元素符號Pb,灰白色金屬,在元素週期表中屬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於同一歷史時期。埃及前王朝時期(早於西元前3000年)即有用鉛製作的小的人像,美索不達米亞於烏拉克三期(Uruk Ⅲ,西元前3000年)已用鉛製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,直到西元前15世紀之後,鉛才較常見於巴勒勒斯坦一帶。

  中國古代“鉛”寫作“𫓪”。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[2PbCO3·Pb(OH)2]、鉛丹(Pb3O4)等(見冶金史)。

  北美於1621年開始采煉鉛礦。歐洲於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,其中一半產於英國。

  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(Ag2S)、黃鐵礦(FeS2)等共生。氧化礦主要有白鉛礦(PbCO3)和硫酸鉛礦(PbSO4)。方鉛礦是生產鉛的主要礦物。

  世界鉛礦資源較豐富的國傢有美國、加拿大、蘇聯、澳大利亞和墨西哥等。中國鉛礦資源也較多,分佈於湖南、廣西、廣東、江西、江蘇、雲南、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。

世界礦山產鉛量與鉛儲量(千噸)

  性質和用途 鉛是最軟的重金屬,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。在潮濕並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H2SO4作用,形成幾乎不溶的PbCl2PbSO4,從而防止鉛繼續被腐蝕。

  鉛廣泛用於制造鉛合金。鉛合金大量用於制造蓄電池極板,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(C2H5)4]可提高其辛烷值。用作顏料的鉛化合物有鉛白[2PbCO3·Pb(OH)2]、鉛丹(Pb3O4)、鉛黃(PbCrO4)、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%,建築材料3%,電氣2%,其他12%。

  由於鉛毒和經濟等原因,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於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。

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

  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Cu2S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。除銅後的鉛液不斷流經熔融的氫氧化鈉和氯化鈉,同時加入硝石(NaNO3)作氧化劑,使砷、錫、銻分別氧化生成砷酸鈉(Na3AsO4)、錫酸鈉(Na2SnO3)和銻酸鈉(Na3SbO4),溶於氫氧化鈉和氯化鈉的混合熔體中而與鉛分離。③加鋅除銀。加鋅於含銀的鉛液,生成浮於鉛液表面的“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Bi2Ca3Bi3Ca,鉍與鎂可生成Bi2Mg3,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,在矽氟酸鉛和矽氟酸溶液中進行。電解液一般含Pb2+80~120克/升、H2SiF680~100克/升。電解液溫度30~45℃,電流密度160~250安/米2,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 由於 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倍於原料量的返粉,這就不僅降低瞭設備能力,同時也限制瞭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,從而加劇瞭鉛塵和煙氣對環境的污染。為此,60年代以來,許多國傢先後研究瞭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瞭一些進展。

  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。有的國傢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,鉛和氧化鉛溶於血液引起中毒,常有貧血、腹痛、痙攣、眼和腎受損害等癥狀。鉛生產過程中應註意環境保護,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。

  

參考書目

 株洲冶煉廠編:《鉛的生產》,湖南人民出版社,長沙,1973。

 趙天從主編:《重金屬冶金學》下冊,冶金工業出版社,北京,1981。