Температура кипения свинца

Приготовление расплава и температура плавления свинца.

Температура плавления свинца позволяет использовать металл в технических целях для изготовления деталей, образования сплавов. Переплавку материала можно проводить в кустарных условиях, соблюдая при этом меры предосторожности.

Приготовление расплава

Плавление материала предусматривает процесс перехода из твердого состояния в жидкость под влиянием температурного градиента. Этот показатель имеет зависимость от характеристик компонентов, формирующих сплав.

К примеру, температура плавления свинца составляет 327 °C, а олова – 232 °C. Для припоя, состоящего из этих материалов, температура перехода в жидкость составляет 183 °C.

Плавка материалов происходит при нагревании. Показатель перехода в жидкое состояние называется температурой плавления.

Свинец является пластичным и вязким химическим элементом, легко поддающимся обработке. Он легко образует на воздухе оксид. Свежий срез металла быстро тускнеет. Материал непрочный и легко поддается механическому воздействию. Плотность свинца составляет 11,3 г/см³.Удельная теплота плавления свинца составляет 25 кДж/кг. Материал отличается большой вязкостью, его трудно разломать на части. В то же время он очень мягкий, на нем остается вмятина от нажатия ногтем. Металл легко разрезается ножом.

Температура плавления свинца позволяет разогревать его в ковше на простом очаге с последующим отливом в формы.

Удельная теплоемкость свинца при комнатной температуре равна 127,5 Дж/кг, а при нагревании металла до кипения показатель увеличивается.

Переплавка в кустарных условиях

• Свинец, температура плавления которого низкая, позволяет его использование для литья разнообразных поделок, грузил для рыбалки в домашних условиях. Формировать расплав несложно, но при этом необходимо соблюдать элементарную безопасность и внимательность.
• Плавку металла следует проводить в хорошо проветриваемом помещении. Источником тепла можно выбрать ручную горелку, а в качестве сосуда использовать емкость из более прочного и устойчивого к нагреванию металла.
• Поместив материал в емкость для нагревания, включить источник тепла на максимальную мощность и направить температурный поток ближе к расплавляемому материалу. Для перевода в жидкость значительного количества сырья потребуется некоторое время.
• После выключения горелки расплавленный материал можно заливать в подготовленную форму для литья. Надев специальные рукавицы, аккуратно взять емкость с жидкостью, слегка вращая для предотвращения образования пузырей.
• Заливать металл в форму нужно на расстоянии, чтобы не обжечь открытые части тела горячими испарениями свинца. После заливки форму оставить остывать до безопасной температуры.
• Пролитый расплав можно легко механически удалить с поверхности с помощью отвертки или долота и использовать его при следующей плавке.
• Материал хорошо смешивается с другими металлами, что влияет на состав и качество отливки. При работе необходимо использовать спецодежду и плотные рукавицы для защиты кожи рук от попадания металлической пыли.
• Перед заливкой нужно удостовериться, что форма абсолютно сухая. При наличии влаги может произойти мгновенное ее испарение, что повлечет за собой попадание расплава на тело.

Применение металла

Свинец известен человечеству несколько тысячелетий. Еще в Древнем Риме его использовали для изготовления труб для транспортировки воды.

В природе существует примерно 180 минералов, включающих в состав химический элемент №82. Месторождения свинца часто сочетаются с рудами меди, висмута, цинка, серебра.

На сегодня применение металла в промышленном производстве позволяет изготавливать:

пластины для аккумуляторов;

оболочки силовых кабелей;

сплавы и припои;

сплавы для изготовления подшипников;

пули и дроби для охоты.

А также он используется как средство защиты от радиоактивного излучения.

До недавнего времени металл применяли с целью увеличения октанового числа топлива и обнаружения H2S, но постепенно от данного метода начали отказываться.

Свинец является токсичным химическим элементом. Отравление металлом и его соединениями возможно при разработке рудных месторождений, выплавке и использовании в производстве.

Бытовые отравления происходят по причине длительного хранения продуктов в упаковках или посуде, покрытой глазурью, содержащей свинец.

Какая температура плавления свинца?

Расплавить свинец нетрудно. Это можно сделать даже в домашних условиях, используя подходящую тонкостенную стальную или даже алюминиевую емкость. Температура плавления свинца невысокая. Чтобы ее достичь, достаточно пламени конфорки бытовой газовой или электрической плиты.

Свинец: характеристика

Распространение в общей массе земной коры – 0,0016 %. Это вроде бы и мало, но если сравнивать данный показатель с ближайшими соседями по таблице химических элементов – ртутью, золотом, висмутом, то свинец занимает гораздо более высокое место. Основной источник сырья для его получения – это полиметаллические сульфидные руды.

Материал имеет характерный грязно-серый цвет. На срезе свинец блестит с синеватым отливом, однако вскоре тускнеет. Это происходит окисление при воздействии воздуха. На поверхности среза образуется тонкий слой оксида. Металл тяжелый, его плотность — 11,34 г/см³. Это в полтора раза больше, чем у железа, и вчетверо в сравнении с алюминием.

Кроме того, что температура плавления свинца невысока, он еще является одним из самых мягких металлов. Его можно поцарапать ногтем, порезать ножом. Он достаточно гибкий, плющится молотком. Материал хорошо подходит для плавления и литья даже в домашних условиях.

Технологические свойства: какая температура плавления свинца?

Он плавится при 327,46 °C (600,61 K). Сохраняет высокие технологические литьевые свойства в диапазоне от 400 до 450 °С. Температура кипения свинца равна 1751 °С (2022 K). Пленка оксида, необходимая для защиты от коррозии, плавится только при 850 °С. Такая высокая температура, существенно превышающая режим плавления, усложняет процесс сваривания свинца в сплавах с другими металлами. К тому же при 700 °C летучесть свинца заметно возрастает.

В холодном виде материал хорошо поддается обработке. Его можно прокатать в тонкую фольгу. При давлении от 2 т/см² дробленый свинец спрессовывается с образованием монолитной массы. Проволоку из него получают не методом литья, а при продавливании твердого материала через фильеру. Малая разрывная прочность не дает возможности использовать для этих целей обычное волочение.

При какой температуре плавится свинец в составе с другими металлами? Это будет зависеть от состава сплава и соотношения металлов в нем. С одним материалом температура может повыситься, в то же время с другими – быть значительно ниже. К примеру, припой, в основе которого олово (64 %) и свинец (36 %), плавится при 180-200 °С.

Плавление в домашних условиях: подготовка

Необходимо подобрать подходящую емкость, желательно, чтобы ее ручка была из жаростойкого материала. Хорошо для этих целей подойдет старый чайник, кофейник или другая вышедшая из употребления кухонная утварь с удобной рукоятью. Можно расплавить материал и в старой чугунной посуде, а для заливки использовать глубокую ложку с длинной ручкой.

В крайнем случае подойдет и жестяная консервная банка. Но тут не обойтись без плоскогубцев. Ими можно снять с огня разогретую посуду и залить расплавленный свинец в подготовленную форму. Но это следует делать очень осторожно. Для удобства на ободке жестянки лучше сделать желобок. Тогда расплавленный металл выльется тонкой струйкой без подтеков и точно в нужное место. Место для захвата плоскогубцами также следует заранее оборудовать, чтобы не производить лишних манипуляций с посудой и разогретым металлом.

Подготовленный и максимально очищенный от посторонних примесей свинец по возможности измельчают на мелкие кусочки. Так он быстрее будет плавиться. Емкость надежно устанавливается над горелкой и прогревается. Это делается для выгорания с ее поверхности влаги и нежелательных посторонних примесей.

Процесс плавления и заливка

Не стоит загружать в посуду сразу весь объем подготовленного материала. Контактировать с разогретой поверхностью будет только нижний слой свинцового лома, а все, что сверху, будет только забирать на себя тепло и этим замедлять прогрев. Лучше сначала расплавить несколько кусочков, чтобы образовалась лужа, а затем в нее постепенно добавлять новые порции металла. В таком случае увеличивается площадь разогревающей поверхности.

После расплавления всего объема материала металлической лопаткой или ложкой с длинной ручкой с поверхности расплава необходимо снять слой шлака, примесей и мусора. Заливку следует производить в разогретую форму. Сравнительно низкая температура плавления свинца предполагает его быстрое застывание. Особенно заметно это в холодной форме. Материал теряет текучесть, заметно густеет, расплав не заполняет форму, качество отливки ухудшается.

Техника безопасности

Температура кипения свинца очень высока (1751 °C), и достичь ее в домашних условиях нереально. Тем не менее летучесть его уже при 700 °C становится довольно высокой. При существенном превышении температуры плавления находящиеся поблизости люди могут подвергаться негативному воздействию его испарений. Если нет существенной технологической необходимости перегревать расплав, не следует его доводить до красноватого оттенка. Именно это свидетельствует о том, что температура плавления свинца была превышена.

Расплавленный свинец при попадании на кожу может вызвать серьезные ожоги. Его капли прожигают одежду, при попадании на быстровоспламеняющиеся материалы могут вызвать возгорание и, как следствие, пожар, поэтому работать следует осторожно. Недопустимо попадание воды в расплавленный свинец. Это вызывает фонтан серебристых брызг, которые при попадании в глаза могут вызвать крайне нежелательные последствия.

Работать следует в хорошо проветриваемом помещении или на улице. Не стоит пренебрегать средствами индивидуальной защиты. Респиратор или даже ватно-марлевая повязка защитят дыхательные пути от свинцовой пыли. Малые дозы свинца в организме, возможно, сразу и не вызовут последствий. Однако этот материал имеет склонность накапливаться на протяжении жизни и вызывать отравление при превышении допустимых доз.

Свинец — редкий минерал, самородный металл класса самородных элементов. Ковкий, сравнительно легкоплавкий металл серебристо-белого цвета с синеватым отливом. Известен с глубокой древности. Очень пластичный, мягкий (режется ножом, царапается ногтем). При ядерных реакциях образуются многочисленные радиоактивные изотопы свинца.

Свинец имеет довольно низкую теплопроводность, она составляет 35,1 Вт/(м•К), при температуре 0 °C. Металл мягкий, режется ножом, легко царапается ногтем. На поверхности он обычно покрыт более или менее толстой плёнкой оксидов, при разрезании открывается блестящая поверхность, которая на воздухе со временем тускнеет. Температура плавления — 600,61 K (327,46 °C), кипит при 2022 K (1749 °C). Относится к группе тяжёлых металлов; его плотность — 11,3415 г/см 3 (+20 °С). С повышением температуры плотность свинца падает. Предел прочности на растяжение — 12—13 МПа (МН/м 2 ). При температуре 7,26 К становится сверхпроводником.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Содержание в земной коре — 1,6•10 −3 % по массе. Самородный свинец встречается редко, круг пород, в которых он установлен, достаточно широк: от осадочных пород до ультраосновных интрузивных пород. В этих образованиях он часто образует интерметаллические соединения (например, звягинцевит (Pd,Pt)₃(Pb,Sn) и др.) и сплавы с другими элементами (например, (Pb + Sn + Sb)). Он входит в состав 80 различных минералов. Важнейшие из них: галенит PbS, церуссит PbCO₃, англезит PbSO₄ (сульфат свинца); из более сложных — тиллит PbSnS₂ и бетехтинит Pb₂(Cu,Fe)₂₁S₁₅, а также сульфосоли свинца — джемсонит FePb₄Sn₆S₁₄, буланжерит Pb₅Sb₄S₁₁. Всегда содержится в рудах урана и тория, имея часто радиогенную природу.

Для получения свинца в основном используют руды, содержащие галенит. Сначала методом флотации получают концентрат, содержащий 40—70 процентов свинца. Затем возможно несколько способов переработки концентрата в веркблей (черновой свинец): прежде широко распространённый метод шахтной восстановительной плавки, разработанные в СССР метод кислородно-взвешенной циклонной электротермической плавки свинцово-цинковых продуктов (КИВЦЭТ-ЦС), метод плавки Ванюкова (плавка в жидкой ванне). Для плавки в шахтной (ватержакетной) печи предварительно производят агломерационный обжиг концентрата, а затем его загружают в шахтную печь, где происходит восстановление свинца из оксида.

Веркблей, содержащий более 90 процентов свинца, подвергается дальнейшему очищению. Сначала для удаления меди применяют зейгерование и последующую обработку серой. Затем щелочным рафинированием удаляют мышьяк и сурьму. Далее выделяют серебро и золото с помощью цинковой пены и отгоняют цинк. Обработкой кальцием и магнием удаляют висмут. В результате содержание примесей падает до менее чем 0,2 %[

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Образует вкрапленность в изверженных, главным образом кислых, горных породах, в м-ниях Fe и Мn ассоциирует с магнетитом и гаусманитом. Встречается в россыпях с самородными Au, Pt, Os, Ir.

В природных условиях часто образует крупные залежи свинцово-цинковых или полиметаллических руд стратиформного типа (Холоднинское, Забайкалье), а также скарнового (Дальнегорское (бывшее Тетюхинское), Приморье; Брокен-Хилл в Австралии) типа; галенит часто встречается и в месторождениях других металлов: колчеданно-полиметаллических (Южный и Средний Урал), медно-никелевых (Норильск), урановых (Казахстан), золоторудных и др. Сульфосоли обычно встречаются в низкотемпературных гидротермальных месторождениях с сурьмой, мышьяком, а также в золоторудных месторождениях (Дарасун, Забайкалье). Минералы свинца сульфидного типа имеют гидротермальный генезис, минералы окисного типа часты в корах выветривания (зонах окисления) свинцово-цинковых месторождений. В кларковых концентрациях свинец входит практически во все породы. Единственное место на земле, где в породах больше свинца по сравнению с ураном — Кохистанско-Ладакхская дуга на севере Пакистана.

ПРИМЕНЕНИЕ

Нитрат свинца применяется для производства мощных смесевых взрывчатых веществ. Азид свинца применяется как наиболее широко употребляемый детонатор (инициирующее взрывчатое вещество). Перхлорат свинца используется для приготовления тяжёлой жидкости (плотность 2,6 г/см³), используемой во флотационном обогащении руд, он иногда применяется в мощных смесевых взрывчатых веществах как окислитель. Фторид свинца самостоятельно, а также совместно с фторидом висмута, меди, серебра применяется в качестве катодного материала в химических источниках тока.

Висмутат свинца, сульфид свинца PbS, иодид свинца применяются в качестве катодного материала в литиевых аккумуляторных батареях. Хлорид свинца PbCl₂ в качестве катодного материала в резервных источниках тока. Теллурид свинца PbTe широко применяется в качестве термоэлектрического материала (термо-э.д.с. 350 мкВ/К), самый широкоприменяемый материал в производстве термоэлектрогенераторов и термоэлектрических холодильников. Двуокись свинца PbO₂ широко применяется не только в свинцовом аккумуляторе, но и также на её основе производятся многие резервные химические источники тока, например — свинцово-хлорный элемент, свинцово-плавиковый элемент и другие.

Свинцовые белила, основной карбонат Pb(OH)₂•PbCO₃, плотный белый порошок, — получается из свинца на воздухе под действием углекислого газа и уксусной кислоты. Использование свинцовых белил в качестве красящего пигмента теперь не так распространено, как ранее, из-за их разложения под действием сероводорода H₂S. Свинцовые белила применяют также для производства шпатлёвки, в технологии цемента и свинцовокарбонатной бумаги.

Арсенат и арсенит свинца применяют в технологии инсектицидов для уничтожения насекомых — вредителей сельского хозяйства (непарного шелкопряда и хлопкового долгоносика).

Борат свинца Pb(BO₂)₂•H₂O, нерастворимый белый порошок, используют для сушки картин и лаков, а вместе с другими металлами — в качестве покрытий стекла и фарфора.

Хлорид свинца PbCl₂, белый кристаллический порошок, растворим в горячей воде, растворах других хлоридов и особенно хлорида аммония NH₄Cl. Его применяют для приготовления мазей при обработке опухолей.

Хромат свинца PbCrO4 известен как хромовый жёлтый краситель, является важным пигментом для приготовления красок, для окраски фарфора и тканей. В промышленности хромат применяют в основном в производстве жёлтых пигментов.

Нитрат свинца Pb(NO₃)₂ — белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Это вяжущее ограниченного применения. В промышленности его используют в спичечном производстве, крашении и набивке текстиля, окраске рогов и гравировке.

Поскольку свинец хорошо поглощает γ-излучение, он используется для радиационной защиты в рентгеновских установках и в ядерных реакторах. Кроме того, свинец рассматривается в качестве теплоносителя в проектах перспективных ядерных реакторов на быстрых нейтронах.

Значительное применение находят сплавы свинца. Пьютер (сплав олова со свинцом), содержащий 85—90 % Sn и 15—10 % Pb, формуется, недорог и используется в производстве домашней утвари. Припой, содержащий 67 % Pb и 33 % Sn, применяют в электротехнике. Сплавы свинца с сурьмой используют в производстве пуль и типографского шрифта, а сплавы свинца, сурьмы и олова — для фигурного литья и подшипников. Сплавы свинца с сурьмой обычно применяют для оболочек кабелей и пластин электрических аккумуляторов. Было время, когда на оболочки кабелей шла значительная часть производимого в мире свинца, благодаря хорошим влагозащитным свойствам таких изделий. Однако впоследствии свинец в существенной мере вытеснили из этой области алюминий и полимеры. Так, в странах Запада использование свинца на оболочки кабелей упало с 342 тысяч тонн в 1976 году до 51 тысяч тонн в 2002 году. Соединения свинца используются в производстве красителей, красок, инсектицидов, стеклянных изделий и как добавки к бензину в виде тетраэтилсвинца (C₂H₅)₄Pb (умеренно летучая жидкость, пары которой в малых концентрациях имеют сладковатый фруктовый запах, в больших — неприятный запах; Тпл = 130 °C, Ткип = +80 °С/13 мм рт. ст.; плотность 1,650 г/см³; nD2v = 1,5198; не растворяется в воде, смешивается с органическими растворителями; высокотоксичен, легко проникает через кожу; ПДК = 0,005 мг/м³; ЛД50 = 12,7 мг/кг (крысы, перорально)) для повышения октанового числа.

Используется для защиты пациентов от излучения рентгеновских аппаратов.

База данных по теплофизическим свойствам жидкометаллических теплоносителей перспективных ядерных реакторов

Теплофизические свойства жидкого cвинца и эвтектического сплава свинца и висмута

Далее соотношения даны в следующих единицах: T в К; t в ° C; ρ в кг/м 3 ; Сp в Дж/(кг·К); λ в Вт/(м·К); a в м 2 /с; ν в м 2 /с ; σ в Н/м; ρ_е в Ом·м. Погрешности показаны в конце раздела.

Плотность свинца Для расчетов рекомендуется аппроксимационная формула кг/ м 3 :

ρ = [(11,42±0,01) -(12,42±0,12)10 –4 T ] ·10 3 (1)

Плотность сплава свинец-висмут Плотность сплава свинец-висмут эвтектического состава (Pb -45.4%, Bi — 55.4% по массе) рассчитана по закону аддитивности и может быть аппроксимирована формулой. кг/ м 3 : ρ = [(11,05±0,01) –(12,49±0,12)·10 –4 T]·10 3 (2)

Теплоемкость сплава свинец-висмут В справочном материале по теплофизическим свойствам расплавленных материалов, подготовленном группой специалистов ЭНИН Никольским и др. [18], даются следующие значения теплоемкостей: Висмут 0,036 ккал/(кг·К) = 150,6 Дж/(кг·К) Свинец 0,0352 ккал/(кг·К) = 147,3 Дж/(кг·К) Эвтектический сплав 147,3 Дж/(кг·К), Если воспользоваться законом аддитивности, то из этих данных для сплава должно быть значение 149,1 Дж/(кг·К),

Анализ данных по теплопроводности методами статистики невозможен из-за отсутствия информации в оригинальных работах. В [18] обобщения сделаны на основе сравнения результатов различных авторов с теоретической зависимостью таплопроводности от температуры (λ(Т) = LT/ρ_e(T)), которая следует из закона Видемана-Франца при использовании теоретического значения числа Лоренца (L = 2.443·10 -8 Вт·Ом/K 2 ). Здесь ρ_e(T)-удельное электросопротивление жидкого металла при температуре Т. Среднее значение теплопроводности, полученное статистической обработкой результатов около температуры кристаллизации авторы [18] оценивают значением 15,8 ±1,3 Вт/(м·К) и для использования рекомендуют соотношение Пауэлла [3]:

λ = 15,8 + 108·10 -4 (Т-600,4), Вт/(м·К) (3)

Экстраполяция этого соотношения на область высоких температур дает хорошее согласие в пределах экспериментальных погрешностей с данными Банчилла, Филиппова [17]. Первые измерения теплопроводности сплава PbBi были выполнены Брауном, Биениасом в 20-х годах. Позже были опубликованы справочные таблицы специалистов ЭНИН — Никольский и др. и измерения Кржижановского (теплопроводность и электрическое сопротивление). Учитывая близость атомных весов компонентов сплава, их процентных долей по массе и объемных долей (Pb-0,491, Bi-0,509) можно сделать оправданные оценки теплопроводности по закону аддитивности. Другие расчетные оценки были выполнены Кирилловым в соответствии с теорией Одолевского и предложения Новикова. Наиболее надежными по [18] являются совпадающие данные, которые могут быть аппроксимированы формулой:

λ = 11+9,9·10 -3 (Т-397)(4)

Аппроксимирующая формула для коэффициента кинематической вязкости свинца из справочных данных для t = 400-700 ° С, представленных в [3, 17], имеет вид:

ν = (43,8–7,57·10 –2 t+0,467·10 –4 t) 2 10 –8 ±1,2% (5)

Однако, она дает неверные результаты при экстраполяции на более высокие температуры (>800 ° С). Более предпочтительна формула, которая получена из обработки тех же данных [3, 17] в других координатах:

ν = [15,87·10 3 /T-2,65]10 –8 ,(6) где Т в [K], ν в м 2 /c.

Для сплавов свинца с висмутом, по своим термодинамическим свойствам близким к идеальным, предложено большое количество формул, связывающих вязкость сплава, состав его и вязкость компонентов. Эти зависимости представлены формулой:

на месте f(μ) могут стоять μ, ν, 1/μ, 1/ν, lgμ, lgν, на месте f(μ_i) соответствующие вязкости компонентов, N_i -молярные или объемные доли. Эти выражения носят эмпирический характер. Аддитивность μ наблюдалась во многих сплавах, где теплота смешения (ΔH) компонентов мала и свойства компонентов близки:

Справочные данные[3, 17] аппроксимируются зависимостью:

ν· = [68,9-0,126Т+6,95·10 -5 Т 2 ] 10 -8 (9)

Однако, если справедлив для кинематической вязкости закон аддитивности, то формула должна иметь вид:

ν· = 10 -8 [12,88·10 3 /T-1,89](10)

Пока причины расхождений значений, получаемых по формулам (9) и (10) не выяснены, рекомендуется использовать формулу (8)

Зависимость поверхностного натяжения от температуры веществ, для диапазона температур вдалеке от критической точки, является линейной

где σ_m , T_m — поверхностное натяжение и температура в точке плавления. Значения σ_m, dσ/dT по данным справочника Ниженко и др. [23] для Pb и Bi находятся в следующих пределах: свинец σ_m = 410÷470 Н/м; висмут σ_m = 360÷390 Н/м;

Поверхностное натяжение чувствительно к наличию примесей в жидкости и паре. При отборе данных использовались сведения последних публикаций [23].

σ(Pb) = 446 – 0,0640(T — 600)(11) σ(Bi) = 375 – 0,0766(T — 545)(12)

Близость поверхностных натяжений чистых компонентов позволяет использовать правило аддитивности для вычисления σ (сплава PbBi):

σ(PbBi) = 416 – 0,0703(T — 398) (13) Этот результат подтверждается прямыми измерениями в [23].

Удельное электрическое сопротивление

Температурная зависимость ρ_e (удельное электрическое сопротивление) жидкого свинца линейна. На основании анализа ряда работ и своих собственных измерений авторы обзора [20] обобщили результаты для интервала температур 600÷1200 К соотношением:

ρ_e = [(65,73 ± 0,15) + (4,65 ± 0,05)·10 -2 T]10 -8 (14)

Для температур 1100 — 2400 К можно воспользоваться формулой из работы [17]

ρ_e = [-84,5 + 0,3655T – 2,135·10 -4 T 2 + 4,77·10 -8 T 3 ] 10 -8 (15)

Результаты обобщения [18] по удельному сопротивлению висмута описываются формулой:

ρ_e = [(97,45±0,8) + (5,70 ± 0,12)·10 –2 T] 10 -8 (16)

Удельное электрическое сопротивление сплава свинца с висмутом

Используя закон аддитивности из формул (14)÷(16), получим:

ρ_e = [(83,3 ± 0,5) + (5,23 ± 0,09)·10 -2 T] 10 -8 (17) Экспериментальные данные практически совпадают со значениями, вычисленными по этой формуле.

Давление насыщенных паров

В монографии Несмеянова [24] рекомендуется соотношение:

Исследования показали, что в парах Bi находится значительное количество двухатомных молекул Bi₂, доля которых при 600 0

20%. При измерении температуры происходит и изменение состава пара.

Приближенные соотношения (±10%) для давлений насыщенных паров имеют вид.

Давление насыщенных паров для свинца:

при T T>1000 K lgP(Па) = 9,844–9804/T(19)

Давление насыщенных паров для висмута:

при T где Р_Pb, Р_Bi — давление насыщенного пара над чистыми компонентами; N_Pb, N_Bi — мольные доли компонентов в сплаве — (N_Pb = 0,553; N_Bi = 0,447).

Проведенный в [18] анализ теплофизических свойств свинца и сплава свинец-висмут эвтектического состава показал достаточно удовлетворительную точность описания по отношению к экспериментальным данным по следующим свойствам: — плотность — (± 0,2%) — теплоемкость — (± 0,2%) — вязкость — (± 1,5%). Расходятся данные разных исследователей по: — теплопроводности — (± 15%) — поверхностному натяжению — (± 15%) — давлению паров элементов — (± 10%).

В таблицах ниже представлены сводные данные о теплофизических свойствах свинца и эвтектического сплава свинец-висмут.

Температура плавления свинца

Свинец – серебристо-серое вещество с синим отливом. В периодической системе элементов Менделеева металл занимает 82 место. Обозначают свинец сокращённым знаком Pb (лат. Plumbum).

Исторические сведения

Химический элемент известен людям с древних времён. Одним из первых методов добычи металлов, освоенных человеком, была выплавка свинца. Первыми археологическими находками, подтверждающими это, были найденные свинцовые бусы времён Чатал-Хююк (современная территория Турции). Изделия датируются 6400 годом до нашей эры.

Самая древняя свинцовая фигурка девушки в длинной одежде была выкопана в Египте. Её относят к временам первой династии фараонов (3000 лет до н.э.).

Трубы из свинца составляли древнеримский водопровод. В Древнеримской империи ежегодно выплавляли до 80 тысяч тонн этого металла. На Руси с древних времён свинец использовали как кровельное покрытие соборов и церквей.

Невысокая температура плавления свинца с незапамятных времён сделала доступным получение металла и изготовление из него изделий любой формы.

Обратите внимание! Индустриальная революция с 1840 года в течение 20 лет подняла объём ежегодной выплавки свинца в мире со 100 до 250 тысяч тонн в год.

Происхождение названия

Латинское название металла Plumbum произошло от английского выражения plumber (водопроводчик), что показывает связь со свинцовым водопроводом Древнего Рима. Среди славянских народов бытуют такие названия, как оливо, олёво и волава. В Прибалтийских странах наименование металла более похоже на русское название – свинс и свинас.

Нахождение в природе

В чистом виде плюмбум обычно не обнаруживается. Его находят в более чем 100 разных минералах в виде интерметаллических агломератов. Свинец присутствует в урановых и ториевых жилах. Большие скопления свинцово-цинковых руд обнаружены и разрабатываются в Забайкалье, Приморском районе. В разных залежах свинец добывают на Урале, в Норильске.

Самое крупное месторождение с большим содержанием свинца находится в урановых рудах Кохистанской Ладахской дуги (северный Пакистан).

Сырьём для извлечения свинца служат породы, включающие геленит. Процесс выплавки тяжёлого металла состоит из нескольких фаз. Из первоначального сырья способом флотации выделяют концентрат с содержанием от 40 до 70 процентов плюмбума. Далее производители идут разными путями.

Одним из способов превращения продукта в веркблей (черновой свинец) является плавка методом регенерации. Другой способ заключается в том, что восстановление металла из оксида происходит плавкой сырья в ватержакетном калорифере.

Полученный веркблей с содержанием 90% свинца очищают от меди. Затем щелочным рафинированием убирают мышьяк и сурьму. Потом выделяют серебро и цинк. Воздействием магния и кальция исключают висмут. В итоге получают свинец чистотой 99,8%.

Производство мирового объёма свинца по итогам исследования международных организаций за 2005 год

Технологические свойства и характеристики

Характеристики металла можно представить перечнем:

• Плотность свинца и его масса;
• Температура плавки свинца;
• Механические свойства;
• Сопротивление коррозии.

Плотность свинца и его масса

Плотность металла составляет 11342 кг/м3. Это значит, что метрический куб свинца весит 11,342 тн. Большой удельный вес позволяет его использовать в виде полезных грузов в различных устройствах.

Температура плавки свинца

Расплавленный металл в чистом виде имеет температуру около 400 градусов. В этом состоянии свинец обладает свойствами текучести жидкости. Литейные качества позволяют заливать свинец в жидком состоянии в формы сложной конфигурации.

Металл закипает при нагреве до 1750 градусов. Во время кипения возникают летучие испарения в виде свинцовой пыли, паров оксидов, которые могут нанести тяжёлое отравление человеческому организму.

Механические свойства

Химический элемент обладает мягкостью и пластичностью, что позволяет холодной прокаткой достичь состояния тонкой фольги. Холодная деформация не влияет на изменение механических свойств.

Сопротивление коррозии

Химическая инертность элемента приближена к показателю благородных металлов. В воздушной среде плюмбум практически не подвергается коррозии. Быстро образующаяся оксидная плёнка на поверхности свинца ставит непреодолимый барьер на пути коррозионных процессов.

Агрессивной средой для свинца являются сероводород, ангидрит угля и серная кислота. Под их воздействием металл активно разрушается.

Области применения свинцовых сплавов

Свинцовые соединения разделяют на высоколегированные и низколегированные сплавы. Первые формируются за счёт добавления большого количества химических элементов, обеспечивающих высокую прочность, стойкость к истиранию и низкую усадку при более низкой температуре плавления.

Низколегированные соединения свинца получаются в результате небольших включений из таких веществ, как олово, сурьма, медь и кадмий. Этим добиваются повышенной стойкости сплава к коррозионным процессам в условиях загрязнённой атмосферы, неорганической кислотной среды.

Сплавы применяют в кислотных и щелочных аккумуляторах, в качестве оболочек как мощных, так и кабелей низкого напряжения. Соединения сурьмы или меди со свинцом используют для производства трубопроводов, листовой облицовки различных устройств и защитных матов от радиационного поражения.

Домашние и промышленные способы

Без оловянно-свинцовых припоев (ПОС) невозможно существование такой отрасли, как радиотехника. Многие промышленные изделия имеют в своём составе покрытия из ПОС.

Оловянно-свинцовые припои

Промышленность поставляет на рынок припойный продукт:

• литые чушки;
• проволока;
• фольгированная лента;
• припойные трубочки с флюсом;
• порошок или паста.

Сплавы с содержанием 90% олова и 10% свинца применяют для пайки изделий, которые потом подвергаются гальваническому покрытию из золота или серебра. Температура плавления чистого олова – 2310 С. Поэтому припой расплавится при нагреве 2200 С.

Оловянно-свинцовый ПОС с преобладанием в своём составе олова (61%) имеет более низкую температуру плавления – 191%. ПОС 61 используют для покрытия контактных групп в различных приборах, также им обрабатывают тонкую проволоку для обмоток якорей электродвигателей и катушек трансформаторов.

Важно! Учитывая, при какой температуре плавится олово, регулируют % содержание свинца в сплаве. Этим добиваются комфортного температурного режима, при котором оловянно-свинцовый припой быстро переходит в жидкое состояние.

ПОС 30 плавится при 256 градусах. Соединения обладают меньшей прочностью, чем средства с более высоким содержанием олова.

10 процентный припой далёк от температурного порога, при котором происходит плавление олова. Поэтому ПОС 10 применяют как прочный материал для лужения больших металлических поверхностей.

Приготовление расплава и заливка

В промышленных условиях расплав готовят в специальных тиглях, которые помещают в электропечи (оборудование, оснащённое электронной измерительной аппаратурой, поддерживающее нужный режим плавки).

В радиотехническом производстве используют специальные нагревательные ванны, в которых готовят припой для печатных плат радиосхем.

В мастерских и дома припой плавят жалом паяльника. Для приготовления большого объёма расплавленного металла его помещают в медный сосуд на электроплите. Сплав в виде лома загружают в плавильную ванну постепенно, по мере расплавления очередного слоя металла.

Рыболовные лаки

Заядлые рыбаки дома отливают рыболовные грузила и блесны, вливая в глиняные формы расплавленное олово. Блесны затем покрывают водостойкими лаками.

Интересно. Рыболовный лак используют для защиты от появления оксидов на различных статуэтках и других изделиях.

Методы избавления от оксида

Во время нахождения на воздухе свинцовые изделия покрываются оксидной плёнкой. Это результат ионного взаимодействия атомов кислорода и свинца. Оксид становится не только защитой от агрессивной среды, но и барьером на пути электрического тока.

Важно! Механическая чистка не принесёт желаемого результата. Плёнка восстановится довольно быстро. Избавиться от оксидов могут помочь подсолнечное масло, графитовая смазка или лак.

В домашних условиях изделие помещают в сосуд с подсолнечным маслом минут на пять. После чего его извлекают из сосуда и дают просохнуть.

В промышленных условиях пользуются графитовой смазкой. Обработанная средством свинцовая поверхность долгое время сохраняет блестящий вид.

Техника безопасности

При работе с расплавленным металлом надо соблюдать особую осторожность. Помимо того, что жидкий свинец может нанести ожоги на кожу, он прожжёт также одежду и напольное покрытие, а также вызовет пожар.

Если вода попадёт в кипящий сплав, брызги металла разлетятся во все стороны. Поэтому работник должен быть экипирован защитной одеждой, маской, перчатками, специальными очками и головным убором. Обязательно рядом должны находиться аптечка и огнетушитель.