Применение металла свинец в народном хозяйстве и строительстве

Сплав олова и свинца обладает особыми параметрами, позволяющими применять его в различных отраслях промышленного производства. Технические характеристики и физические свойства каждого металла определяют их использование для длительного хранения продуктов, пайки и обработки поверхности деталей с целью увеличения срока эксплуатации.

Сплав олова со свинцом используется для придания прочности изготавливаемым деталям

Физические свойства свинца

Свинец – продукт отходов переработки серебра – оказался очень полезным металлом в производстве

Археологические артефакты свидетельствуют о том, что этот химический элемент был известен человеку более 6000 лет назад. Его открытие связано с присутствием металла в рудах, содержащих серебро. При их выплавке материал выбрасывался в отходы, но со временем из него начали делать различные изделия: фигурки, водопроводные трубы. В настоящее время свинец применяется:

• для производства аккумуляторов;
• в кабельной промышленности — для создания защитной бесшовной оболочки;
• для изготовления красок и припоев;
• при строительстве защитных сооружений — для источников радиационного загрязнения (саркофагов);
• для производства сплавов на его основе (баббитов);
• для изготовления типографских составов;
• в медицине.

Главным потребителем свинца является автомобильная промышленность, где широко применяются баббиты. Производство свинцовых стартерных аккумуляторов постоянно растет, в разработки вносятся усовершенствования.

В химической промышленности материал используют для покрытия стальных изделий: аппаратов, резервуаров, трубопроводов. Так как железо и свинец между собой не соединяются, то на изделия предварительно наносят тонкий слой расплавленного олова. Такой процесс обработки называется лужением.

В производстве применяется не только чистый свинец, но и его соединения. Например, оксид свинца используется при изготовлении стекла. Незначительная добавка соединения в материал при плавке стекла позволяет придать хрустальным изделиям прозрачность естественного минерала — горного хрусталя.

Главные страны-производители свинца

Львиная доля мирового объема производства свинца приходится на Евросоюз, но стоит отметить, что 60% металла они получают от вторичной переработки, а не прямой добычей — такая тенденция набирает популярность и в других странах. Следующие 3 места делят между собой США, Россия и Китай, с небольшими отрывами друг от друга. На постсоветском пространстве высокие показатели производства свинца традиционно демонстрируют Украина и Казахстан. Последний также обладает одними из крупнейших в мире разведанных запасов этого металла.

Технические параметры олова

Олово – от ложки до радиатора

Данный химический элемент известен более 3500 лет и изначально предназначался для изготовления столовых предметов. Современное потребление олова связано с консервной промышленностью.

Патент на способ хранения продуктов в жестяных банках принадлежит повару из Франции. С 1810 года человечество получило возможность долговременного хранения пищевых продуктов.

Олово является основным компонентом припоев, применяемых для пайки и лужения теплообменных аппаратов, радиаторов автомобильных двигателей, лужения медицинской и пищевой аппаратуры.

Материал используется для производства оловянной бронзы, обладающей отличными механическими, литейными, антикоррозионными свойствами. Такие сплавы применяются в деталях, предназначенных для эксплуатации в особых условиях и и при особой нагрузке.

Сплавом, обладающим низким коэффициентом трения, является баббит. Он содержит 83% олова, сурьму и медь. Его применяют в производстве подшипников. Благодаря устойчивому соединению сурьмы и меди сплав имеет высокую твердость.

Механизм работы подшипника и компоненты состава исключают возникновение механических повреждений на поверхности детали.

Олово обладает специфическими физическими свойствами:

1. Его деформация сопровождается звуком, образованным в результате сдвига под воздействием силы.
2. При температурах -39 °C и + 161°C олово превращается в порошок.

Истории известны случаи таких преобразований. Пуговицы, сделанные из чистого материала, на морозе теряли свою форму, а «оловянная чума» разрушала слитки металла.

Важнейшие соединения свинца и их применение

Свинец, будучи легкоплавким тяжелым металлом, издревле и по сей день применяется для изготовления боеприпасов, в том числе и гражданского назначения. Другая особенность свинца — способность поглощать радиацию, обусловила его широкое использование в атомной энергетике и медицинской технике. Но гораздо более обширные возможности открывают различные соединения свинца с другими веществами и сплавы металлов. Без них сложно представить какую-либо отрасль жизнедеятельности человека. Химическая промышленность и сельское хозяйство, военное дело и аккумуляторы, машиностроение и литография, геология и многое другое — во всех этих сферах задействованы соединения свинца.

Правила приемки:

1. Чушки и блоки свинцово-сурьмянистых сплавов принимают партиями. Партия должна состоять из чушек или блоков одной марки сплава и оформлена одним документом о качестве. Документ о качестве должен содержать:
   товарный знак или наименование и товарный знак предприятия-изготовителя;
2. наименование продукта и марку сплава;
3. номер партии и номера плавок, входящих в партию;-массу (нетто) партии;
4. результаты химического анализа каждой плавки;-дату изготовления (для сплавов, предназначенных на длительное хранение);
5. обозначение настоящего стандарта.
6. Для контроля соответствия качества свинцово-сурьмянистых сплавов требованиям настоящего стандарта проводят приемо-сдаточные испытания на соответствие требованиям хим. состава (см. хим. состав).
7. Для контроля массы и химического состава отбирают каждую тридцатую чушку, но неменее двух чушек, или один блок из партии массой до 6т. и каждую пятидесятую чушку или один блок из партии массой свыше 6 т. На предприятии-изготовителе допускается отбор проб от жидкого металла равномерно вначале, середине и конце разлива плавки. Содержание примеси натрия, кальция, магния, висмута, никеля, железа и мышьяка изготовитель определяет по требованию потребителя.
8. Контролю качества поверхности подвергают каждую чушку и блок свинцово-сурьмянистых сплавов.
9. При получении неудовлетворительных результатов испытаний по химическому составу проводят повторные испытания на удвоенной выборке, взятой от той же партии. Результаты повторных испытаний распространяются на всю партию.

Воздействие свинца на человека

Самым частым виновником отравления тяжелыми металлами является именно свинец. Долгое время свинцовые присадки использовались для этилирования бензина, что приводило к тяжелейшим загрязнениям воздуха в крупных городах. Сегодня использование свинца для повышения октанового числа топлива запрещено почти по всему миру (в Российской Федерации — с 2002 года). Другие возможные источники отравления:

• промышленные выбросы;
• загрязненная тяжелыми металлами аграрная продукция;
• предметы обихода с содержанием свинца;
• работа на вредных производствах.

Попадая в организм, свинец оказывает сильное токсическое действие. Особенно опасным является отравление металлом в детском возрасте. Интоксикация ребенка свинцом приводит к отставанию в физическом и умственном развитии, а когнитивные нарушения могут проявляться в течение всей последующей жизни. У взрослых постоянный контакт со свинцом или регулярное вдыхание его паров вызывает хроническое отравление, нарушает функцию мозга и в разы увеличивает вероятность тяжелых заболеваний, в том числе онкологических.

Цветная маркировка при поставках свинцово-сурьмянистых сплавов

1. Чушки и блоки свинцово-сурьмянистых сплавов маркируют по торцу краской:
   ССу — одна полоса синего цвета;
2. ССуМ — одна полоса белого цвета;
3. ССуМТ — одна полоса черного цвета;

На каждом пакете должно быть указано: число чушек в пакете и манипуляционный знак «Крюками не брать». По согласованию изготовителя с потребителем допускается при формировании чушек в пакеты цветную маркировку наносить только на одну чушку верхнего ряда пакета. Допускается наносить на верхнюю поверхность пакета водостойкую цифровую маркировку от руки. Транспортная маркировка — по ГОСТ 14192. Транспортная маркировка свинцово-сурьмянистых сплавов, предназначенных на экспорт, проводится в соответствии с ГОСТ 14192 и требованиями внешнеторговых организаций.

4. Свинцово-сурьмянистые сплавы в чушках транспортируют пакетами или в контейнерах по нормативно-технической документации. Блоки транспортируют без упаковывания. Масса пакета — не более 1500 кг. Пакеты плоских чушек и чушек взаимозамыкаемой формы должны быть обвязаны стальной упаковочной лентой, натянутой и скрепленной в замок зажимными машинками. Замок располагается на верхней стороне пакета. Верхний свободный конец ленты в поясе срезается у замка под прямым углом. Длина нижнего загнутого конца ленты не должна превышать 70 мм от замка. Толщина ленты 0,9-1,00 мм, временное сопротивление разрыву не менее 340 (35) Н/мм2 по ГОСТ 3560. Допускается применение стальной проволоки диаметром от 5,00 до 10,00 мм по ГОСТ 3282. Размещение и крепление пакетов в транспортных средствах проводится в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на транспорте данного вида. Устройство для крепления пакетов в крытых вагонах должно соответствовать ГОСТ 22477.
5. Транспортирование пакетов — по ГОСТ 21399. Свинцово-сурьмянистые сплавы в блоках и контейнерах перевозят транспортом всех видов, кроме авиационного, в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на транспорте данного вида. Железнодорожным транспортом пакеты транспортируют в крытых вагонах повагонными отправками; блоки и контейнеры транспортируют открытым подвижным составом в соответствии стребованиями ГОСТ 22235. Размещение и крепление грузов, перевозимых по железной дороге, должны соответствовать техническим условиям погрузки и крепления грузов, утвержденным Министерством путей сообщения СССР.
6. Свинцово-сурьмянистые сплавы хранят под навесом или на открытых площадках (бетонированных, с деревянным настилом, на поддонах и т.д.). При хранении качество свинцово-сурьмянистых сплавов не меняется.

Его использование в строительстве

Металл в строительных работах применяется нечасто: его токсичность ограничивает круг применения. Однако в составе сплавов или при сооружении специальных конструкций вещество используется. И первое, о чем мы погорим, это кровли из свинца.

Кровля

В качестве кровельного материала свинец применяется с незапамятных времен. В Древней Руси свинцовым листом покрывали церкви и колокольни, так как его цвет прекрасно подходил для этой цели. Металл пластичен, что позволяет получить листы едва ли не любой толщины, а, главное, формы. При перекрытии нестандартных архитектурных элементов, сооружении сложных карнизов свинцовый лист подходит просто идеально, поэтому используется постоянно.

Для кровли выпускают прокатный свинец, как правило, в рулонах. Кроме листов со стандартной ровной поверхностью, есть также материал волнистый – плиссированный, окрашенный, луженный и даже самоклеящийся с одной стороны.

На воздухе свинцовый лист довольно быстро покрывается патиной, состоящей из слоя оксида и карбонатов. Патина защищает металл от коррозии. Но если ее внешний вид по каким-то причина не нравится, кровельный материал можно покрыть специальным патинирующим маслом. Это делается вручную или в производственных условиях.

Звукопоглощение

Звукоизоляция жилища – одна из непреходящих проблем старых, и многих современных домов. Причин тому множество: сама конструкция, где стены или перекрытия проводят звук, материал перекрытий и стен, который не поглощает звук, новшество в виде лифта новой конструкции, который проектом не предусмотрен и создает дополнительную вибрацию и множество других факторов. Но в итоге обитатель квартиры вынужден самостоятельно справляться с этими проблемами.

На предприятии, в звукозаписывающей студии, в здании стадиона эта проблема приобретает куда большие размеры, а решается таким же образом – монтажом звукопоглощающей отделки.

Свинец, как ни странно, используется именно в этой роли – звукопоглотителя. Конструкция материала практически одинакова. Свинцовая пластина малой толщины – 0,2–0,4 мм покрывается защитным полимерным слоем, поскольку металл все же относится к опасным, а с двух сторон пластины закрепляется органический материал – вспененный каучук, полиэтилен, полипропилен. Звукоизолятор поглощает не только звук, но вибрацию.

Механизм таков: звуковая волна, проходя через первый полимерный слой, теряет часть энергии и возбуждает колебания свинцовой пластины. Часть энергии при этом поглощается металлом, а остаток гасится во втором вспененном слое.

Стоит отметить, что направление волны в этом случае никакого значения не имеет.

О том, как используют свинец в строительстве и хозяйстве, расскажет этот видеоролик:

Рентген-кабинеты

Рентгеновское излучение чрезвычайно широко используется в медицине, по сути, составляя базу инструментального обследования. Но если в минимальных дозах особой опасности оно не представляет, то получение большой дозы облучения составляет угрозу для жизни.

При обустройстве рентгеновского кабинета именно свинец используется в качестве защитного слоя:

• стен и дверей;
• пола и потолка;
• мобильных перегородок;
• средств индивидуальной защиты – фартуков, надплечников, перчаток и других предметов со свинцовыми вставками.

Защиту обеспечивают благодаря определенной толщине экранирующего материала, что требует точных расчетов с учетом размеров помещения, мощности аппаратуры, интенсивности использования и так далее. Способность материала снижать излучение измеряется в «свинцовом эквиваленте» – значении толщины такого слоя чистого свинца, который способен рассчитанное излучение поглотить. Эффективной считается такая защита, которая превосходит указанную величину на ¼ мм.

Уборка рентгеновских кабинетов проводится особым образом: здесь важным является своевременное удаление свинцовой пыли, так как последняя представляет опасность.

Другие направления

• Одно из самых неординарных применений металла – сооружение сейсмостойких фундаментов и уплотнение межкладочных швов. Таким образом используют металл еще с древних времен, но и сегодня этот способ придания сооружению вибрационной устойчивости не устарел.
• Краски, содержащие в составе свинец и свинцовые соединения, в жилых помещениях не применяются. Однако они прекрасно защищают сталь и железо от коррозии, поэтому продолжают использоваться на технических сооружениях: мостах, железнодорожных опорах, каркасных сооружениях и так далее.
• Стабилизаторы на основе свинца применяются при изготовлении металлопластикового профиля, из которого, в свою очередь, изготавливают окна и двери самого разного вида. Ведущие компании в свете тенденции отказа в пользу бессвинцовых технологий, внедряют в производство профиль, при производстве которого свинец не используется. Однако большинство изготовителей от этой технологии еще не отказались.

Свинец – тяжелый, ковкий, стойкий к коррозии металл, и что самое важное: доступный и достаточно дешевый в производстве. К тому же металл незаменим при защите от излучения. Так что полный отказ от его использования – дело довольно отдаленного будущего.

О проблемах со здоровьем, вызванных применением свинца, расскажет Елена Малышева в видео ниже:

Методы испытаний:

1. Отбор и подготовку проб свинцово-сурьмянистых сплавов для химического анализа проводят по ГОСТ 24231.
2. Пробу от жидкого металла отливают в виде стержней диаметром 7-10 мм и длиной 70-100мм. Масса объединенной пробы должна быть не менее 1 кг. Допускается пробу от жидкого металла отливать в виде диска диаметром 42 — 66 мм и толщиной 14-16 мм или цилиндра диаметром 38-42 мм и толщиной 35-40 мм.
3. Определение химического состава свинцово-сурьмянистых сплавов проводят по ГОСТ 1293.0 — ГОСТ 1293.14, ГОСТ 13348. Допускается применение других методов определения химического состава, по точности не уступающих указанным в стандарте. При возникновении разногласий в определении химического состава свинцово-сурьмянистых сплавов, определение проводят по ГОСТ 1293.0 — ГОСТ1293.14, ГОСТ 13348.
4. Качество поверхности чушек и блоков свинцово-сурьмянистых сплавов проверяют внешним осмотром без применения увеличительных средств.