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Il piombo

Elemento di simbolo Pb, appartiene al IV gruppo B del sistema periodico ed è un elemento con caratteristiche nettamente metalliche.

E’ uno dei metalli conosciuti fino dai tempi più remoti.

Stato naturale

Il piombo è raramente presente in natura allo stato elementare. Il minerale più comune è il solfuro di piombo, o galena, PbS. Altri minerali utilizzati per la sua estrazione sono il carbonato di piombo o cerussite, PbCO3, e il solfato di piombo o anglesite, PbSO4

I minerali di piombo sono generalmente associati con minerali di argento e zinco. A causa della presenza dell'argento, il piombo fu in passato considerato come un sottoprodotto dell'estrazione dell'argento. Altri metalli comunemente presenti sono il rame, l'arsenico, l'antimonio e il bismuto. Il piombo ha quattro isotopi radioattivi di massa relativa 204,206, 207, 208, gli ultimi tre sono prodotti dal decadimento radioattivo dell’uranio e del torio.

I periodi di decadimento dell’uranio e del torio sono:

238U (periodo di dimezzamento 4,5 x 109 anni)

235U (periodo di dimezzamento 0,71 x 109 anni)

232Th (periodo di dimezzamento 13,9 x 109 anni)

Per piombo primario si intende il piombo presente nel sistema al momento della formazione, mentre piombo radiogenico è quello prodotto nel sistema dal decadimento radioattivo dell'uranio e del torio, dopo la sua formazione. Poiché 204Pb. non si forma dal decadimento di alcun elemento, può venire usato come indice per calcolare la quantità di piombo in un sistema.

Rocce comuni come il granito e il basalto e la stessa crosta terrestre hanno tenori di torio e di uranio, rispetto al piombo, sufficientemente alti da causare cambiamenti misurabili nella composizione isotopica del piombo presente durante intervalli di tempo dell'ordine di decine di milioni di anni. Oggi è possibile calcolare la, composizione isotopica del piombo in un dato momento nel passato purché il minerale rappresenti un sistema chiuso. Un sistema si dice chiuso quando i rapporti Pb / U e Pb / Th non sono stati variati, dopo la formazione del sistema da processi diversi dal decadimento radioattivo. Ammettendo di considerare la crosta terrestre come un sistema geologico chiuso, è possibile studiare la composizione isotopica del piombo in essa distribuito in funzione del tempo, e quindi è possibile determinare i rapporti U / Pb e Th / Pb nel sistema che ha prodotto il piombo radiogenico.

Proprietà fisiche e chimiche

Il piombo tagliato di fresco ha un colore bluastro brillante che si trasforma in grigio opaco all'aria. E’ il più tenero dei metalli pesanti comuni, così da poter essere tagliato con un coltello, rigato con l'unghia e facilmente laminato. La conducibilità elettrica è piuttosto bassa, il 7,8% di quella dell'argento. Il piombo è relativamente resistente all'attacco da parte degli acidi solforico e cloridrico diluiti, mentre si scioglie in acido nitrico e negli acidi solforico e cloridrico concentrati. In presenza di ossigeno atmosferico il piombo viene lentamente attaccato anche dagli acidi più deboli e perfino dall'acqua perché si forma un idrossido che può essere sciolto dagli ioni idrogenocarbonato.

Gli acidi organici (acetico, tartarico, citrico) sciolgono facilmente il piombo in presenza di aria; la dissoluzione in questo caso è facilitata dalla formazione di complessi. Alla temperatura ordinaria, il piombo compatto viene attaccato dall'ossigeno solo superficialmente, ma scaldato prolungatamente all'aria si ossida a PbO (litargirio) che, per ulteriore ossidazione, passa a Pb3O4 (minio). A caldo si combina direttamente con gli alogeni, lo zolfo, il selenio e il tellurio. E’ un metallo anfotero: forma sali di piombo con gli acidi e idrossoplumbati con le basi.

I composti di piombo sono tossici e introdotti per lungo tempo nell'organismo, anche in tracce, si accumulano producendo avvelenamenti cronici (saturnismo).

Principali composti

Il piombo forma tre ossidi: l’ossido PbO, il biossido, Pb02, e un ossido salino (minio), Pb3O4 = 2 PbO . PbO2 L'ossido si ottiene per moderato riscaldamento del carbonato o del nitrato in una forma gialla detta massicot, che per fusione dà la modificazione rossa, litargirio. Per moderato riscaldamento all'aria si trasforma nel minio, polvere rossa. Il minio, mescolato con olio di lino, viene usato per vernici antiruggini e come mastice. Il biossido è una polvere bruno scuro (ossido pulce) che si forma facendo passare cloro in una soluzione alcalina di idrossoplumbato alcalino o aggiungendo cloruro di calce a una soluzione di acetato di piombo, o ancora, trattando il minio con acido nitrico diluito. Trova impiego negli accumulatori a piombo e per la preparazione di fiammiferi. L'idrossido di piombo, Pb(OH)2, si ottiene trattando la soluzione di un sale di piombo con idrossido alcalino ed è solubile nell'eccesso di reattivo per formazione di idrossoplumbato. I sali di piombo si possono ottenere sciogliendo l'ossido di piombo nel corrispondente acido. La maggior parte di essi può ottenersi anche da un sale di piombo solubile, nitrato o acetato, per aggiunta di una soluzione contenente il corrispondente anione: si ottengono così il fluoruro, il cloruro, il bromuro, il carbonato, il solfato, tutti incolori; il solfuro, nero; lo ioduro e il cromato, gialli. Un carbonato basico di piombo, ottenuto facendo passare anidride carbonica in una soluzione di acetato basico, costituisce la biacca, usata come pigmento bianco per il forte potere ricoprente. Le soluzioni di acetato di piombo sciolgono quantità considerevoli di ossido di piombo per formare acetati basici, le cui soluzioni si usano in farmacia col nome di acqua vegetominerale. L'acqua vegetominerale, detta anche acqua saturnica, è un rimedio popolarissimo, velenoso, usato esternamente come astringente, risolvente per contusioni, antidolorifico. Fra i composti di piombo tetravalente, oltre al biossido si ricordano: il cloruro, PbCl4, che si ottiene da piombo o cloruro piomboso con eccesso di cloro, e che sì presenta come un liquido giallo. Il solfato di piombo Pb(S04)2, si ottiene per elettrolisi a bassa temperatura dell'acido solforico fra elettrodi di piombo e forma una polvere cristallina gialla che agisce da forte ossidante.

Fra i composti metallorganici dei piombo va ricordato il piombotetraetile che, se aggiunto alle benzine, aumenta il numero di ottano di queste.

Usi

La produzione mondiale annua di minerale di piombo è di circa 3,4 x 106 t (come Pb contenuto) nel 1975 e quella di piombo di prima fusione è di circa 3,25 x 106 t. Il suo impiego maggiore consiste nella fabbricazione di batterie di accumulatori. Trova altre importanti applicazioni nella fabbricazione del piombo tetraetiIe, di pigmentì, tubazioni, rivestimenti di apparecchi per l'industria chimica.

Metallurgia del piombo

L’estrazione del piombo dai minerali e la sua successiva purificazione richiedono generalmente un insieme di processi che comprende tre tipi di operazioni metallurgiche: trattamento dei minerali, fusione e raffinazione.

Trattamento dei minerali

Nella macinazione i minerali di piombo sono liberati con mezzi fisici dalla ganga e dagli altri costituenti per mezzo di frantumazione a secco e macinazione a umido. I minerali di piombo così liberati nella torbida risultante sono separati o per classificazione di gravità, o per flottazione, o con una combinazione dei due metodi.

I minerali costituiti da solfuri complessi, a mineralizzazione finemente dispersa, vengono generalmente frantumati a secco in frantoi a mascelle o rotativi, e macinati a umido in mulini a palle o a barre operanti in un circuito chiuso per liberare le sostanze contenenti il piombo dalla ganga e dagli altri minerali aggregati. Il minerale di piombo contenuto nella torbida risultante, liberato dal fango, viene recuperato per flottazione. La galena così ottenuta è sempre accompagnata da pirite che flotta anch'essa in ambiente acido. Per separare anche quest'ultima occorre alcalinizzare con calce, trattare con cianuro di sodio che è un deprimente della pirite e riflottare. Il concentrato di galena che così si ottiene contiene più del 65% in piombo. La torbida privata della galena, passa poi ad altre celle di flottazione per l'estrazione della blenda.

Fusione

Attualmente per l'estrazione del piombo metallico dai suoi minerali e dai concentrati macinati è usata in prevalenza la cosiddetta fusione. Nella metallurgia del piombo il termine comprende generalmente un insieme di tre operazioni:

- preparazione della carica:

ottenuta dalle operazioni di miscelatura e condizionamento;

- sinterizzazione in corrente d'aria:

provoca l’eliminazione della maggior parte dello zolfo e un'incipiente fusione delle particelle della carica sotto forma di un agglomerato poroso adatto alla riduzione nel forno a vento;

- riduzione nel forno a vento;

nelle normali condizioni di lavoro, il tino del forno viene mantenuto pieno con frequenti cariche di sinterizzato, mescolato a circa il 10% di coke. La carica nella discesa incontra il flusso di gas riducente che sale verso l'alto e subisce la riduzione formando piombo fuso e scoria di silicato di ferro e calcio.

Raffinazione

Per raffinare il piombo metallico ottenuto dal forno a vento si usano sia processi pirometallurgici sia elettrolitici. In ambedue i casi si allontana per prima cosa il grosso del portando il piombo greggio a una temperatura appena sopra la sua temperatura di solidificazione; la maggior parte del rame si separa e viene asportata sotto forma di metallina e di Speiss.

Quando il metallo prodotto nel forno a vento ha un contenuto di bismuto basso, si procede a una raffinazione riscaldando il piombo greggio in forni a riverbero a 800°C. Lo stagno, l'arsenico e l'antimonio vengono così ossidati selettivamente dall'aria e formano scorie che galleggiano sul piombo fuso. Le stesse impurezze possono essere pure eliminate con un altro processo, per ossidazione chimica, che avviene a temperatura assai più bassa, 420°C. Si tratta del processo Harris che consiste nell’immettere nel piombo fuso, mantenuto in agitazione, una miscela costituita per la maggior parte da soda caustica e, in piccola parte, da cloruro e nitrato di sodio: si formano così delle schiume contenenti stannato, antimoniato e arseniato di sodio che si separano dal piombo e dalle quali i tre metalli possono essere successivamente recuperati.

Dal piombo cosiddetto dolce risultante, si rimuovono l'argento e l'oro con il processo Parkes. Lo zinco che rimane ancora nel piombo (circa 0,2%) viene allontanato o ripetendo un trattamento con il processo Harris, o con cloro o per distillazione sottovuoto. Dopo una raffinazione finale ottenuta per trattamento con soda fusa, il piombo, praticamente allo stato puro, viene colato in blocchi.

Leghe del piombo

Sono materiali formati per aggiunta di uno o più elementi. I principali alliganti del piombo sono l'antimonio e lo stagno.

Leghe per protezione di cavi. Il piombo viene usato come rivestimento delle parti elettriche, per proteggere dall'umidità i cavi per energia elettrica e per i telefoni.

Leghe per griglie di accumulatori. Negli accumulatori acidi sono usate griglie fabbricate in lega di piombo (nei tipi usati sulle automobili) le quali servono da supporto al materiale attivo che compone le placche. Le leghe per accumulatori contengono il 6-12% di antimonio per migliorarne la resistenza meccanica, piccole quantità di stagno per migliorare la colabilità e una o due altre aggiunte minori per ostacolare le variazioni dimensionali durante il servizio.

Leghe con buona resistenza chimica. Le leghe di piombo sono usate largamente per molte applicazioni, quando sia richiesta resistenza all'acqua, all'aria o alla corrosione chimica. Le leghe di piombo sono ben note per la loro resistenza all'attacco dell'acido solforico. La presenza di antimonio abbassa la resistenza alla corrosione.

Leghe per caratteri da stampa. Queste leghe contengono stagno e antimonio. L'antimonio aumenta la durezza e riduce la contrazione durante la solidificazione. Lo stagno migliora la fluidità, entrambi abbassano il punto di fusione della lega.

Metalli per cuscinetti. Le leghe di piombo per cuscinetti (metalli antifrizione) contengono anch’essi antimonio, stagno e, per usi particolari, anche piccole quantità dì rame o di arsenico. Lo stagno e l'antimonio si combinano per formare un composto intermetallico che conferisce buona resistenza all'usura. Queste leghe trovano applicazione nei cuscinetti a manicotto e sono anche molto usate nei cuscinetti portanti dei carri merci.

 

La galena

La blenda

Lo zinco

Il museo mineralogico di
Cave del Predil

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