رصاص: الفرق بين النسختين

[نسخة منشورة][نسخة منشورة]
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
تشطيب
تشطيب
سطر 114:
 
== الاستخراج والإنتاج ==
[[ملف:Evolution production plomb.svg|thumb|يمين|upright=1.0|lang=en|مخططمخطّط يظهر الإنتاج العالمي من الرصاص منذ منتصف القرن التاسع عشر]]
إنإنّ الإنتاج العالمي من الرصاص (وفق بيانات سنة 2014) في ازدياد مستمرمستمرّ نتيجةنتيجةً لاستخدامه بشكلبشكلٍ رئيسي في صناعة [[بطارية الرصاص|بطارياتبطّاريات السيارات]].{{sfn|Tolliday|2014}} وفق تقدير [[مخزون المعادن في المجتمع|مخزون الفلزاتالفلزّات في المجتمع]] الصادر سنة 2010 عن لجنة المصادر العالمية التابعة [[برنامج الأمم المتحدة للبيئة|لبرنامج الأمم المتحدةالمتّحدة للبيئة]] فإنفإنّ المجموع الكلي لكمياتلكمّيّات الرصاص المستخدمة أو المخزنةالمخزّنة أو المطروحة أو المبددةالمبدّدة هي 8 كغ لكللكلّ نسمة وسطياً على نطاق العالم؛ مع أخذ الفروقات بين الدول المتطورةالمتطوّرة (20–150 كغ لكللكلّ نسمة) والدول النامية (1–4 كغ لكللكلّ نسمة).{{sfn|Graedel|2010}}
 
عموماً يمكن تصنيف استخراج الرصاص حسب مصدر الحصول عليه إلى استخراج أوليأوّلي من [[خام|الخامات]] في القشرة الأرضية؛ وإلى استخراج ثانوي من تدوير [[خردة|الخردة]]. استخرجاستُخرج سنة 2014 مقدار 4.58 مليون طنطنّ من الرصاص من مصادرمصادرَ أولية،أوّلية، مقابل 5.64 مليون طنطنّ من مصادر ثانوية؛ وكانت حينها [[الصين]] و[[أستراليا]] و[[الولايات المتحدة]] هي الدول في صدارة الإنتاج العالمي بتعدين الرصاص،{{sfn|United States Geological Survey|2017|p=97}} في حين أنأنّ الصين والولايات المتحدةالمتّحدة و[[الهند]] هي التي كانت في صدارة الدول بتدوير الرصاص.{{sfn|Guberman|2016|pp=42.14–15}} إنإنّ عمليات إنتاج الرصاص الوليةالأوّلية والثانوية متشابهة؛ وتلجأ بعض منشآت تعدين الرصاص إلى مواءمة خطوط إنتاجها بحيث يمكن معالجة خردة الرصاص في عملياتها، خاصةخاصّةً أنهأنّه في أغلب الأحيان وعند تطبيق تقنيات مناسبة يكون من الصعب التمييز بين الرصاص الناتج عن التعدين والرصاص الناتج عن التدوير. تحتاج بعض مصادر الرصاص الثانوية إلى عملياتعمليّات [[تنقية الفلزات|تنقية]]، وعندما لا تقتضي الحاجة إعادةلإعادة معالجة رصاص الخردة تنخفض التكاليف إلى أكثر من النصف، وخاصةوخاصّةً عند المقارنة بالاحتياجات الطاقيةالطاقيّة اللازمة للعملياتللعمليّات في أسلوب التعدين.{{sfn|Thornton|Rautiu |Brush|2001|p=56}}
[[ملف:Evolution production plomb.svg|thumb|يمين|upright=1.0|lang=en|مخطط يظهر الإنتاج العالمي من الرصاص منذ منتصف القرن التاسع عشر]]
إن الإنتاج العالمي من الرصاص (وفق بيانات سنة 2014) في ازدياد مستمر نتيجة لاستخدامه بشكل رئيسي في صناعة [[بطارية الرصاص|بطاريات السيارات]].{{sfn|Tolliday|2014}} وفق تقدير [[مخزون المعادن في المجتمع|مخزون الفلزات في المجتمع]] الصادر سنة 2010 عن لجنة المصادر العالمية التابعة [[برنامج الأمم المتحدة للبيئة|لبرنامج الأمم المتحدة للبيئة]] فإن المجموع الكلي لكميات الرصاص المستخدمة أو المخزنة أو المطروحة أو المبددة هي 8 كغ لكل نسمة وسطياً على نطاق العالم؛ مع أخذ الفروقات بين الدول المتطورة (20–150 كغ لكل نسمة) والدول النامية (1–4 كغ لكل نسمة).{{sfn|Graedel|2010}}
 
عموماً يمكن تصنيف استخراج الرصاص حسب مصدر الحصول عليه إلى استخراج أولي من [[خام|الخامات]] في القشرة الأرضية؛ وإلى استخراج ثانوي من تدوير [[خردة|الخردة]]. استخرج سنة 2014 مقدار 4.58 مليون طن من الرصاص من مصادر أولية، مقابل 5.64 مليون طن من مصادر ثانوية؛ وكانت حينها [[الصين]] و[[أستراليا]] و[[الولايات المتحدة]] هي الدول في صدارة الإنتاج العالمي بتعدين الرصاص،{{sfn|United States Geological Survey|2017|p=97}} في حين أن الصين والولايات المتحدة و[[الهند]] هي التي كانت في صدارة الدول بتدوير الرصاص.{{sfn|Guberman|2016|pp=42.14–15}} إن عمليات إنتاج الرصاص الولية والثانوية متشابهة؛ وتلجأ بعض منشآت تعدين الرصاص إلى مواءمة خطوط إنتاجها بحيث يمكن معالجة خردة الرصاص في عملياتها، خاصة أنه في أغلب الأحيان وعند تطبيق تقنيات مناسبة يكون من الصعب التمييز بين الرصاص الناتج عن التعدين والرصاص الناتج عن التدوير. تحتاج بعض مصادر الرصاص الثانوية إلى عمليات [[تنقية الفلزات|تنقية]]، وعندما لا تقتضي الحاجة إعادة معالجة رصاص الخردة تنخفض التكاليف إلى أكثر من النصف، وخاصة عند المقارنة بالاحتياجات الطاقية اللازمة للعمليات في أسلوب التعدين.{{sfn|Thornton|Rautiu |Brush|2001|p=56}}
 
=== عمليات التعدين ===
[[ملف:GalèneMissouri.jpg|تصغير|يمين|معدن [[غالينا|الغالينا]] من أكثر الخامات أهميةأهمّيّةً لاستخراج الرصاص.]]
<div style="float: left; margin: 2px; font-size:85%; margin-left:18px; margin-bottom:18px>
{| class="sortable collapsible" cellpadding=3 rules=all style="background:#f9f9f9; border:1px #aaa solid"
|+'''الدول المتصدرةالمتصدّرة في إنتاج الرصاص (بيانات 2016)'''{{sfn|United States Geological Survey|2017|p=97}}
! البلد !! data-sort-type="number"|الناتج<br>(آلاف<br> الأطنان)
|-
السطر 165 ⟵ 164:
</div>
 
من أكثر الخامات أهميةأهمّيّةً في تعدين الرصاص هو معدن [[غالينا]]، والذي غالباً ما يوجد على شكل معدن مرافق مع [[كبريتيد|كبريتيدات]] الفلزاتالفلزّات الأخرى. إنإنّ معظم [[خامة|خامات]] الرصاص تحوي على نسبنسبٍ قليلةقليلةٍ من الفلز،الفلزّ، إذ أنأنّ أغناها به هي التي تحوي نمطياً على نسبة تتراوح بين 3–8%، ولذلك ينبغي إجراء [[علم الفلزات المائي|عملياتعمليّات تركيز]] من أجل [[علم استخلاص الفلزات|الاستخلاص]]. {{sfn|Davidson|Ryman|Sutherland|Milner|2014|p=6}} في الخطوات الأولى من عمليةعمليّة التعدين تسحقتُسحَق الخامات وتطحنوتُطحَن ثمثمّ تفصلتُفصَل وفق الكثافة و[[تعويم زبدي|تعوّمتُعوَّم]] ثمثمّ تجففتُجفَّف. يحوي [[مركز (كيمياء)|المركّز]] الناتج على نسبةنسبةٍ تصل في بعض الأحيان إلى 80% (نمطياً بين 50-60%) من الرصاص، {{sfn|Davidson|Ryman|Sutherland|Milner|2014|p=6}} والذي يخضع إلى معالجة لاحقة للحصول على الرصاص (غير النقيالنقيّ)، وهناك أسلوبان رئيسيان لإجرائها؛ الأولالأوّل منهما يعتمد على عملية ثنائية المرحلة تتضمنتتضمّن عمليّة تحميص للمركزللمُركَّز الناتج في فرن صناعيصناعيّ، ثمثمّ استخراج للفلز في [[فرن لافح]] بعمليةبعمليّة اختزال؛ أو بإجراء عمليةعمليّة مباشرة يتميتمّ فيها استخراج الرصاص من المركزالمُركَّز في فرن واحد؛ والعمليةوالعمليّة الأخيرة هي الأكثر شيوعاً.{{sfn|Davidson|Ryman|Sutherland|Milner|2014|p=17}}
 
;العمليةالعمليّة ثنائية المرحلة
تجرىتُجرَى أولاًأوّلاً عمليةعمليّة [[تحميص (علم الفلزات)|تحميص]] للمركزللمُرَكَّز الكبريتيدي لدرجات حرارة تفوق 1000 °س في الهواء وبوجود كميةكمّيّة كافية من الأكسجين لأكسدة [[كبريتيد الرصاص الثنائي]] إلى [[أكسيد الرصاص الثنائي]] و[[ثنائي أكسيد الكبريت]]:{{sfn|Thornton|Rautiu |Brush|2001|p=51}}
:<math>\mathrm{2\ PbS\ +\ 3\ O_2\ \longrightarrow\ 2\ PbO\ +\ 2\ SO_2}\ \ \Delta H_{\mathrm{r}}^0=-836\ \mathrm{kJ \cdot mol}^{-1}</math>
 
يمكن أن يستخدميُستخدَم غاز SO<sub>2</sub> في تحضير [[حمض الكبريتيك]]؛ أماأمّا أكسيد الرصاص فيكون على شكل مصهور. بما أنأنّ المركزالمُرَكَّز الكبريتيدي ليس نقياً، لذلك تعطي عمليةعمليّة التحميص مزيجاً من [[أكسيد|أكاسيد]] و[[كبريتات]] و[[سيليكات]] لفلزلفلزّ الرصاص ولفلزاتولفلزّات أخرى موجودة في الخامة.{{sfn|Davidson|Ryman|Sutherland|Milner|2014|pp=11–12}} يلي ذلك إجراء عمليةعمليّة [[اختزال (كيمياء)|اختزال]] [[فحم الكوك|بفحم الكوك]] إلى الرصاص (غير النقيالنقيّ) بتفاعل من مرحلتين.{{sfn|Thornton|Rautiu |Brush|2001|pp=51–52}}
 
:<math>\mathrm{PbO\ +\ C\ \longrightarrow\ Pb\ +\ CO}\ \ \Delta H_{\mathrm{r}}^0=+107\ \mathrm{kJ \cdot mol}^{-1}</math>
السطر 178 ⟵ 177:
:<math>\mathrm{PbO\ +\ CO\ \longrightarrow\ Pb\ +\ CO_2}\ \ \Delta H_{\mathrm{r}}^0=-66\ \mathrm{kJ \cdot mol}^{-1}</math>
 
في حال كانت الخامة الأوليةالأوّلية غنيةغنيّة بالرصاص يمكن أن تجرىتُجرَى العمليةالعمليّة السابقة بخطوة واحدة، وذلك بإجراء عمليةعمليّة تحميص غير كامل للخامة الكبريتيدية؛ ثمثمّ في مرحلةمرحلةٍ لاحقة يسخنيُسخَّن المزيج منمزيج أكسيد وكبريتيد الرصاص بوجود الهواء مماممّا يسهم في اختزال القسم المتبقيالمتبقّي من PbS دون الحاجة إلى إضافة فحم الكوك:
 
:<math>\mathrm{2\ PbS\ +\ 3\ O_2\ \longrightarrow\ 2\ PbO\ +\ 2\ SO_2} </math>
السطر 184 ⟵ 183:
:<math>\mathrm{PbS\ +\ 2\ PbO\ \longrightarrow\ 3\ Pb\ +\ SO_2}</math>
 
;العمليةالعمليّة المباشرة
في هذه العمليةالعمليّة يستحصليُستحصَل على صباتصَبّات الرصاص وعلى [[خبث|الخبثالخَبَث]] الناتج من العملياتالعمليّات بشكلبشكلٍ مباشرمباشرٍ من مركزمُرَكّز الرصاص. يصهريُصهَر الرصاص في البداية في فرن ويؤكسدويُؤكسَد بواسطة تيارتيّار من الأكسجين مشكلاًمشكّلاً [[أحادي أكسيد الرصاص]]؛ وبعد إضافة مسحوق [[فحم الكوك]] يختزليُختزَل الأكسيد إلى فلزفلزّ الرصاص وسط الخبث المتشكلالمتشكّل من الشوائب المرافقة.{{sfn|Davidson|Ryman|Sutherland|Milner|2014|p=17}}
 
إذا كانكانت المادةالمادّة الأوليةالأوّلية غنيةغنيّة المحتوى يمكن الحصول منها على مردود يصل إلى 80% على شكل صباتصَبّات من فلزفلزّ الرصاص، وتكون نسبة 20% المتبقيةالمتبقيّة غنيةغنيّة بأكسيد الرصاص. أماأمّا إذا كانت المادةالمادّة الأوليةالأوّلية فقيرة المحتوىالمحتوى، فيمكن أكسدة كلكلّ الرصاص إلى خبث مرتفع المحتوىالمحتوى، والذي يختزليُختزَل لاحقاً إلى فلزفلزّ الرصاص؛{{sfn|Davidson|Ryman|Sutherland|Milner|2014|p=17}}
 
=== عملياتعمليّات التدوير ===
عادةً ما يتميتمّ تجاوز مرحلة [[صهر (علم الفلزات)|الصهر]] في عمليةعمليّة تدوير الرصاص، ولا تطبقتُطبَّق إلاإلّا عندما يكون الرصاص قد تأكسد بشكلبشكلٍ واضح.{{sfn|Thornton|Rautiu |Brush|2001|p=56}} بشكلبشكلٍ مشابه لعملياتلعمليّات التعدين يعالجيُعالَج الرصاص في أفرانأفرانٍ مناسبةمناسبة، والتي تعطي ناتجاً من الرصاص متفاوتمتفاوتاً في نسبة الشوائب وذلك حسب نوع الفرن؛ إذ أنّ [[فرن لافح|فالفرنالفرن اللافح]] يعطي رصاصاً قاسياً (يحوي على 10% إثمد)، في حين أنأنّ [[فرن دوار|القمينالقَمينَ الدوارالدَوّار]] يعطي رصاصاً شبهشبهَ طريطريٍّ (يحوي على 3-4% إثمد).{{sfn|United States Environmental Protection Agency|2010|p=1}}
 
يمكن أن يستحصليُستحصَل على الرصاص المدورالمُدوّر من بطارياتبطّاريات السيارات كما هو الحال في عملية {{ط|إساسميلت ISASMELT}}، والتي تعالجتعالِج عجينةعجينةَ الرصاص الحاوية على أكاسيد الرصاص حرارياً في [[قمين]] بعد إزالة الكبريتات بالمعالجة بالقلوي للحصول على فلزفلزّ الرصاص، والذي يكون غير نقياًنقيٍّ لاحتوائه على شوائب من الإثمد.{{sfn|Thornton|Rautiu |Brush|2001|p=57}} يمكن إجراء عمليةعمليّة تنقية لاحقة للرصاص، ولكن ذلك يعتمد على الكلفة وعلى درجة النقاوة المطلوبة وعلى نوع الشوائب الموجودة.{{sfn|Thornton|Rautiu |Brush|2001|p=57}} من المصادر الثانوية الأخرى للرصاص بالإضافة إلى البطاريات كلكلّ من الصفائح والأنابيب والكبلات المستخدمة في بعض الإنشاءات.{{sfn|Thornton|Rautiu |Brush|2001|p=56}}
 
=== التنقية ===
غالباً ما تكون [[الشوائب]] الموجودة هي من فلزاتفلزّات [[الزرنيخ]] و[[الإثمد]] و[[البزموت]] و[[الزنك]] و[[النحاس]] و[[الفضةفضة|الفضّة]] و[[الذهب]]؛ والتي عادةً ما تزال بسلسلةبسلسلةٍ من المعالجات و[[علم الفلزات الحراري|العمليات الحرارية]]. يعالجيُعالَج المصهور في [[فرن عاكس]] مع الهواء والبخار والكبريت بوجود [[نترات الصوديوم]]/[[كربونات الصوديوم]] مماممّا يؤكسد الشوائب عدا الذهب والفضة والبزموت. تزال تلك الشوائب المتأكسدة بقشطها على هيئة [[زغل|رغوة خبث]] طافية على السطح؛{{sfn|Davidson|Ryman|Sutherland|Milner|2014|p=25}}{{sfn|Primary Lead Refining}} في حين أنأنّ شوائب النحاس والزنك تزال [[انفصال حبيبي|بالانفصال الحبيبي]]؛ أماأمّا الشوائب الثمينة من الفضةالفضّة والذهب فتزال وتستعاد وفق [[عملية باركس]]، التي تتضمنتتضمّن إضافة [[الزنك]] إلى مصهور الرصاص لاستحصالهما، إذ أنأنّ الزنك لا [[امتزاجية|يمتزج]] مع الرصاص، مماممّا يسهليُسهِّل من فصله على هيئة [[محلول جامد]].{{sfn|Pauling|1947}}{{sfn|Primary Lead Refining}} بعد ذلك، وللتخلصوللتخلّص من البزموت الموجود في الرصاص تجرىتُجرى [[عملية بترتون-كرول]]، التي تتضمنتتضمّن المعالجة [[كالسيوم|بالكالسيوم]] و[[المغنسيوم]]، ثمثمّ المعالجة الحرارية اللاحقة للتخلصللتخلّص من خبث البزموت.{{sfn|Primary Lead Refining}}
 
يمكن أن تجرىتُجرى عملية التنقية بأسلوببأسلوبٍ آخر مغاير للمعالجات الحرارية وذلك اعتماداً على أسلوب [[كيمياء كهربائية|كهركيميائي]] [[صهر (علم الفلزات)|لمصهور]] الرصاص بواسطة [[عملية بيتس]]. في تلك العمليةالعمليّة يغمسيُغمَس [[مصعد (كيمياء)|مصعد]] من الرصاص المشوب و[[مهبط (كيمياء)|مهبط]] من الرصاص النقيالنقيّ في [[كهرل]] من [[سداسي فلوروسيليكات الرصاص]] (PbSiF<sub>6</sub>)؛ وعند تطبيق فرق الجهد الكهربائي المناسب ينحلينحلّ الرصاص الموجود على المصعدالمصعد، ويترسبويترسّب على المهبط تاركاً أغلب الشوائب في المحلول.{{sfn|Primary Lead Refining}}{{sfn|Davidson|Ryman|Sutherland|Milner|2014|p=34}} ما يعيبيَعيبُ تلك العملية هيالعمليّة كلفتها المرتفعة،{{sfn|Thornton|Rautiu |Brush|2001|pp=52–53}} بسبب الحاجة إلى تطبيق [[جهد زائد]] في حوض التنقية؛ ولذلك لا تستخدم إلاإلّا في تنقيةتنقيّة [[صبة|صباتصبّات]] الرصاص الحاوية على نسبنسبٍ مرتفعة من الشوائب.{{sfn|Davidson|Ryman|Sutherland|Milner|2014|p=23}}
 
== النظائر ==