Производство и области применения свинца и цинка

Производство и области применения свинца. Металлургия свинца имеет древнюю историю. Известно, что свинцово-серебряное месторождение Рио-Тинто (Испания) финикийцы разрабатывали еще в третьем тысячелетии до н. э. Изделия из свинца, монеты и медальоны, найденные в египетских захоронениях, изготовлены в пятом — седьмом тысячелетии до н. э.

В древние времена наибольшее искусство в получении свинца было достигнуто в Греции и Риме. Свинцовые водопроводные трубы, хорошо сохранившиеся, найдены при раскопках Древнего Рима, а орнаментальное свинцовое литье двухтысячелетней давности встречается до настоящего времени в различных частях земного шара.

Для исторического развития народов свинец не имел такого значения, как медь и ее сплавы с оловом — бронзы. Мягкий и непрочный, он не годился для изготовления оружия и орудий производства. Первоначальная добыча свинца была связана лишь с получением серебра, ассоциированного в рудах со свинцовыми минералами. Однако позднее ценные свойства самого свинца (пластичность, высокая стойкость против коррозии и др.) определили на него широкий спрос. Потребность в свинце возросла после изобретения пороха и огнестрельного оружия: свинец стали применять в большом количестве для изготовления пуль и дроби [37].

На Алтае и Урале, в Казахстане и Узбекистане, Восточном Забайкалье и на Дальнем Востоке свинец добывали еще первобытные племена. В XVII—XIX вв. в местах горных выработок этих племен был открыт ряд месторождений свинцовых руд. Так, в Восточном Забайкалье было открыто в 1704 г. Нерчинское месторождение, на базе которого в 1705 г. был построен Нерчинский завод. На Алтае был открыт ряд месторождений: Змеиногорское (1736 г.), Риддерское (1784 г.), Зыряновское (1790 г.). На базе этих месторождений построили свинцовые заводы: Бар-наульский (1739 г.), Павловский (1763 г.), Алейский (1774 г.), Локтевский (1784 г.), Гавриловский (1794 г.) и Змеевский (1804 г.).

В 1898 г. началась постройка свинцово-цинкового завода во Владикавказе. С 1909 г. в Приморском крае стали разрабатывать Тетюхинское свинцово-цинковое месторождение.

В начале XX в. царское правительство сдало в концессию наиболее богатые свинцово-цинковые месторождения: Тетюхинское — Германии (1902 г.), на Алтае — Англии (1905 г.), на Кавказе — Бельгии (1914 г.).

Хищническая эксплуатация недр привела производство свинца к полному упадку. Так, в 1913 г. производство свинца в России составляло только 1,5 тыс. т. Потребность страны в свинце собственного производства удовлетворялась всего на 3%. Свинец ввозили из Германии, Англии, Бельгии, Франции и других стран.

Великая Октябрьская социалистическая революция положила начало быстрому развитию отечественной свинцовой промышленности. За годы первых пятилеток в Советском Союзе были восстановлены и расширены действующие заводы: Лениногорский (Восточный Казахстан), Сихотэ-Алиньский (Дальний Восток), «Электроцинк» (г. Орджоникидзе). В 1934 г. был построен новый свинцовый завод в Чимкенте. В 1952 г. пустили в эксплуатацию свинцовый завод в Усть-Каменогорске.

За годы Советской власти была создана мощная свинцовая промышленность, которая не только полностью обеспечила потребности народного хозяйства в свинце, но позволила экспортировать его в другие страны.

Отечественным и зарубежным металлургам хорошо известен свинец с маркой «УКСЦК» (Усть-Каменогорский свинцово-цинковый комбинат им. В. И. Ленина), который зарегистрирован на Лондонской бирже цветных металлов как коммерческий эталон качества.

В настоящее время мировое производство рафинированного свинца достигло 6,0 — 6,4 млн. т. (включая вторичный) в год и по своим масштабам уступает только производству железа, алюминия, меди и цинка. Значительная доля производимого свинца приходится на вторичный (30−50%) [53].

Практически весь свинец получают из сульфидных руд, содержащих от 0,5 до 10% Pb. Так, в США добывают руду с 1,5% Pb, в Канаде — с 3−4% Рb в Австралии — с 5−10% Pb [36].

Крупнейшими производителями свинца являются США (25%), ФРГ (10%), Великобритания (9%), Япония (8%), Австралия (7,5%), Мексика (7,0%), Франция (6,4%), Канада (5,5%) (Рис.2). В этих странах сосредоточено 70−80% мирового производства свинца. Канада, Мексика и Австралия основную часть производимого свинца экспортируют (рис.2).

Рис. 2 Крупнейшие производители свинца

Основные потребители свинца — США (31%), Великобритания (9,6%), ФРГ (9,3%), Япония (8%), Франция (7%), Италия (6,2%), Испания (4%) (Рис.3). Эти страны потребляют около 75% производимого капиталистическими и развивающимися странами свинца (рис. 3) [26].

Наиболее крупной областью применения свинца является производство аккумуляторов (30−45% производимого свинца). Потребность в свинцовых аккумуляторах непрерывно возрастает в связи с расширением автомобилеи тракторостроения.

Значительное количество свинца (4−23%) потребляет кабельное производство, где свинец используют для защиты медных проводников от коррозии [1].

В виде сплавов с другими металлами потребляется от 6 до 16% Pb. Широкое распространение получили сплавы свинца с оловом и кальцием, содержащие в различных пропорциях сурьму, медь, мышьяк, кадмий. Брон-зы, баббиты, латуни, припои, в состав которых входит свинец, применяют в машиностроении и электротехнике. Свинец входит в состав типографского сплава.

Рис. 3 Основные потребители свинца

Много свинца используют для производства труб и листов, применяемых в химической промышленности и ядерной технике (10−15%). На химических заводах и предприятиях цветной металлургии распространено освинцевание внутренней поверхности камер и башен для производства серной кислоты, труб, травильных и электролитных ванн.

Широко используют соединения свинца для производства красителей и химикалий (~10%) [12].

Производство и области применения цинка. Переработка цинковых руд началась в глубокой древности при выплавке латуни (сплав цинка с медью). Еще в V в. до н. э. в Индии окисленную руду переплавляли в небольших горнах с углем и медью. Позднее латунь стали выплавлять в Китае и других странах Востока.

Приготовление латуни восстановлением особого камня — кадмея — углем в присутствии меди описано у Гомера (XII-VIII в. до н. э.), Аристотеля (IV в. до н. э.), Плиния Старшего (I в.).

Древнегреческий историк Страбон (60−20-е годы до н. э.) описал получение металлического цинка (под названием туллии или фальшивого серебра). Однако в Европе металлический цинк был большой редкостью и вво-зился из стран Востока.

До середины XVIII в. цинк в Европе не производили, хотя еще в конце XIII в. Марко Поло описал, как получают цинк в Персии. Крупнейшие ученые XVI в. Парацельс и Агрикола в своих трудах уделяли место выплавке цинка. Однако заводское получение цинка организовать не удалось [41].

Цинк пытались получить точно так же, как и другие металлы: обжигали руду, превращая соединения цинка в оксид, и восстанавливали оксид цинка углем, предполагая выплавить металл. Цинк при этом восстанавливался до металлического, но не выплавлялся, так как при температуре процесса он весь испарялся и, окисляясь в газовой фазе печи кислородом воздуха, снова превращался в оксид цинка. Наладить цинковое производство в странах Европы удалось лишь после того, как руду стали восстанавливать в закрытых ретортах без доступа воздуха.

В 1743 г. в Бристоле (Англия) заработал первый в Европе цинковый завод. На американском континенте первый цинковый завод был построен в 1850 г. [2].

В настоящее время производство цинка по масштабам уступает только производству железа, алюминия и меди.

Отечественная цинковая промышленность была создана после Великой Октябрьской социалистической революции. До революции в России работал один цинковый завод в г. Владикавказе, который удовлетворял потребности страны в цинке не более чем на 5%. В 1929 г. был построен цинкдистилляционный завод в г. Константиновке («Укрцинк»), в 1931 г. начал работать такой же завод в г. Белово (Кузбасс), в 1933 г. пустили первый в стране завод «Электроцинк» (г. Орджоникидзе), а в 1935 г. Челябинский цинкэлектролитный завод. В 1947 г. вошел в строй действующих Усть-Каменогорский цинковый завод, значительно расширенный в последующие годы. С пуском Лениногорского и Алмалыкского цинкэлектролитных заводов цинковая промышленность Советского Союза по своим масштабам и технической оснащенности заняла одно из ведущих мест в мире [47].

В числе капиталистических стран, крупнейших производителей цинка, следует назвать Японию, США, Канаду, ФРГ, Австралию, Бельгию и Францию. В этих странах сосредоточено 75−80% мирового производства цинка.

Среднегодовой прирост добычи цинковых руд составляет 3−4%, среднее содержание цинка в рудах 3−5%. В США, Канаде, Австралии и ФРГ добывают руды с 5−8% цинка. В настоящее время мировое производство цинка достигло 5−5,5 млн. т в год, в том числе 20−25% - вторичного.

Крупнейшими потребителями цинка (млн. т в год) являются: США (1,1−1,3), Япония (0,7−0,8), ФРГ (0,4), Великобритания (0,25−0,3), Франция (0,2−0,24), Бельгия, Канада, Италия, Австралия и Индия (по 0,1−0,17).

Значительная доля цинка расходуется на оцинкование железа (от 30 до 50% потребляемого цинка). Антикоррозионные цинковые покрытия наносят на листы, трубы, проволоку. Оцинковывают также аппаратуру, формы мостов, перекрытия зданий и многие другие конструкции [39].

В промышленности широкое применение находят сплавы цинка с другими цветными металлами (40−50%). Наиболее широко используют латуни и бронзы. Низкая температура плавления и хорошие литейные свойства сплавов на основе цинка позволяют отливать из них под давлением сложные изделия высокой прочности с хорошим качеством поверхности. Изделия, получаемые литьем под давлением, широко используют в авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Доля цинка, расходуемого для литья под давлением, возрастает [33].

Цинковый прокат, на который тратится 5−10% цинка, применяют для изготовления сухих батарей, типографских плит и строительных конструкций. Оксид цинка (~10% потребляемого цинка) расходуют на производство цинковых белил, используют в производстве резины для улучшения ее качества. Цинк в виде цинковой пыли применяют как реагент в производстве свинца, благородных и других цветных металлов, а также в химической промышленности. Цинк входит в состав ряда медикаментов.

Потребление цинка непрерывно увеличивается, несмотря на широкое внедрение пластмасс, алюминия, нержавеющей стали и других заменителей [38].