Основные свойства свинца, его применение

Федеральное агентство  по образованию

ГОУ ВПО

Уральский Государственный  Горный Университет

 

 

 

Кафедра: Геологии, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

 

 

 

Реферат по Геологии

 

 

Свинец.

 

 

 

Выполнила: Мещерякова А. А.

Группа: ЦУПТ-12

Проверил: доцент Дворник Г. П.

 

 

 

 

 

г. Екатеринбург

2013

Содержание

 

1. Основные свойства свинца, его применение.........................................................3
1. Физические свойства.............................................................................................3
2. Химические свойства...........................................................................................4
3. Применение............................................................................................................6

2. Основные минералы свинца.....................................................................................8

3. Основные геолого-промышленные типы месторождений....................................12

Список используемой литературы...............................................................................16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные  свойства свинца, его применение.

1.1. Физические свойства

Свинец обычно имеет грязно-серый цвет, хотя свежий его разрез имеет синеватый отлив  и блестит. Однако блестящий металл быстро покрывается тускло-серой защитной пленкой оксида. Плотность свинца (11,34 г/см3) в полтора раза больше, чем у железа, вчетверо больше, чем у алюминия; даже серебро легче свинца. Свинец очень легко плавится – при 327,5° С, кипит при 1751° С и заметно летуч уже при 700° С. Этот факт очень важен для работающих на комбинатах по добыче и переработке свинца. Свинец – один из самых мягких металлов. Он легко царапается ногтем и прокатывается в очень тонкие листы. Свинец сплавляется со многими металлами. С ртутью он дает амальгаму, которая при небольшом содержании свинца жидкая. Свинец кристаллизуется в гранецентрированной кубической решётке (а = 4,9389), аллотропических модификаций не имеет. Атомный радиус 1,75, ионные радиусы: Pb2+ 1,26 , Pb4+ 0,76 : плотность 11,34 г/см3 (20°C); удельная теплоёмкость при 20°C 0,128 кДж/(кг·К) [0,0306 кал/г·°C]; теплопроводность 33,5 вт/(м·К)[0,08 кал/(см·сек·°С)]; температурный коэффициент линейного расширения 29,1·10-6 при комнатной температуре; твёрдость по Бринеллю 25-40 Мн/м2 (2,5-4 кгс/мм2); предел прочности при растяжении 12-13 Мн/м2, при сжатии около 50 Мн/м2; относительное удлинение при разрыве 50-70%. Наклёп не повышает механических свойств свинца, т. к. температура его рекристаллизации лежит ниже комнатной (около -35 °C при степени деформации 40% и выше). Свинец диамагнитен, его магнитная восприимчивость - 0,12·10-6. При 7,18 К становится сверхпроводником.     Относительная атомная масса (Ar = 207,2) является усредненной из масс нескольких изотопов: 204Pb (1,4%), 206Pb (24,1%), 207Pb (22,1%) и 208Pb (52,4%). Последние три нуклида – конечные продукты естественных радиоактивных превращений урана, актиния и тория. Известно также более 20 радиоактивных изотопов свинца, из которых наиболее долгоживущие – 202Pb и 205Pb (с периодами полураспада 300 тысяч и 15 млн. лет). В природе образуются также и короткоживущие изотопы свинца с массовыми числами 209, 210, 212 и 214 с периодами полураспада соответственно 3,25 ч, 27,1 года, 10,64 ч и 26,8 мин. Соотношение различных изотопов в разных образцах свинцовых руд может несколько различаться, что не дает возможности определить для свинца значение Ar с большей точностью.

1.2. Химические свойства

По химическим свойствам  свинец – малоактивный металл: в  электрохимическом ряду напряжений он стоит непосредственно перед водородом. Поэтому свинец легко вытесняется другими металлами из растворов его солей. Если опустить в подкисленный раствор ацетата свинца цинковую палочку, свинец выделяется на ней в виде пушистого налета из мелких кристалликов, имеющего старинного название «сатурнова дерева». Если затормозить реакцию, обернув цинк фильтровальной бумагой, вырастают более крупные кристаллы свинца.     Наиболее типична для свинца степень окисления +2; соединения свинца(IV) значительно менее устойчивы. В разбавленных соляной и серной кислотах свинец практически не растворяется, в том числе из-за образования на поверхности нерастворимой пленки хлорида или сульфата. С крепкой серной кислотой (при концентрации более 80%) свинец реагирует с образованием растворимого гидросульфата Pb(HSO4)2, а в горячей концентрированной соляной кислоте растворение сопровождается образованием комплексного хлорида H4PbCl6. Разбавленной азотной кислотой свинец легко окисляется:

                              Pb + 4HNO3 = Pb(NO3)2 + 2NO2 + H2O

В присутствии кислорода  свинец растворяется также в ряде органических кислот. При действии уксусной кислоты образуется легкорастворимый ацетат Pb(CH2COO)2 (старинное название – «свинцовый сахар»). Свинец заметно растворим также в муравьиной, лимонной и винной кислотах. Растворимость свинца в органических кислотах могло раньше приводить к отравлениям, если пищу готовили в посуде, луженной или паянной свинцовым припоем. Растворимые соли свинца (нитрат и ацетат) в воде гидролизуются:

                             Pb(NO3)2 + H2O = Pb(OH)NO3 + HNO3

Взвесь основного ацетата  свинца («свинцовая примочка») имеет ограниченное медицинское применение в качестве наружного вяжущего средства.                  При нагревании свинец реагирует с кислородом, серой и галогенами. Так, в реакции с хлором образуется тетрахлорид PbCl4 – желтая жидкость, дымящая на воздухе из-за гидролиза, а при нагревании разлагающаяся на PbCl2 и Cl2. (Галогениды PbBr4 и PbI4 не существуют, так как Pb(IV) – сильный окислитель, который окислил бы бромид- и иодид-анионы.) Тонкоизмельченный свинец обладает пирофорными свойствами – вспыхивает на воздухе. При продолжительном нагревании расплавленного свинца он постепенно переходит сначала в желтый оксид PbO (свинцовый глет), а затем (при хорошем доступе воздуха) – в красный сурик Pb3O4 или 2PbO·PbO2. Это соединение можно рассматривать также как свинцовую соль ортосвинцовой кислоты Pb2[PbO4]. С помощью сильных окислителей, например, хлорной извести, соединения свинца(II) можно окислить до диоксида:

            Pb(CH3COO)2 + Ca(ClO)Cl + H2O = PbO2 + CaCl2 + 2CH3COOH

Диоксид свинца – сильный  окислитель. Струя сероводорода, направленная на сухой диоксид, загорается; концентрированная  соляная кислота окисляется им до хлора:          

                                 PbO2 + 4HCl = PbCl2 + Cl2 + H2O

Органические производные  свинца – бесцветные очень ядовитые жидкости. Один из методов их синтеза  – действие алкилгалогенидов на сплав  свинца с натрием:

                        4C2H5Cl + 4PbNa = (C2H5)4Pb + 4NaCl + 3Pb

Действием газообразного HCl можно отщеплять от тетразамещенных  свинца один алкильный радикал за другим, заменяя их на хлор. Соединения R4Pb разлагаются при нагревании с  образованием тонкой пленки чистого  металла. Такое разложение тетраметилсвинца было использовано для определения времени жизни свободных радикалов. Тетраэтилсвинец – антидетонатор моторного топлива.

1.3. Применение

Несмотря на ядовитость свинца, отказаться от него невозможно. Свинец дешев – вдвое  дешевле алюминия, в 11 раз дешевле олова. После того как в 1859 французский физик Гастон Планте изобрел свинцовый аккумулятор, для изготовления аккумуляторных пластин с тех пор израсходовали миллионы тонн свинца; в настоящее время на эти цели уходит в ряде стран до 75% всего добываемого свинца.                                                                                           Производство щелочных аккумуляторов достигло в наше время гигантских размеров, но оно не вытеснило аккумуляторы свинцовые. Последние уступают щелочным в прочности, они тяжелее, но зато дают ток большего напряжения. Так, для питания автостартера нужно пять кадмиево-никелевых аккумуляторов или три свинцовых. \Постепенно снижается применение свинца для изготовления очень ядовитого антидетонатора – тетраэтилсвинца. Способность тетраэтилсвинца улучшать качество бензина было открыто группой молодых американских инженеров в 1922; в своих поисках они руководствовались периодической таблицей элементов, планомерно приближаясь к наиболее эффективному средству. С тех пор производство тетраэтилсвинца непрерывно росло; максимум приходится на конец 1960-х, когда только в США ежегодно с выхлопами выбрасывались сотни тысяч тонн свинца – по килограмму на каждого жителя. В последние годы применение этилированного бензина запрещено во многих регионах, и его производство снижается.                                               Мягкий и пластичный свинец, не ржавеющий в присутствии влаги, – незаменимый материал для изготовления оболочек электрических кабелей; на эти цели в мире расходуется до 20% свинца. Малоактивный свинец используют для изготовления кислотоупорной аппаратуры для химической промышленности, например, для облицовки реакторов, в которых получают соляную и серную кислоты. Тяжелый свинец хорошо задерживает губительные для человека излучения и потому свинцовые экраны используются для защиты работников рентгеновских кабинетов, в свинцовых контейнерах хранят и перевозят радиоактивные препараты. Свинец содержат также подшипниковые сплавы баббиты, «мягкие» припои (самый известный – «третник» – сплав свинца с оловом).                                                                                                                                В строительстве свинец используют для уплотнения швов и создания сейсмостойких фундаментов. В военной технике – для изготовления шрапнели и сердечников пуль. Любая добавка к свинцу увеличивает его твердость, но количественно влияние добавок неравноценно. В свинец, идущий на изготовление шрапнели, добавляют до 12% сурьмы, а в свинец ружейной дроби – не более 1% мышьяка. Без инициирующих взрывчатых веществ ни одно скорострельное оружие действовать не будет. Среди веществ этого класса преобладают соли тяжелых металлов. Используют, в частности, азид свинца PbN6.                        Свинец был одним из первых металлов, переведенных в состояние сверхпроводимости. Кстати, температура, ниже которой этот металл приобретает способность пропускать электрический ток без малейшего сопротивления, довольно высока – 7,17°K. (Для сравнения укажем, что у олова она равна 3,72, у цинка – 0,82, у титана – всего 0,4°K). Из свинца была сделана обмотка первого сверхпроводящего трансформатора, построенного в 1961 г.                               Свинец используется в производстве пигментов (таких, как сурик, белила), в производстве хрусталя, для строительства сейсмостойких фундаментов. Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ. Теллурид свинца широко применяется в качестве термоэлектрического материала (термо-э.д.с 350 мкВ/К). Перхлорат свинца используется для приготовления тяжелой жидкости (плотность 2,6) используемой во флотационном обогащении руд, так же он иногда применяется в мощных смесевых взрывчатых веществах как окислитель. Фторид свинца самостоятельно, а так же совместно с фторидом висмута, меди, серебра применяется в качестве катодного материала в химических источниках тока. Висмутат свинца, сульфид свинца, йодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях. Хлорид свинца в качестве катодного материала в резервных источниках тока. Теллурид свинца самый широкоприменяемый материал в производстве термоэлектрогенераторов и термоэлектрических холодильников.

2. Основные  минералы свинца.

Галенит. PbS

Химический состав: РЬ — 86%, S — 13,4%; часто содержит примеси Ag, Cu, Zn, иногда Se, Bi, Fe, As и других элементов, большинство из которых присутствуют вследствие микроскопических включений посторонних минералов. Разновидности галенита — селенистый галенит (галенит с примесями селена), свинчак — сплошной тонкозернистый галенит.                                                                      Структура галенита относится к типу NaCl—PbS—MgO. Основой ее является кубическая гранецентрированная решетка, в которой ионы размещены в вершинах куба и в центре каждой грани. Как ионы серы, так и ионы свинца имеют шестерную координацию по отношению друг к другу.                                                                                            Образование и месторождения. Преобладающее большинство месторождений галенита образовалось гидротермальным путем, главным образом при средних температурах. Галенит встречается здесь в тесном парагенезисе с цинковой обманкой, а также вместе с халькопиритом, блеклыми рудами, арсенопиритом, пиритом и другими минералами. Некоторые месторождения галенита связаны с осадочными процессами и возникают в условиях сероводородной фации. Галенитовые месторождения образуют жилы или неправильной формы залежи в известковых породах. Крупные месторождения галенита известны в США — штаты Миссури» Колорадо (Ледвилл), в Канаде (месторождение Сулливан), Австралии (месторождение Брокен-Хилл, в Новом Южном Уэлсе). Хорошие кристаллы характерны для свинцово-серебряных жил Фрейберга. В Советском Союзе крупные месторождения галенита известны на Алтае, Кавказе (Садонское), в Средней Азии (Турланское) и Забайкалье.                                            Практическое значение. Галенит — главнейшая свинцовая руда. Обычно разрабатываются месторождения, содержащие свинец в количествах 3—5%, однако в связи с дефицитностью металла, в настоящее время промышленный интерес имеют месторождения и с меньшим содержанием, в которых свинец добывается вместе с цинком. Содержание свинца в таких месторождениях должно быть не меньше 1 % (при содержании цинка не менее 2—3%).

Церуссит. PbCO3

Структура –  ионы в ней уложены по способу  плотнейшей гексагональной упаковки.                                                                                                              Образование и месторождения. Церуссит — типичный экзогенный минерал, возникающий в зоне окисления свинцовых месторождений, причем здесь он образует псевдоморфозы по галениту, англезиту и другим свинцовым минералам. По церусситу известны псевдоморфозы пироморфита, глета (РbО) и др. Церуссит находится почти во всех свинцовых месторождениях, иногда его скопления имеют промышленное значение. В больших количествах он имеется в Ледвилле (США), Брокен-Хилле (Австралия), в ряде районов Восточного Забайкалья (Кддаинское и Тайнинское месторождения), Алтая и Казахской ССР (Турланское месторождение в Каратау) и в Береговском районе Закарпатья.                                                           Практическое значение. Церуссит — важная свинцовая руда.

Пироморфит Pb5[PO4]3Cl                                                                                        Химический состав. Иногда содержит CaO, As2O5, Cr2O3, а также V2O5. Сингония — гексагональная, вид симметрии — гексагонально-бипирамидальный.                                                                                      Образование и месторождения. Пироморфит — типичный экзогенный минерал, возникающий в зоне окисления свинцовых месторождений. Здесь он часто образует псевдоморфозы по галениту, причем замещение начинается во внутренних частях кристаллов. Наблюдаются также псевдоморфозы пироморфита по церусситу. По пироморфиту известны псевдоморфозы галенита, апатита, халцедона и бурых железняков. Обычно пироморфит находится в ассоциации с галенитом, англезитом, вульфенитом, ванадинитом и каламином. Иногда как эндогенный минерал он встречается в низкотемпературных жилах. Пироморфит известен в кварцевых жилах Баварии и Саксонии, а также в Березовском месторождении на Урале, в ряде мест Забайкалья (Шилкинское и Зерентуйское месторождения), в месторождении Кизил-Эспе в Казахстане и т. д. Хорошие образцы встречены в ряде месторождений Пенсильвании в США (Уитлей, Эктон).          Практическое значение. Вместе с другими свинцовыми минералами пироморфит идет в плавку.

Англезит Pb[S04]                                                                                                   Химический состав: РЬО — 73,6% (РЬ — 68,3%); SO3 — 26,4%. Встречается примесь ВаО (до 8,45%). Кристаллическая структура англезита аналогична структуре барита.                                                                                                    Образование и месторождения. Англезит является типичным экзогенным минералом, возникающим за счет взаимодействия поверхностных растворов с первичными свинцовыми рудами, чаще всего с галенитом, по такой реакции:

                                               PbS + 2O2= PbSO4.

Этот минерал  присутствует главным образом в  верхних горизонтах свинцовых месторождений. Известны очень редкие находки англезита  гидротермального происхождения (например, в месторождениях Райбл и Блейберг в Восточных Альпах). Хорошо образованные кристаллы англезита найдены в Березовском месторождении на Среднем Урале, в Восточном Забайкалье и в некоторых районах Алтая. Практическое значение. При разработке зон окисления свинцовых месторождений англезит вместе с другими рудами свинца идет в плавку.

Буланжерит                                                                                                          Химический состав: РЬ — 55,4%, Sb — 25,7%, S — 18,9%. Иногда содержит Сu. Кристаллическая структура буланжерита не изучена. Образование и месторождения. Буланжерит встречается как второстепенный минерал в гидротермальных полиметаллических месторождениях вместе с другими сульфосолями свинца, галенитом, антимонитом, блеклыми рудами, сфалеритом, пиритом и другими минералами. Он известен в Восточном Забайкалье (месторождения Алгачинское, Кличкинское и Дарасунское) и на Украине — в месторождениях Нагольного кряжа. Кристаллы буланжерита были встречены в месторождении Сала в Швеции. Разрушение. На поверхности буланжерит неустойчив и переходит в церуссит и окись сурьмы.