Ekstrakcja ołowiu z galenitów — najstarszy metal hutniczy ludzkości

SAFETY WARNING: Ołów jest skumulowaną neurotoksyną. Ołów gromadzi się w kostkach i narządach oraz powoduje nieodwracalne uszkodzenia układu nerwowego, nerek i mózgu. Zgodnie z WHO i CDC NIE istnieje bezpieczny poziom ołowiu we krwi. Dzieci i kobiety w ciąży muszą NEVER być obecne podczas jakichkolwiek prac z ołowiem. Całe hutnictwo ołowiu musi odbywać się na zewnątrz z pełną ochroną oddechową i skóry.

Galenit (PbS) to siarczek ołowiu zawierający 86,6% ołowiu wagowo. Jest to najważniejsza ruda ołowiu na świecie. Hutnictwo obejmuje dwa etapy: (1) prażenie w celu przekształcenia PbS w tlenek ołowiu PbO i (2) redukcję PbO węglem w celu uzyskania ołowiu metalicznego. Ołów topnieje w temperaturze 327,5 stopni C — jeden z najniższych punktów topnienia spośród wszystkich metali, dlatego był jednym z pierwszych metali hutniczych topnionych przez starożytne ludy.

Galeną łatwo rozpoznać po jej charakterystycznych właściwościach: jasny metaliczny (srebrno-szary) połysk, doskonałe łupliwość sześcienna (rozpada się na fragmenty w kształcie sześcianu) i wyjątkowa ciężkość. Ciężar właściwy wynosi 7,4-7,6, co czyni ją zauważalnie cięższą niż większość skał. Twardość wynosi 2,5 w skali Mohsa — można ją zarysować paznoktem mocno przyciśniętym lub monetą miedzianą. Rysa na niezglazurowanej porcelanie jest szaro-ołowiowa do czarnej. Galeną często występuje w żyłach hydrotermalnych związanych z kwarcem, kalcytem, fluorytem, sfalerytem (sulfidkiem cynku) i pirytosem.

Zbierz skałę zawierającą galenut z odsłoniętych żył lub odpadów górniczych. Poszukuj charakterystycznych kryształów sześciennych i metalicznego połysku. Wybierz kawałki o najjaśniejszym połysku i największej masie — zawierają one największą zawartość ołowiu. Unikaj okazów z dużą ilością kwarcu lub kalcytu jako skały płonnej (materiału odpadowego). Zbierz 3-5 kg rudy do sensownego stopienia. Noś rękawiczki podczas zbierania — pył galenitu nie powinien mieć kontaktu ze skórą.

Rozbij rudonośną galenę na kawałki nie większe niż 1-2 cm, używając młotka na płaskim kamieniu lub płytce żelaznej. Doskonała sześcienna łupliwość galeny powoduje, że rozpada się na schludne sześcienne fragmenty. Oddziel błyszczące metaliczne fragmenty galeny od materiału zużytkownika (kwarc, kalcyt, skalę macierzystą). Różnica w gęstości sprawia, że ręczne sortowanie jest efektywne — kawałki galeny są wyraźnie cięższe. Podczas rozgniatania noś P100/FFP3 respirator, aby uniknąć wdychania pyłu ołowiu.

Umieść zmiażdżoną galenitę w wiadrze wody i mieszaj. Lżejsze cząsteczki gangue unoszą się lub zaweszają, podczas gdy ciężka galenita (SG 7,5) szybko opada. Wylej mętną wodę i powtórz 2-3 razy. Ta separacja grawitacyjna stęża rudę. Zbierz wodę z umycia w osobnym pojemniku — nie NOT wylej wody zanieczyszczonej ołowiem na glebę ani do kanałów. Pozwól wodzie z umycia osiadać, zbierz osad i pozbądź się go odpowiedzialnie.

MANDATORY SAFETY STEP — DO NOT SKIP. Топienie ołowiu wytwarza toksyczne opary ołowiu, pył tlenku ołowiu i gaz dwutlenku siarki. Ty MUST nosić: (1) P100/FFP3 respirator z wkładem do gazu kwaśnego (dla SO2), (2) okulary ochronne na pryskającą chemię, (3) rękawice ze skóry z mankietem, (4) fartuch ze skóry, (5) odzież z długimi rękawami w pełni zakrywająca skórę, (6) zamknięte buty ze skóry. Pracuj ONLY na zewnątrz z wiatrem wiającym opary z dala od ciebie. Pozycjonuj się zawsze pod wiatr. Trzymaj wiadro suchego piasku w pobliżu do zbierania rozlań. Bez jedzenia, napojów ani palenia w pobliżu obszaru pracy. Dokładnie umyj ręce i twarz wodą z mydłem przed jedzeniem lub piciem po każdej sesji.

Skonstruuj płaskie, otwarte palenisko z cegieł ogniotrwałych lub płaskich kamieni, o wymiarach około 60 x 60 cm. Palenisko powinno być lekko wklęsłe (miskowate), aby zawierać rudę. Umieść je w otwartej, dobrze wentylowanej lokalizacji — prażenie wydziela duże ilości dwutlenku siarki (SO2), który jest toksycznym gazem drażniącym. Słaby naturalny przeciąg pomaga usuwać opary. Starożytni hutники czasami używali lokalizacji na zboczach wzgórz, aby wykorzystać wiatr.

Rozłóż zdrobnioną galeną w cienką warstwę (2-3 cm) na palenisku. Zapal ogień z węgla drzewnego poniżej i wokół rudy. Reakcja prażenia rozpoczyna się w około 450-500 stopni C: 2PbS + 3O2 -> 2PbO + 2SO2. Ruda zmienia kolor z metalicznego srebrnego na matowy żółtoszary (tlenek ołowiu, PbO, zwany także litargyronem). Mieszaj rudę co 15-20 minut długim żelaznym kijem, aby odsłonić świeże powierzchnie powietrzu. Prażenie trwa 2-3 godziny. Uwalniany dwutlenek siarki pachnie jak spalane zapałki — stań pod wiatr i włóż respirator.

Prażenie jest complete, gdy ruda utraciła całkowicie metaliczny połysk i wygląda uniformite matowo żółto-szaro. Złamać kilka większych kawałków — wnętrze powinno być również przekonwertowane, bez pozostałego srebrzystometalicznego rdzenia galeny. Jeśli pozostają metaliczne rdzenie, kontynuować prażenie przez kolejne 30-60 minut z większym mieszaniem. Niedostatecznie prażona ruda daje ołów zanieczyszczony siarką o słabej jakości.

Użyj tygla glinianego lub grafitowo-glinianego o klasie temperaturowej co najmniej 600 stopni C (znacznie powyżej punktu topnienia ołowiu wynoszącego 327,5 stopnia C). Tygiel o pojemności 1-2 litrów jest odpowiedni. W przypadku użycia domowego tygla glinianego upewnij się, że został wstępnie wypłoniony w temperaturze co najmniej 800 stopni C, aby spali wilgoć. Tlenek ołowiu (PbO) jest korozyjny dla niektórych materiałów ceramicznych, dlatego preferowane są tygiele grafitowo-gliniane.

Umieść warstwę 2 cm zdruzgotanego węgla w dnie tygla. Dodaj warstwę prażonego tlenku ołowiu (3-4 cm). Przykryj kolejną warstwą węgla. Reakcja redukcji to: PbO + C -> Pb + CO (w temperaturach powyżej 500 stopni C). Redukcja następuje również przez tlenek węgla: PbO + CO -> Pb + CO2. Napełnij tyg do około dwóch trzecich, alternując warstwy. Niska temperatura topnienia ołowiu (327,5 stopni C) oznacza, że metal staje się ciekły na długo przed wyczerpaniem się węgla.

Umieść załadowany tygiel w piecu węglowym lub dole ogniowym. Podnieś temperaturę do 500-700 stopni C, używając miechów lub sprężonego powietrza. Redukcja przebiega w stosunkowo niskiej temperaturze w porównaniu do topienia miedzi lub żelaza. W ciągu 1-2 godzin zobaczysz stopiony ołów zbierający się na dnie tygla — pojawia się jako jasny, błyszczący płyn. Kontynuuj ogrzewanie, aż cały tlenek ołowiu zostanie zużyty, a warstwa węgla nad stopnionym ołowiem będzie głównie popiołem i żużlem.

CAUTION: Roztopiony ołów rozpryskuje się gwałtownie w kontakcie z wilgocią. Upewnij się, że forma do odlewu jest całkowicie sucha — nawet jedna kropla wody powoduje wybuchowe rozpryskiwanie pary. Użyj wstępnie nagrzanej, suchej formy piaskowej lub formy wyrzeźbionej w kamieniu. Używając pincety do tygla, ostrożnie podnieś tygiel i powoli wlej roztopiony ołów do formy. Żużel (jaśniejszy materiał szary) unosi się na powierzchni i można go zatrzymać. Roztopiony ołów w temperaturze 327-400 stopni C ma połyskliwy wygląd.

Pozwól sztabie ochłodzić się w formie przez co najmniej 20 minut. Ołów szybko stwardnieje ze względu na niski punkt topnienia. Powierzchnia rozwija matową szarą warstwę tlenku w ciągu minut po stwardnieniu. Po ochłodzeniu do temperatury, którą można wytrzymać (użyj rękawic — ALWAYS), wyjmij sztabę z formy. Ładunek 5 kg galeitu powinien dać około 3-3,5 kg ołowiu (uwzględniając skałę poboczną, niekompletne prażenie i straty zużytkownika). Czysty galeint teoretycznie dałby 4,3 kg (zawartość ołowiu 86,6%).

Ołów jest niezwykle miękki — można go zarysować paznokietem (twardość w skali Mohsa 1,5). Jest również bardzo ciężki (gęstość 11,34 g/cm3). Wytnij mały nacięcie nożem — świeżo cięty ołów jest jasny i błyszczący, ale matnieje do szarego koloru w ciągu minut z powodu utlenienia. Ołów jest bardzo plastyczny i można go kuć na cienkie kartki bez pęknięć. Jeśli sztaba jest krucha lub zawiera twarde inkluzje, ma nadmierną zanieczyszczenie żużlem i powinna być przepuszczona przez topienie i przelana przez filtr z węgla drzewnego.

CRITICAL: Czyszczenie zanieczyszczenia ołowiem. Wszystkie powierzchnie, narzędzia i ubrania narażone na pył lub opary ołowiu muszą być czyszczone. Zamiatać (nie dmuchać) cały pył i popiół do szczelnych pojemników. Popiół i żużel zanieczyszczone ołowiem muszą być utylizowane jako odpady niebezpieczne — nigdy nie rozsypywać na glebę ani nie wrzucać do zbiorników wodnych. Umyć wszystkie narzędzia wodą z mydłem. Zdjąć ubranie robocze przed wejściem do pomieszczeń mieszkalnych. Dokładnie się wziąć pod prysznicem. Pył ołowiu na ubraniu może zanieczyścić domy i otruć członków rodziny poprzez ekspozycję wtórną. Przechowywać ingot ołowiu w szczelnym pojemniku, wyraźnie oznaczonym.