从方铅矿中提取铅——人类最早冶炼的金属

SAFETY WARNING：铅是一种蓄积性神经毒素。铅在骨骼和器官中蓄积，对神经系统、肾脏和大脑造成不可逆的损伤。根据WHO和CDC，没有安全的血铅水平。儿童和孕妇在任何铅作业期间NEVER不得在场。所有铅冶炼必须在室外进行，并采取充分的呼吸道和皮肤防护。

方铅矿(PbS)是硫化铅，按质量计含有86.6%的铅。它是全球最重要的铅矿。冶炼涉及两个阶段：(1)焙烧以将PbS转化为氧化铅PbO，(2)用碳还原PbO以产生金属铅。铅的熔点为327.5摄氏度——这是任何金属中最低的熔点之一，这就是为什么它是古人最早冶炼的金属之一。

方铅矿具有易于识别的独特性质：明亮的金属光泽（银灰色）、完美的立方体解理（破裂成立方体形碎片）和异常的沉重感。比重为7.4-7.6，比大多数岩石明显沉重。莫氏硬度为2.5——可以用指甲用力按压或铜币刮擦。在未上釉的瓷板上的条纹为铅灰色至黑色。方铅矿通常出现在与石英、方解石、萤石、闪锌矿（硫化锌）和黄铁矿相关的热液脉中。

从露出的矿脉或矿山尾矿中收集含方铅矿的岩石。寻找特征性的立方体晶体和金属光泽。选择光泽最亮、手感最重的碎片——这些含铅量最高。避免选择含大量石英或方解石脉石（废石）的标本。收集3-5千克矿石以进行有意义的冶炼。收集时戴手套——方铅矿粉尘不应接触皮肤。

使用锤子在平石或铁板上将方铅矿碎成不超过 1-2 厘米的块状。方铅矿完美的立方劈裂性使其断裂成整齐的立方体碎片。将亮金属光泽的方铅矿碎片与脉石物质（石英、方解石、围岩）分离。密度差异使手工分选效果显著 — 方铅矿块体明显较重。粉碎过程中佩戴 P100/FFP3 呼吸器以避免吸入铅尘。

将粉碎的方铅矿放入一桶水中搅拌。较轻的脉石颗粒浮起或悬浮，而重的方铅矿（相对密度7.5）迅速沉底。倒出浑浊的水并重复2-3次。这种重力分选可以富集矿石。将冲洗水收集在单独的容器中——NOT将含铅水倒在土壤上或倒入排水沟。让冲洗水沉淀，收集沉淀物，并负责任地处置。

MANDATORY SAFETY STEP — DO NOT SKIP。 铅冶炼会产生有毒的铅烟、氧化铅粉尘和二氧化硫气体。您 MUST 穿戴：(1) P100/FFP3 带酸性气体滤盒的呼吸器（用于 SO2），(2) 化学防溅护目镜，(3) 皮革长筒手套，(4) 皮革围裙，(5) 长袖衣服完全覆盖皮肤，(6) 闭合式皮革靴子。在 ONLY 户外工作，风吹走烟雾。始终将自己位置置于上风处。在工作区域附近准备一桶干沙以便控制泄漏。工作区域附近严禁食物、饮料或吸烟。任何一次作业后，进食或饮水前用肥皂彻底洗手和脸部。

用耐火砖或平石块构建一个平坦、开放的炉床，尺寸约为 60 x 60 厘米。炉床应略微凹陷（呈碟形）以容纳矿石。将其放在通风良好的开放位置——焙烧会产生大量二氧化硫 (SO2)，这是一种有毒刺激性气体。轻微的自然气流有助于将烟雾吹走。古代冶炼工有时会选择山坡位置以利用风力。

将粉碎的方铅矿以薄层(2-3 厘米)铺在炉床上。在矿石下方和周围点燃木炭火。焙烧反应始于约450-500摄氏度：2PbS + 3O2 -> 2PbO + 2SO2。矿石从金属银色变为暗黄灰色(氧化铅PbO,也称一氧化铅)。每15-20分钟用长铁棒搅拌矿石一次,以使新鲜表面暴露在空气中。焙烧需要2-3小时。释放的二氧化硫闻起来像燃烧的火柴——保持在上风处并佩戴呼吸器。

当矿石完全失去金属光泽，呈现均匀暗黄灰色时，焙烧即完成。打开几块较大的矿块——内部也应该转化，不应有残留的银白色方铅矿核心。如果仍有金属核心残留，继续焙烧另外30-60分钟，同时加强搅拌。焙烧不完全的矿石会产生含硫的铅，质量较差。

使用额定温度至少为 600 摄氏度的粘土或石墨粘土坩埚（远高于铅的 327.5 摄氏度熔点）。1-2 升容量的坩埚即可。如果使用自制粘土坩埚，请确保已预先高温烧制至少 800 摄氏度以燃烧水分。氧化铅 (PbO) 对某些陶瓷有腐蚀性，因此更优先使用石墨粘土坩埚。

在坩埚底部放置2厘米厚的粉碎木炭层。加入一层焙烧的氧化铅（3-4厘米）。上面再加一层木炭。还原反应为：PbO + C -> Pb + CO（温度在500摄氏度以上）。也可通过一氧化碳进行还原：PbO + CO -> Pb + CO2。填充坩埚至约三分之二满，交替堆放各层。铅的熔点低（327.5摄氏度），这意味着金属在木炭耗尽之前已经液化。

将装好的坩埚放入木炭锻炉或火坑中。使用风箱或强制空气将温度升至500-700摄氏度。与铜或铁冶炼相比，还原温度相对较低。在1-2小时内，你会看到熔融铅在坩埚底部积聚——它呈现为明亮、有光泽的液体。继续加热，直到所有氧化铅都被消耗，熔融铅上方的木炭层大部分变成灰烬和炉渣。

CAUTION：熔融铅与水分接触时会猛烈飞溅。确保铸锭模完全干燥——即使一滴水也会导致爆炸性蒸汽飞溅。使用预热的干沙模或雕刻的石模。用坩埚钳小心抬起坩埚，将熔融铅缓慢倒入模具中。炉渣（较浅的灰色物质）浮在顶部，可以挡住。327-400摄氏度的熔融铅呈镜面光亮。

让铅锭在模具中冷却至少20分钟。由于铅的熔点较低，铅凝固速度很快。固化后几分钟内，表面会形成暗灰色的氧化层。冷却到可以处理的温度后（使用手套——ALWAYS），从模具中取出铅锭。5千克闪锌矿应该产生约3-3.5千克铅（考虑到脉石、不完全焙烧和炉渣损失）。纯闪锌矿理论上会产生4.3千克（含铅量86.6%）。

铅极其柔软——可以用指甲划伤（莫氏硬度 1.5）。它也非常重（密度 11.34 g/cm3）。用刀子切一个小缺口——新切的铅光亮闪耀，但在几分钟内会因氧化而失去光泽变成暗灰色。铅高度可锻，可以锤打成薄片而不开裂。如果铸锭易碎或含有硬质夹杂物，则说明其含有过量炉渣污染，应重新熔化并通过木炭过滤器倒出。

CRITICAL：铅污染清理。所有暴露于铅粉尘或烟雾的表面、工具和衣物必须清洁。将所有粉尘和灰烬扫入（不要吹）密封容器中。铅污染的灰烬和炉渣必须作为危险废物处置——切勿散落在土壤上或倾倒在水道中。用肥皂和水冲洗所有工具。进入生活区域前脱掉工作服。彻底淋浴。衣物上的铅粉尘可能污染家庭并通过二次接触毒害家庭成员。将铅锭存放在密封容器中，清楚标记。