Температура и особенности плавления свинца

Исторические сведения

Химический элемент известен людям с древних времён. Одним из первых методов добычи металлов, освоенных человеком, была выплавка свинца. Первыми археологическими находками, подтверждающими это, были найденные свинцовые бусы времён Чатал-Хююк (современная территория Турции). Изделия датируются 6400 годом до нашей эры.

Самая древняя свинцовая фигурка девушки в длинной одежде была выкопана в Египте. Её относят к временам первой династии фараонов (3000 лет до н.э.).

Трубы из свинца составляли древнеримский водопровод. В Древнеримской империи ежегодно выплавляли до 80 тысяч тонн этого металла. На Руси с древних времён свинец использовали как кровельное покрытие соборов и церквей.

Невысокая температура плавления свинца с незапамятных времён сделала доступным получение металла и изготовление из него изделий любой формы.

Обратите внимание! Индустриальная революция с 1840 года в течение 20 лет подняла объём ежегодной выплавки свинца в мире со 100 до 250 тысяч тонн в год.

Нахождение в природе

Пайка алюминия

В чистом виде плюмбум обычно не обнаруживается. Его находят в более чем 100 разных минералах в виде интерметаллических агломератов. Свинец присутствует в урановых и ториевых жилах. Большие скопления свинцово-цинковых руд обнаружены и разрабатываются в Забайкалье, Приморском районе. В разных залежах свинец добывают на Урале, в Норильске.

Самое крупное месторождение с большим содержанием свинца находится в урановых рудах Кохистанской Ладахской дуги (северный Пакистан).

Получение

Как припаять провод без паяльника

Сырьём для извлечения свинца служат породы, включающие геленит. Процесс выплавки тяжёлого металла состоит из нескольких фаз. Из первоначального сырья способом флотации выделяют концентрат с содержанием от 40 до 70 процентов плюмбума. Далее производители идут разными путями.

Одним из способов превращения продукта в веркблей (черновой свинец) является плавка методом регенерации. Другой способ заключается в том, что восстановление металла из оксида происходит плавкой сырья в ватержакетном калорифере.

Полученный веркблей с содержанием 90% свинца очищают от меди. Затем щелочным рафинированием убирают мышьяк и сурьму. Потом выделяют серебро и цинк. Воздействием магния и кальция исключают висмут. В итоге получают свинец чистотой 99,8%.

Производство мирового объёма свинца по итогам исследования международных организаций за 2005 год

Технологические свойства и характеристики

Характеристики металла можно представить перечнем:

• Плотность свинца и его масса;
• Температура плавки свинца;
• Механические свойства;
• Сопротивление коррозии.

Плотность свинца и его масса

Плотность металла составляет 11342 кг/м3. Это значит, что метрический куб свинца весит 11,342 тн. Большой удельный вес позволяет его использовать в виде полезных грузов в различных устройствах.

Температура плавки свинца

Расплавленный металл в чистом виде имеет температуру около 400 градусов. В этом состоянии свинец обладает свойствами текучести жидкости. Литейные качества позволяют заливать свинец в жидком состоянии в формы сложной конфигурации.

Металл закипает при нагреве до 1750 градусов. Во время кипения возникают летучие испарения в виде свинцовой пыли, паров оксидов, которые могут нанести тяжёлое отравление человеческому организму.

Механические свойства

Химический элемент обладает мягкостью и пластичностью, что позволяет холодной прокаткой достичь состояния тонкой фольги. Холодная деформация не влияет на изменение механических свойств.

Сопротивление коррозии

Химическая инертность элемента приближена к показателю благородных металлов. В воздушной среде плюмбум практически не подвергается коррозии. Быстро образующаяся оксидная плёнка на поверхности свинца ставит непреодолимый барьер на пути коррозионных процессов.

Агрессивной средой для свинца являются сероводород, ангидрит угля и серная кислота. Под их воздействием металл активно разрушается.

Меры безопасности

При плавке свинца следует учитывать повышенную текучесть жидкого материала, который при попадании на кожу вызывает ожоги. Пролитый на одежду расплав пропитывает ткань, что усиливает термическое поражение. При попадании нагретого вещества на деревянные или пластиковые поверхности возможно возгорание, поэтому работы следует выполнять на расстоянии от предметов интерьера и с использованием защитной одежды и рукавиц, устойчивых к пропитке жидким свинцом.

Следует учитывать, что категорически запрещено охлаждать расплавленный металл водой. При попадании жидкости происходит интенсивный выброс мелких раскаленных частиц, вызывающих ожоги и приводящих к повреждению предметов интерьера в помещении или к пожару. При проведении работ необходимо защитить лицо маской и очками, а также использовать индивидуальный дыхательный прибор или респиратор.

Если плавка производится в замкнутом помещении (например дома или в гараже), то необходимо обеспечить принудительную вентиляцию. Вдыхание паров металла приводит к постепенному накапливанию свинца в костях. Предельно допустимая концентрация паров в атмосфере составляет 0,003 мг/м³, что лишний раз доказывает высокую токсичность металла и его соединений. Отдельно необходимо упомянуть сплавы с кадмием, пары которого вызывают раковые заболевания и поражают нервную и костную системы человека.

Области применения свинцовых сплавов

Свинцовые соединения разделяют на высоколегированные и низколегированные сплавы. Первые формируются за счёт добавления большого количества химических элементов, обеспечивающих высокую прочность, стойкость к истиранию и низкую усадку при более низкой температуре плавления.

Низколегированные соединения свинца получаются в результате небольших включений из таких веществ, как олово, сурьма, медь и кадмий. Этим добиваются повышенной стойкости сплава к коррозионным процессам в условиях загрязнённой атмосферы, неорганической кислотной среды.

Сплавы применяют в кислотных и щелочных аккумуляторах, в качестве оболочек как мощных, так и кабелей низкого напряжения. Соединения сурьмы или меди со свинцом используют для производства трубопроводов, листовой облицовки различных устройств и защитных матов от радиационного поражения.

Характеристика олова

Плавится при 232 °C, кипит при 2600 °C, отлично сплавляется с разными металлами, благодаря высокой пластичности хорошо поддается ковке. Паяльное олово используется в качестве припоя, так как оно хорошо смачивает металлы. Промышленное получение олова значительно сложнее чем свинца, поэтому оно гораздо дороже.

В отличие от свинца олово выглядит гораздо привлекательнее. Этот серебристо-белый металл безопасен для здоровья человека. Оловом часто покрывают поверхности металлических изделий в местах, где они контактируют с пищей: посуду, консервную жесть, пищевую фольгу и другие. Однако оловянная пыль и пары при вдыхании могут вызвать опасное влияние на человеческий организм. Кроме производства тары для продуктов питания, олово широко используется в разных припоях и других сплавах, например, в антифрикционных и подшипниковых. Этот материал значительно легче свинца, его плотность 7,3 г/куб.см.

https://youtube.com/watch?v=I33GCWrUJFE

Олово полиморфно, то есть оно может существовать в различных модификациях в зависимости от температуры. При температуре ниже 13 °C белое олово (β-модификация) переходит в серое олово (α-модификацию). В результате этого фазового перехода блестящие оловянные изделия рассыпаются в порошок серого цвета. Причем при контакте с порошком белое олово как бы заражается от него и превращается в серое. Такое явление получило название «оловянная чума».

По некоторым данным, именно оно стало главной причиной гибели экспедиции Роберта Скотта на Южный полюс. Керосин, хранившийся на промежуточных складах, вытек из канистр, пропаянных по швам оловом, которое рассыпалось в порошок на морозах Антарктики. Таким образом, члены экспедиции остались почти без топлива.

Домашние и промышленные способы

Без оловянно-свинцовых припоев (ПОС) невозможно существование такой отрасли, как радиотехника. Многие промышленные изделия имеют в своём составе покрытия из ПОС.

Оловянно-свинцовые припои

Промышленность поставляет на рынок припойный продукт:

• литые чушки;
• проволока;
• фольгированная лента;
• припойные трубочки с флюсом;
• порошок или паста.

Сплавы с содержанием 90% олова и 10% свинца применяют для пайки изделий, которые потом подвергаются гальваническому покрытию из золота или серебра. Температура плавления чистого олова – 2310 С. Поэтому припой расплавится при нагреве 2200 С.

Оловянно-свинцовый ПОС с преобладанием в своём составе олова (61%) имеет более низкую температуру плавления – 191%. ПОС 61 используют для покрытия контактных групп в различных приборах, также им обрабатывают тонкую проволоку для обмоток якорей электродвигателей и катушек трансформаторов.

Важно! Учитывая, при какой температуре плавится олово, регулируют % содержание свинца в сплаве. Этим добиваются комфортного температурного режима, при котором оловянно-свинцовый припой быстро переходит в жидкое состояние.

ПОС 30 плавится при 256 градусах. Соединения обладают меньшей прочностью, чем средства с более высоким содержанием олова.

10 процентный припой далёк от температурного порога, при котором происходит плавление олова. Поэтому ПОС 10 применяют как прочный материал для лужения больших металлических поверхностей.

Приготовление расплава и заливка

В промышленных условиях расплав готовят в специальных тиглях, которые помещают в электропечи (оборудование, оснащённое электронной измерительной аппаратурой, поддерживающее нужный режим плавки).

В радиотехническом производстве используют специальные нагревательные ванны, в которых готовят припой для печатных плат радиосхем.

В мастерских и дома припой плавят жалом паяльника. Для приготовления большого объёма расплавленного металла его помещают в медный сосуд на электроплите. Сплав в виде лома загружают в плавильную ванну постепенно, по мере расплавления очередного слоя металла.

Рыболовные лаки

Заядлые рыбаки дома отливают рыболовные грузила и блесны, вливая в глиняные формы расплавленное олово. Блесны затем покрывают водостойкими лаками.

Интересно. Рыболовный лак используют для защиты от появления оксидов на различных статуэтках и других изделиях.

Техника безопасности

Расплавленный свинец способен произвести значимые увечья и ожоги. Капля мгновенно пропалит одежду и попадет на открытую поверхность кожи. Жидкая форма свинца может при вытекании попасть на легко возгораемые предметы и спровоцировать пожар в помещении. Если в жидкий расплав проникает вода происходит резкая вспышка с распространением мелких брызг металла по всей площади. Такие включения могут попасть на кожу и глаза, что болезненно и опасно для органов человека. Таким образом, обязательно во время работы необходимо использование одежды, которая покроет все тело включая рукава, надевайте головной убор. Ткань должна быть с высокой огнеупорностью и термостойкостью. На лицо необходимо надеть маску и защитные очки.

Помещение, в котором проводят плавку, необходимо хорошо проветривать, ввиду токсичности испарения свинца. Если маски нет в наличии используйте ватно-марлевую повязку. При попадании в организм свинец может спровоцировать и усугубить ряд болезненных процессов, накапливаясь в органах, элемент вызывает острое отравление.

Методы избавления от оксида

Во время нахождения на воздухе свинцовые изделия покрываются оксидной плёнкой. Это результат ионного взаимодействия атомов кислорода и свинца. Оксид становится не только защитой от агрессивной среды, но и барьером на пути электрического тока.

Важно! Механическая чистка не принесёт желаемого результата. Плёнка восстановится довольно быстро. Избавиться от оксидов могут помочь подсолнечное масло, графитовая смазка или лак.

В домашних условиях изделие помещают в сосуд с подсолнечным маслом минут на пять. После чего его извлекают из сосуда и дают просохнуть.

В промышленных условиях пользуются графитовой смазкой. Обработанная средством свинцовая поверхность долгое время сохраняет блестящий вид.

Подготовка к плавлению свинца

Для начала нужно найти ёмкость. Будет отлично, если ручка сосуда будет сделана из какого-нибудь жароустойчивого материала. Для этой цели можно воспользоваться старым кофейником или чайником.

Материал можно плавить и в устаревшей посуде, сделанной из чугуна, пользуясь глубокой и длинной ложкой для заливки.

Если поблизости нет подходящей ёмкости, то можно применить и обыкновенную консервную «жестянку». Однако, здесь следует пользоваться пассатижами, которые будут использоваться для снятия раскалённой посуды с пламени и заливки материала в форму.

Не забывайте, что во время работы нужно быть предельно осторожным. Чтобы упростить процедуру, на одной стороне банки можно сделать небольшой желобок. В таком случае раскалённый металл будет выливаться тоненькой струйкой чётко в необходимое место.

Очищенный от примесей материал можно помельчить, чтобы он расплавился как можно скорее. Ёмкость нужно надёжным образом поставить над горелкой и как следует прогреть. Это нужно сделать для того чтобы избавить поверхность от лишних примесей и влаги.

Процедура плавки

Не нужно пытаться расплавить сразу весь подготовленный свинец, ведь взаимодействовать с раскалённой поверхностью ёмкости будет лишь самый нижний слой.

Сначала расплавьте два-три куска, чтобы сформировалась лужица, после чего постепенно накидывайте новый материал. Так у вас появится возможность сделать рабочую площадь более объёмной.

После плавления с поверхности металла нужно убрать слой мусора, примесей и шлака. Заливка должна осуществляться в нагретую форму. А также свинец характеризуется оперативным застыванием. Материал быстро утрачивает текучесть, становится более густым, в связи с чем не может полностью наполнить собой форму.