Главная

Насосы для колодцев

История открытия химического элемента свинец кратко. Что такое свинец, его свойства и характеристики

Курсовую работу выполнил студент группы РГЭ-02-1 Малявин П.А.

Министерство образования Российской Федерации

Московский Государственный Геологоразведочный Университет им. С. Орджоникидзе

Кафедра минералогии и геохимии

Москва 2003

История открытия элемента.

Свинец (англ. Lead, франц. Plomb, нем. Blei) известен с III - II тысячелетия до н.э. в Месопотамии, Египте и других древних странах, где из него изготовляли большие кирпичи (чушки), статуи богов и царей, печати и различные предметы быта. Из свинца делали бронзу, а также таблички для письма острым твердым предметом. В более позднее время римляне стали изготовлять из свинца трубы для водопроводов. В древности свинец сопоставлялся с планетой Сатурн и часто именовался сатурном. В средние века благодаря своему тяжелому весу свинец играл особую роль в алхимических операциях, ему приписывали способность легко превращаться в золото. Вплоть до XVII в. свинец нередко путали с оловом. На древнеславянских языках он именовался оловом; это название сохранилось в современном чешском языке (Olovo).Древнегреческое название свинца, вероятно, связано с какой-либо местностью. Некоторые филологи сопоставляют греческое название с латинским Plumbum и утверждают, что последнее слово образовалось из mlumbum. Другие указывают, что оба эти названия произошли от санскритского bahu-mala (очень грязный); в XVII в. различали Plumbum album (белый свинец, т. е. олово) и Plumbum nigrum (черный свинец). В алхимической литературе свинец имел множество названий, часть которых принадлежала к тайным. Греческое название алхимики иногда переводили как plumbago - свинцовая руда. Немецкое Blei обычно производят не от лат. Plumbum, несмотря на явное созвучие, а от древнегерманского blio (bliw) и связанного с ним литовского bleivas (свет, ясный), но это мало достоверно. С названием Blei связано англ. Lead и датское Lood. Неясно происхождение русского слова свинец (литовск. scwinas). Автор этих строк в свое время предложил связывать это название со словом вино, так как у древних римлян (и на Кавказе) вино хранили в свинцовых сосудах, придававших ему своеобразный вкус; этот вкус ценили столь высоко, что не обращали внимания на возможность отравления ядовитыми веществами.

1. Свинец (6s26p2) - тяжелый р-металл IV группы (углерода) периодической таблицы Д.И. Менделеева (см. рис. 1, 2). Находится в окружении наиболее сходных по свойствам р-металлов - Sn, Sb, Bi, T1. Имеет средние значения энергетических и низкие термических параметров. По сродству к различным окислителям РЬ (двухатомные молекулы) дает следующий ряд снижения для анионов: 0S>FC1>H. Во влажном воздухе покрывается оксидной, относительно труднорастворимой пленкой. Наиболее устойчивые валентности +2 и +4; образует амфотерные катионы.

Ионные радиусы: 2+ 0,126, 4+ 0,076

Атомный радиус: 0,175 (нм)

Координационные числа: 12, 6, 8, 10, 6.

Потенциал ионизации: 0+1 7,415

Изотопы. Массовое число и содержание в элементе

Типы изоморфных замещений элемента:

K+1 несов. гетеровал.

Ca+2 несов. изовал.

Сu+1 несов. гетеровал.

Ag+1 несов. гетеровал.

Ba+2 несов. изовал.

Hg+1 несов. гетеровал.

Tl+1 несов. гетеровал.

Bi+3 соверш. гетеровал.

U+4 несов. гетеровал.

2. Геохимия элементов во многом определяется их способностью давать газообразные и растворимые соединения, литофильностью, халькофильностью и сидерофильностью, катиогенностью и анионогенностью. С учётом этих свойств построена геохимическая таблица А.И. Перельмана.

(См.рис.)

Геохимическая классификация элементов В.И. Вернадского.

Родственные по периодической системе элементы ведут себя в земной коре далеко неодинаково. Так, К и Na, Fe и Ni, C1 и I, Cr и Mo - аналоги в химии, но в земной коре мигрируют по-разному. Это связано с тем, что для геохимии часто основное значение имеют такие свойства элементов, которые с общехимических позиций второстепенны и не учитываются в классификации. Следовательно, необходима особая геохимическая классификация элементов. В табл. 1 приведена классификация В. И. Вернадского, в которой учтены самые важные моменты истории элементов в земной коре. Главное значение ученый придавал радиоактивности, обратимости или необратимости миграции, способности элементов давать минералы, состоящие из нескольких разнородных атомов. Вернадский выделил шесть групп элементов. Наиболее крупная из них - «циклические элементы», участвующие в сложных круговоротах. По массе они преобладают в земной коре, из них в основном состоят горные породы, воды, организмы. Б. А. Гаврусевич дополнил эту классификацию еще двумя группами: элементами, по-видимому, вымершими в земной коре, но известными в космосе, - Тс, Am, Cm, Bk и Cf, и элементами, неизвестными в природе, но полученными искусственно, - Pm, Es, Md, No, Ku и др.

Свинец в данной классификации отсутствует.

Геохимическая классификация элементов В. М. Гольдшмидта.

Этот ученый сравнил дифференциацию элементов в расплавленной планете с выплавкой металла из руд, когда на дно металлургической печи опускается тяжелый металл с плотностью около 7, а на поверхность всплывает легкий силикатный шлак (аналог земной коры). Между ними располагается слой «штейна» - сульфида Fe с примесью сульфидов других металлов (аналог мантии) Распределение элементов по оболочкам, по Гольдшмидту, зависело от их атомных объемов (см.рис.). Элементы, занимающие минимумы на кривой атомных объемов, дают сплавы с Fe, в ходе дифференциации они образовали земное ядро (сидерофильные элементы). Элементы, занимающие максимумы на кривой и расположенные на нисходящих её частях, обладают большим сродством к кислородую При дифференциации они образовали земную кору и верхнюю мантию (литофильные элементы). Элементы с высоким сродством к S, Se, Te (халькофильные) занимают восходящие части кривой; они сосредоточены в нижней мантии, образуют сульфидно-оксидную оболочку. Инертные газы относятся к атмофильной группе.

По этой классификации Свинец принадлежит к Халькофильным элементам. Обладает 18-электронной оболочкой.

3. Кларки элемента в земной коре и Г/П разного состава.

Хондриты 2*10-5

Ультраосновные породы 1*10-5

Средние породы 1,5*10-3

Основные породы 8*10-4

Граниты 2*10-3

Сиениты 1,2*10-3

Песчаник 7*10-4

Глинистые сланцы 2*10-3

Карбонатные породы 9*10-4

4. Основные минералы.

Галенит. PbS

Химический состав: РЬ - 86%, S - 13,4%; часто содержит примеси Ag, Cu, Zn, иногда Se, Bi, Fe, As и других элементов, большинство из которых присутствуют вследствие микроскопических включений посторонних минералов. Разновидности галенита - селенистый галенит (галенит с примесями селена), свинчак - сплошной тонкозернистый галенит.

Структура галенита относится к типу NaCl-PbS-MgO. Основой ее является кубическая гранецентрированная решетка, в которой ионы размещены в вершинах куба и в центре каждой грани. Как ионы серы, так и ионы свинца имеют шестерную координацию по отношению друг к другу.

Образование и месторождения. Преобладающее большинство месторождений галенита образовалось гидротермальным путем, главным образом при средних температурах. Галенит встречается здесь в тесном парагенезисе с цинковой обманкой, а также вместе с халькопиритом, блеклыми рудами, арсенопиритом, пиритом и другими минералами. Некоторые месторождения галенита связаны с осадочными процессами и возникают в условиях сероводородной фации. Галенитовые месторождения образуют жилы или неправильной формы залежи в известковых породах. Крупные месторождения галенита известны в США - штаты Миссури» Колорадо (Ледвилл), в Канаде (месторождение Сулливан), Австралии (месторождение Брокен-Хилл, в Новом Южном Уэлсе). Хорошие кристаллы характерны для свинцово-серебряных жил Фрейберга. В Советском Союзе крупные месторождения галенита известны на Алтае, Кавказе (Садонское), в Средней Азии (Турланское) и Забайкалье.

Практическое значение. Галенит - главнейшая свинцовая руда. Обычно разрабатываются месторождения, содержащие свинец в количествах 3-5%, однако в связи с дефицитностью металла, в настоящее время промышленный интерес имеют месторождения и с меньшим содержанием, в которых свинец добывается вместе с цинком. Содержание свинца в таких месторождениях должно быть не меньше 1 % (при содержании цинка не менее 2-3%).

Церуссит. PbCO3

Структура – ионы в ней уложены по способу плотнейшей гексагональной упаковки.

Образование и месторождения. Церуссит - типичный экзогенный минерал, возникающий в зоне окисления свинцовых месторождений, причем здесь он образует псевдоморфозы по галениту, англезиту и другим свинцовым минералам. По церусситу известны псевдоморфозы пироморфита, глета (РbО) и др. Церуссит находится почти во всех свинцовых месторождениях, иногда его скопления имеют промышленное значение. В больших количествах он имеется в Ледвилле (США), Брокен-Хилле (Австралия), в ряде районов Восточного Забайкалья (Кддаинское и Тайнинское месторождения), Алтая и Казахской ССР (Турланское месторождение в Каратау) и в Береговском районе Закарпатья.

Практическое значение. Церуссит - важная свинцовая руда.

Пироморфит Pb53Cl

Химический состав. Иногда содержит CaO, As2O5, Cr2O3, а также V2O5. Сингония - гексагональная, вид симметрии - гексагонально-бипирамидальный.

Образование и месторождения. Пироморфит - типичный экзогенный минерал, возникающий в зоне окисления свинцовых месторождений. Здесь он часто образует псевдоморфозы по галениту, причем замещение начинается во внутренних частях кристаллов. Наблюдаются также псевдоморфозы пироморфита по церусситу. По пироморфиту известны псевдоморфозы галенита, апатита, халцедона и бурых железняков. Обычно пироморфит находится в ассоциации с галенитом, англезитом, вульфенитом, ванадинитом и каламином. Иногда как эндогенный минерал он встречается в низкотемпературных жилах. Пироморфит известен в кварцевых жилах Баварии и Саксонии, а также в Березовском месторождении на Урале, в ряде мест Забайкалья (Шилкинское и Зерентуйское месторождения), в месторождении Кизил-Эспе в Казахстане и т. д. Хорошие образцы встречены в ряде месторождений Пенсильвании в США (Уитлей, Эктон).

Практическое значение. Вместе с другими свинцовыми минералами пироморфит идет в плавку.

Англезит Pb

Химический состав: РЬО - 73,6% (РЬ - 68,3%); SO3 - 26,4%. Встречается примесь ВаО (до 8,45%). Кристаллическая структура англезита аналогична структуре барита.

Образование и месторождения. Англезит является типичным экзогенным минералом, возникающим за счет взаимодействия поверхностных растворов с первичными свинцовыми рудами, чаще всего с галенитом, по такой реакции:

PbS + 2O2= PbSO4.

Этот минерал присутствует главным образом в верхних горизонтах свинцовых месторождений. Известны очень редкие находки англезита гидротермального происхождения (например, в месторождениях Райбл и Блейберг в Восточных Альпах). Хорошо образованные кристаллы англезита найдены в Березовском месторождении на Среднем Урале, в Восточном Забайкалье и в некоторых районах Алтая.

Практическое значение. При разработке зон окисления свинцовых месторождений англезит вместе с другими рудами свинца идет в плавку.

Буланжерит

Химический состав: РЬ - 55,4%, Sb - 25,7%, S - 18,9%. Иногда содержит Сu. Кристаллическая структура буланжерита не изучена.

Образование и месторождения. Буланжерит встречается как второстепенный минерал в гидротермальных полиметаллических месторождениях вместе с другими сульфосолями свинца, галенитом, антимонитом, блеклыми рудами, сфалеритом, пиритом и другими минералами. Он известен в Восточном Забайкалье (месторождения Алгачинское, Кличкинское и Дарасунское) и на Украине - в месторождениях Нагольного кряжа. Кристаллы буланжерита были встречены в месторождении Сала в Швеции.

Разрушение. На поверхности буланжерит неустойчив и переходит в церуссит и окись сурьмы.

Бурнонит PbCuSbS3

Кристаллическая структура бурнонита полностью не расшифрована.

Образование и месторождения. Бурнонит возникает гидротермальным путем и наблюдается в полиметаллических жилах в тесной ассоциации с блеклыми рудами, галенитом, а также с сульфоантимонидами свинца - джемсонитом и буланжеритом. Часто он встречается на контакте тетраэдрита и галенита, где, вероятно, является реакционным образованием Бурнонит известен в месторождениях Пршибрам (Чехословакия), в Клаустале (ФРГ) и Андреасберге (ГДР). Большие кристаллы бурнонита найдены в месторождении Нейдорф в Гарце, в руднике Выбора в Боливии. В Парк-Сити (Юта, США) встречены красивые кристаллы бурнонита до 10 см в длину. В СССР этот минерал встречен в ряде месторождений Забайкалья и в Нагольном кряже в Донбассе.

Разрушение. На поверхности бурнонит неустойчив и переходит в разные вторичные минералы меди, свинца и сурьмы.

Практическое значение. Значительные скопления бурнонита имеют промышленный интерес как руда на свинец и медь.

Джемсонит

Химический состав:РЬ -40-50%, Fe - до 10%, Sb - близко 30%, S - близко 20%. Как примеси присутствуют Сu, Zn, Ag.

Образование и месторождения. Джемсонит - редкий минерал. Он встречается в гидротермальных полиметаллических месторождениях в ассоциации с галенитом, кварцем и различными сульфоанти-монидами. Месторождения с большим содержанием джемсонита встречаются очень редко (Зимапан в Мексике). Он присутствует в ряде полиметаллических и серебряно-свинцовых месторождений Мексики, США и других стран.

5. Генетические типы промышленных месторождений элемента.

1) Скарны.

2) Метосоматические залежи полиметаллических руд в эффузивноосадочных породах.

3) Пластовые месторождения в карбонатных толщах.

4) Пластообразные и линзообразные залежи колчеданных руд в эффузивах.

5) Кварцево-сульфидные жилы преимущественно в гранитоидах.

6.Участие элемента в различных типах миграции.

6.1. Механическая минграция.

Механическая миграция (механогенез) обусловлена работой рек, течений, ветра, ледников, вулканов, тектонических сил и других факторов, детально изучаемых в динамической геологии, геоморфологии, вулканологии, океанологии, тектонике и других науках о Земле. Существует и специфический геохимический аспект вопроса.

Для Свинца главным фактором, вероятно, является сорбция глинами.

6.2. Физико-химическая миграция. Талассофильность.

Физико-химическая миграция обусловлена переносом атомов, ионов и т.д.

Галенит кристаллизуется в кубических решётках с близкими параметрами с галитом. Орбитальные радиусы натрия и свинца близки, но изоморфизма нет, т.к. NaCl химическая связь существенно ионная, а в PbS – ковалентная. Свинец – амфотерный элемент – катиогенный и аниогенный (в том числе образует комплексные анионы). Он участвует как окислитель и восстановитель не играющий существенной роли в ОВР (главным образом из-за низких кларков и малой способностью к концентрации).

Для Рb в сильнощелочных водах возможны комплексные анионы НРbО2-, а в термальных водах - тиосульфатные комплексы типа 4-, °, 2-.

Перенос Рb происходит в основном в водных растворах в эндогенных условиях с участием S2 и Сl.

Только в зоне окисления свинцовых месторождений, где в воде повышается концентрация РЬ2+, может образоваться англезит (PbSO4), a PbS может возникнуть почти везде, где имеется ион S2-. Подтверждением этому служат находки галенита и сфалерита в угольных залежах, в которых трудно предположить высокие концентрации Рb2+ и Zn2+ в питающих водах. Отметим в этой связи, что многие черные морские глины обогащены сульфидами металлов, а сульфаты в них отсутствуют. Расчеты показывают, что грунтовые воды, содержащие 1*10-6 г/л иона РО43-, будут осаждать Рb2+ и не будут осаждать Zn2+ при содержании этих ионов 1*10-6 г/л.

Свинец является стабильным продуктом распада главных и естественных радиоактивных элементов в земной коре. Газообразные соединения свинца находятся только в глубоких частях земной коры (гидротерм., метаморф. и магматич. системах).

Имеет среднюю интенсивность концентрации.

Анализ газово-жидких включений, изучение состава гидротермальных минералов, термодинамические расчеты свидетельствуют о большом разнообразии ионов гидротерм. Для свинца - РbСl+, PbF+, Pb (OH)+, 3-, PbHS+, -, 4- и т. д.

Сорбционные барьеры G. Они возникают на контакте вод с сорбентами. Глинами и другими сорбентами поглощаются Са, К, Mg, Р, S, Rb, V, Cs, Zn, Ni, Co, Cu, Pb, U, As, Mo, Hg, Ra и другие элементы. Сорбционные барьеры очень характерны для морских и озерных илов, краевых зон болот, почв и кор выветривания, для контакта глин и песков в водоносных горизонтах. Существуют сорбционные барьеры и в гидротермальных системах, но там они изучены слабее, чем в зоне гипергенеза. За счет сорбции происходит обогащение глин, гидроксидов Мn, гумусовых веществ Сu, Ni, Со, Ва, Zn, Pb, U, Tl и другими металлами.

Гидротермальные системы – основной источник свинца.

Интенсивность миграций свинца – слабая или средняя.

Талассофильность свинца: 1,9*10-6

6.3. Биогенная миграция. Биофильность.

Перенос элементов с живым веществом.

Свинец – элемент среднего биологического захвата.

Типы геохим. барьеров свинца: сульфидный, щелочной, испарительный, сорбционный и термодинамический.

Свинец мигрирует в кислых и щелочных водах окислительной обстановки.

Биофильность 6*10-1

6.4.Техногенная миграция. Технофильность.

Геохимическая деятельность человечества.

При техногенезе накапливаются наиболее технофильные элементы, человечество «перекачивает» на земную поверхность из глубин элементы рудных месторождений. В результате по сравнению с природным культурный ландшафт обогащается Pb, Hg,Cu, Sn, Sb и другими элементами. О. П. Добродеев подчеркнул, что из недр ежегодно извлекается больше химических элементов,

Похожие рефераты:

Метод классификации минералов по химическому принципу (типы соединений и характер связи) с обязательным учётом их структурных особенностей. Кристаллохимические и морфологические особенности основных групп минералов. Понятие изоморфизма и полиморфизма.

Характеристика золота как химического элемента, его главные физические и химические свойства, история его становления как всеобщей меры стоимости. Геохимические особенности золота, промышленные минералы и типы руд на территории современной России.

Миграция – перемещение молекул и атомов в земной коре, движимое посредством целого ряда факторов различного происхождения и протекающее несколькими способами.

Наружные оболочки Земли: твердая земная кора, жидкая гидросфера и газовая атмосфера, их связь между собой. Относительное содержание химических элементов в земной коре и их распределение. Кларки химических элементов гранитного слоя коры континентов.

Свинец (англ. Lead, франц. Plomb, нем. Blei) известен с III - II тысячелетия до н.э. в Месопотамии, Египте и других древних странах, где из него изготовляли большие кирпичи (чушки), статуи богов и царей, печати и различные предметы быта. Из свинца делали бронзу, а также таблички для письма острым твердым предметом. В более позднее время римляне стали изготовлять из свинца трубы для водопроводов. В древности свинец сопоставлялся с планетой Сатурн и часто именовался сатурном. В средние века благодаря своему тяжелому весу свинец играл особую роль в алхимических операциях, ему приписывали способность легко превращаться в золото. Вплоть до XVII в. свинец нередко путали с оловом. На древнеславянских языках он именовался оловом; это название сохранилось в современном чешском языке (Olovo).

Происхождение слова «свинец» неясно. В старину свинец не всегда четко отличали от олова. В большинстве славянских языков (болгарском, сербскохорватском, чешском, польском) свинец и называется оловом. Наш же «свинец» встречается только в языках балтийской группы: svinas (литовский), svin (латышский). У некоторых горе-переводчиков это приводило к забавным недоразумениям, например, к «оловянным аккумуляторам» в автомобилях. Английское название свинца lead и голландское lood, возможно, связаны с нашим «лудить». Латинское же plumbum (тоже неясного происхождения) дало английское слово plumber – водопроводчик (когда-то трубы зачеканивали мягким свинцом. И еще одна путаница, связанная со свинцом. Древние греки называли свинец «молибдос» (название сохранилось и в новогреческом языке). Отсюда – латинское molibdaena: так в средние века называли и свинцовый блеск PbS, и более редкий молибденовый блеск (MoS 2), и другие похожие минералы, оставлявшие черный след на светлой поверхности. Такой же след оставляли графит и сам свинец. Тонкими свинцовыми стержнями можно было писать на пергаменте; недаром по-немецки карандаш – Bleistift, т.е. свинцовый стержень.

Свинец вместе с золотом, серебром, медью, оловом, железом и ртутью входит в семерку металлов, известных с глубокой древности. Считается, что впервые люди выплавили свинец из руд 8 тысяч лет назад. Раскопки в Древнем Египте обнаружили изделия из серебра и свинца в захоронениях до династического периода. К этому же времени относятся аналогичные находки, сделанные в Месопотамии.

Когда появилось огнестрельное оружие, большие количества свинца пошли для изготовления пуль и дроби, и свинец начал ассоциироваться также со смертельной опасностью. Сначала дробь отливали в разъемных формах. В 1650 английский принц Руперт изобрел более быстрый и удобный способ. Он обнаружил, что если к свинцу добавить немного мышьяка и лить этот сплав через своего рода большой дуршлаг в бак с водой, то получаются шарики дроби правильной сферической формы. А после того, как в 1436 Иоганн Гутенберг изобрел способ печатать книги с использованием подвижных металлических литер, печатники в течение сотен лет отливали буквы из так называемого типографского сплава на основе свинца (с примесью олова и сурьмы).

Происхождение слова «свинец» неясно. В старину свинец не всегда четко отличали от олова. В большинстве славянских языков (болгарском, сербскохорватском, чешском, польском) свинец и называется оловом. Наш же «свинец» встречается только в языках балтийской группы: svinas (литовский), svins (латышский), У некоторых горе-переводчиков это приводило к забавным недоразумениям, например, к «оловянным аккумуляторам» в автомобилях. Английское название свинца «lead» и голландское «lood», возможно, связаны с нашим «лудить». Латинское же «plumbum» (тоже неясного происхождения) дало английское слово «plumber» - водопроводчик (когда-то трубы зачеканивали мягким свинцом. И еще одна путаница, связанная со свинцом. Древние греки называли свинец «молибдос» (название сохранилось и в новогреческом языке). Отсюда - латинское molibdaena: так в средние века называли и свинцовый блеск PbS, и более редкий молибденовый блеск (MoS 2), и другие похожие минералы, оставлявшие черный след на светлой поверхности. Такой же след оставляли графит и сам свинец. Тонкими свинцовыми стержнями можно было писать на пергаменте; недаром по-немецки карандаш - Bleistift, т.е. свинцовый стержень.

Свинец вместе с золотом, серебром, медью, оловом, железом и ртутью входит в семерку металлов, известных с глубокой древности. Эти металлы сопоставлялись с известными тогда планетами (свинцу соответствовал Сатурн). Считается, что впервые люди выплавили свинец из руд 8 тысяч лет назад. Раскопки в Древнем Египте обнаружили изделия из серебра и свинца в захоронениях до династического периода. К этому же времени относятся аналогичные находки, сделанные в Месопотамии. Совместные находки серебряных и свинцовых изделий не удивительны. Еще в доисторические времена внимание людей привлекли красивые тяжелые кристаллы свинцового блеска. Залежи этого минерала находили в горах Армении, в центральных районах Малой Азии. А минерал галенит часто содержит значительные примеси серебра. Если положить куски этого минерала в костер, то сера выгорит и потечет расплавленный свинец (древесный уголь препятствует окислению свинца). Уже за много тысячелетий до новой эры в Месопотамии, Египте из него отливали статуи.

В VI в. до н.э. богатые залежи галенита были обнаружены в Лаврионе - гористой местности недалеко от Афин. Во времена пунических войн (264-146 до н.э.) на территории современной Испании работали многочисленные свинцовые шахты, которые были заложены греками и финикийцами. Позднее они разрабатывались римлянами; римские инженеры использовали свинец для изготовления труб древнего водопровода. Древнегреческий историк Геродот (V в. до н.э.) писал о методе укрепления железных и бронзовых скоб в каменных плитах путем заливки отверстий легкоплавким свинцом. Позднее при раскопках Микен нашли свинцовые скобы в каменных стенах.

При получении свинца античные металлурги сначала прокаливали руду, при этом шли реакции

2PbS + 3O 2 ® 2PbO + 2SO 2

PbS + 2O 2 ® PbSO 4 .

Затем температуру повышали, что приводило к выплавке свинца:

PbS + 2PbO ® 3Pb + SO 2 ;

PbS + PbSO 4 ® 2Pb + 2SO 2 .

Первые плавильные печи, сделанные из глины и камней, были весьма примитивны. Их старались установить на склонах холмов, где дуют ветры, помогающие обжигу. Выплавленный свинец, как правило, содержал серебро - иногда до 0,5% и более. При медленном охлаждении такого расплава сначала кристаллизуется чистый свинец, а жидкость обогащается серебром - примерно до 2%. Для выделения серебра использовали метод купелирования: окисляли расплавленный свинец в пористом глиняном сосуде - купели, а его оксид затем снова восстанавливали до металла. Механизм этого процесса был изучен только в 1833.

Использовали свинец и для очистки золота и серебра методом купелирования. Для этого подлежащий очистке драгоценный металл сплавляли со свинцом. Свинец и другие примеси легко окислялись при высокой температуре; образующиеся оксиды сдувались струей воздуха, а частично впитывались в поры купели, а на дне оставался слиток чистого серебра или золота. Оксид свинца затем снова могли превратить в металл, нагревая его с древесным углем. Археологические находки в Уре и Трое свидетельствуют, что купелирование было известно на северо-западе Малой Азии уже в первой половине III тыс. до н.э. А греческим умельцам из добытого в Лаврионе свинца удавалось извлечь почти все серебро: по современным анализам его оставалось в свинце всего 0,02%! Искусство древних металлургов достойно удивления: ведь у них не было ни возможности контролировать температуру на разных стадиях процесса, ни проводить химических анализов. И все же в отвалах рудников оставалось много неизвлеченного свинца. Еще лучших результатов добились римские металлурги, вдвое снизив остаточное количество серебра. Конечно, их беспокоила не чистота свинца, а полнота извлечения из него драгоценного металла. Более того, как свидетельствует греческий историк Страбон, перерабатывая старые отвалы в Лаврионе, римляне смогли извлечь довольно много и свинца, и серебра, оставив около двух миллионов тонн отработанной руды в отвалах. После этого рудники были заброшены почти на два тысячелетия, но в 1864 отвалы снова начали перерабатывать - теперь уже ради только серебра (его в них оставалось около 0,01%). На современных металлургических предприятиях в свинце оставляют еще в сотни раз меньше серебра.

Древние гончары, размалывая свинцовый блеск с глиной и водой, обливали этой смесью подлежащие обжигу глиняные сосуды. При высокой температуре поверхность сосуда покрывалась легкоплавким свинцовым стеклом. В 1673 английский стекольный мастер Джордж Равенскрофт, добавив в состав стекла оксид свинца, изобрел хрустальное стекло, которое легко плавится, прекрасно поддается обработке и обладает особым блеском, приближающим его к настоящему горному хрусталю. Позднее, сплавив чистый белый песок, поташ и оксид свинца, получили страз (от имени жившего в конце 18 в. ювелира Страсса) - сорт стекла с таким сильным блеском, что оно хорошо имитировало алмаз, а с примесью разных пигментов - другие драгоценные камни.

Тонкими свинцовыми пластинами обшивали деревянные корпуса древних кораблей. Один такой греческий корабль, построенный в III в. до н.э., был найден в 1954 на дне Средиземного моря недалеко от Марселя. Римляне изготовляли также из свинца трубы длиной 3 метра и разного, но строго определенного диаметра (всего было 15 вариантов). Это первый в истории пример стандартизированного промышленного производства. Сначала из свинца отливали пластину, оборачивали ее вокруг деревянного стержня и запаивали шов оловянно-свинцовым припоем (его состав с тех пор практически не изменился). В трубах нередко обнаруживались течи, и их надо было ремонтировать. До сих пор во время раскопок в Италии и в Англии находят такие трубы в очень хорошем состоянии. Римский зодчий и инженер Марк Витрувий Поллион рекомендовал заменить свинцовые трубы керамическими - из обожженной глины. Он обратил внимание на болезненность рабочих, занятых выплавкой свинца и считал, что свинец «лишает кровь ее силы». Однако не все разделяли это мнение. Так, римский государственный деятель, ученый и писатель Плиний, автор знаменитой «Естественной истории», писал о пользе свинцовых препаратов, о том, что свинцовая мазь помогает выводить шрамы, излечивать язвы и глазные болезни.

В средние века крыши церквей и дворцов нередко покрывали свинцовыми пластинами, устойчивыми к атмосферным влияниям. Еще в 669 свинцом покрыли крышу монастырской церкви в Йорке, а в 688 епископ в Нортумберленде приказал обшить свинцовыми пластинами крышу и стены церкви. Знаменитые витражи в соборах собирали с помощью свинцовых рамок с желобками, в которых укрепляли пластинки цветного стекла. Делали из свинца, по примеру римлян, и водопроводные, а также дренажные трубы. Так, в 1532 в Вестминстерском дворце установили свинцовые водосточные трубы квадратного сечения. Все эти изделия в те времена не прокатывали, а отливали в формах, на дно которых насыпали тонко просеянный песок. Со временем на свинцовых изделиях появлялся прочный защитный слой - патина. Некоторые облицованные свинцом средневековые шпили сохранились в течение почти семисот лет. К сожалению, пожар 1561 в Лондоне уничтожил такой шпиль величайшего собора святого Петра.

Когда появилось огнестрельное оружие, большие количества свинца пошли для изготовления пуль и дроби, и свинец начал ассоциироваться также со смертельной опасностью: «Засвищет вокруг меня губительный свинец» (А. Пушкин), «За твой окоп другой боец подставил грудь под злой свинец» (К. Симонов). Сначала дробь отливали в разъемных формах. В 1650 английский принц Руперт изобрел более быстрый и удобный способ. Он обнаружил, что если к свинцу добавить немного мышьяка и лить этот сплав через своего рода большой дуршлаг в бак с водой, то получаются шарики дроби правильной сферической формы. А после того, как в 1436 Иоганн Гутенберг изобрел способ печатать книги с использованием подвижных металлических литер, печатники в течение сотен лет отливали буквы из так называемого типографского сплава на основе свинца (с примесью олова и сурьмы).

Из соединений свинца с древних времен использовали свинцовый сурик Pb 3 O 4 и основной карбонат свинца (свинцовые белила) в качестве красной и белой краски. Почти все картины старых мастеров писаны красками, приготовленными на основе свинцовых белил. Оригинальным был старинный способ их получения: горшки с крепким уксусом ставили в навоз, а над ними подвешивали скрученные в спираль тонкие свинцовые пластины. Разлагаясь, навоз давал тепло (оно необходимо для усиленного испарения уксусной кислоты) и углекислый газ. Совместное действие на свинец этих веществ, а также кислорода воздуха и давало белила. Помимо ядовитости, эти белила темнеют со временем, так как реагируют со следами сероводорода, который всегда присутствует в воздухе:

2PbCO 3 ·Pb(OH) 2 + 3H 2 S ® 3PbS + 2CO 2 + 4H2O.

При реставрации таких картин потемневшие участки осторожно обрабатывают раствором Н 2 О 2 , что переводит черный сульфид в белый сульфат:

PbS + 4H 2 O 2 ® PbSO 4 + 4H 2 O.

В настоящее время ядовитые свинцовые белила заменены более дорогими, но безвредными титановыми. Ограниченное применение (например, в качестве пигментов для художественных масляных красок) имеют пигменты, содержащих свинец: свинцовый крон лимонный 2PbCrO 4 ·PbSO 4 , свинцовый крон желтый 13PbCrO 4 ·PbSO 4 , красного цвета свинцово-молибдатный крон 7PbCrO·PbSO 4 ·PbMoO 4 .

2.1 Общие сведения и история открытия элемента свинец

Свинец (Plumbum) Рb -- элемент IV группы 6-го периода периодической системы Д. И. Менделеева, номер 82, атомная масса 207,19.

Самородный свинец встречается редко, наиболее важный минерал -- галенит (свинцовый блеск) PbS. Свинец -- мягкий, ковкий и пластичный металл серого цвета. На воздухе быстро покрывается тонким слоем окиси, защищающим его от дальнейшего окисления. В электрохимическом ряду напряжений свинец стоит непосредственно перед водородом. Проявляет валентность 2+, а также 4+. Соединения четырехвалентного свинца значительно менее стойки. Разбавленная соляная и серная кислоты почти не действуют на свинец вследствие малой растворимости PbCl 2 и PbS0 4 . Легко растворяется в азотной кислоте. Свинец так же как и гидроокись его, растворяется в щелочах, при этом образуются плюмбит-ионы. Все растворимые соединения свинца ядовиты. С крепкой серной кислотой (при концентрации более 80%) свинец реагирует с образованием растворимого гидросульфата Pb(HSO 4) 2 , а в горячей концентрированной соляной кислоте растворение сопровождается образованием комплексного хлорида H 4 PbCl 6 .

В присутствии кислорода свинец растворяется также в ряде органических кислот. При действии уксусной кислоты образуется легкорастворимый ацетат Pb(CH 2 COO) 2 (старинное название - «свинцовый сахар»). Свинец заметно растворим также в муравьиной, лимонной и винной кислотах. Растворимость свинца в органических кислотах могло раньше приводить к отравлениям, если пищу готовили в посуде, луженной или паянной свинцовым припоем. Растворимые соли свинца (нитрат и ацетат) в воде гидролизуются:

Pb(NO 3) 2 + H 2 O Pb(OH)NO 3 + HNO 3

При нагревании свинец реагирует с кислородом, серой и галогенами. Так, в реакции с хлором образуется тетрахлорид PbCl 4 - желтая жидкость, дымящая на воздухе из-за гидролиза, а при нагревании разлагающаяся на PbCl 2 и Cl 2 . (Галогениды PbBr 4 и PbI 4 не существуют, так как Pb(IV) - сильный окислитель, который окислил бы бромид- и иодид-анионы.) Тонкоизмельченный свинец обладает пирофорными свойствами - вспыхивает на воздухе. При продолжительном нагревании расплавленного свинца он постепенно переходит сначала в желтый оксид PbO (свинцовый глет), а затем (при хорошем доступе воздуха) - в красный сурик Pb 3 O 4 или 2PbO·PbO 2 . Это соединение можно рассматривать также как свинцовую соль ортосвинцовой кислоты Pb 2 . С помощью сильных окислителей, например, хлорной извести, соединения свинца(II) можно окислить до диоксида:

Pb(CH 3 COO) 2 + Ca(ClO)Cl + H 2 O ® PbO 2 + CaCl 2 + 2CH 3 COOH.

Диоксид образуется также при обработке сурика азотной кислотой:

Pb 3 O 4 + 4HNO 3 ® PbO 2 + 2Pb(NO 3) 2 + 2H 2 O.

Если сильно нагревать коричневый диоксид, то при температуре около 300° С он превратится в оранжевый Pb 2 O 3 (PbO·PbO 2), при 400° С - в красный Pb 3 O 4 , а выше 530° С - в желтый PbO (разложение сопровождается выделением кислорода).

Органические производные свинца - бесцветные очень ядовитые жидкости. Один из методов их синтеза - действие алкилгалогенидов на сплав свинца с натрием:

4C 2 H 5 Cl + 4PbNa ® (C 2 H 5) 4 Pb + 4NaCl + 3Pb

Действием газообразного HCl можно отщеплять от тетразамещенных свинца один алкильный радикал за другим, заменяя их на хлор. Соединения R 4 Pb разлагаются при нагревании с образованием тонкой пленки чистого металла. Такое разложение тетраметилсвинца было использовано для определения времени жизни свободных радикалов.

Анализ текущего состояния разработки Давыдовского месторождения

Давыдовское месторождение расположено в Светлогорском районе Гомельской области республики Беларусь. Ближайшими населенными пунктами являются г. г. Светлогорск, Октябрьский...

Геохимия титана и свинца

Титан открыт в конце XVIII в., когда поиски и анализы новых, еще не описанных в литературе минералов увлекали не только химиков и минералогов, но и ученых-любителей. Один из таких любителей, английский священник Грегор...

Геохимия титана и свинца

Использование беспилотных летательных аппаратов в целях постановки на кадастровый учет линейных объектов на примере автомобильной дороги

Автомобильной дорогой называется комплекс сооружений, предназначенных для перевозки автомобилями пассажиров и грузов и обеспечивающих круглогодичное непрерывное...

Исследование нефтяной скважины на приток

Под гидродинамическими исследованиями скважин и пластов будем понимать совокупность различных мероприятий, направленных на измерение определенных параметров (давление, температура, дебит, время и др...

История открытия Штокмановского газоконденсатного месторождения

Штокмановская структура (вероятность существования месторождения) была выявлена в 1981 году в результате комплексных морских геофизических исследований...

Методы плотностного и селективного гамма-гамма каротажа

В 1910 году по инициативе и под руководством В.И. Вернадского в России была организована Радиевая экспедиция Академии Наук. Становление ядерной геофизике относится к 20-ым годам 20-ого столетия. Тогда А.П. Кириковым, А.Н. Богоявленским, А.Г...

Особенности проведения капитального ремонта скважин при разработке месторождения Жетыбай

Месторождение Жетыбай расположено в западной части полуострова Мангышлак и по административному подчинению входит в состав Каракиякского района Мангистауской области Республики Казахстан...

Особенности строения и подсчет запасов шахтного поля в Южно-Донбасском угленосном районе Донецкого бассейна

Южным Донбассом, или Южно-Донбасским угленосным районом, принято называть полосу распространения нижнекаменноугольных отложений на юго-западной окраине бассейна, вытянутую на 130 км от ст. Межевая на западе до с. Старо-Бешево на р...

Оценка точности геометризации формы и условий залегания пласта 7-7а шахты "Распадская" по данным геологоразведочных работ

Шахта "Распадская" расположена в юго-западной части Томь-Усинского геолого-экономического района Кузбасса. С запада, востока и севера шахтное поле ограничено детально разведанными участками: Распадским, Береговым...

Платиновые руды и их добыча

На Урале первые сведения о находке платины и осмистого иридия как спутников золота в россыпях Верх-Исетского округа (Верх-Нейвинская дача) появились в 1819 г. Несколько лет спустя, в 1822 г. ее обнаружили в дачах Невьянского и Билимбаевского заводов...

Применение химических реагентов для предупреждения и борьбы с гидратами при добыче газа

Широкое изучение территории Западносибирской низменности геологическими и геофизическими методами началось в 50-х годах...

Проект управления состоянием горного массива в очистном забое и подготовительных выработках

Сопряжения лав со штреками являются наиболее ответственными узлами во всей цепи добычи угля. Они представляют собой участки кровли, испытывающие повышенное горное давление. В приделах этих участков, по мере подвигания очистного забоя...

Регулирующий клапан прямого действия

Автоматические регуляторы подразделяются на регуляторы прямого и непрямого действия. Регуляторами прямою действия называются регуляторы, чувствительные элементы которых непосредственно развивают усилия...

Сегодня, используя современные технологии для изучения шахтных пластов и проведения дегазационных работ, угольная компания может добиться значительного увеличения количества каптируемого метана в высоких концентрациях...

Свинец (Plumbum) Рb - элемент IV группы 6-го периода периодической системы Д. И. Менделеева, номер 82, атомная масса 207,19.

Самородный свинец встречается редко, наиболее важный минерал - галенит (свинцовый блеск) PbS. Свинец - мягкий, ковкий и пластичный металл серого цвета. На воздухе быстро покрывается тонким слоем окиси, защищающим его от дальнейшего окисления. В электрохимическом ряду напряжений свинец стоит непосредственно перед водородом. Проявляет валентность 2+, а также 4+. Соединения четырехвалентного свинца значительно менее стойки. Разбавленная соляная и серная кислоты почти не действуют на свинец вследствие малой растворимости PbCl2 и PbS04. Легко растворяется в азотной кислоте. Свинец так же как и гидроокись его, растворяется в щелочах, при этом образуются плюмбит-ионы. Все растворимые соединения свинца ядовиты. С крепкой серной кислотой (при концентрации более 80%) свинец реагирует с образованием растворимого гидросульфата Pb(HSO4)2, а в горячей концентрированной соляной кислоте растворение сопровождается образованием комплексного хлорида H4PbCl6.

В присутствии кислорода свинец растворяется также в ряде органических кислот. При действии уксусной кислоты образуется легкорастворимый ацетат Pb(CH2COO)2 (старинное название – «свинцовый сахар»). Свинец заметно растворим также в муравьиной, лимонной и винной кислотах. Растворимость свинца в органических кислотах могло раньше приводить к отравлениям, если пищу готовили в посуде, луженной или паянной свинцовым припоем. Растворимые соли свинца (нитрат и ацетат) в воде гидролизуются:

Pb(NO3)2 + H2O Pb(OH)NO3 + HNO3

При нагревании свинец реагирует с кислородом, серой и галогенами. Так, в реакции с хлором образуется тетрахлорид PbCl4 – желтая жидкость, дымящая на воздухе из-за гидролиза, а при нагревании разлагающаяся на PbCl2 и Cl2. (Галогениды PbBr4 и PbI4 не существуют, так как Pb(IV) – сильный окислитель, который окислил бы бромид- и иодид-анионы.) Тонкоизмельченный свинец обладает пирофорными свойствами – вспыхивает на воздухе. При продолжительном нагревании расплавленного свинца он постепенно переходит сначала в желтый оксид PbO (свинцовый глет), а затем (при хорошем доступе воздуха) – в красный сурик Pb3O4 или 2PbO·PbO2. Это соединение можно рассматривать также как свинцовую соль ортосвинцовой кислоты Pb2. С помощью сильных окислителей, например, хлорной извести, соединения свинца(II) можно окислить до диоксида:

Pb(CH3COO)2 + Ca(ClO)Cl + H2O ® PbO2 + CaCl2 + 2CH3COOH.

Диоксид образуется также при обработке сурика азотной кислотой:

Pb3O4 + 4HNO3 ® PbO2 + 2Pb(NO3)2 + 2H2O.

Если сильно нагревать коричневый диоксид, то при температуре около 300° С он превратится в оранжевый Pb2O3 (PbO·PbO2), при 400° С – в красный Pb3O4, а выше 530° С – в желтый PbO (разложение сопровождается выделением кислорода).

Органические производные свинца – бесцветные очень ядовитые жидкости. Один из методов их синтеза – действие алкилгалогенидов на сплав свинца с натрием:

4C2H5Cl + 4PbNa ® (C2H5)4Pb + 4NaCl + 3Pb

Действием газообразного HCl можно отщеплять от тетразамещенных свинца один алкильный радикал за другим, заменяя их на хлор. Соединения R4Pb разлагаются при нагревании с образованием тонкой пленки чистого металла. Такое разложение тетраметилсвинца было использовано для определения времени жизни свободных радикалов.

2.2 Минералогия свинца

Минералы свинца

Минералов, содержащих в том или ином количестве свинец, более 150. Главнейшее же промышленное значение имеют лишь галенит и церуссит.

Галенит - самый распространенный минерал свинца. Его химическая формула PbS. В качестве примесей он часто содержит серебро, висмут, сурьму, мышьяк и некоторые другие элементы. Разновидности галенита - селенистый галенит (галенит с примесями селена), свинчак - сплошной тонкозернистый галенит.

Галенит является главнейшим первичным минералом свинца. В земной коре он чаще всего образуется при осаждении из горячих водных растворов (флюидов). На поверхности галенит под действием воздуха и воды разлагается (химически выветривается). В результате за счет галенита образуются другие минералы: карбонаты - церуссит и англезит, окислы - глет и сурик, фосфаты и аналогичные фосфатам химически природные арсенаты и ванадаты - пироморфит, ванадинит, миметезит и некоторые другие.

Церуссит (PbCO3.) после галенита является важнейшей свинцовой рудой. Минерал обычно встречается в виде сплошных, реже зернистых масс белого, грязно-серого или серого цвета. Церуссит - типичный экзогенный минерал, возникающий в зоне окисления свинцовых месторождений, причем здесь он образует псевдоморфозы по галениту, англезиту и другим свинцовым минералам. По церусситу известны псевдоморфозы пироморфита, глета (РbО).

Пироморфит Pb53Cl. Пироморфит - типичный экзогенный минерал, возникающий в зоне окисления свинцовых месторождений. Здесь он часто образует псевдоморфозы по галениту, причем замещение начинается во внутренних частях кристаллов. Наблюдаются также псевдоморфозы пироморфита по церусситу.

Англезит Pb. Англезит является типичным экзогенным минералом, возникающим за счет взаимодействия поверхностных растворов с первичными свинцовыми рудами, чаще всего с галенитом, по такой реакции.

Разделы