Свинец (Pb)

[lead, plumbum] — элемент IV группы Периодической системы; атомный номер 82; атомная масса 207,2; тяжелый металл голубовато-серого цвета, очень мягкий и пластичный (режется ножом). Пририродный Pb состоит из пяти стабильных изотопов с массовыми числами 202 (следы), 204 ( 1,5 %), 206 ( 23,6 %), 207 ( 22,6 %), 208 ( 52,3 %); известен с древних времен (за 6—7 тыс. лет до н.э.). Содержание в земной коре 1,6 • 10^-3% маc. Известно около 80 минералов, содержащих Pb, главный из них галанит PbS. В зонах окисления полиметаллических руд образуются многочисленные вторичные минералы: сульфаты (англезит PbSO₄), карбонаты (церуссит PbCO₃), фосфаты (пиролюзит Pb₅(PO₄)₃Cl). Решетка Pb после кристаллизации ГЦК (а = 493,89 пм), аллотропических модификаций нет; t_пл = 327,4 °С; t_кип = 1725 °С; γ_{20 °С} = 11,34 г/см³; с_{20 °С} = 0,128 кДж/(кг • К); X = 33,5 Вт/(м • К); α_{20 °С} = 29,1•10^-8 ; р = 20,68 • 10^-8 Ом • м; твердость по Бринелю 25-40 МПа, σ_в = 12—13 МПа, δ = 50—70 %. Pb диамагнитен, его χ = 0,12 • 10^-6. При 7,18 К становится сверхпроводником. Во влажном воздухе Pb окисляется, образуя пленку Pb(ОН)₂. В Pb не растворяются газы О₂, SO₂, H₂, N₂, CO, СO₂. Pb хорошо растворяется в разбавленной HNO₃; при комнатной температуре в H₂SO₄ и НСl не растворяется, т.к. образующиеся хлорид и сульфат Pb покрывают его нерастворимой пленкой. В этих кислотах Pb растворяется лишь при нагревании до 200—250 °С. Чистый Pb стоек к щелочам, аммиаку, хлору, органическим кислотам и маслам. Pb легко сплавляется со многими металлами, но не с железом. Из химических соединений наиболее важное значение в технологии его получения имеют PbS, PbO, PbSO₄ и PbCO₃ ). Металлический Pb получают окислительным обжигом PbS с последующим восстановлением до сырого Pb («веркблея») и рафинированного (очисткой) последнего. Окислительный обжиг концентрата проводят, как правило, в агломерационных ленточных машинах. При обжиге PbS преобладает реакция:
2PbS + ЗО₂ = 2PbО + 2SO₂.
Одновремен окисляются и сульфиды других металлов ( Cu, Zn, Fe ), присутствующие как примеси. В результате обжига получают агломерат — пористую спекшуюся сплошную массу, состоящую преимущественно из оксидов PbO, CuO, ZnO, Fe₂O₃. Куски агломерата смешиваются с коксом и известняком и загружают в ватержакетную печь, в которую снизу через фурмы подают под давлением Cu, Ag (иногда Au), Zn, Sn, As, Sb, Bi, Fe. Примеси Cu и Fe удаляют зейгерованием. Для удаления Sn, As, Sb расплавленный металл продувают воздухом ( окислительное рафинирование). Ag (и Аи) выделяют добавкой Zn, который образует «цинковую пеку», состоящую из соединений Zn с Ag (и Аи), более легких, чем Pb и плавящихся при 600-700 °С. Избыток Zn удаляют из расплавленного Pb продувкой воздухом, водным паром или хлором. Для очистки от Bi к жидкому Pb добавляют Са или Mg, образующие тугоплавкие соединения Ca₃Bi₂ и Mg₃Bi₂(обезвисмучивание). Рафинированный этими способами металл содержит 99,8—99,9 % Pb. Дальнейшую очистку ведут электролизом, в результате чего достигается чистота > 99,99 %. Большое распространение получил новый экономический способ получения Pb, т.н. КИВЦЭТ-ЦС, включающий вдувание Pb-концентрата с другими компонентами шихты в струе технического кислорода через вертикальную горелку в плавильную (факельную) зону КИВЦЭТ-агрегата, где протекают автогенное окисление и расплавление шихты. В процессе плавки получают черновой Pb, шлак, штейн и богатые SO₂ газы, которые поступают на дальнейшую переработку. Около 55 % Pb общего мирового производства получают из вторичного сырья (амортизационного аккумуляторного, кабельного и металлургического лома, отходов химического и лакокрасочного производства и др.) преимущественно восстановительной плавкой в шахтных, отражательных и электротермических печах.
Pb широко применяется в электротехнической промышленности для производства Pb-аккумуляторов, оболочек кабелей и др. Pb сильно поглощает γ- и рентгеновские лучи, из-за чего его применяют как материал для защиты от их действия (контейнеры для хранения радиоактивных веществ, аппаратура для рентген кабинетов). На основе Pb изготовляются многие сплавы с повышенными антикоррозионными, антифрикционными и другими свойствами (Смотри Свинцовые сплавы ). Pb и его соединения используются также в химической, лакокрасочной, стекольной и других отраслях промышленности.