Mengekstrak Timbal dari Galena — Logam Lebur Tertua Kemanusiaan

SAFETY WARNING: Timbal adalah neurotoksin kumulatif. Timbal terkumpul 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 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, mengandung 86,6% timbal menurut massa. Ini adalah bijih timbal paling penting di seluruh dunia. Peleburan melibatkan dua tahap: (1) pemanggangan untuk mengubah PbS menjadi oksida timbal PbO, dan (2) pengurangan PbO dengan karbon untuk menghasilkan timbal metalik. Timbal meleleh pada 327,5 derajat C — salah satu titik lebur terendah dari logam apa pun, itulah sebabnya itu termasuk di antara logam pertama yang dilebur oleh orang kuno.

Galena mudah dikenali oleh sifat-sifatnya yang tersendiri: kilau metalik yang terang (perak-kelabu), pembelahan kubik sempurna (pecah menjadi serpihan berbentuk kubus), dan berat yang luar biasa. Graviti tentu ialah 7.4-7.6, menjadikannya jauh lebih berat daripada kebanyakan batu. Kekerasan ialah 2.5 pada skala Mohs — ia boleh digoresk dengan kuku jari yang ditekan kuat atau syiling kuprum. Garis pada porselin tanpa glasir ialah kelabu plumbum hingga hitam. Galena sering terjadi dalam urat hidrotermal yang berkaitan dengan kuarza, kalsit, fluorit, sfalerit (seng sulfida), dan pirita.

Kumpulkan batu yang mengandung galena dari urat yang terbuka atau tailing lombong. Cari kristal kubik yang khas dan kilauan logam. Pilih potongan dengan kilau paling cerah dan rasa paling berat — ini mempunyai kandungan timbal tertinggi. Elakkan spesimen dengan kuarza berat atau ganggu kalsit (batu sisa). Kumpulkan 3-5 kg bijih untuk peleburan yang bermakna. Pakai sarung tangan semasa pengumpulan — habuk galena tidak boleh bersentuhan dengan kulit.

Pecahkan bijih galena menjadi potongan tidak lebih besar daripada 1-2 cm menggunakan tukul di atas batu rata atau plat besi. Pembelahan kubik sempurna galena menyebabkannya pecah menjadi serpihan kubik yang rapi. Pisahkan serpihan galena logam cerah dari material gangue (kuarsa, kalsit, batu induk). Perbezaan ketumpatan membuat penyisihan tangan berkesan — kepingan galena terasa jauh lebih berat. Kenakan respirator P100/FFP3 semasa menghancurkan untuk mengelakkan menghirup debu timbal.

Letakkan galena yang dihancurkan dalam baldi air dan kacau. Partikel gangue yang lebih ringan terapung atau tersuspens sementara galena yang berat (SG 7.5) tenggelam dengan cepat. Tuangkan air keruh dan ulangi 2-3 kali. Pemisahan graviti ini memusatkan bijih. Kumpulkan air cucian dalam bekas berasingan — NOT tuangkan air tercemar timbal ke atas tanah atau ke dalam longkang. Biarkan air cucian mengendap, kumpulkan sedimen, dan buang dengan bertanggungjawab.

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 kartrid gas asam (untuk SO2), (2) kaca mata percikan kimia, (3) sarung tangan kulit gauntlet, (4) apron kulit, (5) pakaian berlengan panjang yang menutup kulit sepenuhnya, (6) but kulit bertutup jari kaki. Bekerja ONLY di luar dengan angin meniup asap menjauh dari Anda. Posisikan diri Anda di hulu angin setiap saat. Siapkan ember pasir kering di dekat tempat untuk penahanan tumpahan. Tidak ada makanan, minuman, atau merokok di dekat area kerja. Cuci tangan dan wajah secara menyeluruh dengan sabun sebelum makan atau minum setelah sesi apa pun.

Bina tungku terbuka yang rata daripada bata api atau batu rata, kira-kira 60 x 60 cm. Tungku tersebut harus sedikit cekung (berbentuk mangkuk) untuk menampung bijih. Letakkan di lokasi terbuka dan berventilasi baik — pemanasan menghasilkan kuantitas besar sulfur dioksida (SO2), yang merupakan gas penyebab iritasi beracun. Draf semula jadi yang ringan membantu membawa asap pergi. Peleburan kuno kadang-kadang menggunakan lokasi tepi bukit untuk menangkap angin.

Sebarkan galena yang telah dihancurkan dalam lapisan nipis (2-3 cm) di atas perapian. Nyalakan api arang di bawah dan sekitar bijih. Reaksi pemanggangan dimulai pada suhu kira-kira 450-500 darjah C: 2PbS + 3O2 -> 2PbO + 2SO2. Bijih berubah dari perak metalik menjadi keabu-abuan kuning yang kusam (timbal oksida, PbO, juga dipanggil litharge). Aduk bijih setiap 15-20 minit dengan sebatang rod besi panjang untuk mendedahkan permukaan segar kepada udara. Pemanggangan mengambil masa 2-3 jam. Sulfur dioksida yang dilepaskan berbau seperti mancis yang terbakar — tetap berada di arah angin dan kenakan respirator anda.

Pemanggangan selesai apabila bijih telah kehilangan kilaunya yang berlogam sepenuhnya dan kelihatan kuning-kelabu yang kusam secara seragam. Pecahkan beberapa kepingan yang lebih besar — bahagian dalamnya juga harus ditukar, tanpa teras galena berkilat perak yang tinggal. Jika teras berlogam masih ada, teruskan pemanggangan selama 30-60 minit lagi dengan lebih banyak pengadukan. Bijih yang tidak dipanggang sepenuhnya menghasilkan plumbum yang tercemar belerang dengan kualiti yang rendah.

Gunakan crucible tanah liat atau tanah liat-grafit yang dinilai sekurang-kurangnya 600 darjah C (jauh di atas titik lebur plumbum 327.5 darjah C). Crucible yang menampung 1-2 liter adalah sesuai. Jika menggunakan crucible tanah liat buatan sendiri, pastikan ia telah dipanaskan terlebih dahulu hingga sekurang-kurangnya 800 darjah C untuk membakar kelembapan. Plumbum oksida (PbO) adalah korosif kepada beberapa seramik, jadi crucible tanah liat-grafit lebih disukai.

Letakkan lapisan arang yang dihancurkan 2 cm di bahagian bawah crucible. Tambahkan lapisan timbal oksida yang disangai (3-4 cm). Tutup dengan lapisan arang yang lain. Tindak balas pengurangan ialah: PbO + C -> Pb + CO (pada suhu di atas 500 darjah C). Beberapa pengurangan juga berlaku melalui karbon monoksida: PbO + CO -> Pb + CO2. Isi crucible hingga kira-kira dua pertiga penuh, berselang-seli lapisan. Titik lebur timbal yang rendah (327.5 darjah C) bermakna logam menjadi cecair jauh sebelum arang habis.

Letakkan mangkuk pemanggang yang telah dimuatkan dalam relau arang atau lubang api. Naikkan suhu kepada 500-700 darjah C menggunakan tiup atau udara paksa. Pengurangan suhu adalah agak rendah berbanding dengan peleburan kuprum atau besi. Dalam masa 1-2 jam, anda akan melihat timbal lebur terkumpul di bahagian bawah mangkuk pemanggang — ia kelihatan sebagai cecair yang cerah dan berkilau. Teruskan pemanasan sehingga semua timbal oksida telah habis dimakan dan lapisan arang di atas timbal lebur sebahagian besarnya adalah abu dan terak.

CAUTION: Plumbum cair memercik dengan ganas apabila bersentuhan dengan kelembapan. Pastikan acuan jongkong sepenuhnya kering — bahkan satu titis air menyebabkan percikan wap yang meletup. Gunakan acuan pasir yang dipanaskan lebih dahulu atau acuan batu yang diukir. Menggunakan penjepit crucible, angkat crucible dengan berhati-hati dan tuangkan plumbum cair dengan perlahan ke dalam acuan. Slag (bahan kelabu yang lebih ringan) terapung di atas dan boleh ditahan. Plumbum cair pada 327-400 darjah C kelihatan seperti cermin yang terang.

Biarkan ingot sejuk dalam acuan selama sekurang-kurangnya 20 minit. Timah mengeras dengan cepat disebabkan titik leburnya yang rendah. Permukaan membentuk lapisan oksida kelabu kusam dalam beberapa minit selepas mengeras. Setelah cukup sejuk untuk dikendalikan (gunakan sarung tangan — ALWAYS), keluarkan ingot dari acuan. Cas galena 5 kg sepatutnya menghasilkan lebih kurang 3-3.5 kg timah (mengambil kira gangue, pemanasan semula yang tidak lengkap, dan kehilangan terak). Galena tulen secara teorinya akan menghasilkan 4.3 kg (kandungan timah 86.6%).

Plumbum sangat lembut — ia boleh goresan dengan kuku jari (kekerasan Mohs 1.5). Ia juga sangat berat (ketumpatan 11.34 g/cm3). Potong takuk kecil dengan pisau — plumbum yang baru dipotong adalah cerah dan berkilau tetapi menjadi kusam kelabu dalam beberapa minit daripada pengoksidaan. Plumbum sangat boleh ditempa dan boleh dipukul menjadi kepingan nipis tanpa retak. Jika jongkong rapuh atau mengandungi inklusi keras, ia mempunyai pencemaran terak yang berlebihan dan harus dicairkan semula dan dituang melalui penapis arang.

CRITICAL: Pembersihan pencemaran plumbum. Semua permukaan, alat, dan pakaian yang terdedah kepada habuk atau asap plumbum mesti dibersihkan. Sapukan (jangan hembus) semua habuk dan abu ke dalam bekas tertutup. Abu dan terak yang tercemar plumbum mesti dilupuskan sebagai sisa berbahaya — jangan sekali-kali sebarkan di atas tanah atau buang di aliran air. Cuci semua alat dengan sabun dan air. Tanggalkan pakaian kerja sebelum memasuki ruang hidup. Mandi dengan teliti. Habuk plumbum pada pakaian boleh mencemari rumah dan meracuni ahli keluarga melalui pendedahan sekunder. Simpan ingot plumbum dalam bekas tertutup, berlabel dengan jelas.