Способы плавления свинца

Температура плавления свинца составляет +327°С, что обусловило применение металла для изготовления различных изделий по технологии литья в кустарных условиях. При переходе в жидкую фазу в атмосферу выделяются ядовитые пары, поэтому все работы должны выполняться в проветриваемом помещении или на открытом пространстве. Свинец широко используется в кислотных аккумуляторах в атомной и медицинской отраслях для снижения воздействия радиации, а сплавы с другими материалами применяются для пайки, заливки обойм подшипников скольжения и других целей.

Температура плавления

Температура плавления свинца позволяет использовать металл в технических целях.

Характеристики свинца

Химически чистый свинец представляет собой металл плотностью 11,35 г/см³ с поверхностью серебристого цвета и небольшим синеватым отливом. Материал находится в 14 группе таблицы Менделеева и имеет атомный номер 82 (радиус атома 175 пикометров, пм).

Чистый свинец в природе встречается редко. Для получения материала используют свинцово-цинковые или полиметаллические руды. Вещество содержится в радиоактивных рудах (например тория или урана), являясь продуктом распада.

Металл имеет пониженную теплопроводность, не отличается высокой прочностью (например режется столовым ножом, повреждается наконечником шариковой ручки или ногтем). На воздухе поверхность покрывается пленкой оксидов (толщина зависит от условий хранения), которая легко разрушается механическим воздействием. При приложении усилия на растяжение в пределах 12-13 МПа происходит разрушение свинцовой заготовки. При падении температуры до 7,26 К материал приобретает сверхпроводящие свойства.

Помимо стабильного свинца, существуют радиоактивные изотопы с периодами полураспада от 26,8 минут до 15,3 млн лет. Следует учесть, что вещество является последним в таблице Менделеева, имеющим долгоживущие изотопы. Их часть образуется в процессе распада урана и тория, используется для терапии раковых заболеваний альфа-частицами (например Pb-212). Изотоп Pb-208 применяют как теплоноситель в ядерных реакторах для переноса тепловой энергии распада и поддержания безопасного температурного режима работы.

Температура плавления

Для перехода в жидкое состояние материал необходимо нагреть до 327,46 градусов по шкале Цельсия (пленка окислов плавает на поверхности расплава). При дальнейшем прогреве наблюдается падение удельного веса (при +850°С плотность составляет 10,078 г/см³). Вещество переходит в парообразное состояние при температуре +1749°С.

Температура плавления

При температуре плавления твёрдое кристаллическое тело совершает переход в жидкое состояние.

Выделяемые при кипении в воздух частицы оказывают негативное воздействие на организм человека.

Металл является токсичным в любом состоянии, но из-за характеристик и простоты получения широко используется в промышленности.

При введении в свинец дополнительных элементов или образовании соединений температура плавления изменяется (как в сторону увеличения, так и уменьшения). Например, сульфид PbS переходит в жидкое состояние при +1114°С, а закипает при +1281°С. Применяемый в датчиках пожарной сигнализации и при прецизионном литье сплав Вуда (соединение свинца с висмутом, кадмием и оловом в фиксированном соотношении 25/50/12,5/12,5%) плавится при нагреве до +60…+68,5°С и отличается сниженной плотностью (9,72 г/см³).

Области применения свинцовых сплавов

Свинцовые сплавы используют:

  • в медицине (например для приготовления мазей для лечения опухолей);
  • при изготовлении катодных пластин аккумуляторов и химических источников постоянного тока;
  • при производстве взрывчатых веществ и детонаторов;
  • для защиты персонала от радиоактивного гамма-излучения;
  • в качестве теплоносителя в реакторах на быстрых нейтронах;
  • при производстве пуль для гладкоствольного и нарезного оружия;
  • как компонент моторного топлива для повышения октанового числа (на 2020 г. применяется только для авиационных бензинов);
  • для окраски поверхности изделий из глины или фарфора;
  • при изготовлении вкладышей для подшипников скольжения;
  • для защиты жил силовых кабелей (постепенно вытесняется другими материалами).
В медицине

Свинцовые сплавы используют в медицине для изготовления мазей.

Подготовка к плавлению свинца

Технология получения свинца из руды в промышленных условиях состоит из этапов:

  1. Предварительного обогащения руды методом флотации (конгломерат содержит до 70% чистого свинца).
  2. Получения чернового сырья путем восстановительной плавки или обработки в жидкой ванне по технологии Ванюкова.
  3. Дальнейшей очистки композиции, содержащей до 90% свинца, от примесей с помощью серы, щелочей и цинковой пены.
  4. Отгрузки заказчикам готового металла, содержащего до 0,2% примесей.

В бытовых условиях возможна только переплавка свинцового лома (например промытых от остатков электролита пластин аккумуляторных батарей). На этапе подготовки следует расчистить рабочую зону от легковоспламеняющихся предметов, надеть защитную одежду из ткани, не впитывающей расплавы.

Рекомендуется предусмотреть защитную маску, а все работы выполнять на открытом воздухе или в хорошо проветриваемом помещении.

Емкость для плавки

Поскольку в бытовых условиях не предъявляются высокие требования к очистке материала или стабильности температуры нагрева, то для плавления используют металлическую банку с желобом для слива расплава. Для удержания емкости над горелкой или для установки и снятия с электрической плиты к боковой поверхности на заклепках крепят рукоятку с деревянными накладками. Вместо нее можно использовать плоскогубцы, но на боковине емкости следует предусмотреть место для удобного и надежного захвата.

Емкость для плавки

В бытовых условиях для плавления используют металлическую банку с желобом.

Необходимые материалы

Для выполнения работ в бытовых условиях потребуются:

  • газовая или электрическая плита, установленная под вытяжным зонтом;
  • жестяная емкость вместимостью 100-200 мл;
  • плоскогубцы и кусачки;
  • литейная форма;
  • лист фанеры для укладки формы или тигля;
  • защитные рукавицы.

Способы плавления свинца

Для промышленной или лабораторной переплавки используют:

  • тигли из тугоплавкого и химически инертного металла или керамики, которые помещают в электрическую печь, прогретую до заданной температуры;
  • специальные емкости с электрическими обогревателями, поддерживающими равномерную температуру по всему объему.

Оловянно-свинцовые припои

Если предполагается переработать отходы припоев, то температура плавления материала зависит от концентрации олова. Например, ПОС-15 (содержит 15% олова) переходит в жидкую фазу при +280°С, а ПОС-61 или ПОС-63 достаточно прогреть до +183°С. Материалы с добавками сурьмы или кадмия отличаются повышенной механической прочностью, но при плавлении выделяют токсичные пары, негативно воздействующие на здоровье человека. Самостоятельно получить качественный припой невозможно из-за сложностей с точным определением соотношения компонентов в расплаве.

Оловянно-свинцовые припои

Материалы с добавками сурьмы отличаются повышенной механической прочностью.

Рыболовные лаки

Для защиты отливок от образования оксидной пленки в бытовых условиях используют лаки, предназначенные для обработки рыболовных снастей. Состав наносят кистью, для полимеризации требуется 3-5 минут.

Обработанная поверхность имеет аккуратный вид, но при повреждении лака (в результате падения или при контакте с твердыми предметами) на царапинах образуется темная оксидная пленка.

Приготовление расплава и заливка

Краткий алгоритм действий при изготовлении отливок в домашних условиях:

  1. Измельчить имеющийся лом с помощью кусачек или плоскогубцев, процедура позволяет ускорить процесс плавки. Если предполагается переплавить пластины от аккумулятора, то необходимо удалить из решетки активную массу.
  2. Поставить емкость на газовую горелку или электрическую печь, включить вытяжку и поместить в резервуар небольшое количество лома. После образования жидкой фазы постепенно уложить в емкость остальные заготовки.
  3. После разогрева всей массы до жидкого состояния собрать оксидную пленку, плавающую на поверхности, металлической или деревянной ложкой с удлиненной рукояткой.
  4. Установить на стол форму или тигель, а затем аккуратно вылить расплавленный свинец через направляющий желобок на боковине емкости. Для повышения качества литья рекомендуется предварительно прогреть форму до +150…+200°С в пламени газовой горелки, паяльной лампой или на электрической плите.
  5. Дождаться кристаллизации и охлаждения формы, а затем аккуратно извлечь отливку. Если на поверхности образовались каверны или металл заполнил не всю форму (например из-за ускоренного охлаждения), то необходимо прогреть тигель от внешнего источника тепла до момента перехода свинца в жидкую фазу (при необходимости потребуется долить расплав).
  6. Провести механическую обработку (например удалить прилив или излишки, просверлить дополнительные отверстия).
  7. Нанести слой защитного покрытия (при необходимости). В представленном видео продемонстрирована последовательность шагов при литье заготовок из свинца в бытовых условиях.
Приготовление расплава

После разогрева массы нужно собрать оксидную пленку.

Способы избавления от оксида

На поверхности материала образуется защитная пленка, состоящая из химически устойчивого соединения свинца с кислородом воздуха. Механическая обработка позволяет временно убрать налет, который восстанавливается за несколько часов.

Оксид свинца не отличается высокой прочностью, но плохо проводит электрический ток, поэтому клеммы аккумуляторов в автомобилях обрабатывают специальной смазкой, защищающей металл от контакта с атмосферным воздухом.

В быту для защиты очищенной абразивным инструментом поверхности используют подсолнечное масло или смесь графитовой смазки с лаком на синтетической основе. Детали укладывают в емкость с маслом на 5-7 минут, а затем выдерживают на столе, предварительно покрытом салфетками или тканью. Графитовая смазка используется для защиты деталей из свинца или сплавов, эксплуатируемых на открытом воздухе. Для очистки монолитных элементов допускается применение разбавленной водой уксусной эссенции или азотной кислоты.

Для изготовления дроби применяют сплав на основе свинца с сурьмой (процентное содержание не более 6%). Для предотвращения образования пленки рекомендуется хранить дробь в герметичных резервуарах. Следует учесть, что контакт с человеческой кожей ускоряет процесс окисления. После промывки дроби растворами кислот (в емкости возможно появление белого осадка, указывающего на наличие солей сурьмы) необходимо обработать боеприпасы подкисленным раствором медного купороса (на сферической поверхности образуется химически инертная пленка меди).

Меры безопасности

При плавке свинца следует учитывать повышенную текучесть жидкого материала, который при попадании на кожу вызывает ожоги. Пролитый на одежду расплав пропитывает ткань, что усиливает термическое поражение. При попадании нагретого вещества на деревянные или пластиковые поверхности возможно возгорание, поэтому работы следует выполнять на расстоянии от предметов интерьера и с использованием защитной одежды и рукавиц, устойчивых к пропитке жидким свинцом.

Следует учитывать, что категорически запрещено охлаждать расплавленный металл водой. При попадании жидкости происходит интенсивный выброс мелких раскаленных частиц, вызывающих ожоги и приводящих к повреждению предметов интерьера в помещении или к пожару. При проведении работ необходимо защитить лицо маской и очками, а также использовать индивидуальный дыхательный прибор или респиратор.

Если плавка производится в замкнутом помещении (например дома или в гараже), то необходимо обеспечить принудительную вентиляцию. Вдыхание паров металла приводит к постепенному накапливанию свинца в костях. Предельно допустимая концентрация паров в атмосфере составляет 0,003 мг/м³, что лишний раз доказывает высокую токсичность металла и его соединений. Отдельно необходимо упомянуть сплавы с кадмием, пары которого вызывают раковые заболевания и поражают нервную и костную системы человека.

Оставить свой отзыв

©2013-2020    Копирование материалов запрещено
Рекламодателям
Авторские права
Пользовательское соглашение
Персональные данные
Политика конфиденциальности
Содержание    //    Вверх
Adblock
detector