리드

<시간 />

배경

납은 밀도가 높고 부드러우며 녹는점이 낮은 금속입니다. 전지의 중요한 구성요소로 전 세계 납 생산량의 약 75%가 전지산업에서 소비되고 있다. 납은 금을 제외하고 가장 밀도가 높은 일반 금속으로, 이러한 특성으로 인해 방음벽 및 X선 차단에 효과적입니다. 납은 물에 의한 부식에 강하여 배관 산업에서 오랫동안 사용되어 왔습니다. 또한 페인트에 첨가되어 오래 지속되는 지붕 재료를 만듭니다.

납은 흡입하거나 섭취하면 인간에게 건강상의 위험이 되며 적혈구 생성을 방해합니다. 납의 사용은 주의 깊게 통제되어야 하며, 이전에 일반적으로 사용되던 몇 가지 납은 현재 미국 정부에 의해 제한됩니다. 납 페인트는 많은 오래된 건물에서 발견되지만 현재는 내후성을 향상시키기 위해 교량과 같은 옥외 철골 구조물에 주로 사용됩니다. 테트라에틸 납이라는 납 화합물이 가솔린 에 추가되었습니다. 그것은 고압축 자동차 엔진의 "노킹" 문제를 방지했기 때문에 일찍이 1921년에 만들어졌습니다. 그러나 자동차 배기가스의 납이 대기 오염의 주요 원인이 되었기 때문에 대부분의 휘발유에는 납이 포함되어 있지 않습니다.

납은 또한 유리와 에나멜에도 일반적으로 사용됩니다. 텔레비전 영상관과 컴퓨터 비디오 디스플레이 터미널에서 납은 복사를 차단하는 데 도움이 되며 일반 전구의 외부는 아니지만 내부 부분은 납유리로 만들어집니다. 납은 또한 크리스탈 유리 제품의 강도와 광택을 증가시킵니다. 납은 베어링과 땜납을 만드는 데 사용되며 고무 생산 및 정유에 중요합니다.

납 생산은 최소 8,000년 전으로 거슬러 올라갑니다. 납은 기원전 5,000년에 이집트에서 사용되었습니다. , 그리고 파라오 시대에는 도자기 유약과 땜납으로 사용되었습니다. 또한 장식품으로 주조되었습니다. 흰색 납 페인트는 고대 이집트, 그리스 및 로마에서도 사용되었습니다. 고대 로마는 광범위한 수도 작업에 납 파이프를 사용했습니다. 납의 독성 효과 중 일부는 로마 시대 초기에도 언급되었지만 납은 또한 긍정적인 의학적 특성을 가지고 있다고 생각되었습니다. 15세기와 16세기에 건축업자들은 대성당의 지붕 재료로 납을 사용했으며 스테인드 글라스 에 다양한 색상의 유리 패널을 결합하는 데 납을 사용하기도 했습니다. 창문. 최초의 납 배터리는 1859년에 이를 발명한 프랑스 물리학자 Gaston Plante에 의해 만들어졌습니다. 1889년까지 소위 현대식 납축전지가 상업적으로 생산되었습니다.

현대의 납 광산은 연간 약 3백만 미터톤의 납을 생산합니다. 이것은 전 세계적으로 사용되는 납의 약 절반에 불과합니다. 나머지는 재활용하여 얻습니다. 납의 최대 생산국은 호주이고 미국, 중국, 캐나다가 그 뒤를 잇습니다. 주요 납 매장량이 있는 다른 국가는 멕시코, 페루, 러시아 및 카자흐스탄입니다.

원자재

납은 지하 광산에서 파낸 광석에서 추출됩니다. 60개 이상의 광물에 어떤 형태의 납이 포함되어 있지만 일반적으로 3개만이 납 생산을 위해 채굴됩니다. 가장 흔한 것은 방연광이라고 합니다. 순수한 형태의 방연광에는 납과 황만 포함되어 있지만 일반적으로 은, 구리, 아연, 등의 기타 금속이 미량 함유되어 있습니다. 카드뮴, 안티몬 및 비소. 다른 2명 상업적으로 납으로 채굴되는 광물은 세루사이트와 앵글사이트입니다. 채굴된 모든 납의 95% 이상이 이 세 가지 광물 중 하나에서 파생됩니다. 그러나 이러한 광석의 대부분은 단독으로 발견되는 것이 아니라 황철석, 마카사이트 및 아연 블렌드와 같은 다른 광물과 혼합되어 있습니다. 따라서 많은 납 광석이 일반적으로 아연 또는 은과 같은 다른 금속 채굴의 부산물로 얻어집니다. 매년 사용되는 전체 납의 절반만이 채광에서 파생되며 절반은 대부분 자동차 배터리인 재활용을 통해 회수됩니다.

광석 자체 외에 납을 정제하는 데 필요한 몇 가지 원료만 있으면 됩니다. 광석 농축 공정에는 소나무 기름, 명반, 석회 및 크산테이트가 필요합니다. 로스팅 과정에서 납광석에 석회석이나 철광석이 첨가된다. 석탄 증류물인 코크스는 광석을 더 가열하는 데 사용됩니다.

제조
프로세스

광석 채광

<울>

1 납 함유 광석을 회수하는 첫 번째 단계는 지하에서 채굴하는 것입니다. 중장비를 사용하는 작업자는 중장비로 깊은 터널에서 암석을 뚫거나 다이너마이트, 광석을 조각으로 남겨 둡니다. 그런 다음 광석을 로더와 트럭에 싣고 갱도로 운반합니다. 큰 광산의 갱도는 드릴이나 발파 현장에서 1마일 이상 떨어져 있을 수 있습니다. 광부들은 광석을 갱도 아래로 버리고 거기에서 표면으로 들어 올려집니다.

광석 집중

<울>

2 광석은 광산에서 제거된 후 농축 공장에서 처리됩니다. 농축은 납에서 폐석을 제거하는 것을 의미합니다. 시작하려면 광석을 아주 작은 조각으로 부숴야 합니다. 광석은 분쇄기에서 분쇄되어 직경이 0.1mm 이하인 입자로 남습니다. 이것은 개별 과립이 식탁용 소금보다 미세함을 의미합니다. 질감은 알갱이 설탕 같은 것입니다.

부양

<울>

3 주요 납 광석인 방연광은 황화납으로 적절하게 알려져 있으며 유황은 광물의 상당 부분을 차지합니다. 부유선광 공정은 유가 금속을 포함하는 광석의 황 함유 부분을 수집합니다. 먼저 잘게 부순 광석을 물로 희석한 다음 부유 셀이라는 탱크에 붓습니다. 갈은 광석과 물의 혼합물을 슬러리라고합니다. 그런 다음 1%의 소나무 기름 또는 이와 유사한 화학 물질을 탱크의 슬러리에 첨가합니다. 그런 다음 탱크가 교반되어 혼합물을 격렬하게 흔듭니다. 소나무 기름은 황화물 입자를 끌어당깁니다. 그런 다음 혼합물을 통해 공기가 버블링됩니다. 이로 인해 황화물 입자가 탱크 상단에 기름진 거품이 형성됩니다. 맥석이라고 하는 폐석은 바닥으로 가라앉습니다. 부유 공정은 X선 분석기로 제어됩니다. 제어실의 부유 모니터는 X-선 분석을 사용하여 슬러리의 금속 함량을 확인할 수 있습니다. 그런 다음 컴퓨터의 도움으로 모니터가 화학 첨가제의 비율을 조정하여 금속 회수를 최적화할 수 있습니다. 미네랄 농축을 돕기 위해 다른 화학 물질도 부유선광 셀에 추가됩니다. 명반과 석회는 금속을 응집시키거나 입자를 더 크게 만듭니다. 금속 입자가 표면에 뜨는 것을 돕기 위해 크산테이트도 슬러리에 첨가됩니다. 부유선광 과정이 끝나면 납이 암석에서 분리되고 아연 및 구리와 같은 기타 광물도 분리됩니다.

필터링

<울>

4 광석은 부유선광 셀에서 농축된 후 필터로 흘러 최대 90%의 수분을 제거합니다. 이 시점에서 농축액은 40-80%의 납을 함유하고 있으며 대부분은 황과 아연과 같은 많은 양의 기타 불순물을 포함합니다. 이 단계에서 제련소로 배송될 준비가 되었습니다. 광물을 함유하지 않은 맥석 또는 암석은 부양 탱크에서 펌핑되어야 합니다. 그것은 자연 호수와 유사한 연못에 버려질 수 있으며, 연못이 결국 채워지면 땅을 다시 심을 수 있습니다.

광석 굽기

<울>

5 필터에서 갓 나온 납 농축액은 황을 제거하기 위해 더 정제해야 합니다. 정광은 소위 소결 공장에서 하역된 후 다른 납 함유 물질 및 모래 및 석회석과 혼합됩니다. 그런 다음 혼합물을 움직이는 화격자에 뿌립니다. 1,400°C(2,550°F)로 가열된 공기가 화격자를 통과합니다. 코크스는 연료로 첨가되고 광석 정광의 황은 이산화황 가스로 연소됩니다. 이 이산화황은 납 정제 공정의 중요한 부산물입니다. 별도의 산성 공장에서 포집되어 다양한 용도로 사용되는 황산으로 전환됩니다. 이러한 방식으로 광석을 구운 후에는 소결이라고 하는 부서지기 쉬운 물질로 융합됩니다. 소결은 대부분 산화납이지만 아연, 철, 규소, 일부 석회 및 황의 산화물도 포함할 수 있습니다. 소결체가 움직이는 화격자를 통과하면서 덩어리로 부서집니다. 그런 다음 덩어리를 용광로에 넣습니다.

발파

<울>

6 소결물은 코크스 연료와 함께 고로 상부로 떨어진다. 용광로 하부를 통해 불어오는 공기가 코크스를 연소시킵니다. 연소 코크스는 약 2,200°F(1,200°C)의 온도를 생성하고 일산화탄소를 생성합니다. 일산화탄소는 납 및 기타 금속 산화물과 반응하여 용융 납, 비금속 폐기물 슬래그 및 이산화탄소를 생성합니다. 그런 다음 녹은 금속을 드로싱 케틀이나 몰드로 빼냅니다.

정제

<울>

7 용광로에서 나오는 납은 순도가 95~99%입니다. 이때 베이스 불리언이라고 ​​합니다. 상업용 납은 99-99.999% 순수해야 하기 때문에 불순물을 제거하려면 더 정제해야 합니다. 금괴를 정제하기 위해 약 626°F(330°C)의 녹는점 바로 위의 온도에서 드로싱 케틀. 이 온도에서 덩어리에 남아 있는 구리는 주전자 상단으로 올라가 걷어낼 수 있는 찌꺼기나 찌꺼기를 형성합니다. 금과 은은 소량의 아연을 첨가하여 금괴에서 제거할 수 있습니다. 금과 은은 납보다 아연에 더 잘 녹고, 덩어리를 약간 식히면 아연 찌꺼기가 위로 올라오며 다른 금속도 함께 가져옵니다.

원가 계산

<울>

8 납이 충분히 정제되면 냉각되어 1톤이나 되는 블록으로 주조됩니다. 완제품입니다. 납 합금은 또한 제련소에서 생산될 수 있습니다. 이 경우 금속은 용융 납에 정확한 비율로 첨가되어 특정 산업 용도를 위한 납 재료를 생산합니다. 예를 들어 자동차 배터리에 일반적으로 사용되는 납과 파이프, 시트, 케이블 피복 및 탄약 이것은 금속의 강도를 증가시키기 때문에 안티몬과 합금됩니다.

부산물/폐기물

납 정제는 여러 부산물을 생성합니다. 맥석 또는 폐석은 광석이 농축됨에 따라 축적됩니다. 대부분의 광물은 암석에서 제거되었으므로 이 폐기물은 업계에서 환경적 위험으로 간주되지 않습니다. 그것은 자연 호수와 유사한 처리 연못으로 펌핑될 수 있습니다. 황산은 제련 공정의 주요 부산물입니다. 이산화황 가스는 소결로에서 광석을 구울 때 방출됩니다. 대기를 보호하기 위해 연기와 연기가 포집되고 식물에서 방출되는 공기가 먼저 정화됩니다. 이산화황은 별도의 산성 공장에서 수집되어 황산으로 전환됩니다. 정유소는 이 산과 주요 제품인 납 자체를 판매할 수 있습니다.

대기 오염은 납 처리에서도 발생할 수 있습니다. 제련소에는 납이 대기 중으로 방출되지 않도록 흄을 걸러내고 진공 청소기로 청소하는 별도의 시설인 "백 하우스"가 필요합니다. 그럼에도 불구하고 납 입자는 대기에 도달하며 미국에서는 연방 규정이 허용 가능한 양을 제어하려고 시도합니다. 제련 과정에서 생성되는 고형 폐기물의 대부분은 슬래그라고 불리는 조밀하고 유리질 물질입니다. 여기에는 미량의 납과 아연, 구리가 포함되어 있습니다. 슬래그는 맥석보다 독성이 강하며 안전하게 보관하고 환경으로 누출되거나 인구와 접촉하지 않도록 모니터링해야 합니다.

미래

납 산업의 새로운 발전은 납 자체의 새로운 용도를 찾는 것보다 제조 공정의 개선을 목표로하는 것 같습니다. 채굴 및 재활용된 납의 상당 부분이 배터리용으로 자동차 산업에 판매되기 때문에 납 생산자는 자동차 산업의 건강에 상당히 의존합니다. 그러나 납 생산업체는 시장 안정성을 높이기 위해 납에 대한 새로운 응용 프로그램을 찾는 데 관심이 있습니다.

최근 납에 대한 새로운 응용 분야 중 하나는 납-유리 섬유 라미네이트입니다. 석고와 유리 섬유 사이에 납 시트를 적층하여 소음 차단에 도움이 되는 우수한 덕트 재료를 형성할 수 있습니다. 예를 들어 이것이 에어컨 장치에 사용되는 경우 기계의 소음을 효과적으로 감쇠합니다. 납에 대한 또 다른 예상 시장은 핵폐기물 격납 장치입니다. 방사성 물질을 안전하게 저장하는 것은 전 세계적으로 증가하는 관심사입니다. 선도 산업은 1인치의 납 층이 적절하게 묻힌 용기의 수명을 880년 연장할 수 있다고 주장하면서 납 또는 납과 플라스틱으로 된 내부 층과 함께 티타늄으로 만든 용기를 연구하고 있습니다. 그리고 미래의 자동차를 바라보며 미국과 다른 여러 나라의 연구원들은 전기 자동차에 동력을 공급하기 위해 납축전지 기술을 개선하는 방법을 연구해 왔습니다.