صهر الرصاص

تُعرف مصانع إنتاج الرصاص عموماً باسم مصاهر الرصاص .

تبدأ عملية إنتاج الرصاص الأولي بالتلبيد . يُغذى خام الرصاص المركز إلى آلة التلبيد مع الحديد، والسيليكا، ومواد صهر الحجر الجيري ، وفحم الكوك ، وكربونات الصوديوم ، والبيريت ، والزنك ، والمواد الكاوية، أو جزيئات مكافحة التلوث . تستخدم عملية الصهر مواد اختزال مناسبة تتحد مع عناصر الأكسدة لتحرير المعدن. الاختزال هو الخطوة الأخيرة في عملية الصهر، وتُجرى عند درجة حرارة عالية. في هذه المرحلة، يتحول الأكسيد إلى المعدن النقي. تعمل بيئة اختزالية (غالباً ما يوفرها أول أكسيد الكربون في فرن قليل الهواء) على سحب ذرات الأكسجين المتبقية من المعدن الخام.

يُصهر الرصاص عادةً في فرن الصهر ، باستخدام الرصاص المُلبّد الناتج عن عملية التلبيد وفحم الكوك لتوفير الحرارة. أثناء عملية الصهر، تتشكل عدة طبقات داخل الفرن. يغوص مزيج من الرصاص المنصهر والخبث إلى قاع الفرن، بينما تطفو طبقة من أخف العناصر، تُعرف باسم " السبايس" ، بما في ذلك الزرنيخ والأنتيمون ، إلى سطح المادة المنصهرة. يتدفق الرصاص الخام وطبقات خبث الرصاص من "جبهة الفرن" إلى "الجزء الأمامي"، حيث ينفصل التياران. يمكن التخلص من تيار خبث الرصاص، الذي يحتوي على معظم العناصر "المساعدة" المضافة إلى آلة التلبيد (وخاصةً السيليكا والحجر الجيري والحديد والزنك)، أو معالجته لاستخلاص الزنك الموجود فيه.

تخضع سبائك الرصاص الخام، التي تحتوي على كميات كبيرة من النحاس، لعملية "التنقية بالنحاس". في هذه المرحلة، يُضاف الكبريت العنصري، عادةً في صورة صلبة، إلى سبائك الرصاص الخام المنصهرة ليتفاعل مع النحاس الموجود فيها. تتشكل طبقة " مات " في هذه المرحلة، تحتوي على معظم النحاس الموجود في سبائك الرصاص الخام وبعض الشوائب الأخرى على شكل كبريتيدات معدنية. يُباع كل من الرصاص الخام والمات عادةً إلى مصاهر النحاس حيث يُكرران لتصنيع النحاس.

يخضع الرصاص الناتج من الفرن العالي، والذي يُسمى سبائك الرصاص، لعملية إزالة الخبث. تُقلب السبائك في غلايات ثم تُبرد إلى درجة حرارة تتراوح بين 700 و800 درجة مئوية. ينتج عن هذه العملية رصاص منصهر وخبث . يشير الخبث إلى أكاسيد الرصاص والنحاس والأنتيمون وعناصر أخرى تطفو على سطح الرصاص. عادةً ما يُزال الخبث ويُرسل إلى فرن خاص لاستخلاص المكونات غير الرصاصية التي تُباع لمصنعي المعادن الآخرين. تُستخدم عملية باركس لفصل الفضة أو الذهب عن الرصاص.

أخيرًا، يُكرر الرصاص المنصهر. تُستخدم عادةً طرق المعالجة الحرارية لإزالة المكونات المتبقية غير الرصاصية من الخليط، مثل عملية بيترتون-كرول وعملية بيتس التحليلية الكهربائية . تُباع المعادن غير الرصاصية عادةً إلى مصانع معالجة المعادن الأخرى. يمكن تحويل الرصاص المكرر إلى سبائك أو صبه مباشرةً. ^{[ 1 ]}

يُطلق على الأشخاص الذين يقومون بتشغيل أو العمل في مثل هذه المصانع اسم عمال الصهر أو عمال الصب . ^{[ 2 ]}

الغالينا ، وهي أكثر معادن الرصاص شيوعًا، تتكون أساسًا من كبريتيد الرصاص (PbS). يتأكسد الكبريتيد إلى كبريتيت (PbSO₃ ₎ الذي يتحلل حراريًا إلى أكسيد الرصاص وغاز ثاني أكسيد الكبريت (PbO وSO₂). _يُطرد ثاني أكسيد الكبريت (كما هو الحال مع ثاني أكسيد الكربون في المثال السابق)، ويُختزل أكسيد الرصاص. ومن خامات الرصاص الأخرى: الأنجلسايت ، والسيروسيت ، والبيرومورفيت ، والميميتيت ، والولفينيت .

وتشمل العناصر الأخرى التي تتواجد بشكل متكرر مع خامات الرصاص الزنك والفضة . ^{[ 3 ]}

يأتي معظم الرصاص المُنتَج من مصادر ثانوية. تشمل خردة الرصاص بطاريات الرصاص الحمضية، وأغطية الكابلات، والأنابيب، والصفائح، والمعادن المطلية بالرصاص أو التيرن . كما يمكن استخلاص اللحام ونفايات المنتجات والخبث لاحتوائها على نسبة ضئيلة من الرصاص. ويُستخدم معظم الرصاص الثانوي في صناعة البطاريات.

لاستخلاص الرصاص من البطارية، تُفكك البطارية وتُصنف مكوناتها. تُعالج المكونات المحتوية على الرصاص في أفران الصهر لاستخلاص الرصاص الصلب، أو في أفران دوارة عاكسة لاستخلاص الجزيئات الدقيقة. يشبه فرن الصهر في بنيته فرن القبة المستخدم في مصانع الحديد . يُملأ الفرن بالخبث، وخردة الحديد، والحجر الجيري، وفحم الكوك، والأكاسيد، والخبث، وخبث الفرن العاكس. يُستخدم فحم الكوك لصهر الرصاص واختزاله. يتفاعل الحجر الجيري مع الشوائب ويطفو إلى السطح، مما يمنع أكسدة الرصاص. يتدفق الرصاص المنصهر من فرن الصهر إلى أوعية التجميع. يمكن خلط الرصاص مع سبائك، بما في ذلك الأنتيمون والقصدير والزرنيخ والنحاس والنيكل، ثم يُصب في قوالب . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

دأب البشر على صهر الرصاص لآلاف السنين، مُعرِّضين أنفسهم للتسمم خلال هذه العملية. ورغم أن التسمم بالرصاص يُعدّ من أقدم المخاطر المهنية والبيئية المعروفة، إلا أن الفهم الحديث للكمية الضئيلة من الرصاص اللازمة لإحداث الضرر لم يتبلور إلا في النصف الثاني من  القرن العشرين. ولم يُكتشف حتى الآن حدٌّ آمن للتعرض للرصاص، أي أنه لا توجد كمية معروفة من الرصاص ضئيلة جدًا بحيث لا تُسبب ضررًا للجسم.

تُشير مراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها في الولايات المتحدة ومنظمة الصحة العالمية إلى أن مستوى الرصاص في الدم الذي يبلغ 10  ميكروغرام/ديسيلتر أو أعلى يُعدّ مدعاةً للقلق؛ ومع ذلك، قد يُعيق الرصاص النمو ويُسبب آثارًا صحية ضارة حتى عند مستويات أقل، ولا يوجد مستوى آمن معروف للتعرض له. ^{[ 6 ]} وتُعرّف جهاتٌ مثل الأكاديمية الأمريكية لطب الأطفال التسمم بالرصاص بأنه مستويات الرصاص في الدم التي تزيد عن 10  ميكروغرام/ديسيلتر.

تساهم مصاهر الرصاص التي تفتقر إلى ضوابط التلوث في العديد من المشاكل البيئية، ولا سيما ارتفاع مستويات الرصاص في الدم لدى السكان المحيطين بها. وتبرز هذه المشكلة بشكل خاص لدى العديد من الأطفال الذين نشأوا بالقرب من مصاهر الرصاص. ^{[ 7 ]}

يُعتقد أن أقدم خرزات الرصاص المصبوبة المعروفة عُثر عليها في موقع تشاتالهويوك في الأناضول ( تركيا )، ويعود تاريخها إلى حوالي 6500  قبل الميلاد. وقد تبيّن لاحقًا أنها مصنوعة من السيروسيت والجالينا ، وهما معدنان غنيان بالرصاص، ولكنهما يختلفان عنه. ^{[ 8 ]} وكانت عمليات الصهر القديمة تتم باستخدام كميات كبيرة من خام الرصاص والفحم في مواقد وأفران خارجية.

على الرغم من أن الرصاص معدن شائع، إلا أن اكتشافه لم يكن له تأثير يُذكر في العالم القديم. فهو لين للغاية بحيث لا يُمكن استخدامه في صناعة الأسلحة (باستثناء ربما كقذائف للمقلاع ) أو في العناصر الإنشائية. ومع ذلك، نظرًا لسهولة صبه وتشكيله، فقد شاع استخدامه في العالم الكلاسيكي لليونان وروما القديمتين في أنابيب المياه وتخزينها. كما استُخدم أيضًا كملاط في المباني الحجرية، وكأداة للكتابة . وكانت مطاحن الصهر عبارة عن طواحين تعمل بالطاقة المائية تُستخدم لصهر الرصاص أو معادن أخرى. وقد أدى صهر الرصاص الروماني إلى ظهور أدلة على التلوث العالمي. إذ تُظهر عينات جليدية من جرينلاند، تعود إلى الفترة من 500 قبل الميلاد إلى 300 ميلادي، ارتفاعًا ملحوظًا في نسبة الرصاص في الغلاف الجوي. ^{[ 9 ]} وقد وجد باحثون يدرسون عينة جليدية من كول غنيفتي، في الجزء السويسري من كتلة مونتي روزا الجبلية ، أن ارتفاع مستويات تلوث الهواء بالرصاص في أوروبا تاريخيًا يرتبط بتغيرات في النظام النقدي من الذهب إلى الفضة بدءًا من عام 640 ميلادي، مع ترجيح أن يكون المصدر الرئيسي هو مناجم ميل في فرنسا . يرتبط التلوث الجوي اللاحق، بين عامي 1170 و1216، ارتباطًا أقوى بسجلات معاصرة لإنتاج الرصاص والفضة من مناجم منطقة بيك ديستريكت في إنجلترا، بمستويات مماثلة لتلك التي شوهدت في الثورة الصناعية . ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

قدّم جورجيوس أغريكولا (1494-1555) تفاصيل عن أساليب ومرافق صهر الرصاص الشائعة في أوروبا خلال النصف الأول من القرن السادس عشر في الكتاب التاسع من أطروحته عن التعدين والمعادن، " دي ري ميتاليكا" . وتراوحت الأساليب من ترتيبات المواقد المفتوحة البدائية (التي كانت عبارة عن مواقد يتم تكديس خام الرصاص عليها) إلى أفران الصهر القادرة على التشغيل المستمر. ^{[ 13 ]}

يوجد في الولايات المتحدة 400 شركة منسية لصهر الرصاص كانت تعمل في الفترة من الثلاثينيات إلى الستينيات من القرن الماضي، وربما تكون قد تسببت في ترسب مستويات خطيرة من تلوث الرصاص في التربة المجاورة. ^{[ 14 ]}

• فضيحة التسمم بالرصاص في الصين عام 2009
• صهر الألومنيوم
• حديد الزهر
• شركة ديسلوج الرائدة
• التعدين في بريطانيا الرومانية
• التعدين في طاجيكستان
• التعدين في المملكة المتحدة
• علم التنجيم بالموليبدات
• نزاع حول مصهر تريل
• صهر الزنك

• مصنع تشارلز باثورست للصهر، أركينجارثديل، إنجلترا