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      鉛簡介


      元素符號Pb,灰白色金屬,在元素周期表中屬ⅣA族,原子序數82,原子量207.2,面心立方晶體,常見化合價為+2、+4。

      鉛是人類較早提煉出來的金屬之一,煉鉛術和煉銅術大致始于同一歷史時期。埃及前王朝時期(早于公元前3000年)即有用鉛制作的小的人像,美索不達米亞于烏拉克三期(UrukⅢ,公元前3000年)已用鉛制作小容器或錘成薄片,在烏爾(Ur)遺址曾發現殘破的鉛質水管。但是,直到公元前15世紀之后,鉛才較常見于巴勒斯坦一帶。

      中國古代“鉛”寫作“”。商代(公元前16~前11世紀)中期在青銅器鑄造中已用鉛,西周(公元前11世紀~前771年)的鉛戈含鉛達99.75%。在古代,鉛往往被加入銅中成為合金化金屬,還用來制作鉛白[2PbCOPb(OH)]、鉛丹(PbO)等(見冶金史)。

      北美于1621年開始采煉鉛礦。歐洲于17世紀開始有大規模生產鉛的記載。1800年歐洲產鉛約兩萬噸,其中一半產于英國。

      資源鉛的礦物有原生硫化礦和次生氧化礦兩種。硫化礦的主要礦物為方鉛礦(PbS),常和閃鋅礦(ZnS)、輝銀礦(AgS)、黃鐵礦(FeS)等共生。氧化礦主要有白鉛礦(PbCO)和硫酸鉛礦(PbSO)。方鉛礦是生產鉛的主要礦物。

      世界鉛礦資源較豐富的國家有美國、加拿大、蘇聯、澳大利亞和墨西哥等。中國鉛礦資源也較多,分布于湖南、廣西、廣東、江西、江蘇、云南、青海、甘肅、陜西等省區,著名的礦山有水口山、凡口、桃林等。1979年世界(中國除外)礦山產鉛量和鉛儲量見下表[世界礦山產鉛量和鉛儲量(千噸)]。

      性質和用途鉛是較軟的重金屬,也是比重大的金屬之一,展性良好,易與其他金屬制成合金。

      [鉛的主要物理性質]

      鉛在空氣中表面氧化,生成氧化鉛膜。在潮濕并含有二氧化碳的空氣中,則生成堿式碳酸鉛。這些生成物都能阻止鉛繼續氧化。鉛是兩性金屬,可形成鉛酸鹽鉛能和HCl或HSO作用,形成幾乎不溶的PbCl或PbSO,從而防止鉛繼續被腐蝕。

      鉛廣泛用于制造鉛合金。鉛合金大量用于制造蓄電池極板,鉛管和鉛板用作防腐材料。鉛對X射線和γ射線有良好的吸收性,廣泛用作X光機和原子能裝置的防護材料。汽油內加入四乙基鉛[Pb(CH)]可提高其辛烷值。用作顏料的鉛化合物有鉛白[2PbCOPb(OH)]、鉛丹(PbO)鉛黃(PbCrO)密陀僧(PbO)等。鹽基性硫酸鉛、磷酸鉛和硬脂酸鉛用作聚氯乙烯的穩定劑。

      美國1979年用鉛量比例為:蓄電池61%,汽油添加劑12%,顏料6%,彈藥4%,建筑材料3%,電氣2%,其他12%。

      由于鉛毒和經濟等原因,某些領域中的鉛,已經或即將為其他材料所代替。鉛的售價有下降的趨勢。1979、1980、1981年倫敦市場鉛的平均價格分別為54.5、41.2、33.3美分/磅。

      70年代末世界鉛產量的80%以上用傳統的燒結-鼓風爐流程生產,約10%用鉛鋅鼓風爐流程(I.S.P)生產,其他生產方法有波利頓(Boliden)電爐、改良膛式爐(BBU)和短窯等。

      煉鉛的原料主要是硫化鉛礦,采出的礦石品位一般低于3%,須經選礦得到鉛精礦再行冶煉。鉛精礦一般成分為:鉛40~75%,鋅1~10%,硫16~20%,還常含有銀、銅、鉍、砷、銻等伴生或共生金屬。

      硫化鉛精礦煉鉛主要包括燒結焙燒、鼓風爐熔煉等過程,流程見圖[煉鉛流程]。

      燒結焙燒使精礦中的PbS氧化為PbO,并燒結成塊。燒結塊含鉛40~50%,含硫低于2%。一部分二氧化硫濃度高的焙燒煙氣可用于生產硫酸。

      還原熔煉將破碎成100毫米左右的燒結塊配以10%左右的焦炭裝入鼓風爐,從爐的下部鼓入空氣或預熱空氣(250~450)或富氧空氣,使焦炭燃燒,保持風口區的溫度在1300左右,含有CO的高溫煙氣在爐內向上運動,在此過程中,使爐料中的氧化鉛還原成鉛,氧化鐵等形成爐渣。液體鉛和爐渣流入爐缸,進行分離。鉛液在向下流動過程中捕集金、銀、銅、鉍等金屬。所得含鉛約98%的粗鉛,送往精煉。爐渣含鋅高時,經煙化爐處理回收鋅、鉛。

      粗鉛精煉分火法精煉和電解精煉。火法精煉的基建投資省,生產費用低,為世界許多煉鉛廠采用;電解精煉除鉍效果好,粗鉛含鉍高時,宜采用電解精煉。

      火法精煉包括:①熔析精煉和加硫除銅。熔析是利用銅在鉛中的溶解度隨溫度的降低而減小的特性,降溫除去部分銅,加硫是使銅生成CuS進一步除去。經過這兩段作業,鉛中含銅可降至0.001~0.002%。②堿性精煉除砷、錫、銻。除銅后的鉛液不斷流經熔融的氫氧化鈉和氯化鈉,同時加入硝石(NaNO)作氧化劑,使砷、錫銻分別氧化生成砷酸鈉(NaAsO)錫酸鈉(NaSnO)和銻酸鈉(NaSbO),溶于氫氧化鈉和氯化鈉的混合熔體中而與鉛分離。③加鋅除銀。加鋅于含銀的鉛液,生成浮于鉛液表面的“銀鋅殼”(見派克斯法)。銀鋅殼一般比粗鉛含銀高20倍,是提取銀的原料。鉛液中殘存的鋅(0.6~0.7%),可用堿性精煉法或氯化精煉法除去。真空蒸餾除鋅法也已被一些工廠采用。④加鈣、鎂除鉍。在一定溫度下鉍與鈣可生成BiCa和BiCa,鉍與鎂可生成Bi[hjm]g,此法可使鉛中的鉍降至0.01~0.02%。

      火法精煉作業都可在鑄鐵制的精煉鍋內進行。氧化法除鋅也可使用反射爐。

      電解精煉粗鉛中的銅、錫等雜質,對電解有害,電解前先用火法初步精煉,以除去銅、錫。電解時陽極中須含有千分之幾的銻,以便使陽極泥致密而不脫落,故在鑄造陽極前須調整鉛液中的含銻量。電解以火法初步精煉的粗鉛為陽極,以電解精鉛薄片為陰極,在硅氟酸鉛和硅氟酸溶液中進行。電解液一般含Pb80~120克/升、HSiF80~100克/升。電解液溫度30~45,電流密度160~250安/米,同極中心距75~110毫米,槽電壓0.45~0.5伏,電流效率約92~98%,每噸陰極鉛的電能消耗為120~160千瓦小時。

      煉鉛新工藝由于PbS熔點低而造成的焙燒脫硫困難,要求燒結機進料含硫保持在5~7%,為此需配入3.5~4倍于原料量的返粉,這就不僅降低了設備能力,同時也限制了煙氣二氧化硫濃度的提高,為二氧化硫的回收帶來困難,而且返粉的制備須經燒結塊冷卻、多段破碎、運輸、配料等過程,從而加劇了鉛塵和煙氣對環境的污染。為此,60年代以來,許多國家先后研究了多種直接處理鉛精礦產出粗鉛的新方法,以取代傳統的燒結機-鼓風爐流程。基夫塞特法(KIVCET)──氧氣閃速熔煉、電爐貧化爐渣,正在建設生產廠。氧化頂吹旋轉轉爐(TBRC)煉鉛方法,已為瑞典的煉鉛廠所采用。氧氣底吹煉鉛法(QSL)正在進行工業試驗,奧托昆普(Outokumpu)閃速熔煉煉鉛法──氧氣閃速熔煉、電爐插以還原噴槍貧化爐渣,已完成中間試驗工廠。此外,用氯鹽浸出鉛精礦的濕法煉鉛的研究也取得了一些進展。

      再生鉛蓄電池用鉛量在鉛的消費中占很大比例,因此廢舊蓄電池是再生鉛的主要原料。有的國家再生鉛量占總產鉛量的一半以上。

      再生鉛主要用火法生產。例如,處理廢蓄電池時,通常配以8~15%的碎焦,5~10%的鐵屑和適量的石灰、蘇打等熔劑,在反射爐或其他爐中熔煉成粗鉛。

      鉛毒鉛的蒸氣和粉塵容易通過呼吸道和食道進入人體,鉛和氧化鉛溶于血液引起中毒,常有貧血、腹痛、痙攣、眼和腎受損害等癥狀。鉛生產過程中應注意環境保護,加強煙氣凈化除塵,發現生產人員體內含鉛量高時,應治療排鉛。 


      【上一個】 鉛管及鉛合金管 【下一個】 淺述日常生活中常用的三類鉛酸蓄電