Вилучення свинцю з галеніту — найдавніший металургійний метал людства

SAFETY WARNING: Свинець є кумулятивним нейротоксином. Свинець накопичується в костях та органах і викликає незворотне пошкодження нервової системи, нирок та головного мозку. Згідно з WHO та CDC, НЕ існує безпечного рівня свинцю в крові. Діти та вагітні жінки НЕ мають NEVER бути присутніми під час будь-яких робіт зі свинцем. Весь плавлення свинцю має проводитися на відкритому повітрі з повним захистом дихальних шляхів та шкіри.

Галеніт (PbS) – це сульфід свинцю, що містить 86,6% свинцю за масою. Це найважливіша свинцева руда у світі. Плавлення включає два етапи: (1) обсмалювання для перетворення PbS на оксид свинцю PbO та (2) відновлення PbO вуглецем для отримання металічного свинцю. Свинець плавиться при 327,5 градусах C — одна з найнижчих температур плавлення будь-якого металу, що пояснює, чому він був серед перших металів, які плавили давні народи.

Галеніт легко розпізнати за його характерними властивостями: яскравий металевий (срібно-сірий) блиск, ідеальне кубічне розщеплення (розламується на кубоподібні фрагменти) та виняткова важкість. Питома вага становить 7,4-7,6, що робить його помітно важчим за більшість гірських порід. Твердість становить 2,5 за шкалою Мооса — його можна поцарапати напресованим нігтем або мідною монетою. Смуга на неглазурованій фарфоровій пластині — свинцево-сіра до чорної. Галеніт часто трапляється у гідротермальних жилах, пов'язаних з кварцем, кальцитом, флюоритом, сфалеритом (сульфідом цинку) та піритом.

Зібрати гірську породу, що містить галеніт, з відкритих жил або хвостів видобутку. Шукайте характерні кубічні кристали та металевий блиск. Вибирайте шматки з найяскравішим глянцем та найважчим вагою — вони мають найвищий вміст свинцю. Уникайте зразків з великою кількістю кварцу або кальциту жанги (пустої породи). Зберіть 3-5 кг руди для повноцінної переплавки. Надягайте рукавиці під час збирання — пил галеніту не повинен контактувати зі шкірою.

Розбийте галеніт на шматки розміром не більше ніж 1-2 см за допомогою молота на плоскому камені або залізній пластині. Ідеальна кубічна спайність галеніту призводить до його розлому на акуратні кубічні фрагменти. Відокремте яскраві металічні фрагменти галеніту від порід пустої породи (кварцу, кальциту, вміщуючої породи). Різниця в щільності робить ручне сортування ефективним — шматки галеніту відчутно важчі. Під час подрібнення носіть респіратор P100/FFP3, щоб уникнути вдихання свинцевого пилу.

Помістіть подрібнену галеніт у відро з водою та перемішайте. Легші частинки пустої породи плавають або залишаються в суспензії, тоді як важка галеніт (SG 7,5) швидко осідає. Злійте каламутну воду та повторіть 2-3 рази. Це гравітаційне розділення концентрує руду. Зберігайте промивну воду в окремому контейнері — NOT заливайте воду, забруднену свинцем, на грунт або в каналізацію. Дайте промивній воді відстоятися, зберіть осад і утилізуйте відповідально.

MANDATORY SAFETY STEP — DO NOT SKIP. Плавлення свинцю виробляє токсичні пари свинцю, пил оксиду свинцю та газ діоксид сірки. Ви MUST носити: (1) P100/FFP3 респіратор з картриджем кислотного газу (для SO2), (2) захисні окуляри від хімічних брызків, (3) шкіряні рукавиці-гаунтлети, (4) шкіряний фартух, (5) одяг з довгими рукавами, який повністю закриває шкіру, (6) закриті шкіряні черевики. Працюйте ONLY на відкритому повітрі з вітром, що відносить пари від вас. Завжди розташовуйтесь з боку вітру. Тримайте поруч відро сухого піску для локалізації розливів. Жодних продуктів харчування, напоїв або паління поблизу робочої зони. Ретельно вмийте руки та обличчя з милом перед їданням або питтям після будь-якого сеансу.

Побудуйте плаский, відкритий очаг з вогнетривких цегел або плоских каменів розміром приблизно 60 x 60 см. Очаг повинен бути злегка увігнутим (чашеподібним) для утримання руди. Розташуйте його в открытому, добре провітрюваному місці — смалювання виробляє великі кількості діоксиду сірки (SO2), який є токсичним газом-дратівником. Легкий природний вітерець допомагає відносити випари. Давні плавильщики іноді використовували розташування на схилах пагорбів, щоб ловити вітер.

Розсипте подрібнену галену тонким шаром (2-3 см) на вогнищі. Запаліть вугільний вогонь під і навколо руди. Реакція прожарювання починається приблизно при 450-500 градусах C: 2PbS + 3O2 -> 2PbO + 2SO2. Руда змінює колір із металічного сріблястого на матово жовто-сірий (оксид свинцю, PbO, також називається літаргом). Перемішуйте руду кожні 15-20 хвилин довгим залізним стрижнем, щоб відкрити свіжі поверхні повітрю. Прожарювання займає 2-3 години. Діоксид сірки, який виділяється, пахне спаленими сірниками — залишайтеся по вітру і носіть респіратор.

Обпалювання завершено, коли руда повністю втратила металічний блиск і виглядає однорідно тьмяно жовто-сірою. Розламайте кілька більших шматків — внутрішня частина також повинна бути перетворена без залишків срібляво-металічного ядра галеніту. Якщо залишаються металічні ядра, продовжуйте обпалювання ще 30-60 хвилин з більшим помішуванням. Неповністю обпалена руда дає забруднене сіркою свинець низької якості.

Використовуйте глиняний або графіт-глиняний тигель, рассчитаний на температуру щонайменше 600 градусів C (значно вище за температуру плавлення свинцю 327,5 градусів C). Тигель об'ємом 1-2 літри є придатним. Якщо використовуєте самодельний глиняний тигель, переконайтеся, що він був попередньо обпалений при щонайменше 800 градусів C, щоб випалити вологу. Свинцевий оксид (PbO) є корозійним для деяких керамік, тому переважно використовувати графіт-глиняні тиглі.

Помістіть шар подрібленого деревного вугілля товщиною 2 см на дно тигля. Додайте шар випаленого оксиду свинцю (3-4 см). Накрийте ще одним шаром деревного вугілля. Реакція відновлення: PbO + C -> Pb + CO (при температурах вище 500 градусів C). Деяке відновлення також відбувається через монооксид вуглецю: PbO + CO -> Pb + CO2. Заповніть тигель приблизно на дві третини, чергуючи шари. Низька температура плавлення свинцю (327,5 градусів C) означає, що метал стає рідким набагато раніше, ніж буде спожито деревне вугілля.

Помістіть навантажений тигель у вугільне горно або вогнище. Підніміть температуру до 500-700 градусів C за допомогою мехів або примусової подачі повітря. Відновлення відбувається при відносно низькій температурі порівняно зі смаленням міді або заліза. Протягом 1-2 годин ви побачите розплавлений свинець, що накопичується на дні тигля — він виглядає як яскраво, блискуча рідина. Продовжуйте нагрівання, поки весь оксид свинцю не буде спожито і шар вугілля над розплавленим свинцем буде в основному золою та шлаком.

CAUTION: Розплавлений свинець бурхливо розбризкується при контакті з вологою. Переконайтеся, що форма для злитка повністю суха — навіть одна крапля води викликає вибухову пару з розбризкуванням. Використовуйте попередньо нагріту суху піскову форму або вирізану кам'яну форму. За допомогою щипців для тиглі обережно піднесіть тигель і повільно вилийте розплавлений свинець у форму. Шлак (світліший сірий матеріал) спливає на поверхню й може бути утримуваний. Розплавлений свинець при 327-400 градусів Цельсія виглядає дзеркально яскравим.

Дайте злитку охолонути в формі протягом щонайменше 20 хвилин. Свинець швидко затвердіває через його низьку температуру плавлення. На поверхні протягом кількох хвилин після затвердіння утворюється тьмяний сірий шар оксиду. Коли злиток достатньо охолоне, щоб його можна було тримати в руках (використовуйте рукавиці — ALWAYS), витягніть злиток з форми. Шихта з 5 кг галеніту повинна дати приблизно 3-3,5 кг свинцю (з урахуванням пустої породи, неповного випалу та втрат шлаку). Чистий галеніт теоретично дав би 4,3 кг (вміст свинцю 86,6%).

Свинець надзвичайно м'який — його можна подряпати нігтем (твердість за шкалою Мооса 1,5). Він також дуже важкий (щільність 11,34 г/см3). Зробіть невелику насічку ножем — щойно розрізаний свинець яскравий і блискучий, але протягом кількох хвилин потьмяніє до матово-сірого кольору через окиснення. Свинець дуже пластичний і може бути розкуваний у тонкі листи без тріщин. Якщо злиток крихкий або містить тверді включення, він забруднений надмірною кількістю шлаку і повинен бути перетоплений та вилитий через фільтр із деревного вугілля.

CRITICAL: Очищення від забруднення свинцем. Усі поверхні, інструменти та одяг, піддані впливу свинцевого пилу або пара, мають бути очищені. Змітіть (не вдихайте) весь пил і золу в герметичні контейнери. Золу та шлак, забруднені свинцем, необхідно утилізувати як небезпечні відходи — ніколи не розсипайте на ґрунт і не скидайте у водойми. Помийте всі інструменти з милом і водою. Зніміть робочий одяг перед входом в житлові приміщення. Ретельно спритеся. Свинцевий пил на одязі може забруднити будинки та отруїти членів сім'ї через вторинне впливання. Зберігайте злиток свинцю в герметичному контейнері з чітким позначенням.