リード

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背景

鉛は、密度が高く、柔らかく、低融点の金属です。これは電池の重要な構成要素であり、世界の鉛生産の約75％が電池業界で消費されています。鉛は金を除いて最も密度の高い一般的な金属であり、この品質により、防音壁やX線に対するシールドとして効果的です。鉛は水による腐食に強いため、配管業界で長い間使用されてきました。塗料にも添加され、長持ちする屋根材になります。

鉛は、吸入または摂取された場合、赤血球の生成を妨げるため、人体に健康を害します。その使用は注意深く管理する必要があり、以前は一般的だった鉛の使用が現在、米国政府によって制限されています。鉛塗料は多くの古い建物に見られますが、現在では、耐候性を向上させるために、橋などの屋外の鉄骨構造に主に使用されています。 ガソリンにテトラエチル鉛と呼ばれる鉛化合物を添加しました それは高圧縮自動車エンジンの「ノッキング」問題を防いだので、早くも1921年に。しかし、自動車の排気ガスからの鉛が大気汚染の主な原因であったため、現在ほとんどのガソリンには鉛が含まれていません。

鉛はガラスやエナメルにもよく使われます。テレビの受像管やコンピューターのビデオ表示端末では、鉛は放射線を遮断するのに役立ち、一般的な電球の外側ではありませんが、内側の部分は鉛ガラスでできています。鉛はまた、クリスタルガラス製品の強度と輝きを高めます。鉛はベアリングやはんだの製造に使用され、ゴムの製造や石油精製において重要です。

鉛の生産は少なくとも8000年前にさかのぼります。鉛は早くも5,000 B.C。でエジプトで使用されていました。 、そしてファラオの時代には、それは陶器の釉薬やはんだとして使用されていました。また、装飾品にキャストされました。古代エジプト、ギリシャ、ローマでも鉛白塗料が使用されていました。古代ローマは、その大規模な水道工事に鉛パイプを使用していました。鉛の毒性作用のいくつかは、ローマ時代にも注目されていましたが、鉛にも肯定的な医学的性質があると考えられていました。 15世紀と16世紀には、建築業者は大聖堂の屋根材として鉛を使用し、鉛はステンドグラスで色付きガラスのさまざまなパネルをまとめるためにも使用されていました。 ウィンドウズ。最初の鉛蓄電池は、1859年に発明したフランスの物理学者ガストンプランテの功績によるものです。1889年までに、現代型のいわゆる鉛蓄電池が商業的に生産されていました。

現代の鉛鉱山は、年間約300万メートルトンの鉛を生産しています。これは、世界中で使用されている鉛の約半分にすぎません。残りはリサイクルによって得られます。鉛の最大の生産国はオーストラリアであり、次に米国、中国、カナダが続きます。主要な鉛鉱床がある他の国は、メキシコ、ペルー、ロシア、カザフスタンです。

原材料

鉛は、地雷から掘り出された鉱石から抽出されます。 60を超える鉱物には何らかの形の鉛が含まれていますが、通常、鉛の生産のために採掘されるのは3つだけです。最も一般的なのは方鉛鉱と呼ばれます。方鉛鉱の純粋な形には鉛と硫黄しか含まれていませんが、通常、銀、銅、亜鉛、などの他の金属の痕跡が含まれています。 カドミウム、アンチモン、ヒ素。他の2つ 鉛用に商業的に採掘される鉱物は、白鉛鉱と硫酸鉛鉱です。採掘されるすべての鉛の95％以上は、これら3つの鉱物の1つに由来しています。ただし、これらの鉱石のほとんどの鉱床は単独では見られず、黄鉄鉱、白鉄鉱、閃亜鉛鉱などの他の鉱物と混合されています。したがって、他の金属採掘、通常は亜鉛または銀の副産物として多くの鉛鉱石が得られます。年間使用される鉛の半分だけが鉱業に由来し、半分はリサイクルによって回収され、ほとんどが自動車のバッテリーです。

鉱石自体に加えて、鉛の精製に必要な原材料はわずかです。鉱石の濃縮プロセスには、松根油、ミョウバン、石灰、キサントゲン酸塩が必要です。石灰石または鉄鉱石は、焙焼プロセス中に鉛鉱石に追加されます。石炭留出物であるコークスは、鉱石をさらに加熱するために使用されます。

製造
プロセス

鉱石の採掘

• 1鉛含有鉱石を回収する最初のステップは、地下で採掘することです。重機を使用している労働者は、重機を使って深いトンネルから岩を掘削するか、ダイナマイトで爆破します。 鉱石をバラバラに残します。次に、鉱石をローダーやトラックにシャベルで運び、シャフトに運びます。大規模な鉱山のシャフトは、掘削現場または爆破現場から1マイル以上離れている場合があります。鉱山労働者は鉱石をシャフトに投棄し、そこから地表に持ち上げられます。

鉱石の濃縮

• 2鉱石が鉱山から取り出された後、濃縮ミルで処理されます。濃縮とは、鉛から廃石を取り除くことを意味します。まず、鉱石を非常に細かく砕く必要があります。鉱石はミルで粉砕され、直径0.1ミリメートル以下の粒子になります。これは、個々の顆粒が食卓塩よりも細かいことを意味します。食感はグラニュー糖のようなものです。

浮選

• 3主要な鉛鉱石である方鉛鉱は硫化鉛として適切に知られており、硫黄が鉱物のかなりの部分を占めています。浮選プロセスは、貴重な金属も含む鉱石の硫黄含有部分を収集します。まず、細かく砕いた鉱石を水で希釈し、浮選セルと呼ばれるタンクに注ぎます。粉砕された鉱石と水の混合物はスラリーと呼ばれます。次に、1パーセントの松根油または同様の化学物質がタンク内のスラリーに追加されます。次に、タンクを攪拌し、混合物を激しく振とうします。松根油は硫化物粒子を引き付けます。次に、混合物に空気を吹き込みます。これにより、硫化物粒子がタンクの上部に油性の泡を形成します。脈石と呼ばれる廃石が底に沈みます。浮選プロセスは、X線分析装置によって制御されます。制御室の浮選モニターは、X線分析を使用してスラリーの金属含有量をチェックできます。次に、コンピューターの助けを借りて、モニターは金属の回収を最適化するために化学添加物の比率を調整することができます。他の化学物質も浮選セルに追加され、ミネラルの濃縮を助けます。ミョウバンと石灰は金属を凝集させるか、粒子を大きくします。金属粒子が表面に浮くのを助けるために、キサントゲン酸塩もスラリーに加えられます。浮選プロセスの最後に、鉛が岩石から分離され、亜鉛や銅などの他の鉱物も分離されました。

フィルタリング

• 4鉱石が浮選セルに濃縮された後、フィルターに流れ、最大90％の水が除去されます。この時点での濃縮物には、40〜80％の鉛が含まれており、他の不純物、主に硫黄と亜鉛が大量に含まれています。この段階で製錬所に出荷する準備ができています。脈石、または鉱物を含まない岩石は、浮選タンクからポンプで排出する必要があります。自然の湖に似た池に捨てることができ、最終的に池がいっぱいになると、土地を植え替えることができます。

鉱石の焙焼

• 5硫黄を除去するために、フィルターから新鮮な鉛精鉱をさらに精製する必要があります。濃縮物は、いわゆる焼結プラントで除荷された後、他の鉛含有材料および砂と石灰石と混合されます。次に、混合物は移動する火格子に広げられます。 2,550°F（1,400°C）に加熱された空気が火格子を吹き抜けます。コークスが燃料として添加され、鉱石精鉱中の硫黄が二酸化硫黄ガスに燃焼します。この二酸化硫黄は、鉛精製プロセスの重要な副産物です。それは別の酸プラントで捕獲され、多くの用途がある硫酸に変換されます。このように鉱石を焙焼した後、それは焼結体と呼ばれるもろい材料に融合します。焼結体は主に酸化鉛ですが、亜鉛、鉄、シリコンの酸化物、一部の石灰、硫黄も含まれている場合があります。焼結体が移動する火格子を通過すると、塊に砕かれます。その後、塊は高炉に投入されます。

ブラスト

• 6焼結鉱は、コークス燃料とともに高炉の上部に落下します。炉の下部から一気に空気が入り、コークスを燃焼させます。燃焼するコークスは約2,200°F（1,200°C）の温度を生成し、一酸化炭素を生成します。一酸化炭素は、鉛やその他の金属酸化物と反応して、溶融鉛、非金属廃棄物スラグ、および二酸化炭素を生成します。次に、溶融金属はドロスケトルまたは型に引き出されます。

精製

• 7高炉からの溶融鉛は、純度95〜99％です。この時点でベース地金と呼ばれます。 市販の鉛は99〜99.999％の純度でなければならないため、不純物を除去するためにさらに精製する必要があります。地金を精製するために、それは 融点のすぐ上の温度、約626°F（330°C）でやかんを溺れさせます。この温度で、地金に残っている銅はやかんの上部に上昇し、すくい取ることができるスカムまたはドロスを形成します。金と銀は、少量の亜鉛を加えることで地金から取り除くことができます。金と銀は鉛よりも亜鉛に溶けやすく、地金がわずかに冷えると、亜鉛のドロスが上に上がり、他の金属を運びます。

原価計算

• 8リードが十分に精製されると、リードは冷却され、1トンもの重さのブロックに鋳造されます。これが完成品です。鉛合金も製錬所で生産される可能性があります。この場合、特定の産業用途向けの鉛材料を製造するために、金属が正確な比率で溶融鉛に添加されます。たとえば、自動車のバッテリーや、パイプ、シート、ケーブルシース、弾薬に一般的に使用される鉛 金属の強度を高めるため、アンチモンと合金化されています。

副産物/廃棄物

鉛の精製はいくつかの副産物を生成します。脈石、または廃石は、鉱石が集中するにつれて蓄積します。ほとんどの鉱物は岩石から除去されているため、この廃棄物は業界では環境に害を及ぼすとは見なされていません。自然の湖に似た処分池に汲み上げることができます。硫酸は製錬プロセスの主な副産物です。鉱石が焼結工場で焙焼されると、二酸化硫黄ガスが放出されます。大気を保護するために、煙と煙が捕らえられ、プラントから放出された空気が最初に浄化されます。二酸化硫黄は別の酸プラントで収集され、硫酸に変換されます。製油所は、この酸とその主要製品である鉛自体を販売できます。

大気汚染は、鉛の処理によっても発生する可能性があります。製錬所には「バグハウス」、つまり鉛が大気中に放出されないように煙霧をろ過して真空にするための独立した施設が必要です。それにもかかわらず、鉛粒子は大気中に到達し、米国では、連邦規制が許容量を制御しようとしています。製錬工程で発生する固形廃棄物のほとんどは、スラグと呼ばれる緻密でガラス状の物質です。これには、微量の鉛、亜鉛、銅が含まれています。スラグは脈石よりも毒性が高く、環境に逃げたり、個体群と接触したりしないように、安全に保管および監視する必要があります。

未来

鉛業界の新しい開発は、鉛自体の新しい用途を見つけることよりも、製造プロセスの改善を目的としていないようです。採掘およびリサイクルされた鉛の大部分はバッテリー用に自動車産業に販売されているため、鉛生産者は自動車産業の健全性に大きく依存しています。しかし、鉛生産者は、市場の安定性を高めるために鉛の新しい用途を見つけることに関心を持っています。

鉛の最近の新しい用途の1つは、鉛とガラス繊維のラミネートです。鉛シートは石膏とグラスファイバーの間にラミネートすることができ、ノイズを遮断するのに役立つ優れたダクト材料を形成します。たとえば、これを空調ユニットで使用すると、機械の喧騒を効果的に抑えることができます。鉛のもう1つの有望な市場は、核廃棄物の封じ込めです。放射性物質を安全に保管することは、世界中でますます懸念されています。鉛業界は、鉛または鉛とプラスチックの内層を備えたチタン製のキャニスターを研究しており、1インチの鉛層が適切に埋設された容器の寿命を880年延長する可能性があると主張しています。また、将来の自動車に目を向けると、米国や他のいくつかの国の研究者は、電気自動車に電力を供給するために鉛蓄電池技術を改善する方法を研究しています。