От чего зависит показатель температуры плавления свинца?

Свинец занимает 82 номер в периодической таблице Д. И. Менделеева. Это серебристый, ковкий металл, который имеет серебристый оттенок. Многие люди, которые держали в руках этот материал, отметили его большую удельную массу. Температура плавления у свинца низкая и поэтому его просто обрабатывать.

Плавление свинца на производстве

Характеристики свинца

На нашей планете содержится 0,0016% свинца от совокупной массы земной коры. Этот показатель хоть и небольшой, однако, если его сравнивать с иными химическими элементами — висмутом, золотом, ртутью, то свинец находится на гораздо более высокой позиции.

Преимущественный источник сырьевого материала — сульфидные полиметаллические руды. Металл имеет следующие качества:

• мягкость;
• невысокая температура плавления;
• обрабатывать этот металл можно и самостоятельно.

Этот материал характеризуется грязно-сероватым оттенком. На участке среза металл имеет синеватый отлив, который постепенно становится тусклым. Это связано с окислительным процессом, который происходит благодаря влиянию кислорода. На срезе при этом формируется оксидный слой.

Чтобы понимать для производства каких изделий подходит свинец, необходимо разобраться с его техническими характеристиками:

1. Кристаллическая решетка кубической формы.
2. Теплота плавления — 327 градусов по Цельсию.
3. Твердость — от 3.2 до 8 НВ по Бринеллю.
4. Удлинение — до 70%.
5. Предел на сжатие — до 50 МПа.
6. Сопротивление на разрыв — до 13 МПа.
7. Удельное сопротивление напряжению — 0.22 Ом.
8. Плотность — 11,34 г/см³.

Хорошо поддается разным видам обработки даже без нагревания.

Если говорить об инертных свойствах металла, то можно выделить высокую устойчивость к коррозии. Связано это с наличием оксидной пленки. Выдерживает длительное воздействие серной, фосфорной, уксусной кислоты.

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.

Получение свинца

Основной источник получения свинца — сульфидные полиметаллические руды, минерал галенит PbS. На первом этапе руду обогащают. Полученный концентрат подвергают окислительному обжигу:

2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2↑.

При обжиге добавляют флюсы (CaCO3, Fe2O3, SiO2). Они образуют жидкую фазу, цементирующую шихту. Полученный агломерат содержит 35—45 % Pb. Далее содержащиеся в агломерате свинец (II) и оксид меди восстанавливают коксом:

PbO + C = Pb + CO↑ и PbO + CO = Pb + CO2↑.

Черновой свинец получают взаимодействием исходной сульфидной руды с кислородом (автогенный способ). Процесс протекает в два этапа:

2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2↑,

PbS + 2PbO = 3Pb + SO2↑.

Для последующей очистки чернового свинца от примеси Cu, Sb, Sn, Al, Bi, Au, и Ag его очищают пирометаллургическим методом или электролизом.

Страны — крупнейшие производители свинца (включая вторичный свинец) на 2004 год (по данным ILZSG), в тыс.тонн:

ЕС	2038
США	1498
Китай	1256
Корея	219

Нахождение в природе

Пайка алюминия

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).

Ископаемый свинец

Температура плавления свинца

Температурные показатели, при которых свинец начинает закипать — 1751 градус.

Этот металл начинает плавиться при температуре 327,46 градуса по шкале Цельсия. Его литьевые качества полностью сохраняются в пределах от четырёхсот до четырёхсот пятидесяти градусов.

А оксидная плёнка, защищающая материал от воздействия коррозии, начинает плавиться лишь при температуре в 850 градусов Цельсия, что затрудняет сваривание этой разновидности металла с другими. Кроме того, уровень летучести свинца существенно увеличивается при температуре в 700 градусов.

Материал отлично обрабатывается и в охлаждённом виде. Из него можно сделать тонкий слой фольги. Если на этот металл воздействует давление в 2 тонны на квадратный сантиметр, то он приобретает вид монолита.

Проволоку же из него делают посредством продавливания в фильере. Низкая степень прочности на разрыв не позволяет пользоваться обыкновенным волочением для этой цели.

Физические свойства

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/см3 (при +20 °C). С повышением температуры плотность свинца падает:
Изменение плотности свинца в зависимости от температуры

Температура, °C	Плотность, г/см3
327,6	10,686
450	10,536
650	10,302
850	10,078

Предел прочности на растяжение — 12—13 МПа (МН/м2).

При температуре 7,26 К становится сверхпроводником.

Подготовка к плавлению свинца

Для начала подготовки к плавлению свинца нужно найти ёмкость. Будет отлично, если ручка сосуда будет сделана из какого-нибудь жароустойчивого материала. Для этой цели можно воспользоваться старым кофейником или чайником.

Материал можно плавить и в устаревшей посуде, сделанной из чугуна, пользуясь глубокой и длинной ложкой для заливки.

Если поблизости нет подходящей ёмкости, то можно применить и обыкновенную консервную «жестянку». Однако, здесь следует пользоваться пассатижами, которые будут использоваться для снятия раскалённой посуды с пламени и заливки материала в форму.

Не забывайте, что во время работы нужно быть предельно осторожным. Чтобы упростить процедуру, на одной стороне банки можно сделать небольшой желобок. В таком случае раскалённый металл будет выливаться тоненькой струйкой чётко в необходимое место.

Очищенный от примесей материал можно помельчить, чтобы он расплавился как можно скорее. Ёмкость нужно надёжным образом поставить над горелкой и как следует прогреть. Это нужно сделать для того чтобы избавить поверхность от лишних примесей и влаги.

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.

Процедура плавки свинца

Не нужно пытаться расплавить сразу весь подготовленный свинец, ведь взаимодействовать с раскалённой поверхностью ёмкости будет лишь самый нижний слой.

Сначала расплавьте два-три куска, чтобы сформировалась лужица, после чего постепенно накидывайте новый материал. Так у вас появится возможность сделать рабочую площадь более объёмной.

После плавления с поверхности металла нужно убрать слой мусора, примесей и шлака. Заливка должна осуществляться в нагретую форму. А также свинец характеризуется оперативным застыванием. Материал быстро утрачивает текучесть, становится более густым, в связи с чем не может полностью наполнить собой форму.

Области применения свинцовых сплавов

Свинец активно применяется для источника тока полученного химическим путем. Около ¾ всей массы произведенного металла используется для создания свинцовых аккумуляторов. Несмотря на конкуренцию щелочных источников энергии, свинец вырабатывает электричество более высокого напряжения. Элемент применяется для обмоток сверхпроводящих трансформаторных систем. Компонент был одним из первых замеченных веществ со свойствами сверхпроводимости. Свинцовый сплав (баббит) нашел применение в создании подшипников, благодаря антифрикционным свойствам. Свинец широко применяется для создания электрических предохранительных систем благодаря возможности создания легкоплавких соединений с другими металлами (кадмием или оловом).

Свинец активно применяется в жизнеобеспечении человека. Применение плюмбума в промышленности дает возможность изготавливать следующие изделия и вещества:

• пластинки для автоаккумуляторов;
• литые шрифты, применяемые в типографиях для печати текстовой информации;
• оболочки для защиты силовой кабельно-проводниковой продукции;
• различные сплавы и составы для пайки;
• подшипниковые соединения;
• грузила для рыбной ловли;
• красящие смеси (красители);
• дроби и пули для охотничьих ружей;
• разнообразные защитные средства от пагубного воздействия радиоактивного излучения.

Совсем недавно этот популярный металл даже применялся в качестве примеси к топливу для повышения октанового числа и поиска сероводорода (H2S), однако постепенно этот метод перестали применять из-за токсичности свинца.

Так как плюмбум – это токсичное химическое вещество, то при работе на месторождениях различных руд, применении этого металла и соединений с ним на производстве и при его выплавке возможно отравление организма. При появлениях неприятных ощущений при работе с ним рекомендуется незамедлительно обратиться за помощью к врачу.

Также возможны и бытовые отравления свинцом, например, при употреблении продуктов, которые длительное время хранились в посуде или упаковочных материалах, какие содержат это вещество.

Невысокий температурный показатель расплавки свинца, его вязкость и податливость, а также целый ряд других количественных и качественных свойств этого металла делают его поистине неоценимым в человеческой жизнедеятельности.

Оловянно-свинцовые припои

Промышленность поставляет на рынок припойный продукт – оловянно-свинцовые припои:

• 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.

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 свинца

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 из свинца

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

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

Можно покрыть свинцовую статуэтку и лаком по металлу. В магазине, где продают товары для рыболовов, часто встречается специальный «рыболовный» лак, предназначенный именно для таких целей. Цвета встречаются самые разные, но если вы хотите сохранить металлический блеск, вам больше подойдет бесцветный. Промышленность выпускает и флуоресцентные «рыболовные» лаки.

Самостоятельная переплавка свинца

Свинец, имеющий низкую точку расплавления, дает возможность его применять для самостоятельного литья различных фигур и поделок, украшений, грузил для рыбной ловли, пуль для охоты. При этом важно придерживаться общепризнанных правил безопасности при переплавке металлических веществ и быть при этом очень внимательным.
Плавление чистого свинца или сплавов на его основе необходимо совершать по нижеследующему своду инструкций и рекомендаций:

1. Помещение, в котором будет производиться плавка металла, должно быть хорошо проветриваемым. Можно проводить данный процесс и на открытом воздухе;
2. В роли теплового источника может выступать ручная горелка, а в качестве емкости для плавления подойдет любой сосуд, выполненный из более устойчивого к нагреву и прочного металлического материала;
3. Процесс плавления плюмбума прост – после размещения материала в сосуд необходимо включить тепловой источник на предельно возможную мощность и сосредоточить поток тепла прямо на свинцовое вещество. Перевод большого количества материала в жидкое состояние совершается не сразу, а через некоторое количество времени;
4. После завершения процедуры по переплавке свинцового сплава необходимо отключить горелку. Материал сразу можно заливать в литейные формы, которые заранее должны быть подготовлены;
5. Емкость с полученной жидкостью можно брать в руки только специальными термоустойчивыми рукавицами. При этом ее необходимо аккуратно крутить по кругу, дабы предотвратить формирование воздушных пузырей;
6. Заливка жидкого свинца в литейную форму должна производиться на расстоянии вытянутой руки, чтобы предупредить обжигание раскаленными испарениями от металла открытых участков тела;
7. После наполнения формовочной емкости ее требуется оставить остывать до приемлемой безопасной температуры;
8. Если при разливании сырья по формам произошло его пролитие, то удалить его легко посредством механического воздействия отверткой или долотом после застывания. Далее эти куски могут использоваться при последующей плавке;
9. Стоит учесть, что металл отлично смешивается с иными металлами. Соответвенно, учитывая параметры этих дополнительных компонентов, можно самостоятельно производить разнообразные сплавы, доводя температуру плавления до требуемого показателя. Например, добавив определенное количество в расплавленный плюмбум олова и немного канифоли, можно получить хороший припой домашнего приготовления для паяния цветных металлов с хорошей электропроводимостью;
10. Рекомендуется при работе с металлами, а именно их плавлением, использовать специально предназначенную для этих процедур одежду и перчатки от проверенных производителей, так как это предупредит многие повреждения различных участков кожи;
11. Важно перед началом литья удостовериться в том, что формовочная емкость полностью сухая, так как при наличии даже малого количества влаги в форме может произойти ежесекундное ее испарение, что влечет за собой проникновение горячей смеси на тело.

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.

Заливка формы свинцом

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.

В чем плавить свинец?

На заводах в качестве плавильных емкостей для плавки свинца используют:

• специальные тигли из огнеупорной керамики или тугоплавких металлов, их помещают в электропечи, обеспечивающие необходимый термальный режим;
• нагревательные ванны, они снабжены встроенными тенами, поддерживают необходимую температуру металла по всему периметру.

Плавить свинец самостоятельно дома, во дворе, гараже или мастерской можно в жестяной банке, она заменит тигель. На одной стороне жестянки делают желоб для заливки металла в форму. Края формы подгибают, чтобы они надежно фиксировались в зажиме. Вместо прихваток горячую емкость надежнее придерживать пассатижами, плавильня не будет прожигать руки по время заполнения формы.

Можно воспользоваться для плавки свинцового лома старой домашней утварью: кастрюлями, сковородами, нержавеющими или эмалированными чайниками, или другой жаропрочной посудой. Шлаковый слой удаляют специальной ложкой с длинной ручкой. Делают это непосредственно перед заливкой металла в подготовленные формочки.

Меры безопасности при плавке свинца

Дома нереально добиться закипания свинца, так как температура при этом должна быть крайне высокой. Так или иначе, но летучесть этого металла заметно увеличивается уже при 700 градусов.

При повышении температурных показателей, люди, находящиеся рядом, могут пострадать от неблагоприятного воздействия испарений материала.

В том случае, если нет необходимости, не нужно доводить свинец до «красноты». Расплавленный свинец может навредить следующим образом:

1. При попадании на поверхность кожного покрова, он может стать причиной сильных ожогов, так как температура плавления свинца довольно высокая.
2. Капли металла быстро прожигают предметы одежды.
3. Если раскалённый металл попадёт на легковоспламеняющиеся предметы и материалы, то это запросто может стать причиной пожара.

А также следует избегать попадания жидкости в раскалённый металл. В противном случае может появиться фонтан из раскалённых брызг, которые могут доставить много проблем.

Плавить свинец нужно на свежем воздухе или в помещении с хорошей вентиляцией. Нежелательно избегать применения защитных средств. Респиратор или обыкновенная марля способны защитить лёгкие от металлической пыли.

Источники:

• https://tokar.guru/metally/temperatura-plavleniya/temperatura-i-osobennosti-plavleniya-svinca.html
• https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/temperatura-plavleniya-svinca.html
• https://science.fandom.com/ru/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%86
• https://metalloy.ru/obrabotka/termo/plavlenie-svinca
• https://tpspribor.ru/vidy-metalla/temperatura-plavleniya-svinca-v-domashnih-usloviyah.html