Геохимия титана и свинца

Геологический факультет
Реферат на тему:
Геохимия титана и свинца
Выполнила студентка
4 курса геологического ф-та
Кафедры гидрогеологии
Чубарова Ирина
Санкт-Петербург 2008 год

Содержание
1. Титан – Ti
1.1 Общие сведения и история открытияэлемента титана
1.2 Минералогия титана
1.3 Геохимия титана
2. Свинец – Pb
2.1 Общие сведения и история открытияэлемента свинец
2.2 Минералогия свинца
2.3 Геохимия свинца
Список используемой литературы

1. Титан — Ti
1.1 Общие сведения и историяоткрытия элемента титана
Титан открыт в концеXVIII в., когда поиски и анализы новых, еще не описанных в литературе минераловувлекали не только химиков и минералогов, но и ученых-любителей. Один из такихлюбителей, английский священник Грегор, нашел в своем приходе в долине Меначанв Корнуэлле черный песок, смешанный с тонким грязно-белым песком. Грегоррастворил пробу песка в соляной кислоте; при этом из песка выделилось 46%железа. Оставшуюся часть пробы Грегор растворил в серной кислоте, причем почтивсе вещество перешло в раствор, за исключением 3,5% кремнезема. Послеупаривания сернокислотного раствора остался белый порошок в количестве 46%пробы. Грегор счел его особым видом извести, растворимой в избытке кислоты иосаждаемой едким кали. Продолжая исследования порошка, Грегор пришел к выводу,что он представляет собой соединение железа с каким-то неизвестным металлом.Посоветовавшись с своим другом, минералогом Хавкинсом, Грегор опубликовал в 1791 г. результаты своей работы, предложив назвать новый металл меначином (Menachine) от именидолины, в которой был найден черный песок. В соответствии с этим исходныйминерал получил название менаконит. Клапрот познакомился с сообщением Грегора инезависимо от него занялся анализом минерала, известного в то время подназванием «красного венгерского шерла» (рутил). Вскоре ему удалосьвыделить из минерала окисел неизвестного металла, который он назвал титаном(Titan) по аналогии с титанами — древними мифическими обитателями земли.Клапрот намеренно избрал мифологическое название в противовес названиямэлементов по их свойствам, как было предложено Лавуазье и Номенклатурнойкомиссией Парижской академии наук и что приводило к серьезным недоразумениям.Подозревая, что меначин Грегора и титан — один и тот же элемент, Клапротпроизвел сравнительный анализ менаконита и рутила и установил идентичностьобоих элементов. В России в конце XIX в. титан выделил из ильменита и подробноизучил с химической стороны Т.Е. Ловиц; при этом он отметил некоторые ошибки вопределениях Клапрота. Электролитически чистый титан был получен в 1895 г. Муассаном. В русской литературе начала XIХ в. титан иногда называется титаний (Двигубский,1824), там же через пять лет фигурирует название титан.
В периодической системеэлементов титан входит в 4 группу металлов (циркон, гафний, ванадий, скандий,ниобий, тантал) с близкими по размерам атомными радиусами. В химическихсоединениях он проявляет валентность 2, 3, 4. Атомная масса титана 47,9, радиусиона Ti +4 0, 064 нм.
Титансуществует в двух состояниях: аморфный — темно-серый порошок, плотность3,392—3,395г/см3, и кристаллический, плотность 4,5 г/см3.Для кристаллического титана известны две модификации с точкой перехода при 885°(ниже 885° устойчивая гексагональная форма, выше — кубическая); t°пл. ок.1680°; t кип. выше 3000°. Титан активно поглощает газы (водород,кислород, азот), которые делают его очень хрупким. Технический металл поддаётсягорячей обработке давлением. Совершенно чистый металл может быть прокатан нахолоду. На воздухе при обыкновенной температуре титан не изменяется, принакаливании образует смесь окиси Ti2O3 и нитрида TiN. В токекислорода при красном калении окисляется до двуокиси TiO2. При высокихтемпературах реагирует с углеродом, кремнием, фосфором, серой и др. Устойчив кморской воде, азотной кислоте, влажному хлору, органическим кислотам и сильнымщелочам. Растворяется в серной, соляной и плавиковой кислотах, лучше всего — всмеси HF и HNO3. Добавление ккислотам окислителя предохраняет металл от коррозии при комнатной температуре.В соединениях проявляет валентность 2, 3 и 4.
Наименееустойчивы производные Ti(2). Соединения Ti(3) устойчивы врастворе и являются сильными восстановителями. С кислородом титан даётамфотерную двуокись титана, закись Ti0 и окись Ti2O3,имеющие основной характер, а также некоторые промежуточные окислы и перекись TiO3. Галогенидычетырёхвалентного титана, за исключением TiCl4 —кристаллические тела, легкоплавкие и летучие в водном растворе гидрализованы,склонны к образованию комплексных соединений, из которых в технологии ианалитической практике имеет значение фтортитанат калия K2TiF6. Важноезначение имеют карбид TiC и нитрид TiN—металлоподобные вещества, отличающиеся большой твёрдостью (карбид титан твержекарборунда), тугоплавкостью (TiC, t°пл. 3140°;TiN, t°пл. 3200°) и хорошей электропроводностью.
1.2 Минералогия титана
Основные минералытитанового сырья
В настоящее времяизвестно 214 минералов титана, в которых он является одним из главныхкомпонентов; из них 85 относятся к оксидным титановым минералам, около 100составляют группу силикатов, два – нитрида, четыре – бората, один – карбонат,четыре – фосфата и три – арсената.
В породообразующихминералах титан концентрируется в основном в темноцветных силикатах. Кминералам титана, образующим месторождения, относятся ильменит(FeTiO3)- (43,7—52,8 % TiO2), рутил(TiO2)-(94,2-99,0 %), анатаз-, лейкоксен-(56,3-96,4%), сфен, лопарит-(38,3-41,0 %), сфен, титанит-(CaTi(SiO4)(O,OH,F)-(33,7-40,8 %), перовскити другие, но главное промышленное значение имеют первые четыре минерала.Перспективным минералом титана является титаномагнетит. Он содержит TiO2 от нескольких до 305 и, как правило, примесь V2O5. При плавке титаномагнетита получают чугун ититаносодержащий шлак (до 4% TiO2 ), которыйобычно рассматривается как отход. Наиболее перспективны высокотитанистыетитаномагнетиты, содержащие более 16% TiO2
Промышленные типыместорождений
Промышленные типыместорождений титана представлены основными генетическими группами:магматогенными, метаморфогенными(коренными) и экзогенными(россыпными).Россыпные месторождения в мировой сырьевой базе титана занимают ведущееположение по запасам(52,3%), добыче (67 – 70%).
Метаморфизованныеместорождения титанаобразуются при метаморфизме древних россыпей и коренных первично-магматическихруд. Верхнепротерозойские метоморфизованные россыпи в пределах Башкирскогоподнятия приурочены к песчаникам зильмердакской свиты, где встречены прослоимощностью до 2.5 м, обогащенные ильменитом (до 250-400 кг/т) и цирконом (до 30кг/т).
Высококачественныеильменит-магнетитовые массивные и вкрапленные ильменитовые руды образуются прирегиональном метаморфизме первично-магматических руд
Наиболеезначительные магматические месторождения титана приурочены к крупным массиваманортозитовой формации площадью в сотни и тысячи квадратных километров. ВРоссии к ним принадлежат месторождения Восточного Саяна (Мало-Тагульское,Лысанское, Кручининское), в Канаде – Лак-Тио, в США – Тегавус.
Современные ипогребенные титаноносные коры выветривания образуются на габбро–анортозитах(Волынский массив) и метаморфических породах (Украинский щит, Казахстан). Привыносе щелочных элементов и образовании глинистых минералов группы каолинита вкоре происходит накопление более стойких акцессорных минералов, в том числеильменита и рутила. При этом зерна рудных минералов сохраняют первоначальнуюформу кристаллов, не окатаны. Мощность кор выветривания достигает несколькихдесятков метров. Содержание ильменита может достигать нескольких сотен, арутила – нескольких десятков килограммов на кубический метр.
Средироссыпных месторождений титана различаются две разновидности: прибрежно-морскиеи континентальные. Главными являются прибрежно-морские комплексныеильменит-рутил-цирконовые россыпи; меньшее значение имеют континентальныеаллювиально-делювиальные россыпи ильменита. Из современных прибрежно-морскихроссыпей рутил и ильменит добывают в Западной Австралии, Индии, Шри-Ланке,Сьерра-Леоне, частично в Бразилии и США. Крупные запасы ильменитовых песковвыявлены у северного побережья Гренландии, на восточном побережье Мадагаскара,вдоль берегов озера Малави на побережье Мозамбика и Новой Зеландии.
Большое промышленноезначение в России, а также за рубежом, имеют морские (донные, пляжевые,дельтовые) россыпи комплексного циркон – рутил – ильменитового состава.
Размеры месторожденийпо запасам TiO2,млн тМесторождения Размеры месторождений Весьма крупные Крупные Средние Мелкие Коренные >50 10-15 5-10 Экзогенные:
Россыпные >10 5-10 1-5 15 5-15 1-5 Одним из источниковтитановых минералов и циркона являются месторождения строительных, формовочныхи стекольных песков.
Определенныепотенциальные возможности заключаются в техногенных образованиях. Так, вкачестве техногенных месторождений рассматриваются отходы (хвосты) обогащениягорно-добывающих и металлургических предприятий. Накапливаются хвостыпереработки апатит-нефелиновых руд, содержащие титаномагнетит и сфен.
Природные итехнологические типы руд.
Природные типы рудвыделяются по минеральному составу: ильменитовые, лейкоксеновые, рутиловые,титаномагнетитовые, ильменит-магнетитовые (титаномагнетитовые),апатит-магнетит- ильменитовые и др.
В основу типизацииприродных (минеральных) типов руд в коренных месторождениях титана положеносоотношение главных рудных минералов- ильменита, магнетита, апатита. Рудыкоренных месторождений подразделяются также по следующим признакам, влияющим наих технологические свойства:
По содержанию рудныхминералов- бедновкрапленные (до 15%рудных минералов), умеренновкрапленные (15-30%),богатовкрапленные (30-80%) и сплошные руды(более 80%
По содержанию TiO2 в породе: 5-7%-бедные руды — на уровне бытовыхсодержаний, 7-10%- рядовые, 10-15% и выше-богатые;
По текстурным признакам — вкрапленные, сидеронитовые, пятнисто-вкрапленные, массивные;
По структурным признакам-крупно-, средне-, мелко- и тонкозернистые;
По составу петрогеннойосновы- анортозиты, габброиды, пироксениты;
По характеру ееизменения, е по степени замещения первичных минералов низкотемпературными-слабо измененные породы (замещено до 30% нерудных минералов, измененные 9 от30до 50%), интенсивно измененные 9 более 50%0.
Приведенные вышеособенности титановых руд позволяют выделить технологические типы по степениобогатимости: легко-, средне-, труднообогатимые.
Различают по характерукомплексности две группы титановых руд. В одних случаях ведущим (или одним изведущих) элементом в комплексных месторождениях является титан, попутные жеэлементы играют второстепенную роль. Такое сырье добывается с целью получениятитановой продукции и циркона. В другой группе руд ведущими компонентамиявляется железо, фосфор, редкие земли, ниобий, тантал; титан из этого сырьяизвлекается попутно.
Разработка месторождений
Разработку месторожденийтитановых руд производят открытым, подземным и комбинированным способами.
Открытыми горнымиработами обрабатывают подавляющее большинство месторождений и особеннороссыпей. При разработке применяют экскаваторный, бульдозерно- экскаваторный,дражный и гидромеханический способы. Сначала вскрывают почвенный слой, которыйскладируют отдельно, а затем вскрывают пустые породы кровли.
Подземный способ.Разработки месторождений применяют в случае больших глубин залегания руд9 70м0,а также при меньших глубинах, когда технико-экономические и экологическиепоказатели этого способа разработки являются предпочтительными.
Гидроскважинный способдобычи титановых руд может применятся для месторождений с сильнодезинтегрированными рудами крупностью более 50 м, чему практически полностью удовлетворяют россыпные месторождения, залегающие на любых глубинах.Из всех способов разработки месторождений он отличается простотой, высокойэкономичностью и экологичностью.
Промышленная переработкасырья
Титановые руды являются,как правило, бедными сырьем и требуют предварительного обогащения переддальнейшей переработкой и потреблением. При обогащении применяют практическивсе известные процессы.
Обогащение россыпейосуществляется обычно в 2 стадии. На первой стадии получают черновыеколлективные концентраты. Вторая стадия (доводочная) предусматривает селекциючерного концентрата с применение магнитной и электрической сепарации.
Селекцияэлектростатическими методами немагнитных минералов получила наибольшеераспространение. Она использует различия в электрической проводимостиминералов, по мере убывания которой указанные объекты располагаются в указаннойпоследовательности: магнетит- ильменит- рутил- хромит- лейкоксен- гранат-монацит- турмалин- циркон- кварц.
Пески россыпныхместорождений составляют более50% всех титановых руд и часто имеютмногокомпанентный минеральный состав. Содержащаяся в них фракция тяжелыхминералов в основном состоит из ильменита, рутила вместе с лейкоксеном ициркона, а также из алюмосиликатов – дистена, силлиманита, ставролита итурмалина.
Коренные титановые рудыподразделяются на магнетит – ильменитовые, титано-ильменитовые разновидности.Магнетит- ильменитовые руды обогащаются по комбинированным схемам. Ильменит-гематитовые требуют, вследствие весьма тонкой вкрапленности, примененияпирометаллургических процессов. Магнетитовый концентрат очищается от серыфлотационным методом с получением магнетитового и сульфидного сырья.
Ильменит- магнетитовые иильменит- гематитовые руды перерабатываются по пирометаллургической схеме сразложением твердых растворов титана и железа плавлением. Титановые рудыпрактически всех промышленных типов являются комплексными. Попутнымикомпонентами являются железо, ванадий, кобальт, медь, фосфор, цирконий,платина. Особенно высокую комплексность имеют россыпные месторождения.
При переработке коренныхтитановых руд попутно получают ванадий- магнетитовые, сульфидные концентраты ифосфорную кислоту.
Требования к титановымконцентратам определяются их значением и дальнейшей технологией переработки.Они включают нормирование физических и химических свойств по минеральномусоставу, содержанию TiO2, вредных элементов и растворимыхсоединений, влажности, крупности, состоянию поверхности.
Производство синтетическогорутила. Ведется интенсивный поиск новых способов получения синтетическогорутила, содержащего до 95-98% TiО2при массовой доле его в исходных концентратах около 35-55% и в шлаках –более 70-80 %. Получаемый при этом синтетический рутил по реакционнойспособности превосходит природный вследствие высокой удельной поверхности, чтовесьма благоприятно сказывается на производстве пигментного диоксида ичетыреххлористого титана.
Производство пигментногодиоксида титана осуществляется 2 способами: сульфатным, основанным наразложении ильменитовых концентратов или специальных титановых шлаков сернойкислотой, и хлорным, заключающемся в хлорировании природных рутиловыхконцентратах, синтетического рутила или титановых шлаков с последующейпереработкой полученного тетрахлорида на оксид титана.
Производство титановойгубки (губчатого титана) осуществляется из сырья, которым за рубежом являетсяглавным образом рутил, в странах СНГ- ильменитовые концентраты, расплавляемыешлаки.
Для производстваметаллического титана исходное рудное сырье переводится в тетрахлорид титана TiCl4. Процесс производства последнего состоит из 5основных пределов: подготовки сырья, хлорирования, конденсации продуктовхлорирования, очистки TiCl4 ипереработки отходов.
Применение
Основные преимуществатитана другим конструкционным метилами — сочетание лёгкости, прочности икоррозионной стойкости. Титановые сплавы по абсолютной, а тем более по удельнойпрочности (то есть прочности, отнесённой к плотности) превосходят большинствосплавов на основе др. металлов (например, железа или никеля) при температурахот -250 до 550 °C, а по коррозионности они сравнимы со сплавами благородныхметаллов.Однако как самостоятельный конструкционный материал титан применятьсятолько в 50-е гг. 20 в. в связи с большими техническими трудностями егоизвлечения из руд и переработки.Основная часть титана расходуется на нуждыавиационной и ракетной техники и морского судостроения Сплавы титана с железом,известные под названием «ферротитан» (20-50% Т.), в металлургиикачественных сталей и специальных сплавов служат легирующей добавкой ираскислителем.
Технический титан идёт наизготовление ёмкостей, химических реакторов, трубопроводов, арматуры, насосов идр. изделий, работающих в агрессивных средах, например в химическоммашиностроении. В гидрометаллургии цветных металлов применяется аппаратура изтитана. Он служит для покрытия изделий из стали. Использование титана даёт вомногих случаях большой технико-экономический эффект не только благодаряповышению срока службы оборудования, но и возможности интенсификации процессов(как, например, в гидрометаллургии никеля). Биологическая безвредность титанаделает его превосходным материалом для изготовления оборудования для пищевой промышленностии в восстановительной хирургии. В условиях глубокого холода прочность титанаповышается при сохранении хорошей пластичности, что позволяет применять его какконструкционный материал для криогенной техники. Титан хорошо поддаётсяполировке, цветному анодированию и др. методам отделки поверхности и поэтомуидёт на изготовление различных художественных изделий, в том числе имонументальной скульптуры. Примером может служить памятник в Москве,сооруженный в честь запуска первого искусственного спутника Земли. Изсоединений титана практического значение имеют окислы галогениды титана, атакже силициды титана, используемые в технике высоких температур; бориды титанаи их сплавы, применяемые в качестве замедлителей в ядерных энергетическихустановках благодаря их тугоплавкости и большому сечению захвата нейтронов.Карбид титана, обладающий высокой твёрдостью, входит в состав инструментальныхтвёрдых сплавов, используемых для изготовления режущих инструментов и вкачестве абразивного материала.
минералогиягеохимия свинец титан
1.3 Геохимия титана
Титан пораспространенности химических элементов в земной коре занимает девятое место.Среднее содержание титана в земной коре составляет, по А.П Виноградову, 0,45%.
В природе пять стабильныхизотопов: 46Ti (7,95%), 47Ti (7,75%), 48Ti(73,45%), 49Ti (5,51%), 50Ti (5,34%).
Больше всего титанасодержится в основных породах так называемой «базальтовой оболочки»(0,9%), меньше в породах «гранитной оболочки» (0,23%) и ещё меньше вультраосновных породах (0,03%) и др. К горным породам, обогащенным титаном,относятся пегматиты основных пород, щелочные породы, сиениты и связанные с нимипегматиты и другие породы. В биосфере титан в основном рассеян. В морской водеего содержится 1-10-7%; Титин — слабый мигрант.
В природных условиях онвстречается главным образом в четырехвалентном состоянии, что определяетповышенную устойчивость его кислородных соединений. Двухвалентный титан впородах встречается очень редко. Присутствие TiO +3 отмечено в силикатных минералах (пироксенах, амфиболах,биотите). Ильмените и в редком минерале- армоколите. Омилит- собственныйминерал трехвалентного титана также встречается очень редко. Свободный титан вприроде не наблюдается.
Титан относится клитофильным элементам — он не образует природных сульфидов и арсенидов, а такжесолей слабых кислот, так как сам является слабым основанием. Длягидротермальных образований титан мало характерен, в виде летучих галоидных исернистых соединений (типа TiCl4 )установлен до 5, 52 мг/л в природных конденсатах вулканических газов.
В условиях гипергенезатитан малоподвижен. В поверхностных условиях земной коры он в виде устойчивыхминеральных разностей перемещается механически-водными потоками, частичноветром, а не в форме истинных растворов. В песках рутил и ильменит остаютсяпрактически неизменными. В глинах они обычно присутствуют в виде пелитовыхчастиц.
Титан в организме. Титанпостоянно присутствует в тканях растений и животных. В наземных растениях егоконцентрация — около 10-4%, в морских — от 1,2 ×10-3 до8 ×10-2%, в тканях наземных животных — менее 2 ×10-4%,морских — от 2 ×10-4 до 2 ×10-2%.Накапливается у позвоночных животных преимущественно в роговых образованиях,селезёнке, надпочечниках, щитовидной железе, плаценте; плохо всасывается изжелудочно-кишечного тракта. У человека суточное поступление титана с продуктамипитания и водой составляет 0,85 мг. Относительно малотоксичен.

2. Свинец — Pb
2.1 Общие сведения иистория открытия элемента свинец
Свинец (англ. Lead,франц. Plomb, нем. Blei) известен с III — II тысячелетия до н.э. в Месопотамии,Египте и других древних странах, где из него изготовляли большие кирпичи(чушки), статуи богов и царей, печати и различные предметы быта. Из свинцаделали бронзу, а также таблички для письма острым твердым предметом. В болеепозднее время римляне стали изготовлять из свинца трубы для водопроводов. Вдревности свинец сопоставлялся с планетой Сатурн и часто именовался сатурном. Всредние века благодаря своему тяжелому весу свинец играл особую роль валхимических операциях, ему приписывали способность легко превращаться в золото.Вплоть до XVII в. свинец нередко путали с оловом. На древнеславянских языках онименовался оловом; это название сохранилось в современном чешском языке(Olovo).Древнегреческое название свинца, вероятно, связано с какой-либоместностью. Некоторые филологи сопоставляют греческое название с латинскимPlumbum и утверждают, что последнее слово образовалось из mlumbum. Другиеуказывают, что оба эти названия произошли от санскритского bahu-mala (оченьгрязный); в XVII в. различали Plumbum album (белый свинец, т. е. олово) иPlumbum nigrum (черный свинец). В алхимической литературе свинец имел множествоназваний, часть которых принадлежала к тайным. Греческое название алхимикииногда переводили как plumbago — свинцовая руда. Немецкое Blei обычнопроизводят не от лат. Plumbum, несмотря на явное созвучие, а отдревнегерманского blio (bliw) и связанного с ним литовского bleivas (свет,ясный), но это мало достоверно. С названием Blei связано англ. Lead и датскоеLood.
Свинец (Plumbum) Рb —элемент IV группы 6-го периода периодической системы Д. И. Менделеева, номер82, атомная масса 207,19.
Самородный свинецвстречается редко, наиболее важный минерал — галенит (свинцовый блеск) PbS.Свинец — мягкий, ковкий и пластичный металл серого цвета. На воздухе быстропокрывается тонким слоем окиси, защищающим его от дальнейшего окисления. Вэлектрохимическом ряду напряжений свинец стоит непосредственно перед водородом.Проявляет валентность 2+, а также 4+. Соединения четырехвалентного свинцазначительно менее стойки. Разбавленная соляная и серная кислоты почти недействуют на свинец вследствие малой растворимости PbCl2 и PbS04. Легко растворяется в азотнойкислоте. Свинец так же как и гидроокись его, растворяется в щелочах, при этомобразуются плюмбит-ионы. Все растворимые соединения свинца ядовиты. С крепкойсерной кислотой (при концентрации более 80%) свинец реагирует с образованиемрастворимого гидросульфата Pb(HSO4)2, а в горячейконцентрированной соляной кислоте растворение сопровождается образованиемкомплексного хлорида H4PbCl6.
В присутствии кислородасвинец растворяется также в ряде органических кислот. При действии уксуснойкислоты образуется легкорастворимый ацетат Pb(CH2COO)2(старинное название – «свинцовый сахар»). Свинец заметно растворим также вмуравьиной, лимонной и винной кислотах. Растворимость свинца в органическихкислотах могло раньше приводить к отравлениям, если пищу готовили в посуде,луженной или паянной свинцовым припоем. Растворимые соли свинца (нитрат иацетат) в воде гидролизуются:
Pb(NO3)2+ H2O />Pb(OH)NO3 + HNO3
При нагревании свинецреагирует с кислородом, серой и галогенами. Так, в реакции с хлором образуетсятетрахлорид PbCl4 – желтая жидкость, дымящая на воздухе из-загидролиза, а при нагревании разлагающаяся на PbCl2 и Cl2.(Галогениды PbBr4 и PbI4 не существуют, так как Pb(IV) –сильный окислитель, который окислил бы бромид- и иодид-анионы.)Тонкоизмельченный свинец обладает пирофорными свойствами – вспыхивает навоздухе. При продолжительном нагревании расплавленного свинца он постепеннопереходит сначала в желтый оксид PbO (свинцовый глет), а затем (при хорошемдоступе воздуха) – в красный сурик Pb3O4 или 2PbO·PbO2.Это соединение можно рассматривать также как свинцовую соль ортосвинцовойкислоты Pb2[PbO4]. С помощью сильных окислителей,например, хлорной извести, соединения свинца(II) можно окислить до диоксида:
Pb(CH3COO)2+ Ca(ClO)Cl + H2O ® PbO2+ CaCl2 + 2CH3COOH.
Диоксид образуется такжепри обработке сурика азотной кислотой:
Pb3O4+ 4HNO3 ® PbO2 + 2Pb(NO3)2+ 2H2O.
Если сильно нагреватькоричневый диоксид, то при температуре около 300° С он превратится в оранжевый Pb2O3(PbO·PbO2), при 400°С – в красный Pb3O4,а выше 530° С – в желтый PbO (разложение сопровождается выделением кислорода).
Органические производныесвинца – бесцветные очень ядовитые жидкости. Один из методов их синтеза –действие алкилгалогенидов на сплав свинца с натрием:
4C2H5Cl+ 4PbNa ® (C2H5)4Pb + 4NaCl + 3Pb
Действием газообразногоHCl можно отщеплять от тетразамещенных свинца один алкильный радикал за другим,заменяя их на хлор. Соединения R4Pb разлагаются при нагревании собразованием тонкой пленки чистого металла. Такое разложение тетраметилсвинцабыло использовано для определения времени жизни свободных радикалов.
2.2 Минералогия свинца
Минералы свинца
Минералов, содержащих втом или ином количестве свинец, более 150. Главнейшее же промышленное значениеимеют лишь галенит и церуссит.
Галенит — самыйраспространенный минерал свинца. Его химическая формула PbS. В качествепримесей он часто содержит серебро, висмут, сурьму, мышьяк и некоторые другиеэлементы. Разновидности галенита — селенистый галенит (галенит с примесямиселена), свинчак — сплошной тонкозернистый галенит.
Галенит являетсяглавнейшим первичным минералом свинца. В земной коре он чаще всего образуетсяпри осаждении из горячих водных растворов (флюидов). На поверхности галенит поддействием воздуха и воды разлагается (химически выветривается). В результате засчет галенита образуются другие минералы: карбонаты — церуссит и англезит,окислы — глет и сурик, фосфаты и аналогичные фосфатам химически природныеарсенаты и ванадаты — пироморфит, ванадинит, миметезит и некоторые другие.
Церуссит (PbCO3.)после галенита является важнейшей свинцовой рудой. Минерал обычно встречается ввиде сплошных, реже зернистых масс белого, грязно-серого или серого цвета.Церуссит — типичный экзогенный минерал, возникающий в зоне окисления свинцовыхместорождений, причем здесь он образует псевдоморфозы по галениту, англезиту идругим свинцовым минералам. По церусситу известны псевдоморфозы пироморфита,глета (РbО).
Пироморфит Pb5[PO4]3Cl.Пироморфит — типичный экзогенный минерал, возникающий в зоне окислениясвинцовых месторождений. Здесь он часто образует псевдоморфозы по галениту,причем замещение начинается во внутренних частях кристаллов. Наблюдаются такжепсевдоморфозы пироморфита по церусситу.
Англезит Pb[S04].Англезит является типичным экзогенным минералом, возникающим за счетвзаимодействия поверхностных растворов с первичными свинцовыми рудами, чащевсего с галенитом, по такой реакции:
PbS + 2O2=PbSO4.
Этот минерал присутствуетглавным образом в верхних горизонтах свинцовых месторождений. Известны оченьредкие находки англезита гидротермального происхождения.
Бурнонит PbCuSbS3. Бурнонитвозникает гидротермальным путем и наблюдается в полиметаллических жилах втесной ассоциации с блеклыми рудами, галенитом, а также с сульфоантимонидамисвинца — джемсонитом и буланжеритом. Часто он встречается на контактететраэдрита и галенита, где, вероятно, является реакционным образованием.
Джемсонит.
Джемсонит — редкийминерал. Он встречается в гидротермальных полиметаллических месторождениях вассоциации с галенитом, кварцем и различными сульфоанти-монидами.
Промышленныеместорождения свинца
1) Скарны.
2) Метосоматическиезалежи полиметаллических руд в эффузивноосадочных породах.
3) Пластовыеместорождения в карбонатных толщах.
4) Пластообразные илинзообразные залежи колчеданных руд в эффузивах.
5) Кварцево-сульфидныежилы преимущественно в гранитоидах.
Извлечение и применениесвинца
Для извлечения свинца изтвердых материалов можно применять различные методы, в том числе игидрометаллургические. Выбор метода переработки всегда обусловлен составомисходного материала. Так, для извлечения свинца из медно-свинцового материалаприменяют щелочной раствор гипохлорита, содержащий 80 – 100 г/л едкой щелочи и10 – 40 г/л хлора. Недостатками указанного способа являются загрязнениераствора ионами хлора и сложность регенерации реагента. Известен также методселективного отделения свинца от меди при равном их содержании в концентрате (≈11 – 12%). Обожженный медно-свинцовый материал выщелачивают раствором едкогонатра при 70 – 100 оС. Однако в этих условиях в раствор переходитчасть меди, и для ее удаления пульпу охлаждают до 20 – 40 оС ивводят в нее порошок металлического свинца. Материалы, содержащие мышьяк, серуи тяжелые цветные металлы, представляющие собой возгоны, пыли, шлаки и другиепромышленные полупродукты, обрабатывают раствором кальцинированной соды при 35– 45 оС и рН 7,5 – 8,0. Полученную пульпку фильтруют и из фильтратавыделяют сульфат натрия, а кек выщелачивают в темифатурном интервале 95 – 100оСс оборотным раствором, содержащим 90 – 100 г/л NaOH и не более 10 г/л Na2СО3. После фильтрования пульпы металлы выделяюткарбонизацией углекислым газом. Процесс многостадиен, продолжителен, энергоемоки не дает восстановленного металла.
Известны также методыизвлечения свинца из рудных материалов сплавлением их со щелочами притемпературе 365 – 450оС. При этом свинец превращается в твердыеплюмбиты. Далее сплавленный материал восстанавливают в электропечах, возможна также дополнительнаяпродувка восстанавливающим газом
В средние века крышицерквей и дворцов нередко покрывали свинцовыми пластинами, устойчивымик атмосферным влияниям. Когда появилось огнестрельное оружие, большиеколичества свинца пошли для изготовления пуль и дроби. Из соединенийсвинца с древних времен использовали свинцовый сурик Pb3O4 и основнойкарбонат свинца (свинцовые белила) в качестве красной и белой краски.Почти все картины старых мастеров писаны красками, приготовленнымина основе свинцовых белил.
В настоящее времяядовитые свинцовые белила заменены более дорогими, но безвреднымититановыми. Ограниченное применение (например, в качестве пигментов дляхудожественных масляных красок) имеют пигменты, содержащих свинец: свинцовыйкрон лимонный 2PbCrO4·PbSO4, свинцовый крон желтый13PbCrO4·PbSO4, красного цвета свинцово-молибдатный крон7PbCrO4·PbSO4·PbMoO4.
До 45% свинца от общегопотребления идет на производство электродов, аккумуляторов; до 20%-наизготовление проводов и кабелей и покрытий к ним; 5-20% С.-на производство тетраэтилсвинца.Свинец используют для изготовления футеровки, труб и аппаратуры в химической промышленности.Применяют сплавы свинца с Sn, Са, содержащие Sb, Cu, As, Cd. В строительствесвинец используют в качестве изоляции, уплотнителя швов, стыков, в том числе присоздании сейсмостойких фундаментов. В военной технике свинец применяют дляизготовления шрапнели и сердечников пуль. Экраны из свинца служат для защиты отрадиоактивного и рентгеновского излучений.
2.3 Геохимия свинца
Природный свинец состоитиз пяти стабильных изотопов: 202Рb (следы), 204Рb (1,5%),206Рb (23,6%), 207Рb (22,6%) и 208Рb (52,3%).Последние три изотопа-конечные продукты радиоактивного распада соотв. U, Ас иTh. В природе образуются и радиоактивные изотопы: 209Рb, 210Рb,211Рb, 212Рb, 214Рb.
Ионные радиусы:
Рb4+ 0,079,0,092
Рb2+ 0,112,0,133.
Содержание свинца вземной коре 1,6-10 3% по массе, в водах Мирового океана 0,03 мкг/л(41,1 млн. т), в речных водах 0,2-8,7 мкг/л.
По классификацииГольдшмидта свинец принадлежит к халькофильным элементам. Обладает18-электронной оболочкой.
Кларки элемента в земнойкоре и Г/П разного состава.
Хондриты 2*10-5,Ультраосновные породы 1*10-5, Средние породы 1,5*10-3, Основныепороды 8*10-4, Граниты 2*10-3, Сиениты 1,2*10-3, Песчаник7*10-4, Глинистые сланцы 2*10-3, Карбонатные породы 9*10-4
Для Свинца главнымфактором механической миграции, вероятно, является сорбция глинами.
Свинец – амфотерныйэлемент – катиогенный и аниогенный (в том числе образует комплексные анионы).Он участвует как окислитель и восстановитель не играющий существенной роли вокислительно-восстановительных реакциях (главным образом из-за низких кларков ималой способностью к концентрации).
Для Рb в сильнощелочныхводах возможны комплексные анионы НРbО2-, а в термальных водах —тиосульфатные комплексы типа [Pb (S2O3)3]4-,[Pb (S2O3)]°, [Pb (S2O3)2]2-.
Перенос Рb происходит восновном в водных растворах в эндогенных условиях с участием S2 иСl.
Только в зоне окислениясвинцовых месторождений, где в воде повышается концентрация РЬ2+,может образоваться англезит (PbSO4), a PbS может возникнуть почтивезде, где имеется ион S2-. Подтверждением этому служат находкигаленита и сфалерита в угольных залежах, в которых трудно предположить высокиеконцентрации Рb2+ и Zn2+ в питающих водах.
Свинец являетсястабильным продуктом распада главных и естественных радиоактивных элементов вземной коре. Газообразные соединения свинца находятся только в глубоких частяхземной коры (гидротермальных, метаморфических и магматических системах).Имеетсреднюю интенсивность концентрации.
Анализ газово-жидкихвключений, изучение состава гидротермальных минералов, термодинамическиерасчеты свидетельствуют о большом разнообразии ионов гидротерм. Для свинца — РbСl+,PbF+, Pb (OH)+, [Pb (ОН)]3-, PbHS+, [Pb (HS)3]-,[Pb (S203)2]4
Гидротермальные системы –основной источник свинца.Интенсивность миграций свинца – слабая или средняя.Свинец – элемент среднего биологического захвата.
Типы геохимических барьеровсвинца: сульфидный, щелочной, испарительный, сорбционный и термодинамический.
Свинец мигрирует в кислыхи щелочных водах окислительной обстановки. Биофильность (биогенная миграция)-6*10-1
Техногенная миграция. Среди других отраслей наиболеенеблагополучными по РЬ являются предприятия цветной металлургии (особенно попроизводству Pb, Zn, Си, А1 и др.), машиностроения, металлообработки,строительной, печатной, химической, электротехнической промышленности,коммунального хозяйства и т.д. Среди них в пылях предприятий первых шестиотраслей промышленности коэффициенты концентрации Рb наиболее велики исоставляют n*100, в остальных п – n*10. свинец один из элементов-загрязнителей«страшной троицы», в которую входят также Hg и Cd.
Наиболее значительновоздействие 210Рb для населения районов Крайнего Севера.
В почвах ПДК свинцасоставляет 20мг/кг, с учётом фона – 6мг/кг (растворимого) и 32 мг\кг(валового).
В зонах влияниявысокосвинцовых производств (завод цветных металлов), по И.Л. Борисенко (1993 г.), РЬ в основном накапливается в почвах, так как имеет в них низкую подвижность. Воздух имеетэталон частоты по Pb 0,19-1,2 нг\м3.
В биосфере концентрацииРb в основном связаны с техногенезом, имеют четкую тенденцию к быстромуувеличению во времени — в современных почвах, атмосфере и водных источниках врайонах промышленных и городских агломераций они на порядок выше. Опасностьсвинца для человека определяется его значительной токсичностью и способностьюнакапливаться в организме. Различные соединения свинца обладают разной токсичностью:малотоксичен стеарат свинца; токсичны соли неорганических кислот (хлорид свинца,сульфат свинца и другие).В организм человека большая часть свинца поступает с продуктамипитания (от 40 до 70% в разных странах и по различным возрастным группам), а такжес питьевой водой, атмосферным воздухом, при курении, при случайном попадании впищевод кусочков свинецсодержащей краски или загрязненной свинцом почвы. Впродовольственное сырье и пищевые продукты свинец может поступать из почвы, воды,воздуха, кормов сельскохозяйственных животных по ходу пищевой цепи. Кроме того,определенное значение имеет и возможность прямого загрязнения при производствеготовых изделий. Наиболее высокие уровни содержания свинца отмечаются вконсервах в жестяной таре, рыбе свежей и мороженной, пшеничных отрубях, желатине,моллюсках и ракообразных. Высокое содержание свинца наблюдается в корнеплодах идругих растительных продуктах, выращенных на землях вблизи промышленных районови вдоль дорог.

Список использованнойлитературы
А. И. Перельман «Геохимия» Москва1983г
В. В. Иванов Справочник
Металлургия титана, М., 1968
Горощенко Я. Г., Химия титана
Физико-химия и металлургиявысокочистого свинца, М., 1991. М.П. Смирнов.