鉛

鉛（Pb）是一種位于元素周期表第六周期IV主族的重金屬元素，其原子序數(shù)為82，原子量為207.21。作為碳族元素的一員，鉛與碳、硅、鍺和錫同屬一個家族。在物理特性上，鉛展現(xiàn)出較小的硬度、較大的密度以及較低的熔點。然而，它對電和熱的傳導性能并不理想。此外，高溫下鉛易于揮發(fā)，且液態(tài)流動性強。在常溫環(huán)境下，潮濕或含二氧化碳的空氣中會形成暗灰色覆蓋膜；當加熱時，鉛易被氧化，并且可溶于硝酸和醋酸溶液。值得注意的是，鉛作為一種有毒物質(zhì)，對人體具有顯著毒性并可在體內(nèi)累積。由于無法降解的特性，排放到環(huán)境中的鉛將長期保持其可用性，從而對多種生物組織構(gòu)成潛在威脅，因此被認為是一種嚴重的污染物。

從歷史的角度來看，人類早期便開始使用鉛這種金屬?，F(xiàn)代提煉鉛的過程通常涉及硫化礦或氧化礦的選擇與凈化，以去除雜質(zhì)并獲得純金屬鉛。在當代工業(yè)中，純鉛主要用于生產(chǎn)各種合金材料，這些合金廣泛應(yīng)用于電池制造、電纜護套、化工設(shè)備、電子工業(yè)、高溫焊料、軸承合金及模具合金等領(lǐng)域。

鉛是一種在地殼中相對稀缺的元素，其豐度僅為0.0010%，但它容易形成礦體并廣泛分布于地殼之中。作為親硫元素，鉛主要以原生方鉛礦和次生白鉛礦的形式存在，且較少形成硅酸鹽礦物。由于大多數(shù)鉛礦床屬于低溫熱液型礦床，它們常與閃鋅礦共生，形成鉛鋅混合礦床。

全球范圍內(nèi)，鉛鋅礦資源分布廣泛，目前已在50多個國家發(fā)現(xiàn)此類礦床。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)，截至2015年底，全球已探明的鉛資源量超過20億噸。這些資源主要分布在大洋洲、亞洲、北美洲和南美洲，其中美國、澳大利亞、中國、加拿大、秘魯和墨西哥等國家擁有較大的儲量。

在全球范圍內(nèi)，勘查和開采鉛鋅礦的主要類型包括噴氣沉積型、密西西比河谷型、砂頁巖型、黃鐵礦型、矽卡巖型以及熱液交代型脈型等。其中，前四種類型占據(jù)了世界總儲量的85%以上。特別是噴氣沉積型礦床，不僅儲量豐富，而且品位較高，因此受到各國的高度關(guān)注。

中國鉛資源廣泛分布于多個地區(qū)。青海錫鐵山、湖南臨湘桃林等地的大型高品位鉛鋅混合礦，屬前震旦紀變質(zhì)巖礦床。云南、貴州等多地的中小型鉛鋅混合礦多為碳酸巖類中礦床。湖南水口山等地及云南個舊等地的鉛鋅混合礦品位較高，儲量規(guī)模不一，屬多金屬共生礦體。江西東北部硅酸巖中有大型扁豆狀鉛礦床，廣東凡口、甘肅廠壩等也是大型鉛礦資源，小秦嶺地區(qū)鉛礦床含金高且規(guī)模大，備受關(guān)注。

鉛是一種重金屬元素，其原子序數(shù)為82，電子層結(jié)構(gòu)為6s26p2。該元素具有面心立方晶格結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為494.9皮米，鄰近Pb-Pb之間的距離為349皮米。外觀呈淡藍灰色，并在干燥環(huán)境下展現(xiàn)出金屬光澤。純鉛的莫氏硬度為1.5，是所有重金屬中最軟的一種，表面可輕易被指甲劃傷。當含有雜質(zhì)時，其硬度會提升而韌性下降。盡管鉛的展性好，能夠制成薄片，但其機械強度和彈性較低，不適合拉制成絲。

在導電和導熱性能方面，鉛表現(xiàn)較差，且在高溫下易于揮發(fā)，其蒸氣有毒。液態(tài)鉛的密度隨溫度升高而降低，流動性良好并具有強滲透性，粘度也會隨溫度上升而減小。由于鉛的高原子序數(shù)和密度，它對射線的吸收和散射能力較強，因此在防護X射線和伽瑪射線方面非常有效。

鉛，作為一種典型的銀灰色重金屬，在自然環(huán)境中表現(xiàn)出獨特的化學性質(zhì)。新切開的鉛表面最初呈現(xiàn)金屬光澤，但很快會因與空氣中的成分反應(yīng)而形成一層氧化鉛和堿式碳酸鉛的覆蓋層，導致表面迅速變?yōu)榘祷疑?。這種覆蓋層雖然改變了鉛的外觀，但實際上為內(nèi)層的金屬鉛提供了保護，阻止了進一步的氧化。

從化學活性的角度來看，鉛屬于中等活潑的金屬，并具有兩性元素的特征，能夠展現(xiàn)+2和+4的氧化數(shù)。其中，+2價的鉛化合物比+4價的更為穩(wěn)定。特別是+4價的氧化態(tài)鉛，它是一種強氧化劑，傾向于獲得兩個電子以達到相對穩(wěn)定的6s2構(gòu)型。

在常溫下，鉛能與空氣中的氧反應(yīng)，在其表面生成一層氧化膜，這一過程導致鉛失去原有的金屬光澤，并呈現(xiàn)出暗灰色。當溫度升高時，鉛與氧的反應(yīng)速率顯著加快，直接形成氧化鉛。此外，鉛還能迅速與空氣中的氧、水和二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，形成一層致密的堿式碳酸鹽保護層[3PbCO?·Pb(OH)?]，這進一步增強了其對內(nèi)層金屬的防護作用。

值得注意的是，盡管鉛在純水中不發(fā)生反應(yīng)，但在有空氣存在的情況下，它卻能與水反應(yīng)生成氫氧化鉛[Pb(OH)?]。特別是在與硬水接觸時，由于硬水中包含硫酸鹽、碳酸鹽和碳酸氫鹽等成分，這些物質(zhì)會在鉛表面形成一層不溶性的鹽，從而阻止了鉛與水之間的進一步反應(yīng)。

鉛的化學性質(zhì)使其在多種環(huán)境條件下都能表現(xiàn)出一定的穩(wěn)定性和防護能力，這對于其在工業(yè)和科研領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

鉛在硝酸溶液中易溶，生成可溶性的硝酸鉛。它也可以溶解在醋酸中，形成可溶性的醋酸鉛。鉛幾乎不與稀鹽酸和稀硫酸反應(yīng)，因為其產(chǎn)物氯化鉛和硫酸鉛溶解度較小，覆蓋在鉛表面，阻止進一步的酸接觸。然而，鉛在沸鹽酸和發(fā)煙硫酸中會緩慢溶解。

在強堿溶液中，鉛緩慢溶解，生成亞鉛酸鹽，并放出氫氣。

室溫下，鉛與氟氣(F?)反應(yīng)生成氟化鉛(PbF?)，加熱時能與氯氣(Cl?)反應(yīng)生成氯化鉛(PbCl?)。

鉛具有四種穩(wěn)定的同位素，包括2??Pb、2??Pb、2??Pb和2??Pb。由于這些同位素的質(zhì)量較重且相對質(zhì)量差異較小，它們在次生過程中不易受到溫度、壓力、pH值、氧化還原電位（Eh）及生物活動的影響而發(fā)生顯著變化。因此，鉛同位素組成可作為環(huán)境污染物質(zhì)的來源指紋特征，常用于追蹤污染源。自20世紀60年代以來，Chow等人測定了北美汽油和煤的鉛同位素組成來示蹤鉛污染來源。從20世紀90年代開始，鉛同位素示蹤技術(shù)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境樣品分析中，以監(jiān)測和研究鉛的來源變化，并評估大尺度范圍內(nèi)鉛污染物的遷移路徑。

鉛的無機化合物主要包括氧化物、氫氧化物及其鹽類。其中，一氧化鉛（PbO），又名密陀僧，是一種有毒的中藥成分，存在紅色和黃色兩種變體。PbO具有兩性，可以與酸和堿反應(yīng)，主要用于制造鉛蓄電池、鉛玻璃以及作為合成其他化合物的原料。

二氧化鉛（PbO?）呈棕黑色固體，在溫度達到300°C時分解為一氧化鉛和氧氣。該物質(zhì)為兩性氧化物，能與氫氧化鈉或冷鹽酸反應(yīng)生成鉛鹽。在工業(yè)應(yīng)用中，二氧化鉛主要被用于制造鉛蓄電池。

四氧化三鉛（Pb?O?），俗稱鉛丹或紅丹，是一種鮮紅固體，屬于+2、+4價鉛的混合價氧化物。因其具備氧化性，Pb?O?廣泛應(yīng)用于鉛玻璃和鋼材涂料領(lǐng)域。涂覆于鋼材表面后，有助于鋼鐵表面鈍化，從而增強防銹蝕效果。因此，它常被用于油漆船舶和橋梁鋼架，同時也廣泛用于陶瓷、火柴、油漆等輕工業(yè)中。

三氧化二鉛（Pb?O?）為橙色固體，可視為PbO和PbO?的復合氧化物。

氫氧化鉛（Pb(OH)?）是鉛（Ⅱ）鹽與強堿反應(yīng)生成的白色沉淀物。當堿過量時，氫氧化鉛能夠溶解，表明其為兩性氫氧化物。氫氧化鉛既能溶于硝酸、醋酸，也能與堿發(fā)生反應(yīng)。

鉛鹽通常難溶于水和稀酸，且其沉淀多具有特定的顏色。例如，PbCl?、PbSO?和PbCO?呈白色，PbI?為金黃色，PbCrO?為黃色，而PbS則為黑色。不同鉛鹽在特定溶劑中的溶解性各異：PbCl?可溶于熱水和濃鹽酸；PbSO?能溶于濃硫酸或飽和的醋酸銨溶液以及強堿中；PbI?則溶于沸水或KI溶液；PbS能溶于酸但不溶于堿。因其特征性的黑色及極低的溶解度，PbS被用于《中國藥典》中檢查藥物中的微量重金屬鉛。

有機化合物方面，由于鉛的金屬性強而共價性較低，C-Pb鍵較弱，因此含鉛有機化合物數(shù)量有限，且穩(wěn)定性較差。這些有機鉛化合物的穩(wěn)定性主要由分子中有機基團的性質(zhì)和數(shù)量決定。

烷基鉛是一類含鉛有機化合物，其穩(wěn)定性受分子結(jié)構(gòu)影響顯著。

四甲基鉛和四乙基鉛屬于有機鉛化合物，分別具有特定的物理性質(zhì)和溶解度特征。這些烷基鉛化合物在含鉛汽油中作為抗震劑被廣泛應(yīng)用。乙酸鉛是一種有毒的白色結(jié)晶體，具有多種工業(yè)用途，包括制備鉛鹽、抗污涂料、水質(zhì)防護劑等。硬脂酸鉛則是另一種有機鉛化合物，其具體性質(zhì)和應(yīng)用需進一步說明。

硬脂酸鉛，也稱十八酸鉛，為白色或微黃色粉末，具備毒性且可燃。該物質(zhì)不溶于乙醇，但微溶于水，可溶于乙醚，遇強酸會分解產(chǎn)生硬脂酸及相應(yīng)的鉛鹽。硬脂酸鉛在多個領(lǐng)域有重要應(yīng)用，如作為聚氯乙烯（PVC）等塑料的半透明耐熱穩(wěn)定劑，潤滑脂的增厚劑，油漆的平光劑及催干劑，以及聚氯乙烯-玻璃布層壓板的潤滑劑等。

關(guān)于鉛的生產(chǎn)，其方式可大致劃分為傳統(tǒng)法和直接煉鉛法兩大類。傳統(tǒng)法主要包括燒結(jié)和鼓風爐熔煉；而直接煉鉛法則省去了硫化鉛精礦燒結(jié)步驟，直接將生精礦投入爐中進行熔煉。直接煉鉛法進一步可分為熔池熔煉和閃速熔煉兩種類型。其中，熔池熔煉包括德國魯奇公司開發(fā)的QSL法、澳大利亞的氧氣頂吹浸沒熔煉法、瑞典波利頓公司的卡爾多法，以及中國在20世紀80年代開發(fā)的水口山法（又稱氧氣底吹熔煉法SKS）；閃速熔煉法則包括前蘇聯(lián)的基夫賽特法和中國自行研發(fā)的鉛富氧閃速熔煉法。

在冶金領(lǐng)域，直接煉鉛技術(shù)不斷革新以適應(yīng)高效生產(chǎn)與環(huán)境保護的雙重需求。其中，基夫賽特法脫穎而出，成為行業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點。該方法由前蘇聯(lián)有色金屬科學研究院研發(fā)，以其技術(shù)成熟度高、生產(chǎn)過程穩(wěn)定及較低的投資成本而著稱，代表了當前直接煉鉛技術(shù)的先進水平。

基夫賽特法的核心在于其獨特的設(shè)備設(shè)計——基夫賽特爐。該爐集成了多項創(chuàng)新技術(shù)：帶有火焰噴嘴的反應(yīng)塔確保物料充分反應(yīng)；填充焦炭過濾層的熔池有效提升了金屬回收率；立式余熱鍋爐則實現(xiàn)了能量的高效回收利用；而鉛鋅氧化物的還原揮發(fā)電熱區(qū)則進一步優(yōu)化了冶煉過程。這一系列設(shè)計不僅提高了生產(chǎn)效率，還顯著降低了能耗和污染物排放，體現(xiàn)了該工藝在環(huán)保與經(jīng)濟性上的雙重優(yōu)勢。

鉛

值得注意的是，盡管基夫賽特法在技術(shù)上取得了顯著進步，但在實際應(yīng)用中仍面臨挑戰(zhàn)。例如，如何進一步提高二氧化硫的濃度以滿足制酸工藝的要求，以及減少殘硫和重金屬污染等問題仍需持續(xù)探索解決方案。此外，雖然該技術(shù)在一定程度上改善了工作環(huán)境，但仍需加強職業(yè)健康防護措施以保障操作人員的健康安全。

QSL法是由德國魯奇公司研發(fā)的直接煉鉛工藝，核心設(shè)備為QSL爐。該爐呈臥式長圓筒形，可轉(zhuǎn)動，并分為氧化區(qū)與還原區(qū)。QSL法的優(yōu)勢在于設(shè)備簡化且能在同一設(shè)備內(nèi)完成鉛的生產(chǎn)全過程；同時，對原料有較好的適應(yīng)性，能夠處理電池糊、鉛銀渣等高含鉛量的二次物料。

卡爾多爐（Kaldo）法則是瑞典波利頓公司開發(fā)的一種鉛冶煉技術(shù)。該技術(shù)利用卡爾多頂吹回轉(zhuǎn)爐，在富鉛精礦熔煉過程中采用氧氣頂吹的方式?？柖酄t設(shè)計為一臺傾斜的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，其操作流程包括加料、氧化、還原及放渣/放鉛四個步驟，均在同一爐內(nèi)周期性進行。整個作業(yè)過程分為氧化和還原兩個階段，其中氧化階段可實現(xiàn)自熱，而還原階段則需要額外添加重油以維持反應(yīng)。然而，該方法存在一些不足之處：如周期性間斷操作導致作業(yè)復雜性增加；不利于二氧化硫的有效回收利用；此外，爐襯耐火材料的使用壽命較短，加之工藝本身能耗較高。

水口山（SKS）法則是另一種重要的煉鉛工藝。

水口山（SKS）法是北京有色冶金設(shè)計研究總院和水口山礦務(wù)局共同開發(fā)的技術(shù)，基于半工業(yè)性試驗和QSL法技術(shù)的吸收。該技術(shù)將氧化與還原過程分開，通過兩個設(shè)備進行，以實現(xiàn)更高效的鉛冶煉。其特點包括流程短、便于制酸及解決環(huán)境污染問題；冶煉設(shè)備的密封性減少了操作人員鉛中毒的風險；對原料的適應(yīng)性較強。然而，該技術(shù)也存在一些不足，如制氧設(shè)備能力有限且不配套，噴槍壽命較短。

在化工和冶金領(lǐng)域，由于其高度化學穩(wěn)定性，鉛常被用作防腐襯里和防護材料，以及作為電纜的保護包皮。此外，鉛也是多種合金的重要原料，包括印刷合金、軸承合金、焊料合金、低熔點合金和鉛銻合金等。隨著核工業(yè)的發(fā)展，鉛在X射線和原子能裝置中的應(yīng)用日益廣泛，尤其是在防輻射方面的需求不斷增加。

鉛的主要用途是制作鉛酸蓄電池。自1859年法國物理學家普蘭特發(fā)明以來，鉛酸電池已有150多年的歷史。作為全球產(chǎn)量最大的電池產(chǎn)品，鉛酸電池憑借其成熟的技術(shù)、低廉的材料成本、優(yōu)異的回收能力、可靠的充放電性能、易維護性和使用安全性，以及高單電池電壓等優(yōu)勢，在市場競爭中占據(jù)顯著地位。目前，95%的電動自行車、三分之二的通信備用電源以及90%以上的汽車SLI應(yīng)用均采用鉛酸電池作為動力來源或備用電源。因此，鉛酸電池在交通、通信、電力、軍事、航海、航空和航天等多個經(jīng)濟領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。