كيفية تصنيع الرصاص

ما هو الرصاص؟

الرصاص معدن كثيف ولين ومنخفض الانصهار، إنه مكون مهم للبطاريات وتستهلك صناعة البطاريات حوالي 75٪ من إنتاج الرصاص في العالم، الرصاص هو أكثر المعادن كثافة فيما عدا الذهب وهذه الجودة تجعله فعالاً في حواجز الصوت وكدرع ضد الأشعة السينية، يقاوم الرصاص التآكل بواسطة الماء، لذلك يستخدم منذ فترة طويلة في صناعة السباكة، يضاف كذلك إلى الدهانات ويصنع مادة تسقيف.

يُعد الرصاص خطر على صحة الإنسان إذا تم استنشاقه أو تناوله، مما يتداخل مع إنتاج خلايا الدم الحمراء، يجب التحكم في استخدامه بعناية، وقد تم الآن تقييد العديد من الاستخدامات الشائعة السابقة للرصاص من قبل حكومة الولايات المتحدة، يوجد طلاء الرصاص في العديد من المباني القديمة، ولكنه يستخدم الآن في الغالب على الهياكل الفولاذية الخارجية؛ مثل الجسور لتحسين قدرتها على الطقس.

تمت إضافة مركب الرصاص المسمى إيثيل الرصاص للبنزين منذ عام 1921 ميلادي؛ لأنه منع مشكلة الطرق لمحركات السيارات عالية الضغط، مع ذلك فإن معظم البنزين الآن لا يحتوي على الرصاص؛ لأنّ الرصاص من عوادم السيارات كان مصدر رئيسي لتلوث الهواء.

تاريخ صناعة الرصاص:

يعود إنتاج الرصاص إلى ما لا يقل عن 8000 عام، تم استخدام الرصاص في مصر منذ حوالي 5000 قبل الميلاد وفي عهد الفراعنة كان يستخدم في تزجيج الفخار وكلحام وتم صبها أيضاً في أشياء زخرفية، تم استخدام طلاء الرصاص الأبيض أيضاً في مصر القديمة واليونان وروما، استخدمت روما القديمة أنابيب الرصاص لأعمال المياه الواسعة.

لوحظ كذلك بعض التأثيرات السامة للرصاص في وقت مبكر من العصر الروماني، على الرغم من أنه كان يعتقد كذلك أن الرصاص له صفات طبية إيجابية، في القرنين الخامس عشر والسادس عشر استخدم البناؤون الرصاص كمواد تسقيف للكاتدرائيات، كما استخدم الرصاص لتجميع الألواح المختلفة من الزجاج الملون في الزجاج الملون للشبابيك.

يتم استخراج الرصاص من الخامات من المناجم تحت الأرض، يحتوي أكثر من 60 نوع من المعادن على شكل من أشكال الرصاص، ولكن عادةً ما يتم تعدين ثلاثة فقط لإنتاج الرصاص، الأكثر شيوعاً يسمى جالينا، يحتوي الشكل النقي للغالينا على الرصاص والكبريت، لكن عادة ما توجد به آثار من المعادن الأخرى بما في ذلك الفضة والنحاس والزنك والكادميوم.

عملية تصنيع الرصاص:

تعدين الخام:

تتمثل الخطوة الأولى في استعادة خام الرصاص في تعدينه تحت الأرض، عمال يستخدمون الآلات الثقيلة يحفرون الصخور من الأنفاق العميقة بالآلات الثقيلة أو يفجرونها بالديناميت تاركين الخام مقطوعة، ثم يقومون بجرف الخام في رافعات وشاحنات ونقله إلى عمود.

قد يكون العمود في منجم كبير على بعد ميل أو أكثر من موقع الحفر أو الانفجار، يقوم عمال المناجم بتفريغ الخام أسفل العمود، ومن هناك يتم رفعه إلى السطح، بعد إزالة الخام من المنجم تتم معالجته في مطحنة التركيز، مما يعني أن التركيز هو إزالة مخلفات الصخور من الرصاص.

تعويم الرصاص:

يُعرف خام الرصاص الرئيسي غالينا بشكل صحيح باسم كبريتيد الرصاص ويشكل الكبريت جزء كبير من المعدن، تجمع عملية التعويم الأجزاء الحاملة للكبريت من الخام، والتي تحتوي أيضاً على المعدن الثمين؛ أولاً يُخفف الخام المسحوق جيداً بالماء ثم يُسكب في خزان يسمى خلية التعويم، يسمى خليط خام الأرض والماء بالملاط.

ثم يضاف واحد بالمائة من زيت الصنوبر أو مادة كيميائية مماثلة إلى الطين في الخزان، ثم يهتز الخزان ويهز الخليط بعنف؛ زيت الصنوبر يجذب جزيئات الكبريتيد ثم يتم نفخ الهواء من خلال الخليط، يتسبب هذا في تكوين جزيئات الكبريتيد رغوة زيتية في الجزء العلوي من الخزان، الصخور المتبقية والتي تسمى الشوائب تغرق في القاع.

يتم التحكم في عملية التعويم بواسطة أجهزة تحليل الأشعة السينية، يمكن لجهاز مراقبة التعويم في غرفة التحكم فحص المحتوى المعدني للملاط باستخدام تحليل الأشعة السينية، بعد ذلك بمساعدة الكمبيوتر قد تضبط الشاشة نسبة المادة الكيميائية المضافة لتحسين استرجاع المعدن، يتم إضافة مواد كيميائية أخرى إلى خلية التعويم للمساعدة في تركيز المعادن.

فلترة الرصاص:

بعد تركيز الخام في خلايا التعويم، فإنه يتدفق إلى مرشح يزيل ما يصل إلى 90٪ من الماء، يحتوي التركيز في هذه المرحلة على 40-80٪ رصاص مع كميات كبيرة من الشوائب الأخرى، معظمها الكبريت والزنك، وهي جاهزة في هذه المرحلة ليتم شحنها إلى المصهر، يجب ضخ الشوائب أو الصخور التي لم تكن حاملة للمعادن من خزان التعويم.

تحميص الخام:

يحتاج مركز الرصاص الطازج من المرشح إلى مزيد من التنقية لإزالة الكبريت، بعد تفريغ التركيز في ما يسمى بمصنع التلبيد يتم مزجه مع مواد أخرى تحمل الرصاص ومع الرمل والحجر الجيري، ثم ينتشر الخليط على شبكة متحركة، ينفخ الهواء الذي تم تسخينه إلى 2550 درجة فهرنهايت عبر الشبكة، يضاف فحم الكوك كوقود ويتحول الكبريت الموجود في الخام إلى غاز ثاني أكسيد الكبريت.

يعتبر ثاني أكسيد الكبريت منتج ثانوي مهم لعملية تكرير الرصاص، يتم التقاطه في مصنع حامض منفصل وتحويله إلى حمض الكبريتيك الذي له استخدامات عديدة، بعد تحميص الخام بهذه الطريقة يندمج في مادة هشة تسمى التلبيد، اللبيدة هي في الغالب أكسيد الرصاص، ولكن يمكن أن تحتوي على أكاسيد الزنك والحديد والسيليكون وبعض الجير والكبريت.

نسف الرصاص:

تسقط اللبيدة في الجزء العلوي من الفرن مع وقود فحم الكوك، يتدفق الهواء عبر الجزء السفلي من الفرن، مما يؤدي إلى حرق فحم الكوك، يولد الكوك المحترق وينتج أول أكسيد الكربون، يتفاعل أول أكسيد الكربون مع الرصاص وأكاسيد المعادن الأخرى وينتج الرصاص المصهور وخبث النفايات غير المعدنية.

تكرير الرصاص:

الرصاص المنصهر الذي يأتي من الفرن العالي نقي بنسبة 95-99٪. يطلق عليه في هذه النقطة قاعدة السبائك، يجب تكريره أكثر لإزالة الشوائب لأن الرصاص التجاري يجب أن يكون نقي بنسبة 99.999٪. لتنقية السبائك، يتم الاحتفاظ بها في قيادة غلاية الخبث عند درجة حرارة أعلى بقليل من نقطة الانصهار، حوالي 626 درجة فهرنهايت.

عند درجة الحرارة هذه يرتفع أي نحاس متبق في السبائك إلى أعلى الغلاية ويشكل حثالة أو خبثاً يمكن إزالته، يمكن إزالة الذهب والفضة من السبائك بإضافة كمية صغيرة من الزنك إليها، يذوب الذهب والفضة بسهولة أكبر في الزنك منه في الرصاص، عندما يتم تبريد السبائك قليلاً يرتفع خبث الزنك إلى الأعلى حاملاً المعادن الأخرى معه.