Геохимия титана и свинца (стр. 3 из 4)

Титан относится к литофильным элементам - он не образует природных сульфидов и арсенидов, а также солей слабых кислот, так как сам является слабым основанием. Для гидротермальных образований титан мало характерен, в виде летучих галоидных и сернистых соединений (типа TiCl₄ ) установлен до 5, 52 мг/л в природных конденсатах вулканических газов.

В условиях гипергенеза титан малоподвижен. В поверхностных условиях земной коры он в виде устойчивых минеральных разностей перемещается механически-водными потоками, частично ветром, а не в форме истинных растворов. В песках рутил и ильменит остаются практически неизменными. В глинах они обычно присутствуют в виде пелитовых частиц.

Титан в организме. Титан постоянно присутствует в тканях растений и животных. В наземных растениях его концентрация - около 10^-4%, в морских - от 1,2 ×10^-3 до 8 ×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 из желудочно-кишечного тракта. У человека суточное поступление титана с продуктами питания и водой составляет 0,85 мг. Относительно малотоксичен.

2. Свинец - Pb

2.1 Общие сведения и история 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 свинца делали бронзу, а также таблички для письма острым твердым предметом. В более позднее время римляне стали изготовлять из свинца трубы для водопроводов. В древности свинец сопоставлялся с планетой Сатурн и часто именовался сатурном. В средние века благодаря своему тяжелому весу свинец играл особую роль в алхимических операциях, ему приписывали способность легко превращаться в золото. Вплоть до XVII в. свинец нередко путали с оловом. На древнеславянских языках он именовался оловом; это название сохранилось в современном чешском языке (Olovo).Древнегреческое название свинца , вероятно, связано с какой-либо местностью. Некоторые филологи сопоставляют греческое название с латинским Plumbum и утверждают, что последнее слово образовалось из mlumbum. Другие указывают, что оба эти названия произошли от санскритского bahu-mala (очень грязный); в XVII в. различали Plumbum album (белый свинец, т. е. олово) и Plumbum nigrum (черный свинец). В алхимической литературе свинец имел множество названий, часть которых принадлежала к тайным. Греческое название алхимики иногда переводили как plumbago - свинцовая руда. Немецкое Blei обычно производят не от лат. Plumbum, несмотря на явное созвучие, а от древнегерманского blio (bliw) и связанного с ним литовского bleivas (свет, ясный), но это мало достоверно. С названием Blei связано англ. Lead и датское Lood.

Свинец (Plumbum) Рb — элемент IV группы 6-го периода периодической системы Д. И. Менделеева, номер 82, атомная масса 207,19.

Самородный свинец встречается редко, наиболее важный минерал — галенит (свинцовый блеск) PbS. Свинец — мягкий, ковкий и пластичный металл серого цвета. На воздухе быстро покрывается тонким слоем окиси, защищающим его от дальнейшего окисления. В электрохимическом ряду напряжений свинец стоит непосредственно перед водородом. Проявляет валентность 2+, а также 4+. Соединения четырехвалентного свинца значительно менее стойки. Разбавленная соляная и серная кислоты почти не действуют на свинец вследствие малой растворимости PbCl₂ и PbS0₄. Легко растворяется в азотной кислоте. Свинец так же как и гидроокись его, растворяется в щелочах, при этом образуются плюмбит-ионы. Все растворимые соединения свинца ядовиты. С крепкой серной кислотой (при концентрации более 80%) свинец реагирует с образованием растворимого гидросульфата Pb(HSO₄)₂, а в горячей концентрированной соляной кислоте растворение сопровождается образованием комплексного хлорида H₄PbCl₆.

В присутствии кислорода свинец растворяется также в ряде органических кислот. При действии уксусной кислоты образуется легкорастворимый ацетат Pb(CH₂COO)₂ (старинное название – «свинцовый сахар»). Свинец заметно растворим также в муравьиной, лимонной и винной кислотах. Растворимость свинца в органических кислотах могло раньше приводить к отравлениям, если пищу готовили в посуде, луженной или паянной свинцовым припоем. Растворимые соли свинца (нитрат и ацетат) в воде гидролизуются:

Pb(NO₃)₂ + H₂O

Pb(OH)NO₃ + HNO₃

При нагревании свинец реагирует с кислородом, серой и галогенами. Так, в реакции с хлором образуется тетрахлорид PbCl₄ – желтая жидкость, дымящая на воздухе из-за гидролиза, 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 на воздухе. При продолжительном нагревании расплавленного свинца он постепенно переходит сначала в желтый оксид PbO (свинцовый глет), а затем (при хорошем доступе воздуха) – в красный сурик Pb₃O₄ или 2PbO·PbO₂. Это соединение можно рассматривать также как свинцовую соль ортосвинцовой кислоты 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 также при обработке сурика азотной кислотой:

Pb₃O₄ + 4HNO₃® PbO₂ + 2Pb(NO₃)₂ + 2H₂O.

Если сильно нагревать коричневый 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 производные свинца – бесцветные очень ядовитые жидкости. Один из методов их синтеза – действие алкилгалогенидов на сплав свинца с натрием:

4C₂H₅Cl + 4PbNa ® (C₂H₅)₄Pb + 4NaCl + 3Pb

Действием газообразного HCl можно отщеплять от тетразамещенных свинца один алкильный радикал за другим, заменяя их на хлор. Соединения R₄Pb разлагаются при нагревании с образованием тонкой пленки чистого металла. Такое разложение тетраметилсвинца было использовано для определения времени жизни свободных радикалов.

2.2 Минералогия свинца

Минералы свинца

Минералов, содержащих в том или ином количестве свинец, более 150. Главнейшее же промышленное значение имеют лишь галенит и церуссит.

Галенит - самый распространенный минерал свинца. Его химическая формула PbS. В качестве примесей он часто содержит серебро, висмут, сурьму, мышьяк и некоторые другие элементы. Разновидности галенита — селенистый галенит (галенит с примесями селена), свинчак — сплошной тонкозернистый галенит.

Галенит является главнейшим первичным минералом свинца. В земной коре он чаще всего образуется при осаждении из горячих водных растворов (флюидов). На поверхности галенит под действием воздуха и воды разлагается (химически выветривается). В результате за счет галенита образуются другие минералы: карбонаты - церуссит и англезит, окислы - глет и сурик, фосфаты и аналогичные фосфатам химически природные арсенаты и ванадаты - пироморфит, ванадинит, миметезит и некоторые другие.

Церуссит (PbCO_3.) после галенита является важнейшей свинцовой рудой. Минерал обычно встречается в виде сплошных, реже зернистых масс белого, грязно-серого или серого цвета. Церуссит — типичный экзогенный минерал, возникающий в зоне окисления свинцовых месторождений, причем здесь он образует псевдоморфозы по галениту, англезиту и другим свинцовым минералам. По церусситу известны псевдоморфозы пироморфита, глета (РbО).

Пироморфит Pb₅[PO₄]₃Cl. Пироморфит — типичный экзогенный минерал, возникающий в зоне окисления свинцовых месторождений. Здесь он часто образует псевдоморфозы по галениту, причем замещение начинается во внутренних частях кристаллов. Наблюдаются также псевдоморфозы пироморфита по церусситу.

Англезит Pb[S0₄]. Англезит является типичным экзогенным минералом, возникающим за счет взаимодействия поверхностных растворов с первичными свинцовыми рудами, чаще всего с галенитом, по такой реакции:

PbS + 2O₂= PbSO₄.

Этот минерал присутствует главным образом в верхних горизонтах свинцовых месторождений. Известны очень редкие находки англезита гидротермального происхождения.

Бурнонит PbCuSbS_3. Бурнонит возникает гидротермальным путем и наблюдается в полиметаллических жилах в тесной ассоциации с блеклыми рудами, галенитом, а также с сульфоантимонидами свинца — джемсонитом и буланжеритом. Часто он встречается на контакте тетраэдрита и галенита, где, вероятно, является реакционным образованием.

Джемсонит.

Джемсонит — редкий минерал. Он встречается в гидротермальных полиметаллических месторождениях в ассоциации с галенитом, кварцем и различными сульфоанти-монидами.

Промышленные месторождения свинца

1) Скарны.

2) Метосоматические залежи полиметаллических руд в эффузивноосадочных породах.

3) Пластовые месторождения в карбонатных толщах.

4) Пластообразные и линзообразные залежи колчеданных руд в эффузивах.

5) Кварцево-сульфидные жилы преимущественно в гранитоидах.

Извлечение и применение свинца

Для извлечения свинца из твердых материалов можно применять различные методы, в том числе и гидрометаллургические. Выбор метода переработки всегда обусловлен составом исходного материала. Так, для извлечения свинца из медно-свинцового материала применяют щелочной раствор гипохлорита, содержащий 80 – 100 г/л едкой щелочи и 10 – 40 г/л хлора. Недостатками указанного способа являются загрязнение раствора ионами хлора и сложность регенерации реагента. Известен также метод селективного отделения свинца от меди при равном их содержании в концентрате (≈ 11 – 12%). Обожженный медно-свинцовый материал выщелачивают раствором едкого натра при 70 – 100 ^оС. Однако в этих условиях в раствор переходит часть меди, и для ее удаления пульпу охлаждают до 20 – 40 ^оС и вводят в нее порошок металлического свинца. Материалы, содержащие мышьяк, серу и тяжелые цветные металлы, представляющие собой возгоны, пыли, шлаки и другие промышленные полупродукты, обрабатывают раствором кальцинированной соды при 35 – 45 ^оС и рН 7,5 – 8,0. Полученную пульпку фильтруют и из фильтрата выделяют сульфат натрия, а кек выщелачивают в темифатурном интервале 95 – 100^оС с оборотным раствором, содержащим 90 – 100 г/л NaOH и не более 10 г/л Na₂СО₃. После фильтрования пульпы металлы выделяют карбонизацией углекислым газом. Процесс многостадиен, продолжителен, энергоемок и не дает восстановленного металла.