Pagkuha ng Lead mula sa Galena — Pinakamatatandang Inalaw na Metal ng Sangkatauhan

SAFETY WARNING: Ang lead ay isang cumulative neurotoxin. Ang lead ay nag-ipon sa mga buto at organ at nagdudulot ng hindi maibabalik na pinsala sa nervous system, kidneys, at brain. Walang ligtas na blood lead level ayon sa WHO at CDC. Ang mga bata at mga babaeng buntis ay dapat NEVER na naroroon sa anumang lead work. Lahat ng lead smelting ay dapat gawin sa labas na may buong respiratory at skin protection.

Ang Galena (PbS) ay lead sulfide, na may 86.6% lead ayon sa mass. Ito ay ang pinakamahalaging lead ore sa buong mundo. Ang smelting ay may dalawang yugto: (1) roasting upang i-convert ang PbS sa lead oxide PbO, at (2) pagbabawas ng PbO gamit ang carbon upang makabuo ng metallic lead. Ang lead ay natutunaw sa 327.5 degrees C — isa sa pinakamababang melting points ng anumang metal, kaya ito ay kabilang sa mga unang metal na natunaw ng mga sinaunang tao.

Ang galena ay madaling makilala sa pamamagitan ng mga natatanging katangian nito: maliwanag na metallic (pilak-gray) na kislap, perpektong cubic cleavage (pumapasok sa cubic-shaped fragments), at kahanga-hangang bigat. Ang specific gravity ay 7.4-7.6, na ginagawang napakabigat ito kaysa sa karamihan ng mga bato. Ang katigasan ay 2.5 sa Mohs scale — maaari itong mascratchan ng fingernail na pinindot ng malakas o isang copper coin. Ang streak sa unglazed porcelain ay lead-gray hanggang black. Ang galena ay madalas na nangyayari sa hydrothermal veins na nauugnay sa quartz, calcite, fluorite, sphalerite (zinc sulfide), at pyrite.

Kolektahin ang galena-bearing rock mula sa exposed veins o mine tailings. Maghanap ng characteristic cubic crystals at metallic gleam. Piliin ang mga piraso na may pinakamaliwanag na luster at pinakamabigat na pakiramdam — ang mga ito ay may pinakamataas na lead content. Iwasan ang mga specimen na may mabigat na quartz o calcite gangue (waste rock). Kolektahin ang 3-5 kg ng ore para sa meaningful smelt. Magsuot ng gloves sa panahon ng collection — ang galena dust ay hindi dapat makipag-ugnayan sa skin.

Masira ang galena ore sa mga piraso na hindi mas malaki kaysa 1-2 cm gamit ang martilyo sa isang patag na bato o plakang bakal. Ang perpektong kubikong cleavage ng galena ay nagiging sanhi sa ito na masira sa mga maayos na kubikong fragmente. Paghiwalayin ang maningning na metalikong galena fragments mula sa gangue material (quartz, calcite, country rock). Ang pagkakaiba sa density ay gumagawa sa hand-sorting na epektibo — ang mga piraso ng galena ay nararamdaman na makabuluhang mas mabigat. Magsuot ng P100/FFP3 respirator sa panahon ng crushing upang maiwasan ang pag-inhala ng lead dust.

Ilagay ang pinagsalamin na galena sa isang timba ng tubig at gamutin. Ang mas magaang gangue particles ay naglalutang-luhod o nakakalat habang ang mabigat na galena (SG 7.5) ay mabilis na lumubog. Ibuhos ang maruming tubig at ulitin ng 2-3 beses. Ang gravity separation na ito ay nagko-concentrate ng ore. Kolektahin ang wash water sa isang hiwalay na lalagyan — NOT ibuhos ang lead-contaminated na tubig sa lupa o sa mga drain. Hayaan ang wash water na masettle, kolektahin ang sediment, at tanggapin nang responsable.

MANDATORY SAFETY STEP — HUWAG NOT SKIP. Ang pagsmelting ng lead ay gumagawa ng nakakapinsalang lead fumes, lead oxide dust, at sulfur dioxide gas. Dapat mong MUST magsuot ng: (1) P100/FFP3 respirator na may acid gas cartridge (para sa SO2), (2) chemical splash goggles, (3) leather gauntlet gloves, (4) leather apron, (5) long-sleeved clothing na ganap na sumasaklaw sa balat, (6) closed-toe leather boots. Magtrabaho ONLY sa labas na may hangin na umaalis ng fumes mula sa iyo. Maging upwind palagi. Panatilihing malapit ang isang bucket ng dry sand para sa spill containment. Walang pagkain, inumin, o pag-uuling kahit saan malapit sa work area. Hugasan ang mga kamay at mukha nang mabuti gamit ang sabon bago kumain o uminom pagkatapos ng anumang session.

Bumuo ng isang flat, open hearth mula sa firebricks o flat stones, humigit-kumulang 60 x 60 cm. Ang hearth ay dapat na slightly concave (dished) upang maglaman ng ore. Ilagay ito sa isang open, well-ventilated na lokasyon — ang roasting ay gumagawa ng malalaking dami ng sulfur dioxide (SO2), na isang toxic irritant gas. Ang isang slight natural draft ay tumutulong na dalhin ang fumes palayo. Ang mga ancient smelters ay minsan na gumagamit ng hillside locations upang mahuli ang hangin.

Ibahagi ang pinagsira na galena sa isang manipis na layer (2-3 cm) sa hearth. Magpasiklab ng apoy ng charcoal sa ibaba at sa paligid ng ore. Ang roasting reaction ay nagsisimula sa humigit-kumulang na 450-500 degrees C: 2PbS + 3O2 -> 2PbO + 2SO2. Ang ore ay nagbabago mula sa metallic silver tungo sa isang matapang na yellowish-gray (lead oxide, PbO, tinatawag ding litharge). Gawing gulong ang ore bawat 15-20 minuto gamit ang isang mahabang iron rod upang ihayag ang mga bagong surface sa hangin. Ang roasting ay tumatagal ng 2-3 oras. Ang sulfur dioxide na inilalabas ay amoy na katulad ng nasusunog na posporo — manatili sa windward at isuot ang iyong respirator.

Kumpleto ang pagsasayang kapag ang ore ay lubos na nawalan ng metallic luster at mukhang pare-parehong dull yellow-gray. Buksan ang ilang mas malaking piraso — ang interior ay dapat ding na-convert, na walang natitirang silver-metallic galena core. Kung may nananatiling metallic cores, magpatuloy ng pagsasayang ng isa pang 30-60 minuto na may mas maraming pag-aagos. Ang hindi lubos na sinasayang na ore ay gumagawa ng sulfur-contaminated lead na mababang kalidad.

Gumamit ng clay o graphite-clay crucible na may rating na hindi bababa sa 600 degrees C (mas mataas pa sa lead's 327.5 degrees C melting point). Ang crucible na may kapasidad na 1-2 liters ay angkop. Kung gumagamit ng homemade clay crucible, siguraduhin na ito ay pre-fired na sa hindi bababa sa 800 degrees C upang masunog ang moisture. Ang lead oxide (PbO) ay corrosive sa ilang ceramics, kaya ang graphite-clay crucibles ay mas preferred.

Maglagay ng 2 cm layer ng crushed charcoal sa ibaba ng crucible. Magdagdag ng layer ng roasted lead oxide (3-4 cm). Tuklasin ng isa pang layer ng charcoal. Ang reduction reaction ay: PbO + C -> Pb + CO (sa temperatures na higit sa 500 degrees C). Ang ilang reduction ay nangyayari din sa pamamagitan ng carbon monoxide: PbO + CO -> Pb + CO2. Punuin ang crucible na hanggang humigit-kumulang dalawang-katlo puno, alternating layers. Ang mababang melting point ng lead (327.5 degrees C) ay nangangahulugang ang metal ay nagiging liquid bago pa ang charcoal ay maubos.

Ilagay ang loaded crucible sa isang charcoal forge o fire pit. Dalhin ang temperatura sa 500-700 degrees C gamit ang bellows o forced air. Ang reduction ay relatibong mababang temperatura kumpara sa copper o iron smelting. Sa loob ng 1-2 hours, makikita mo ang molten lead na nag-pool sa ibaba ng crucible — ito ay lumilitaw bilang isang maliwanag, makinang na likido. Magpatuloy sa pagpapainit hanggang sa lahat ng lead oxide ay natunaw na at ang charcoal layer sa itaas ng molten lead ay karamihan nang ash at slag.

CAUTION: Ang natunaw na lead ay pumapalpak nang marahas sa pakikipag-ugnayan sa kapaligiran. Tiyaking ganap na tuyo ang ingot mold — kahit isang patak lamang ng tubig ay nagiging sanhi ng pagsabog ng singaw. Gumamit ng preheat na, tuyo na sand mold o isang carved stone mold. Gamit ang crucible tongs, maingat na itaas ang crucible at bumuhos ng mabagal ng natunaw na lead sa mold. Ang slag (mas mapayagang kulay na gray na materyales) ay lumilitaw sa tuktok at maaaring ibalik. Ang natunaw na lead sa 327-400 degrees C ay mukhang sumasalamin.

Hayaang palamig ang ingot sa molde ng hindi bababa sa 20 minuto. Ang lead ay mabilis na nagiging solid dahil sa mababang melting point nito. Ang surface ay bumubuo ng isang makulay na gray oxide layer sa loob ng ilang minuto pagkatapos ng pagiging solid. Sa sandaling cool na enough para hawakan (gumamit ng gloves — ALWAYS), alisin ang ingot mula sa molde. Ang 5 kg galena charge ay dapat magbigay ng humigit-kumulang 3-3.5 kg ng lead (accounting para sa gangue, incomplete roasting, at slag losses). Ang pure galena ay theoretically magbibigay ng 4.3 kg (86.6% lead content).

Ang lead ay napakamupok — maaaring masira ng kuko (Mohs hardness 1.5). Ito ay napakabigat din (density 11.34 g/cm3). Gumupit ng maliit na bingot gamit ang kutsilyo — ang bagong potadong lead ay maliwanag at makislap ngunit nagiging matamis na kulay-abo sa loob ng ilang minuto dahil sa oxidation. Ang lead ay lubhang malleable at maaaring ihampas sa manipis na mga sheet nang walang bitak. Kung ang ingot ay brittle o naglalaman ng mahigpit na inclusions, ito ay may sobosong slag contamination at dapat na muling matunaw at ibuhos sa pamamagitan ng filter ng charcoal.

CRITICAL: Paglilinis ng kontaminasyon ng lead. Lahat ng mga ibabaw, kagamitan, at damit na nalantad sa alikabok o usok ng lead ay dapat na malinis. Yupiin (huwag pagliparin) ang lahat ng alikabok at abo sa mga selyadong lalagyan. Ang lead-contaminated na abo at slag ay dapat itapon bilang hazardous waste — hindi kailanman iabog sa lupa o ibuhos sa mga ilog. Hugasan ang lahat ng mga kagamitan gamit ang sabon at tubig. Tanggalin ang damit sa trabaho bago pumasok sa mga espasyo ng pamumuhay. Maligo nang mabuti. Ang alikabok ng lead sa damit ay maaaring makontamina ng mga tahanan at makapoisong ang mga miyembro ng pamilya sa pamamagitan ng secondary exposure. Itago ang lead ingot sa isang selyadong lalagyan, na malinaw na may label.