. обр. из железистых и известковых силикатов. Кислотный индекс колеблется между 1-1,5. Хотя шлаки (от моно- до полуторосиликата) размягчаются при высокой температуре, но зато плавятся сразу и достаточно жидкоплавки. Кроме закиси железа и окиси кальция шлаки также содержат и другие основания. На практике содержание СаО не должно превышать 12%. В виду того что окись цинка, которая всегда содержится в агломерате, при переходе в шлак делает последний вязким, содержание ZnO д. б. минимальным. На практике, однако, получаются шлаки с содержанием до 20 % окиси цинка. Шлаки с большим содержанием окиси цинка д. б. более железисты при снижении содержания кремнезема и окиси кальция. Шлаки д. б. гомогенны. Разность между удельным весом штейнов и шлаков д. б. не менее 1,5. Шлаки д. б. химически индифферентны. Кислые шлаки растворяют больше штейна, чем основные, железистые - больше известковых. Шлак должен быть так рассчитан, чтобы расход флюсов был минимальный. Шлаки д. б. жидкоплавки в интервале температур 1000 и 1200°С. Отвальные шлаки должны содержать не более 1-2% свинца и 0,001-0,002% Ag.

Для выплавки свинца применяют шахтные печи прямоугольного или круглого сечения. Стенки печи делают из кессонов, охлаждаемых водой. Воздух подается под давлением через фурмы, число которых зависит от типа печей. Диаметр круглых печей не превышает 1,5 м. Печи прямоугольного сечения, имеющие ширину в пределах, определяемых давлением дутья, м. б. в длину увеличены до желаемых размеров. Обыкновенно ширина печи на уровне фурм колеблется от 1 до 1,25 м; длина печи - от 3,5 до 4,5, редко превышая 5 м. Расстояние от уровня фурм до колошника колеблется от 4 до 7 м; расстояние от фурм до пода горна составляет 0,5-1,0 м. Шахта лишь в нижней своей части составляется из кессонов. Верхняя часть шахты представляет собой кожух, выложенный огнеупорным кирпичом. Внутренний горн, выложенный из огнеупорного кирпича, помещается в железном кожухе. Выпуск свинца производится через сифон Арентса по принципу двух сообщающихся сосудов. Расплавленные материалы выпускаются периодически или непрерывно в вангрес - передний горн, где происходит отстаивание. Шпейза, удельный вес которой равен 7, садится на дно, затем идут штейны с удельным весом около 5 и наконец шлаки. По мере накопления штейна, его выпускают из переднего горна. Шлаки стекают непрерывно. Шлаки и штейны часто гранулируются. Загрузка печи производится через колошник вручную или механическим путем. Колошник делается открытым. Плавку надо вести т. о., чтобы потери свинца и серебра в шлаках через улетучивание были минимальными. Колошник д. б. холодным и его иногда охлаждают водой. Среднее содержание свинца в шихте составляет 25-35%. Извлечение свинца достигает 90- 95%. В виду значительной летучести свинца и его соединений после спекательных машин и ватержакетных печей устанавливаются мешочные пылеуловители (бегхоузы или котрели).

Обжиг и реакционная плавка . Успехи флотационного обогащения, в результате которого получаются богатые свинцом концентраты, сделали возможным получение свинца способом реакционной плавки. В основном процесс состоит в обжиге свинцового блеска при температуре 500-600°С до получения необходимого количества РbО и PbSO 4 для обеспечения реакции:

PbS+2PbO = 3Pb+S0 2 ;
PbS+PbSO 4 = 2Pb+2SO 2 .

При избытке сульфата свинца протекает реакция:

PbS+3PbSО 4 =4PbО+4SО 2 .

По этому способу можно перерабатывать руды, содержащие не выше 3% кремнезема, во избежание образования свинцовых силикатов, обволакивающих частицы руды. Шихта должна все время находиться в тестообразном состоянии. Присутствие железа нежелательно, так как оно делает массу легкоплавкой. Сернистое железо, соединяясь с сернистым свинцом, образует штейн. Соединения сурьмы также препятствуют нормальному ходу процесса. Известь, являясь уплотнителем, придает массе необходимый губчатый вид, однако извести не д. б. более 12%. В виду низкой температуры процесса веркблей получается сравнительно чистым от примесей. По этому способу выход металлического свинца составляет 65-70%. В шлаки переходит около 5% свинца. Унос пыли составляет около 25% от всего свинца.

Шлаки, содержащие 40-50% свинца, поступают в шахтную печь. Плавка ведется в горной печи Ньюмана с механическим перегребанием (фиг. 2, где а - горн, б - кессоны, в - рабочая площадка, г - газоотвод в пылеуловитель, д - дополнительный колпак над плитой, е - фурменный ящик, ж - механическая лопата для перегребания). Печь представляет собой бассейн, наполненный жидким свинцом. С передней открытой стороны печи происходит загрузка свежей шихты и выгрузка шлаков. Три другие стороны печи снабжены кессонами, охлаждаемыми водой. В задней стенке имеются фурмы для подачи воздуха. Расход топлива составляет около 8%. Для улавливания пыли устанавливаются мешочные фильтры и котрели. Пыль возвращается обратно в передел. Среднее содержание свинца в руде, поступающей на горновую плавку, не д. б. ниже 70-75%.

Осадительная плавка основана на реакции: PbS+Fe=FeS+Pb; она применима исключительно для богатых руд, не содержащих примесей. Железо вводится в виде окислов или силикатов. Количество расходуемого железа составляет 33% от веса получаемого свинца. Процесс идет при высокой температуре, что сопровождается большими потерями свинца. Основное преимущество этого процесса - отсутствие обжига и бесшлаковая плавка. Метод плавки свинцового агломерата в ватержакетных печах находил свое оправдание при переработке крупнозернистых концентратов с невысоким содержанием свинца. Этот способ является единственным при переработке свинцовых концентратов, содержащих значительное количество цинка. Для агломерирования и плавки богатых флотационных концентратов д. б. применены другие более совершенные методы. Одним из таких методов может явиться способ прямого купелирования сульфидных серебросодержащих свинцовых концентратов, обжиг во взвешенном состоянии с получением жидкого глета, металлического серебра или веркблея. Т. о. обжиг, агломерация и плавка в шахтной печи будут заменены одним процессом.

Рафинирование свинца . В веркблей переходит значительное количество примесей (Сu, As, Sn, Sb, Bi, Ni, Co, Fe, Zn, S), которые делают металл негодным к употреблению без предварительной рафинировки. Извлечение золота и серебра из веркблея также возможно лишь в том случае, когда свинец свободен от примесей. Медь, никель, кобальт и железо обусловливают больший расход цинка при паркессировании, а мышьяк и олово препятствуют съему цинковой серебристой пены. Удаление примесей производится ликвацией, окислительной плавкой, специальными реагентами и электролизом.

1) Ликвацией , или зейгерованием можно удалить до 100% серы, 90% Ni, Со, Fe, Zn, 93% меди, 25% мышьяка. Для процесса ликвации применяют печи с наклонным подом. Печь с площадью пода в 3 м 3 пропускает в 24 ч. 30 тонн веркблея. Атмосфера в печи восстановительная. Температура - тёмно-красного каления. Выход свинца составляет 95-97%. В остатках содержится 45-60% свинца.

2) Рафинирование свинца окислительной плавкой . Для удаления меди пользуются слабой растворимостью этого металла в свинце. Если расплавить медь, содержащую свинец, и выдержать ванну определенное время при низкой температуре, то большая часть меди всплывает на поверхность в виде медистой пенки. Одновременно с медью удаляется большая часть никеля, кобальта и мышьяка. При дальнейшем окислении удаляется олово, сурьма, цинк, железо и сера. Висмут, серебро и золото остаются растворенными в свинце. Для окисления примесей служит воздух или пар. Выбор окислителя зависит от рода примесей. Цинк окисляется и паром, и воздухом. Мышьяк и сурьма окисляются только воздухом. Цинк удаляется также с помощью хлора. Висмут не окисляется ни паром, ни воздухом; для его удаления применяется способ Паттинсона, по которому при повторных кристаллизациях висмут концентрируется в обогащенном серебром свинце. В современной практике висмут, содержащий свинец, подвергается электролитическому рафинированию. Удаление висмута возможно также с помощью свинцово-кальциевых сплавов, причем образуется сплав кальций-висмут, который всплывает на поверхность ванны. Рафинирование свинца производится в несколько приемов в отражательной печи емкостью от 100 до 300 т. Площадь пода стотонной печи 20 м 2 . Глубина ванны 30-50 см; отношение ширины к длине 1:2. Стены печи выкладываются из хромистого или магнезитового кирпича. При рафинировании расплавленный веркблей выдерживается при низкой температуре для облегчения выделения медистой пенки, которая увлекает с собой часть мышьяка и почти весь никель, и кобальт. Медистую пенку, называемую шликером , удаляют. После съемки шликеров ванну снова разогревают и окисляют струей воздуха. В первую очередь окисляется олово и часть сурьмы. При охлаждении ванны получается оловянистая пенка, называемая абцугом , и сурьмянистый свинец, называемый абштрихом . После снятия оловянистой пенки снова разогревают ванну, продолжая вдувать воздух. Окислы мышьяка и сурьмы образуют сурьмянистые абцуги, которые удаляются аналогичным путем. Продолжительность рафинирования зависит от количества примесей; в среднем оно длится от 1 до 5 дней. Удаление меди можно произвести при помощи серного цвета. В расплавленную ванну при температуре около 350°С прибавляют постепенно серный цвет в количестве 0,5-1,0 кг на 1 кг меди. При перемешивании ванны получаются шликеры, содержащие 12- 20% меди в виде сернистого соединения. Количество меди в свинце доводится по этому способу до 0,025% и ниже.

3) Рафинирование свинца специальными реагентами осуществляется по способу Гарриса. Последний основан на применении каустической соды и выполняется в аппарате, в котором перемешивание свинца и каустика не сопровождается получением глета. Температура процесса около 400°С. Реактивом для удаления мышьяка, сурьмы и олова служит смесь из едкого натра, хлористого натра и селитры; NaOH абсорбирует окислы получаемых примесей, NaCl понижает температуру плавления смеси, a NaNО 3 служит окислителем. По этому способу удается сконцентрировать примеси в оборотных продуктах, содержащих небольшое количество свинца. Последующей переработкой примеси м. б. получены в отдельности. Аппарат, применяемый при рафинировании по способу Гарриса, состоит из цилиндрического приемника, переходящего внизу в коническую воронку, погружаемую в расплавленный свинец (фиг. 3).

Приемник заполняется смесью соды и соли. Центробежным насосом расплавленный свинец перекачивается в приемник. Проходя через реактив, свинец освобождается от примесей. По способу Гарриса можно рафинировать лишь предварительно обезмедненный веркблей. Примеси концентрируются в виде арсенатов, антимонатов и станнатов натрия. По способу Гарриса висмут не удаляется. Способ этот применяется для веркблея, содержащего значительное количество мышьяка, сурьмы и олова. Рафинирование свинца по способу Шахмурадова основано на том, что обезмедненный веркблей продувается вазообразным хлором. Образующиеся при этом хлориды улетучиваются.

Свинец, прошедший первую рафинировку, подвергается обессеребрению по способу Паркеса.

При паркессировании в свинце остается 0,6% цинка. Удаление цинка производится окислительной плавкой, продувкой паром и хлорированием. При первых двух способах цинк окисляется за счет кислорода воды и в виде окиси улетучивается. Третий способ находит все большее распространение; он состоит в том, что расплавленный свинец перекачивается непрерывно насосом через цилиндр, заполненный газообразным хлором. Цинк переходит в ZnCl 2 . Одновременно часть свинца также хлорируется. Хлориды всплывают на поверхность. Из смеси хлорид свинца вытесняется металлическим цинком.

4) Электролитическая рафинировка свинца . Этот способ применяется для рафинирования висмутсодержащего свинца или для получения высокой чистоты металла. Наиболее распространен способ Беттса. Электролизу подвергается предварительно отрафинированный веркблей. Серебро и висмут вместе с остальными примесями остаются в шламах. Электролитом служит смесь из кремнефтористого свинца, кремнефтористой водородной кислоты и незначительного количества желатины. Электролит содержит 7% свинца в виде PbSiFe 6 и 5% свободной H 2 SiF 6 . Желатину прибавляют в количестве 500 кг на одну тонну рафинированного свинца. Ванны изготовляют из цемента, внутри выкладывают асфальтом. Плотность тока колеблется от 170 до 200 А/м 2 . Напряжение между электродами 0,35-0,5 V. Размеры анодов 0,90х0,60 х0,077 м. В ванне помещается 20 анодов и 21 катод на расстоянии 40-50 мм друг от друга. Анод весит 170 кг. Аноды и катоды вынимаются каждые 4-5 дней. Получение 1 тонны электролитного свинца требует 84 kWh. Дважды рафинированный обессеребренный свинец разливается в чушки весом примерно 40 кг каждая. Разлив свинца производится специальными разливочными машинами.

В Советском Союзе производство свинца концентрируется на нескольких заводах на базе мощных месторождений свинцово-цинковых полиметаллических руд. В настоящее время работают свинцовые заводы: Приморский (Тетюхе - Дальний Восток), Риддеровский (Алтай), Прииртышский (Алтай), Алагирский (Сев. Кавказ). Кроме того, во втором пятилетии войдут в эксплуатацию строящиеся свинцовые заводы: Чимкентский (Южный Казахстан) на базе месторождений сульфидных и окисленных руд Кара-Тау (Южный Казахстан) и Карамазар (Средняя Азия) и Черемховский завод (Сибирь) на базе Забайкальских месторождений полиметаллических руд. Мощность этих заводов к концу второго пятилетия (в тоннах):

Кроме того, на ряде цинковых заводов имеются цехи для переработки свинецсодержащих отходов (раймовки и кэков).

Применение свинца . Свинец благодаря своей мягкости, ковкости и хорошим антикоррозийным свойствам широко применяется в промышленности. Он входит составной частью в ряд сплавов, как баббиты, типографские сплавы и др. Соединения свинца играют большую роль в красочной промышленности. За последние годы в связи с бурным развитием авто- и авиапромышленности первое место по потреблению свинца занимает аккумуляторное производство (на изготовление аккумуляторных батарей расходуется около 25% от мировой добычи свинца). Второе место по потреблению свинца занимает кабельное производство. На освинцование кабелей расходуется около 20% всего свинца. Для придания свинцу, идущему на покрытие кабеля, большей жесткости к нему прибавляют 3% Sn или же 1% Sb. Олово можно заменить кальцием в количестве 0,03-0,04% Са. Свинец сплавляется со многими металлами. Гартблей, или твердый свинец, содержит 16% Sb; свинец, идущий на производство аккумуляторов, содержит 7% Sb; для покрытия крыш, на водосточные трубы и желоба применяется сплав, содержащий 6% Sb. Шрапнель изготовляется из сплава Рb с 12% Sb. Дробь делается из свинца, содержащего 1% Аs. Свинцовые легкоплавкие припои представляют сплав из свинца и олова.

Свинец входит также в состав легкоплавких висмутовых сплавов. Свинцовая фольга, ординарная или свинцово-оловянная, применяется для защиты ряда предметов от света и влаги. Толщина свинцовой фольги колеблется от 0,025 до 0,0125 мм. Свинец в химической промышленности находит применение в виде листов и труб (а также листов, покрытых оловом, - т. н. альбион-металл) для изготовления камер, башен и других аппаратов в кислотном производстве. Трубопроводы из свинца применяются на ряде производств для транспортировки коррозирующих жидкостей. Благодаря ковкости и гибкости свинцовые листы применяют для покрытия железных, медных и других деталей, подвергаемых разъеданию теми или иными веществами. Рольным свинцом обкладываются ванны, применяемые для электролиза меди, цинка и других металлов.

Свинец — элемент главной подгруппы четвёртой группы, шестого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 82. Обозначается символом Pb (лат. Plumbum). Простое вещество свинец (CAS-номер: 7439-92-1) — ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серого цвета.

Происхождение слова «свинец» неясно. В большинстве славянских языков (болгарском, сербско-хорватском, чешском, польском) свинец называется оловом. Слово с тем же значением, но похожее по произношению на «свинец», встречается только в языках балтийской группы: švinas (литовский), svins (латышский).

Латинское же plumbum (тоже неясного происхождения) дало английское слово plumber — водопроводчик (когда-то трубы зачеканивали мягким свинцом), и название венецианской тюрьмы со свинцовой крышей — Пьомбе, из которой по некоторым данным ухитрился бежать Казанова. Известен с глубокой древности. Изделия из этого металла (монеты, медальоны) использовались в Древнем Египте, свинцовые водопроводные трубы — в Древнем Риме. Указание на свинец как на определённый металл имеется в Ветхом Завете. Выплавка свинца была первым из известных человеку металлургических процессов. До 1990 г. большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) для отливки типографских шрифтов, а также в виде тетраэтилсвинца — для повышения октанового числа моторного топлива.

Нахождение свинца в природе

Получение свинца

Страны — крупнейшие производители свинца (включая вторичный свинец) на 2004 год (по данным ILZSG), в тыс. тонн:

Физические свойства свинца

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 плёнкой 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

Температура кипения — 1740 °C

Химические свойства свинца

Электронная формула: KLMN5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 2 , в соответствии с чем он имеет степени окисления +2 и +4. Свинец не очень активен химически. На металлическом разрезе свинца виден металлический блеск, постепенно исчезающий из-за образования тонкой плёнки РbО.

С кислородом образует ряд соединений Рb2О, РbО, РbО2, Рb2О3, Рb3О4. Без кислорода вода при комнатной температуре не реагирует со свинцом, но при большой температуре получают оксида свинца и водород при взаимодействии свинца и горячего водяного пара.

Оксидам РbО и РbО2 соответствуют амфотерные гидрооксиды Рb(ОН)2 и Рb(ОН)4.

При реакции Mg2Pb и разбавленной HCl получается небольшое количество РbН4. PbH4 — газозообразное вещество без запаха, которое очень легко разлагается на свинец и и водород. При большой температуре галогены образовывают со свинцом соединения вида РbХ2 (X — соответствующий галоген). Все эти соединения мало растворяются в воде. Могут быть получены галогениды и типа РbХ4. Свинец с азотом прямо не реагирует. Азид свинца Pb(N3)2 получают косвенным путём: взаимодействием растворов солей Рb (II) и соли NaN3. Сульфиды свинца можно получить при нагревании серы со свинцом, образуется сульфид PbS. Сульфид получают также пропусканием сероводорода в растворы солей Pb (II). В ряду напряжений Pb стоит левее водорода, но свинец не вытесняет водород из разбавленных HCl и H2SO4, из-за перенапряжения Н2 на Pb, а также на поверхности металла образуются плёнки трудно-растворимых хлорида РbCl2 и сульфата PbSO4, защищающие металл от дальнейшего действия кислот. Концентрированные кислоты типа H2SO4 и НCl при нагревании действуют на Pb и образуют с ним растворимые комплексные соединения состава Pb(HSO4)2 и Н2[РbCl4]. Азотная, а также некоторые органических кислоты (например, лимонная) растворяют свинец с получением солей Рb(II). По растворимости в воде соли свинца делятся на нерастворимые (напрммер, сульфат, карбонат, хромат, фосфат, молибдат и сульфид), малорастворимые (вроде, хлорид и фторид) и растворимые (к примеру,ацетат, нитрат и хлорат свинца). Соли Pb (IV) могут быть получены электролизом сильно подкисленных серной кислотой растворов солей Рb (II). Соли Pb (IV) присоединяют отрицательные ионы с образованием комплексных анионов, например, плюмбатов (РbО3)2- и (РbО4)4-, хлороплюмбатов (РbCl6)2-, гидроксоплюмбатов [Рb(ОН)6]2- и других. Концентрированные растворы едких щелочей при нагревании реагируют с Pb с выделением водорода и гидроксоплюмбитов типа Х2[Рb(ОН)4]. Еион (Ме=>Ме++e)=7,42 эВ.

Основные соединения свинца

Оксиды свинца

Оксиды свинца имеют преимущественно основный или амфотерный характер. Многие из них окрашены в красные, жёлтые, чёрные, коричневые цвета. На фотографии в начале статьи, на поверхности свинцовой отливки, в её центре видны цвета побежалости — это тонкая плёнка оксидов свинца, образовавшаяся из-за окисления горячего металла на воздухе.

Галогениды свинца

Халькогениды свинца

Халькогениды свинца — сульфид свинца, селенид свинца и теллурид свинца — представляют собой кристаллы чёрного цвета, которые являются узкозонными полупроводниками.

Соли свинца

Сульфат свинца
Нитрат свинца
Ацетат свинца — свинцовый сахар, относится к очень ядовитым веществам. Ацетат свинца, или свинцовый сахар, Pb(CH 3 COO) 2 ·3H 2 O существует в виде бесцветных кристаллов или белого порошка, медленно выветривающегося с потерей гидратной воды. Соединение хорошо растворимо в воде. Оно обладает вяжущим действием, но так как содержит ионы ядовитого свинца, то применяется как наружное в ветеринарии. Ацетат применяют также в аналитической химии, крашении, ситценабивном деле, как наполнитель шёлка и для получения других соединений свинца. Основной ацетат свинца Pb(CH 3 COO) 2 ·Pb(OH) 2 — менее растворимый в воде белый порошок — используется для обесцвечивания органических растворов и очистки растворов сахара перед анализом.

Применение свинца

Свинец в народном хозяйстве

Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ. Азид свинца применяется как наиболее широкоупотребляемый детонатор (инициирующее взрывчатое вещество). Перхлорат свинца используется для приготовления тяжелой жидкости (плотность 2,6 г/см³), используемой во флотационном обогащении руд, он иногда применяется в мощных смесевых взрывчатых веществах как окислитель. Фторид свинца самостоятельно, а так же совместно с фторидом висмута, меди, серебра применяется в качестве катодного материала в химических источниках тока. Висмутат свинца, сульфид свинца PbS, иодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях. Хлорид свинца PbCl2 в качестве катодного материала в резервных источниках тока. Теллурид свинца PbTe широко применяется в качестве термоэлектрического материала (термо-э.д.с 350 мкВ/К), самый широкоприменяемый материал в производстве термоэлектрогенераторов и термоэлектрических холодильников. Двуокись свинца PbO2 широко применяется не только в свинцовом аккумуляторе, но так же на её основе производятся многие резервные химические источники тока, например — свинцово-хлорный элемент, свинцово-плавиковый элемент и др.

Свинцовые белила , основной карбонат Pb(OH)2.PbCO3, плотный белый порошок, — получается из свинца на воздухе под действием углекислого газа и уксусной кислоты. Использование свинцовых белил в качестве красящего пигмента теперь не так распространено, как ранее, из-за их разложения под действием сероводорода H2S. Свинцовые белила применяют также для производства шпатлевки, в технологии цемента и свинцовокарбонатной бумаги.

Арсенат и арсенит свинца применяют в технологии инсектицидов для уничтожения насекомых — вредителей сельского хозяйства (непарного шелкопряда и хлопкового долгоносика). Борат свинца Pb(BO2)2·H2O, нерастворимый белый порошок, используют для сушки картин и лаков, а вместе с другими металлами — в качестве покрытий стекла и фарфора. Хлорид свинца PbCl2, белый кристаллический порошок, растворим в горячей воде, растворах других хлоридов и особенно хлорида аммония NH4Cl. Его применяют для приготовления мазей при обработке опухолей.

Хромат свинца PbCrO4 известен как хромовый желтый краситель, является важным пигментом для приготовления красок, для окраски фарфора и тканей. В промышленности хромат применяют в основном в производстве желтых пигментов. Нитрат свинца Pb(NO3)2 — белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Это вяжущее ограниченного применения. В промышленности его используют в спичечном производстве, крашении и набивке текстиля, окраске рогов и гравировке. Сульфат свинца Pb(SO4)2, нерастворимый в воде белый порошок, применяют как пигмент в аккумуляторах, литографии, в технологии набивных тканей.

Сульфид свинца PbS, чёрный нерастворимый в воде порошок, используют при обжиге глиняной посуды и для обнаружения ионов свинца.

Поскольку свинец хорошо поглощает γ-излучение, он используется для радиационной защиты в рентгеновских установках и в ядерных реакторах. Кроме того, свинец рассматривается в качестве теплоносителя в проектах перспективных ядерных реакторов на быстрых нейтронах.

Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85-90 % Sn и 15-10 % 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 в виде тетраэтилсвинца (C2H5)4Pb (умеренно летучая жидкость, пары к-рой в малых концентрациях имеют сладковатый фруктовый запах, в больших-неприятный запах; Тпл = 130 °C, Ткип = 80°С/13 мм рт.ст.; плотн. 1,650 г/см³; nD2v = 1,5198; не раств. в воде, смешивается с орг. растворителями; высокотоксичен, легко проникает через кожу; ПДК = 0,005 мг/м³; ЛД50 = 12,7 мг/кг (крысы, перорально)) для повышения октанового числа.

Свинец в медицине

Экономические показатели

Цены на свинец в слитках (марка С1) в 2006 году составили в среднем 1,3—1,5 долл/кг.

Страны, крупнейшие потребители свинца в 2004 году, в тыс. тонн (по данным ILZSG):

Физиологическое действие

Свинец и его соединения токсичны. Попадая в организм, свинец накапливается в костях, вызывая их разрушение. ПДК в атмосферном воздухе соединений свинца 0,003 мг/м³, в воде 0,03 мг/л, почве 20,0 мг/кг. Выброс свинца в Мировой океан 430—650 тысяч т/год.

СВИНЕЦ, Pb (лат. plumbum * а. lead, plumbum; н. Blei; ф. plomb; и. plomo), — химический элемент IV группы периодической системы Менделеева , атомный номер 82, атомная масса 207,2. Природный свинец представлен четырьмя стабильными 204 Pb (1,48%), 206 Pb (23,6%), 207 Pb (22,6%) и 208 Pb (52,3%) и четырьмя радиоактивными 210 Pb, 211 Pb, 212 Pb и 214 Pb изотопами; кроме того, получено более десяти искусственных радиоактивных изотопов свинца. Известен с древних времён.

Физические свойства

Свинец — мягкий пластичный синевато-серый металл; кристаллическая решётка кубическая гранецентрированная (а=0,49389 нм). Атомный радиус свинца 0,175 нм, ионный радиус 0,126 нм (Pb 2+) и 0,076 нм (Pb 4+). Плотность 11 340 кг/м 3 , t плавления 327,65°С, t кипения 1745°С, теплопроводность 33,5 Вт/(м.град), теплоёмкость Cp° 26,65 Дж/(моль.К), удельное электрическое сопротивление 19,3.10 -4 (Ом.м), температурный коэффициент линейного расширения 29,1.10 -6 К -1 при 20°С. Свинец диамагнитен, при 7,18 К становится сверхпроводником.

Химические свойства свинца

Степень окисления +2 и +4. Свинец сравнительно мало химически активен. На воздухе свинец довольно быстро покрывается тонкой плёнкой оксида, предохраняющей его от дальнейшего окисления. Хорошо реагирует с азотной и уксусной кислотами, растворами щелочей, не взаимодействует с соляной и серной кислотами. При нагревании свинец взаимодействует с галогенами, серой , селеном , таллием . Азид свинца Pb(N 3) 2 разлагается при нагревании или ударе со взрывом . Соединения свинца токсичны , ПДК 0,01 мг/м 3 .

Среднее содержание (кларк) свинца в земной коре 1,6.10 -3 % по массе, при этом ультраосновные и основные горные породы содержат меньше свинца (1.10 -5 и 8.10 -3 % соответственно), чем кислые (10 -3 %); в осадочных горных породах — 2.10 -3 %. Свинец накапливается главным образом в результате гидротермальных и гипергенных процессов, нередко образуя крупные месторождения. Существует более 100 минералов свинца, среди которых наиболее важное значение имеют галенит (PbS), церуссит (PbCО 3), англезит (PbSО 4). Одна из особенностей свинца состоит в том, что из четырёх стабильных изотопов один (204 Pb) нерадиогенный и, следовательно, количество его остаётся постоянным, а три других (206 Pb, 207 Pb и 208 Pb) — конечные продукты радиоактивного распада 238 U, 235 U и 232 Th соответственно, вследствие чего их количество постоянно возрастает. Изотопный состав Pb Земли за 4,5 млрд. лет изменился от первичного 204 Pb (1,997%), 206 Pb (18,585%), 207 Pb (20,556%), 208 Pb (58,861%) до современного 204 Pb (1,349%), 206 Pb (25,35%), 207 Pb (20,95%), 208 Pb (52,349%). Изучая изотопный состав свинца в горных породах и рудах , можно устанавливать генетические соотношения, решать разнообразные вопросы геохимии , геологии , тектоники отдельных регионов и Земли в целом и т.д. Изотопные исследования свинца применяются и в поисково-разведочных работах. Широкое развитие получили также методы U-Th-Pb геохронологии , основанные на изучении количественных соотношений между материнскими и дочерними изотопами в горных породах и минералах. В биосфере свинец рассеян, его очень мало в живом веществе (5.10 -5 %) и в морской воде (3.10 -9 %). В промышленно развитых странах концентрация свинца в воздухе, особенно вблизи автомобильных дорог с интенсивным движением, резко возрастает, достигая в отдельных случаях опасных содержаний для здоровья людей.

Получение и применение

Металлический свинец получают окислительным обжигом сульфидных руд с последующим восстановлением PbO до чернового металла и рафинированием последнего. В черновом свинца содержится до 98% Pb, в рафинированном — 99,8-99,9%. Дальнейшая очистка свинца до значений, превышающих 99,99%, проводится с помощью электролиза. Для получения особо чистого металла применяют методы амальгамации , зонной перекристаллизации и др.

Свинец широко применяется в производстве свинцовых аккумуляторов, для изготовления аппаратуры, устойчивой в агрессивных средах и газах. Из свинца изготавливают оболочки электрических кабелей и различные сплавы. Широкое применение нашёл свинец при изготовлении средств защиты от ионизирующих излучений. Оксид свинца добавляют в шихту при производстве хрусталя. Соли свинца используются при производстве красителей, азид свинца — как инициирующее взрывчатое вещество , а тетраэтилсвинец Pb(С 2 Н 5) 4 — как антидетонатор горючего для двигателей внутреннего сгорания.

В художественной литературе часто приходится встречаться с эпитетом «свинцовый». Как правило, он означает тяжесть в прямом или переносном смысле; иногда же он указывает на угрюмый сине-серый цвет. Против последнего сравнения возражать не приходится. Первое же требует уточнений. Среди металлов, используемых техникой нашего времени, многие тяжелее свинца. Свинец всплывает на поверхность, будучи погружен в . В расплаве меди свинцовый кораблик, несомненно, опустился бы на дно, тогда как в золоте плавал бы с очень большой легкостью. «Бы» - потому, что этого произойти не может: свинец плавится задолго до меди или золота (температуры плавления - 327, 1083 и 1063°С соответственно), и кораблик расплавится раньше, чем утонет.
Народы древности не могли изготовить из свинца ни меча, ни лемеха, ни даже горшка - для этого он слишком мягок и легкоплавок. Но в природе нет ни одного металла, который при обычных условиях мог бы соперничать с ним в пластичности. По десятибалльной «алмазной» шкале Мооса сравнительная твердость элемента № 82 выражается цифрой 1,5. Чтобы получить на свинце какое-нибудь изображение или надпись, нет надобности прибегать к чекану, достаточно простого тиснения. Отсюда - свинцовые печати старины. И в наше время принято товарные вагоны, сейфы, складские помещения опечатывать свинцовой пломбой. Кстати, само слово «пломба» (а их сейчас делают из разных материалов) произошло, видимо, от латинского названия свинца plumbum; по-французски название элемента - plomb.

Столь примитивное использование пластичности свинца, как получение на нем оттисков, для современной техники кажется анахронизмом. Тем не менее отпечатки на свинце иногда незаменимы и в наше время.
При глубинном бурении инструмент отнюдь не застрахован от поломок, вызывающих подчас аварии. Если на глубине нескольких сот метров в скважине останется сломанный бур, то как его извлечь обратно, как подцепить?
Самое простое и падежное в таком случае средство - свинцовая болванка. Ее опускают в скважину, и она расплющивается от удара, наткнувшись на сломанный бур. Извлеченная на поверхность болванка «предъявит» отпечаток, по которому можно определить, каким образом, за какую часть зацепить обломок. Появились, правда, гораздо более удобные «осведомители» - каротажные телеустановки. Но насколько они дороже, прихотливей, сложнее!
Свинец очень легко куется и прокатывается. Уже при давлении 2 т/см 2 свинцовая стружка спрессовывается в сплошную монолитную массу. С увеличением давления до 5 т/см 2 твердый свинец переходит в текучее состояние. Свинцовую проволоку получают, продавливая через фильеру не расплав, а твердый свинец. Обычным волочением ее сделать нельзя из-за малой разрывной прочности свинца.

Свинец и наука

В Аламогордо - место первого атомного взрыва - Энрико Ферми выехал в танке, оборудованном свинцовой защитой. Чтобы понять, почему от гамма-излучения защищаются именно свинцом, нам необходимо обратиться к сущности поглощения коротковолнового излучения.
Гамма-лучи, сопровождающие радиоактивный распад, идут из ядра, энергия которого почти в миллион раз превышает ту, что «собрана» во внешней оболочке атома. Естественно, что гамма-лучи неизмеримо энергичнее лучей световых. Встречаясь с веществом, фотон или квант любого излучения теряет свою энергию, этим-то и выражается его поглощение. Но энергия лучей различна. Чем короче их волна, тем они энергичнее, или, как принято выражаться, жестче. Чем плотнее среда, через которую проходят лучи, тем сильнее она их задерживает. Свинец плотен. Ударяясь о поверхность металла, гамма-кванты выбивают из нее электроны, на что расходуют свою энергию. Чем больше атомный номер элемента, тем труднее выбить электрон с его внешней орбиты из-за большей силы притяжения ядром.
Возможен и другой случай, когда гамма-квант сталкивается с электроном, сообщает ему часть своей энергии и продолжает свое движение. Но после встречи он стал менее энергичным, более «мягким», и в дальнейшем слою тяжелого элемента поглотить такой квант легче. Это явление носит название комптон-эффекта по имени открывшего его американского ученого.
Чем жестче лучи, тем больше их проникающая способность - аксиома, не требующая доказательств. Однако ученых, положившихся на эту аксиому, ожидал весьма любопытный сюрприз. Вдруг выяснилось, что гамма-лучи энергией более 1 млн. эв задерживаются свинцом не слабее, а сильнее менее жестких! Факт, казалось, противоречащий очевидности. После проведения тончайших экспериментов выяснилось, что гамма-квант энергией более 1,02 Мэв в непосредственной близости от ядра «исчезает», превращаясь в пару электрон - позитрон, и каждая из частиц уносит с собой половину затраченной на их образование энергии. Позитрон недолговечен и, столкнувшись с электроном, превращается в гамма-квант, но уже меньшей энергии. Образование электронно-позитронных пар наблюдается только у гамма-квантов высокой энергии и только вблизи от «массивного» ядра, то есть в элементе с большим атомным номером.
Свинец - один из последних стабильных элементов таблицы Менделеева . И из тяжелых элементов - самый доступный, с отработанной веками технологией добычи, с разведанными рудами. И очень пластичный. И очень удобный в обработке. Вот почему свинцовая защита от излучения - самая распространенная. Пятнадцати-двадцатисантиметрового слоя свинца достаточно, чтобы предохранить людей от действия излучения любого известного науке вида.
Коротко упомянем еще об одной стороне служения свинца науке. Она тоже связана с радиоактивностью.
В часах, которыми мы пользуемся, нет свинцовых деталей. Но в тех случаях, когда время измеряют не часами и минутами, а миллионами лет, без свинца не обойтись. Радиоактивные превращения урана и тория завершаются образованием стабильных изотопов элемента № 82. При этом, правда, получается разный свинец. Распад изотопов 235U и 238U приводит в конечном итоге к изотопам 207РЬ и 208РЬ. Наиболее распространенный изотоп тория 232Th заканчивает свои превращения изотопом 208РЬ. Установив соотношение изотопов свинца в составе геологических пород, можно узнать, сколько времени существует тот или иной минерал. При наличии особо точных приборов (масс- спектрометров) возраст породы устанавливают по трем независимым определениям - по соотношениям 206Pb: 238U: 207Pb: 235U и 208Pb: 232Th.
Начнем с того, что эти строчки отпечатаны литерами, изготовленными из свинцового сплава. Главные компоненты типографских сплавов - свинец, олово и сурьма. Интересно, что свинец и олово стали использовать в книгопечатании с первых его шагов. Но тогда они не составляли единого сплава. Немецкий первопечатник Иоганн Гутенберг литеры из олова отливал в свинцовые формы, так как считал удобным чеканить из мягкого свинца формы, которые выдерживали определенное количество заливок олова. Нынешние оловянно-свинцовые типографские сплавы составляют так, чтобы они удовлетворяли многим требованиям: они должны иметь хорошие литьевые свойства и незначительную усадку, быть достаточно твердыми и химически стойкими по отношению к краскам и смывающим их растворам; при переплавке должно сохраняться постоянство состава.
Однако служение свинца человеческой культуре началось задолго до появления первых книг. Живопись появилась раньше письменности. На протяжении многих столетий художники использовали краски на свинцовой основе, и они до сих пор не вышли из употребления: желтая - свинцовый крон, красная - сурик и, конечно, свинцовые белила. Между прочим, именно из-за свинцовых белил кажутся темными картины старых мастеров. Под действием микропримесей сероводорода в воздухе свинцовые белила превращаются в темный сернистый свинец PbS...
С давних пор стенки гончарных изделий покрывали глазурями. Простейшая глазурь делается из окиси свинца и кварцевого песка. Ныне санитарный надзор запрещает использовать эту глазурь при изготовлении предметов домашнего обихода: контакт пищевых продуктов с солями свинца должен быть исключен. Но в составе майоликовых глазурей, предназначенных для декоративных целей, сравнительно легкоплавкие соединения свинца используют, как и прежде.
Наконец, свинец входит в состав хрусталя, точнее, не свинец, а его окись. Свинцовое стекло варится без каких-либо осложнений, оно легко выдувается и гранится, сравнительно просто нанести на него узоры и обычную нарезку, винтовую, в частности. Такое стекло хорошо преломляет световые лучи и потому находит применение в оптических приборах.
Добавляя в шихту свинец и поташ (вместо извести), приготовляют страз - стекло с блеском, большим, чем у драгоценных камней .

Свинец в медицине

Попадая в организм, свинец, как и большинство тяжелых металлов, вызывает отравления. И тем не менее свинец нужен медицине. Со времен древних греков остались во врачебной практике свинцовые примочки и пластыри, но этим не ограничивается медицинская служба свинца.
Желчь нужна не только сатирикам. Содержащиеся в ней органические кислоты, прежде всего гликохолевая С 23 Н 36 (ОН) 3 СОNНСН 2 СH 2 COOН, а также таурохолевая С 23 Н 36 (ОН) 3 СОNНСН 2 СH 2 SO 3 Н, стимулируют деятельность печени. А поскольку не всегда и не у всех печень работает с точностью хорошо отлаженного механизма, эти кислоты нужны медицине. Выделяют их и разделяют с помощью уксуснокислого свинца. Свинцовая соль гликохолевой кислоты выпадает при этом в осадок, а таурохолевой - остается в маточном растворе. Отфильтровав осадок, из маточного раствора выделяют и второй препарат, действуя опять же свинцовым соединением - основной уксусной солью.
Но главная работа свинца в медицине связана с диагностикой и рентгенотерапией. Он защищает врачей от постоянного рентгеновского облучения. Для практически полного поглощения лучей Рентгена достаточно на их пути поставить слой свинца в 2-3 мм. Вот почему медицинский персонал рентгеновских кабинетов облачен в фартуки, рукавицы и шлемы из резины, в состав которой введен свинец. И изображение на экране наблюдают через свинцовое стекло.
Таковы главные аспекты взаимоотношений человечества со свинцом - элементом, известным с глубокой древности, но и сегодня служащим человеку во многих областях его деятельности.