Mengekstrak Timbal dari Galena — Logam yang Dipeleburkan Tertua Kemanusiaan

SAFETY WARNING: Timbal adalah neurotoksin kumulatif. Timbal terakumulasi dalam tulang dan organ serta menyebabkan kerusakan irreversibel pada sistem saraf, ginjal, dan otak. TIDAK ada tingkat timbal dalam darah yang aman menurut WHO dan CDC. Anak-anak dan wanita hamil HARUS NEVER hadir selama pekerjaan timbal apa pun. Semua peleburan timbal harus dilakukan di luar ruangan dengan perlindungan pernapasan dan kulit penuh.

Galena (PbS) adalah timbal sulfida, yang mengandung 86,6% timbal berdasarkan massa. Ini adalah bijih timbal paling penting di dunia. Peleburan melibatkan dua tahap: (1) pemanggangan untuk mengubah PbS menjadi oksida timbal PbO, dan (2) pengurangan PbO dengan karbon untuk menghasilkan timbal logam. Timbal meleleh pada 327,5 derajat C — salah satu titik leleh terendah dari logam apa pun, itulah mengapa timbal adalah salah satu logam pertama yang dilebur oleh masyarakat kuno.

Galena mudah dikenali dari sifat-sifatnya yang khas: kilau logam cerah (abu-abu perak), pembelahan kubik sempurna (pecah menjadi fragmen berbentuk kubus), dan kepadatan luar biasa. Berat jenis adalah 7,4-7,6, menjadikannya jauh lebih berat daripada sebagian besar batu. Kekerasan adalah 2,5 pada skala Mohs — dapat tergores dengan kuku yang ditekan keras atau koin tembaga. Garis pada porselen tanpa glasir adalah abu-abu timbal hingga hitam. Galena sering muncul dalam urat hidrotermal yang terkait dengan kuarsa, kalsit, fluorit, sfalerit (seng sulfida), dan pirit.

Kumpulkan batu yang mengandung galena dari urat yang terbuka atau tailing tambang. Cari kristal kubik yang khas dan kilau logam. Pilih potongan dengan kilau paling terang dan terasa paling berat — ini memiliki kandungan timbal tertinggi. Hindari spesimen dengan kuarsa atau kalsit gangue berat (batu limbah). Kumpulkan 3-5 kg bijih untuk peleburan yang bermakna. Kenakan sarung tangan saat pengumpulan — debu galena tidak boleh mengenai kulit.

Pecahkan bijih galena menjadi potongan tidak lebih besar dari 1-2 cm menggunakan palu di atas batu datar atau pelat besi. Pembelahan kubik sempurna galena menyebabkannya pecah menjadi fragmen kubik yang rapi. Pisahkan fragmen galena berkilau metalik dari material gangue (kuarsa, kalsit, batuan sekitarnya). Perbedaan kepadatan membuat penyortiran manual efektif — potongan galena terasa jauh lebih berat. Kenakan respirator P100/FFP3 saat menghancurkan untuk menghindari menghirup debu timbal.

Tempatkan galena yang dihancurkan dalam ember air dan aduk. Partikel gangue yang lebih ringan mengapung atau tersuspensi sementara galena yang berat (SG 7,5) tenggelam dengan cepat. Tuangkan air keruh dan ulangi 2-3 kali. Pemisahan gravitasi ini mengkonsentrasikan bijih. Kumpulkan air pencucian dalam wadah terpisah — jangan NOT tuangkan air yang terkontaminasi timbal ke tanah atau ke dalam saluran. Biarkan air pencucian mengendap, kumpulkan sedimen, dan buang dengan bertanggung jawab.

MANDATORY SAFETY STEP — JANGAN NOT SKIP. Peleburan timbal menghasilkan asap timbal beracun, debu oksida timbal, dan gas sulfur dioksida. Anda MUST memakai: (1) respirator P100/FFP3 dengan cartridge gas asam (untuk SO2), (2) kacamata anti percikan kimia, (3) sarung tangan gauntlet kulit, (4) apron kulit, (5) pakaian berlengan panjang yang menutupi kulit sepenuhnya, (6) sepatu bot kulit bertutup. Bekerja ONLY di luar ruangan dengan angin meniup asap menjauh dari Anda. Posisikan diri Anda melawan arah angin setiap saat. Siapkan ember berisi pasir kering di dekat tempat kerja untuk penampungan tumpahan. Tidak ada makanan, minuman, atau merokok di area kerja. Cuci tangan dan wajah secara menyeluruh dengan sabun sebelum makan atau minum setelah sesi apa pun.

Konstruksikan tempat perapian yang datar dan terbuka dari batu tahan api atau batu datar, sekitar 60 x 60 cm. Tempat perapian harus sedikit cekung (berbentuk mangkuk) untuk menampung bijih. Letakkan di lokasi yang terbuka dan berventilasi baik — pemanasan menghasilkan jumlah besar dioksida belerang (SO2), yang merupakan gas iritasi beracun. Aliran udara alami yang ringan membantu membawa asap pergi. Pelebur kuno kadang-kadang menggunakan lokasi di lereng bukit untuk menangkap angin.

Sebarkan galena yang dihancurkan dalam lapisan tipis (2-3 cm) di atas api unggun. Nyalakan api arang di bawah dan sekitar bijih. Reaksi pemanggangan dimulai pada sekitar 450-500 derajat C: 2PbS + 3O2 -> 2PbO + 2SO2. Bijih berubah dari perak metalik menjadi abu-abu kekuningan kusam (timbal oksida, PbO, juga disebut litarge). Aduk bijih setiap 15-20 menit dengan batang besi panjang untuk mengekspos permukaan segar ke udara. Pemanggangan membutuhkan waktu 2-3 jam. Dioksida belerang yang dilepaskan berbau seperti korek api yang terbakar — tetap berada di arah angin dan kenakan respirator Anda.

Pemanggangan selesai ketika bijih telah kehilangan kilau metaliknya sepenuhnya dan tampak kuning-abu-abu kusam yang seragam. Pecahkan beberapa potongan yang lebih besar — bagian dalamnya juga harus terkonversi, tanpa sisa inti galena metalik-perak. Jika inti metalik tetap ada, lanjutkan pemanggangan selama 30-60 menit lagi dengan pengadukan yang lebih banyak. Bijih yang tidak sepenuhnya dipanggang menghasilkan timbal yang terkontaminasi belerang dengan kualitas rendah.

Gunakan krusibel tanah liat atau tanah liat-grafit yang tahan setidaknya 600 derajat C (jauh di atas titik leleh timbal 327,5 derajat C). Krusibel dengan kapasitas 1-2 liter sudah cocok. Jika menggunakan krusibel tanah liat buatan sendiri, pastikan telah dipanaskan sebelumnya hingga setidaknya 800 derajat C untuk menghilangkan kelembaban. Timbal oksida (PbO) bersifat korosif terhadap beberapa keramik, sehingga krusibel tanah liat-grafit lebih disukai.

Tempatkan lapisan arang yang dihancurkan 2 cm di bagian bawah crucible. Tambahkan lapisan timbal oksida yang dipanggang (3-4 cm). Tutup dengan lapisan arang lainnya. Reaksi reduksi adalah: PbO + C -> Pb + CO (pada suhu di atas 500 derajat C). Beberapa reduksi juga terjadi melalui karbon monoksida: PbO + CO -> Pb + CO2. Isi crucible hingga sekitar dua pertiga penuh, berganti-ganti lapisan. Titik leleh timbal yang rendah (327,5 derajat C) berarti logam menjadi cair jauh sebelum arang habis.

Tempatkan crucible yang terisi dalam tungku arang atau lubang api. Naikkan suhu hingga 500-700 derajat C menggunakan bellows atau udara bertekanan. Reduksi memiliki suhu yang relatif rendah dibandingkan dengan peleburan tembaga atau besi. Dalam 1-2 jam, Anda akan melihat timbal cair berkumpul di bagian bawah crucible — tampak sebagai cairan yang cerah dan mengkilap. Lanjutkan pemanasan hingga semua timbal oksida habis dikonsumsi dan lapisan arang di atas timbal cair sebagian besar menjadi abu dan slag.

CAUTION: Timbal cair menyiprat dengan keras saat kontak dengan kelembapan. Pastikan cetakan ingot benar-benar kering — bahkan setetes air menyebabkan percikan uap yang eksplosif. Gunakan cetakan pasir yang dipanaskan sebelumnya atau cetakan batu yang dipahat. Dengan menggunakan penjepit crucible, angkat crucible dengan hati-hati dan tuangkan timbal cair secara perlahan ke dalam cetakan. Terak (material abu-abu lebih terang) mengapung di atas dan dapat ditahan. Timbal cair pada 327-400 derajat C terlihat bersinar seperti cermin.

Biarkan ingot mendingin dalam cetakan selama minimal 20 menit. Timbal mengeras dengan cepat karena titik leburnya yang rendah. Permukaan mengembangkan lapisan oksida abu-abu kusam dalam beberapa menit setelah mengeras. Setelah cukup dingin untuk ditangani (gunakan sarung tangan — ALWAYS), keluarkan ingot dari cetakan. Muatan galena 5 kg harus menghasilkan sekitar 3-3,5 kg timbal (memperhitungkan gangue, pemanggangan yang tidak lengkap, dan kehilangan slag). Galena murni secara teoritis akan menghasilkan 4,3 kg (kandungan timbal 86,6%).

Timah sangat lunak — dapat tergores dengan kuku (kekerasan Mohs 1,5). Timah juga sangat berat (densitas 11,34 g/cm3). Buat takik kecil dengan pisau — timah yang baru dipotong bersinar terang dan mengkilap tetapi berubah menjadi abu-abu kusam dalam beberapa menit karena oksidasi. Timah sangat mudah ditempa dan dapat dipukul menjadi lembaran tipis tanpa retak. Jika ingot rapuh atau mengandung inklusi keras, itu menunjukkan kontaminasi terak yang berlebihan dan harus dilelehkan kembali dan dituang melalui filter arang.

CRITICAL: Pembersihan kontaminasi timbal. Semua permukaan, alat, dan pakaian yang terkena debu atau asap timbal harus dibersihkan. Sapu (jangan tiup) semua debu dan abu ke dalam wadah tertutup. Abu dan terak yang terkontaminasi timbal harus dibuang sebagai limbah berbahaya — jangan pernah tersebar di tanah atau dibuang ke badan air. Cuci semua alat dengan sabun dan air. Lepaskan pakaian kerja sebelum memasuki ruang hidup. Mandi secara menyeluruh. Debu timbal pada pakaian dapat mengontaminasi rumah dan meracuni anggota keluarga melalui paparan sekunder. Simpan ingot timbal dalam wadah tertutup, berlabel dengan jelas.