갈레나에서 납 추출 — 인류가 제련한 가장 오래된 금속

SAFETY WARNING: 납은 누적 신경독소입니다. 납은 뼈와 장기에 축적되어 신경계, 신장 및 뇌에 돌이킬 수 없는 손상을 일으킵니다. WHO와 CDC에 따르면 안전한 혈중 납 수준은 없습니다. 어린이와 임산부는 모든 납 작업 중에 NEVER 현장에 있으면 안 됩니다. 모든 납 제련은 완전한 호흡기 및 피부 보호와 함께 실외에서 수행되어야 합니다.

방연석(PbS)은 황화납이며 질량으로 86.6%의 납을 포함합니다. 이는 전 세계적으로 가장 중요한 납 광석입니다. 제련은 두 단계를 포함합니다: (1) PbS를 산화납 PbO로 전환하기 위한 로스팅, 및 (2) 금속 납을 생성하기 위해 탄소로 PbO를 환원합니다. 납은 327.5도 C에서 녹습니다 — 모든 금속 중 가장 낮은 융점 중 하나이며, 이것이 고대 민족들이 처음 제련한 금속 중 하나인 이유입니다.

방연광은 독특한 성질로 쉽게 식별됩니다: 밝은 금속성(은회색) 광택, 완벽한 정육면체 쪼개짐(정육면체 모양의 조각으로 부러짐), 그리고 특이한 무거움. 비중은 7.4-7.6으로 대부분의 암석보다 현저히 무겁습니다. 모스 경도는 2.5입니다 — 손톱을 세게 눌렀을 때나 구리 동전으로 긁을 수 있습니다. 유약을 칠하지 않은 자기 위의 흔적은 납회색에서 검은색입니다. 방연광은 종종 석영, 방해석, 형석, 섬아연광(황화아연), 황철광과 관련된 열수맥에서 발생합니다.

노출된 광맥이나 광산 폐기물에서 갈레나를 함유한 광석을 수집합니다. 특징적인 정육면체 결정과 금속광택을 찾으세요. 가장 밝은 광택과 무거운 무게의 조각을 선택하세요 — 이들이 최고의 납 함량을 가집니다. 석영이나 방해석 맥석(폐석)이 많은 표본은 피하세요. 의미 있는 제련을 위해 3-5 kg의 광석을 수집하세요. 수집 중 장갑을 착용하세요 — 갈레나 먼지가 피부에 접촉되어서는 안 됩니다.

망치를 사용하여 납석 광석을 1-2 cm 이하의 크기로 평평한 돌이나 철판 위에서 분쇄합니다. 납석의 완벽한 정육면체 쪼개짐으로 인해 깔끔한 정육면체 조각으로 파편화됩니다. 밝은 금속성 납석 조각을 맥석 물질(석영, 방해석, 모암)과 분리합니다. 밀도 차이로 인해 수작업 선별이 효과적입니다 — 납석 조각은 눈에 띄게 더 무겁습니다. 납 분진을 흡입하지 않기 위해 분쇄 중에 P100/FFP3 호흡기를 착용하십시오.

분쇄된 방연광을 물이 담긴 양동이에 넣고 저어줍니다. 가벼운 맥석 입자는 떠오르거나 부유하는 반면, 무거운 방연광(비중 7.5)은 빠르게 가라앉습니다. 탁한 물을 따라내고 2-3회 반복합니다. 이 중력 분리는 광석을 농축합니다. 세척수를 별도의 용기에 모으십시오 — NOT 납 오염 물을 토양이나 배수로에 붓지 마십시오. 세척수가 정착되도록 한 후 침전물을 모아 책임감 있게 처리하십시오.

MANDATORY SAFETY STEP — DO NOT SKIP. 납 제련은 독성 납 흄, 산화 납 먼지 및 이산화황 가스를 발생시킵니다. 당신은 MUST 착용해야 합니다: (1) 산 가스 카트리지가 있는 P100/FFP3 호흡기(SO2용), (2) 화학 스플래시 보안경, (3) 가죽 건틀렛 장갑, (4) 가죽 앞치마, (5) 피부를 완전히 덮는 긴소매 의류, (6) 닫힌 발가락 가죽 부츠. ONLY 옥외에서 흄이 당신에게서 불어나가는 바람으로 작업하십시오. 항상 바람 위쪽에 위치하십시오. 유출 억제용으로 건조한 모래 양동이를 근처에 보관하십시오. 작업 영역 근처에서 음식, 음료 또는 흡연을 금지합니다. 모든 작업 후 식사 또는 음료 전에 비누로 손과 얼굴을 철저히 씻으십시오.

내화벽돌이나 평평한 돌로 평탄하고 열린 노(난로)를 만드십시오. 크기는 약 60 x 60 cm입니다. 노는 광석을 담기 위해 약간 오목한(접시 모양) 형태여야 합니다. 로스팅은 대량의 이산화황(SO2)을 발생시키므로 통풍이 잘 되는 개방된 장소에 설치하십시오. 이산화황은 독성 자극성 가스입니다. 약한 자연 통풍은 연기를 날려 보내는 데 도움이 됩니다. 고대의 제련소들은 때때로 바람을 잡기 위해 언덕 옆 위치를 사용했습니다.

분쇄된 갈레나를 얇은 층(2-3 cm)으로 화로에 펼칩니다. 광석 아래와 주위에 목탄불을 피웁니다. 로스팅 반응은 약 450-500도 C에서 시작됩니다: 2PbS + 3O2 -> 2PbO + 2SO2. 광석은 금속성 은색에서 칙칙한 황회색(산화납, PbO, 리타르주라고도 함)으로 변합니다. 긴 철봉으로 광석을 15-20분마다 저어서 신선한 표면을 공기에 노출시킵니다. 로스팅은 2-3시간이 걸립니다. 방출된 이산화황은 타는 성냥 냄새가 납니다 — 바람 위쪽에 있고 호흡기를 착용하세요.

광석이 금속 광택을 완전히 잃고 균일하게 둔한 노란색-회색으로 보일 때 로스팅이 완료됩니다. 몇 개의 큰 조각을 깨어 보십시오 — 내부도 변환되어야 하며 남은 은색-금속 방연광 핵이 없어야 합니다. 금속 핵이 남아있으면 더 많은 저어으면서 추가로 30-60분 동안 로스팅을 계속하십시오. 불완전하게 로스팅된 광석은 품질이 낮은 황으로 오염된 납을 생성합니다.

최소 600도 C(납의 327.5도 C 융점보다 훨씬 높음)로 평가되는 점토 또는 흑연-점토 도가니를 사용하십시오. 1-2리터를 담을 수 있는 도가니가 적합합니다. 수제 점토 도가니를 사용하는 경우 수분을 태우기 위해 최소 800도 C로 사전 소성되었는지 확인하십시오. 산화납(PbO)은 일부 세라믹에 부식성이 있으므로 흑연-점토 도가니가 선호됩니다.

도가니 밑바닥에 분쇄된 목탄 2cm 층을 놓습니다. 소성된 산화납(3-4cm) 층을 추가합니다. 목탄의 다른 층으로 덮습니다. 환원 반응은 PbO + C -> Pb + CO(500도 이상의 온도에서)입니다. 일산화탄소를 통한 환원도 발생합니다: PbO + CO -> Pb + CO2. 도가니를 약 2/3 정도 채울 때까지 층을 번갈아가며 채웁니다. 납의 낮은 융점(327.5도)은 목탄이 소비되기 훨씬 전에 금속이 액체가 된다는 의미입니다.

로드된 도가니를 목탄 용광로나 불 구덩이에 놓습니다. 송풍기 또는 강제 공기를 사용하여 온도를 500-700도 C로 올립니다. 이 환원 과정은 구리나 철 제련에 비해 상대적으로 낮은 온도입니다. 1-2시간 이내에 도가니 하단에 녹은 납이 모이는 것을 볼 수 있습니다 — 밝고 광택이 나는 액체로 나타납니다. 모든 산화납이 소비되고 녹은 납 위의 목탄층이 대부분 회분과 슬래그가 될 때까지 계속 가열합니다.

CAUTION: 녹인 납은 수분과 접촉하면 격렬하게 튀어 날린다. 잉곳 몰드가 완전히 건조한지 확인하십시오 — 물 한 방울만으로도 폭발적인 수증기 튀김이 발생합니다. 미리 가열된 건조한 모래 몰드 또는 조각된 석재 몰드를 사용하십시오. 도가니 집게를 사용하여 도가니를 조심스럽게 들어올리고 녹인 납을 천천히 몰드에 붓습니다. 슬래그(더 밝은 회색 물질)는 위에 떠있으며 막을 수 있습니다. 327-400도 C의 녹인 납은 거울처럼 밝게 보입니다.

주괴를 금형에서 최소 20분간 식힙니다. 납은 낮은 녹는점으로 인해 빠르게 응고됩니다. 표면은 응고 후 수분 내에 무광택 회색 산화층이 형성됩니다. 다루기에 충분히 식으면(장갑 사용 — ALWAYS), 금형에서 주괴를 제거합니다. 5 kg의 방연석 장입은 약 3-3.5 kg의 납을 생성해야 합니다(맥석, 불완전한 소성, 및 슬래그 손실을 고려할 때). 순수 방연석은 이론적으로 4.3 kg을 생성합니다(납 함량 86.6%).

납은 극도로 부드럽습니다 — 손톱으로 긁을 수 있습니다(모스 경도 1.5). 또한 매우 무겁습니다(밀도 11.34 g/cm3). 칼로 작은 홈을 내면 — 새로 자른 납은 밝고 윤기가 있지만 산화로 인해 몇 분 안에 칙칙한 회색으로 변합니다. 납은 매우 연성이 있어서 갈라지지 않고 얇은 판으로 망칠 수 있습니다. 주괴가 취약하거나 경질의 포함물이 있으면 슬래그 오염이 과도하며 다시 녹여서 목탄 필터를 통해 부어야 합니다.

CRITICAL: 납 오염 정화. 납 분진 또는 흄에 노출된 모든 표면, 도구 및 의류를 청소해야 합니다. 모든 분진과 재를 밀폐된 용기에 쓸어넣으세요(불지 마세요). 납으로 오염된 재와 슬래그는 유해 폐기물로 처리해야 합니다. 절대 흙에 흩어지거나 수역에 버리면 안 됩니다. 모든 도구를 비누와 물로 씻으세요. 생활 공간에 들어가기 전에 작업복을 벗으세요. 철저히 샤워하세요. 의류의 납 분진은 가정을 오염시키고 이차 노출을 통해 가족 구성원을 중독시킬 수 있습니다. 납 주괴를 밀폐된 용기에 보관하고 명확하게 표시하세요.