Плавка свинца и олова, температуры плавления металлов

Оптимальная температура плавления свинца дает возможность использовать данный металл в различных сферах: от образования сплавов и припоев до изготовления деталей и пластин АКБ.  Каждый домашний мастер, который хотя бы раз занимался спайкой деталей на микросхемах, знает о популярном припое на основе свинца и олова. Но при какой температуре плавится легкоплавкий свинец?

Внешний вид необработанного свинца, добываемого в месторождениях

Важно! Свинец может переплавляться в домашних условиях только с соблюдением определенных мер предосторожности.

Физические характеристики свинца

Свинец, или плюмбум, – это пластичное химическое вещество из группы легкоплавких цветных металлов, обладающее высокой вязкостью, что обеспечивает легкий процесс его обработки. В системе химических элементов это вещество имеет порядковый номер 82 и обозначается сочетанием символов «Pb».

Материал хрупкий и легко реагирует на механическое воздействие – на нем остается выемка даже при нажатии ногтем, его просто разрезать обычным кухонным ножом, однако разломать его на отдельные фрагменты довольно сложно. Этот металл имеет серебристо-белый цвет с синеватым оттенком. Он легко окисляется, находясь на открытом воздухе, поэтому свежесделанный срез материала моментально потускнеет.

Рассматриваемое вещество обладает нижеследующими физическими характеристиками:

  1. Плотность металла равна 11,3 г/см³;
  2. Температура плавления свинца составляет +327,46 °C. Процедура литья этого компонента возможна при его доведении до +420-450 °C;
  3. Температура кипения – 2019 °C выше ноля;
  4. Удельная теплоемкость металла при комнатной температуре (+18 °C) равняется 127,5 Дж/кг, однако при доведении его до кипения этот показатель возрастает;
  5. Относительная (удельная) теплота расплавления составляет 25 кДж/кг;
  6. Удельная электропроводность при нормальных условиях (+18 °C) равна 4,8∙10-4, а это лишь 7,8% от соответствующего показателя серебра, что делает свинец идеальной основой для припоя;
  7. Металл является токсичным.

Температура плавления свинца дает возможность подогревать компонент в ковше даже на открытом огне с последующим розливом в требуемые формы, например, при изготовлении пуль.

Плавление элемента Pb на открытом огне в чугунной емкости (кустарные условия)

Для информации. Плавка металлов совершается посредством нагревания. Значение перехода твердого вещества в текучее агрегатное состояние (жидкость) именуется температурой плавления. Эта величина зависит от параметров составных компонентов, которые формируют сплав. Например, температура плавления олова равна +232 °C. Составы для пайки, содержащие эти вещества (олово – 59 %, свинец – 40 %), расплавляются при +183,3-190 °C. Если увеличить в подобных припоях содержание олова, то переходная температура будет увеличиваться и стремиться к показателю, при котором плавится олово (+232 °C).

Внешний вид припоя на основе оловянной смеси с содержанием свинца под маркировкой ПОС-61

Самостоятельная переплавка

Плюмбум, имеющий низкую точку расплавления, дает возможность его применять для самостоятельного литья различных фигур и поделок, украшений, грузил для рыбной ловли, пуль для охоты. При этом важно придерживаться общепризнанных правил безопасности при переплавке металлических веществ и быть при этом очень внимательным.

Литейные ковши для свинца и сплавов на его основе

Плавление чистого свинца или сплавов на его основе необходимо совершать по нижеследующему своду инструкций и рекомендаций:

  1. Помещение, в котором будет производиться плавка металла, должно быть хорошо проветриваемым. Можно проводить данный процесс и на открытом воздухе;
  2. В роли теплового источника может выступать ручная горелка, а в качестве емкости для плавления подойдет любой сосуд, выполненный из более устойчивого к нагреву и прочного металлического материала;
  3. Процесс плавления плюмбума прост – после размещения материала в сосуд необходимо включить тепловой источник на предельно возможную мощность и сосредоточить поток тепла прямо на свинцовое вещество. Перевод большого количества материала в жидкое состояние совершается не сразу, а через некоторое количество времени;
  4. После завершения процедуры по переплавке свинцового сплава необходимо отключить горелку. Материал сразу можно заливать в литейные формы, которые заранее должны быть подготовлены;
  5. Емкость с полученной жидкостью можно брать в руки только специальными термоустойчивыми рукавицами. При этом ее необходимо аккуратно крутить по кругу, дабы предотвратить формирование воздушных пузырей;
  6. Заливка жидкого свинца в литейную форму должна производиться на расстоянии вытянутой руки, чтобы предупредить обжигание раскаленными испарениями от металла открытых участков тела;
  7. После наполнения формовочной емкости ее требуется оставить остывать до приемлемой безопасной температуры;
  8. Если при разливании сырья по формам произошло его пролитие, то удалить его легко посредством механического воздействия отверткой или долотом после застывания. Далее эти куски могут использоваться при последующей плавке;
  9. Стоит учесть, что металл отлично смешивается с иными металлами. Соответвенно, учитывая параметры этих дополнительных компонентов, можно самостоятельно производить разнообразные сплавы, доводя температуру плавления до требуемого показателя. Например, добавив определенное количество в расплавленный плюмбум олова и немного канифоли, можно получить хороший припой домашнего приготовления для паяния цветных металлов с хорошей электропроводимостью;
  10. Рекомендуется при работе с металлами, а именно их плавлением, использовать специально предназначенную для этих процедур одежду и перчатки от проверенных производителей, так как это предупредит многие повреждения различных участков кожи;
  11. Важно перед началом литья удостовериться в том, что формовочная емкость полностью сухая, так как при наличии даже малого количества влаги в форме может произойти ежесекундное ее испарение, что влечет за собой проникновение горячей смеси на тело.

Слитки из свинца, который добыт из автомобильных аккумуляторов

Области применения

Плюмбум уже давно известен человечеству. Несколько тысяч лет назад, еще во времена древнеримского господства, это вещество использовалось при производстве водопроводных труб для акведуков и транспортировки воды в здания.

В природе имеется порядка 180 горных пород и минералов, которые содержат в разной степени этот химический элемент. Свинцовые месторождения обычно сочетают в себе залегание и иных руд: серебряных, медных, цинковых и висмутовых.

Свинец активно применяется в жизнеобеспечении человека. Применение плюмбума в промышленности дает возможность изготавливать следующие изделия и вещества:

  • пластинки для автоаккумуляторов;
  • литые шрифты, применяемые в типографиях для печати текстовой информации;
  • оболочки для защиты силовой кабельно-проводниковой продукции;
  • различные сплавы и составы для пайки;
  • подшипниковые соединения;
  • грузила для рыбной ловли;
  • красящие смеси (красители);
  • дроби и пули для охотничьих ружей;
  • разнообразные защитные средства от пагубного воздействия радиоактивного излучения.

Свинцовые пластины в АКБ для автотранспорта

Свинцовые пломбы

Интересно знать. Совсем недавно этот популярный металл даже применялся в качестве примеси к топливу для повышения октанового числа и поиска сероводорода (H2S), однако постепенно этот метод перестали применять из-за токсичности свинца.

Свинцовая одежда для использования в рентген-кабинетах

Так как плюмбум – это токсичное химическое вещество, то при работе на месторождениях различных руд, применении этого металла и соединений с ним на производстве и при его выплавке возможно отравление организма. При появлениях неприятных ощущений при работе с ним рекомендуется незамедлительно обратиться за помощью к врачу.

Также возможны и бытовые отравления свинцом, например, при употреблении продуктов, которые длительное время хранились в посуде или упаковочных материалах, какие содержат это вещество.

Невысокий температурный показатель расплавки свинца, его вязкость и податливость, а также целый ряд других количественных и качественных свойств этого металла делают его поистине неоценимым в человеческой жизнедеятельности.

Видео

Олово — один из самых изученных человеком металлов. Оно было открыто еще в доисторические времена. Уже древний человек знал, какова температура плавления олова, физико-химические свойства этого металла и диапазон его применения в повседневной жизни. Сплав олова и меди является первым опытом человека в металлургии, первым искусственным металлическим соединением, созданным руками человека.

Олово в природе

Важнейшие природные соединения – это касситерит, в который входит оксид олова, и станнин (оловянный колчедан). В древности этот металл добывали в открытых шахтах, но в современном мире открытых месторождений олова практически не осталось. В промышленных масштабах его выплавляют из руд, содержащих около 1 % этого вещества. Таким образом, чтобы получить 1 кг чистого олова, нужно переработать центнер руды.

Использование олова

Одно из наиболее известных применений олова – пайка. Невысокая температура плавления позволяет паять в домашних условиях. Для пайки этот металл продается в виде небольших прутков диаметром до 10 мм.

Достаточно часто предлагаются сплавы с различными добавками – со свинцом, серебром, медью, индием и другими. Температура плавления олова и свинца ниже, чем чистого олова, поэтому процесс пайки проходит быстрее.

Благодаря физическим характеристикам этот металл можно хранить в нормальных условиях в жидком виде. Низкая температура плавления олова позволяет запаивать металлическую жидкость в стеклянные ампулы для лабораторных или других исследований.

Плавка олова

Олово достаточно легко расплавить в больших количествах и отлить в форму из графита или любого другого материала. Средняя температура плавления олова не превышает 240°C. Основные требования к материалу для форм заключаются в следующем:

  • вещество не должно смачиваться жидким оловом;
  • материал должен выдерживать температуру в 250°C, не разрушаясь и не меняя своей формы.

Расплавленный металл способен окисляться на открытом воздухе, а твердое вещество довольно устойчиво к кислородной коррозии. Иногда это свойство используется для нанесения металлического слоя на жестяные изделия. Но в отличие от цинкового напыления, оловянное не придает изделию электрохимическую защиту – в случае царапины коррозия быстрее разъест поверхность с оловянным покрытием, а не с цинковым.

Олово для пайки

Температура плавления зависит от количества и состава примесей в прутке. О том, какая температура плавления олова, можно узнать из таблицы наиболее распространенных сплавов.

В электротехнике хорошо зарекомендовали себя трехкомпонентные сплавы на основе свинца, серебра и олова. Процентное соотношение примесей в припое различно: стандарты по добавкам до сих пор не выработаны. Все производители сходятся в одном – содержание олова в сплаве не должно быть меньше 95 %. Температура плавления припоя олова в этой композиции колеблется в диапазоне 217-221° C.

Для улучшения характеристик припоя в него вводят небольшое количество сурьмы. Данная композиция применяется для пайки радиодеталей в наиболее ответственных участках.

Хорошо зарекомендовали себя сплавы с содержанием серебра. Наличие этого благородного металла улучшает технические характеристики готового изделия и повышает срок его эксплуатации. Сплавы с большим содержанием серебра применяются в различных средствах связи и в промышленной технике.

Цинкосодержащие сплавы не слишком хорошо распространены. Причиной такой нелюбви является повышенная химическая активность цинка. Из-за его взаимодействия с окружающей средой цинкосодержащие соединения довольно быстро разрушаются, к тому же при работе с ними необходимо использовать активные флюсы. Припойные пасты с содержанием этой добавки не предназначены для длительного хранения. Температура плавления олова для пайки с содержанием цинка достаточно высока. Например, известное соединение Sn91Zn9 плавится при температуре 200°C.

Олово и свинец

Как и олово, свинец в виде сплавов и добавок используется человеком с незапамятных времен. Этот недорогой и распространенный металл обладает свойствами, повышающими качество припоя и его эксплуатационные характеристики.

Припои, в состав которых входит свинец, называются свинцовосодержащими. Соединения свинца очень вредны для здоровья, поэтому применение соединений этого металла весьма ограничено. В прошлом широкое распространение свинцовых припоев было обусловлено хорошими эксплуатационными характеристиками сплава и его низкой температурой обработки. Температура плавления олова и свинца не превышает 190°C. Несмотря на строгие ограничения, припои со свинцом широко используются в отдельных отраслях промышленности, например в оборонном производстве и в секторе ядерной энергетики.

Использование чистого олова

Полупроводниковая промышленность использует припои с высоким содержанием чистого олова, в котором на один атом стороннего металла припадает 999999 атомов чистого металла. Температура плавления олова в чистом виде 240°С. Но в бытовых условиях такие припои не пользуются спросом: дело в том, что при понижении температуры этот металл преобразует свою структуру, на поверхности изделия появляются серые пятна –так называемая оловянная чума. Добавки различных компонентов изменяют эту температуру и придают оловянным сплавам большую устойчивость.

Состав
сплава Tпл,
°C Плот-
ность
г/см³ Область
приме-
нения Примечание Другие
сведения висмут 76,5 %, таллий 23,5 % 198 Т, П Кислотоупорен Эвтектический сплав олово 89 %, цинк 11 % 198 Т, П висмут 47,5 %, таллий 52,5 % 188 Т Эвтектический сплав висмут 44,2 %, свинец 9,8 %, таллий 48 % 186 Т ∑? Эвтектический сплав олово 62 %, свинец 38 % 183 8,5 Т, П ~ПОС 61 олово 64 %, свинец 36 % 181 Т, П Эвтектический сплав, ~ПОС 63 натрий 70 %, ртуть 30 % 181 Т Хим.акт, Токсичен. кадмий 32 %, олово 68 % 177 (178) Т, П Токсичен. Эвтектический сплав свинец 32 %, олово 68 % 177 Т, П висмут 12,8 %, свинец 49 %, олово 38,2 % 172 Т, П калий 80 %, таллий 20 % 165 Т Хим.акт висмут 13,3 %, свинец 46 %, олово 40,1 % 165 Т, П ∑? висмут 10,5 %, свинец 42 %, олово 47,5 % 160 Т, П висмут 13,7 %, свинец 44,8 %, олово 41,5 % 160 Т, П Эвтектический сплав висмут 16 %, свинец 36 %, олово 48 % 155 Т, П висмут 18,1 %, свинец 36,2 %, олово 45,7 % 151 Т, П висмут 25 %, свинец 50 %, олово 25 % 149 Т, П висмут 62,5 %, кадмий 37,5 % 149 Т, П Токсичен. висмут 19 %, свинец 38 %, олово 43 % 148 Т, П висмут 50 %, свинец 50 % 145 Т, П свинец 32 %, олово 50 %, кадмий 18 % 145 Т, П Токсичен. висмут 60 %, кадмий 40 % 144 Т, П Токсичен. Эвтектический сплав свинец 42 %, олово 37 % 143 Т, П ∑? кадмий 18,2 %, свинец 30,6 %, олово 51,2 % 142 8,8 Т, П Токсичен. ~ПОСК 50-18 висмут 57 %, таллий 43 % 139 Т Эвтектический сплав висмут 57 %, олово 43 % 139 Т, П Эвтектический сплав ртуть 70 %, калий 30 % 135 Т Хим.акт, Токсичен. калий 90 %, таллий 10 % 133 Т Хим.акт висмут 28,5 %, свинец 43 %, олово 28,5 % 132 Т, П висмут 56 %, олово 40 %, цинк 4 % 130 Т, П Эвтектический сплав висмут 43 %, свинец 43 %, олово 13 % 128 Т, П ∑? висмут 27,2 %, свинец 44,5 %, олово 33,3 % 127 Т, П ∑? висмут 56,5 %, свинец 43,5 % 125 Т, П Эвтектический сплав олово 52 %, индий 48 % 125 П ~ПОИн 52 висмут 33,4 %, свинец 33,3 %, олово 33,3 % 123 Т, П ~ПОСВ 33 висмут 36,5 %, свинец 36,5 %, олово 27 % 117 Т, П висмут 40 %, свинец 40 %, олово 20 % 113 Т, П Висмутовый Сплав висмут 42,1 %, свинец 42,1 %, олово 15,8 % 108 Т, П висмут 48 %, свинец 28,5 %, олово 14,5 %, ртуть 9 % 105 Т висмут 53 %, олово 26 %, кадмий 21 % 103 Т, П Токсичен. висмут 50 %, олово 25 %, кадмий 25 % 95 Т, П, М Токсичен. висмут 49,9 %, свинец 43,4 %, кадмий 6,7 % 95 Т, П, М Токсичен. висмут 50 %, свинец 31,2 %, олово 18,8 % 97 Т, П, М Сплав Ньютона висмут 50 %, свинец 25–28%, олово 22–25 % 94–98 Т, П, М Сплав Розе висмут 52.5 %, свинец 32.0 %, олово 15.5 % 95 Т, П, М Эвтектический сплав висмут 51,6 %, кадмий 8,1 %, свинец 40,3 % 91 Т, П, М Токсичен. висмут 55,2 %, свинец 33,3 %, таллий 11,5 % 91 Т Эвтектический сплав натрий 50 %, ртуть 50 % 90 Т Хим.акт, Токсичен. натрий 90 %, ртуть 10 % 90 Т Хим.акт, Токсичен. висмут 53,2 %, кадмий 7,1 %, свинец 39,7 % 89,5 Т, П, М Токсичен. натрий 96,7 %, золото 3,3 % 80 Т Хим.акт. Эвтектический сплав натрий 80 %, ртуть 20 % 80 Т Хим.акт, Токсичен. висмут 35,3 %, кадмий 9,5 %, свинец 35,1 %, олово 20,1 % 80 Т, П, М Токсичен. висмут 58 %, индий 17 %, олово 25 % 79 Т, П, М Эвтектический сплав. Сплав Филдса (англ.)русск.. висмут 50 %, свинец 34,5 %, олово 9,3 %, кадмий 6,2 % 77 Т, П, М Токсичен. висмут 50 %, свинец 34,4 %, олово 9,4 %, кадмий 6,2 % 76,5 Т, П, М Токсичен. висмут 27,5 %, кадмий 34,5 %, свинец 27,5 %, олово 10,5 % 75 Т, П, М Токсичен. висмут 33,7 %, индий 65,3 % 72 Т, П, М ∑? Эвтектический сплав висмут 38,4 %, свинец 30,8 %, олово 15,4 %, кадмий 15,4 % 71 Т, П, М Токсичен. висмут 49,5 %, свинец 27,27 %, олово 13,13 %, кадмий 10,1 % 70 Т, П, М Токсичен. Эвтектический сплав висмут 50 %, свинец 26,3 %, олово 13,3 %, кадмий 10 % 70 Т, П, М Токсичен. натрий 70 %, ртуть 30 % 70 Т Хим.акт, Токсичен. висмут 48,8 %, свинец 24,3 %, олово 13,8 %, кадмий 13,1 % 68,5 Т, П, М Токсичен. висмут 52,2 %, свинец 26 %, олово 14,8 %, кадмий 7 % 68,5 Т, П, М Токсичен. висмут 50,1 %, свинец 26,6 %, олово 13,3 %, кадмий 10 % 68 Т, П, М Токсичен. Сплав Липовица висмут 50 %, свинец 25 %, олово 12,5 %, кадмий 12,5 % 68 Т, П, М Токсичен. Сплав Вуда висмут 50,4 %, свинец 25,1 %, олово 14,3 %, кадмий 10,2 % 67,5 Т, П, М Токсичен. Сплав Вуда висмут 50,1 %, свинец 24,9 %, олово 14,2 %, кадмий 10,8 % 65,5 Т, П, М Токсичен. Сплав Вуда натрий 99 %, таллий 1 % 64 Т Хим.акт Эвтектический сплав висмут 50,0 %, олово 12,5 %, свинец 25 %, кадмий 12,5 % 60,5 Т, П, М, Ж Токсичен. висмут 53,5 %, олово 19 %, свинец 17 %, ртуть 10,5 % 60 Т токсичен натрий 60 %, ртуть 40 % 60 Т Хим.акт. Токсичен. висмут 49,4 %, индий 21 %, свинец 18 %, олово 11,6 % 57 Т, П, М, Ж Эвтектический сплав ртуть 70 %, натрий 30 % 55 Т токсичен, реаг.с водой. висмут 42 %, свинец 32 %, ртуть 20 %, кадмий 6 % 50 Т токсичен висмут 36 %, ртуть 30 %, свинец 28 %, кадмий 6 % 48 Т токсичен висмут 47,7 %, индий 19,1 %, олово 8,3 %,
кадмий 5,3 %, свинец 22,6 % 47 Т, П, М, Ж Токсичен. Эвтектический сплав натрий 50 %, ртуть 50 % 45 Т Хим.акт. висмут 40,2 %, кадмий 8,1 %, индий 17,8 %,
свинец 22,2 %, олово 10,7 %, таллий 1 % 41,5 Т, П, М, Ж Токсичен. галлий 95 %, цинк 5 % 25 5,95 Т натрий 85,2 %, ртуть 14,8 % 21,4 Т Хим.акт. галлий 92 %, олово 8 % 20 Т галлий 82 %, олово 12 %, цинк 6 % 17 6,13 Т галлий 76 %, индий 24 % 16 6,235 Т галлий 67 %, индий 29 %, цинк 4 % 13 6,355 Т Галлий 67 %, индий 20,5 %, олово 12,5 % 10,6 Т галлий 62 %, индий 25 %, олово 13 % 4,85 6,44 Т галлий 61 %, индий 25 %, олово 13 %, цинк 1 % 3 6,4 Т Русский сплав рубидий 91,8 %, натрий 8,2 % −4,5 1,485 Т Хим.акт. калий 77,3 %, натрий 22,7 % −12,5 0,882 Т, Л, И Хим.акт. Эвтектический сплав NaK цезий 93 %, натрий 7 % −28 1,765 Т, И Хим.акт. цезий 94,5 %, натрий 5,5 % −30 1,778 Т, И Хим.акт. ртуть 97,2 %, натрий 2,8 % −48,2 13,16 Т Реаг.с водой. ртуть 91,44 %, таллий 8,56 % −61 13,45 Т Токсичен Наиболее легкоплавкая амальгама натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % −78 1,28 Т, И Реаг. с водой. Советский сплав

Примечание: Несколько различных Tпл для одного и того же сплава — результат разночтений источников данных