Bly utvinns ur sin malm genom reduktion med kol. Stora ansträngningar måste göras för att separera blymalmen från zinkmalmen. På senare år har bly blivit ett av de mest återvunna materialen i allmänt bruk.
Användningar av bly
Över 80 % av allt bly som produceras hamnar i blybatterier, med blymetall som katod och bly(IV)oxid som anod. Förutom startbatterier för vägfordon används dessa även för nollutsläpps- och hybridfordon, reservkraft (t.ex. för datorer och telefonsystem) och energilagring i fjärrkraftstillämpningar.
Figur 1 Användning av bly.
Resten används i en mängd olika tillämpningar:
- strålningsskydd, antingen som metallplåt (vid användning av röntgenutrustning och annan kraftfull strålningsutrustning) eller som blyföreningar i glas för att skydda mot strålning (t.ex. i tv-rör och i medicinsk utrustning)
- som blyföreningar som tillsätts till poly(kloreten) (PVC) som stabilisator (där hållbarheten är viktig)
- i takbeläggning (t.ex, för infällningar på tak)
- rör och beklädnad av kärl i kemiska fabriker (bly används inte längre för hushållsvattenrör)
- skydd av underjordiska eller undervattenskablar för kraftledningar
Bly används också i en mängd olika legeringar med stål, mässing och aluminium (för att förbättra maskinbearbetningsbarheten) och med tenn för lödning.
Årlig produktion (primärt bly)
Dessa siffror gäller primär produktion från malmen och inkluderar inte sekundär produktion från återvunnet material.
| Världen | 4,7 miljoner ton |
| Kina | 2,3 miljoner ton |
| Australien | 633 000 ton |
| USA. | 385 000 ton |
| Peru | 300 000 ton |
| Mexiko | 240 000 ton |
| Indien | 130 000 ton |
Data från:
U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, 2016.
Framställning av bly
Ungefär hälften av världens raffinerade bly kommer från blymalm, medan den andra hälften kommer från sekundära (skrot) blykällor. Kina och Australien har de största mängderna blymalm och är också de största primärproducenterna av metallen. Kanada, USA och Peru har mindre men betydande mängder malm.
|
Den viktigaste blymalmen är galenan (PbS). Andra viktiga malmer, såsom cerrusit (PbCO3) och anglesit (PbSO4), kan betraktas som vittringsprodukter av galenan och återfinns vanligen närmare ytan.
Den primära tillverkningen av bly omfattar tre steg:
a) malmkoncentration
b) smältning
c) raffinering
(a) Malmkoncentration
Bly- och zinkmalmer (vanligen sphalerit, ZnS) förekommer ofta tillsammans och kan även innehålla silver, koppar och guld. Malmen måste först separeras från lera och andra silikater (”gangue”) varefter blymalmen och zinkmalmen separeras.
Den process som används är skumflotation, en följd av steg som vart och ett ger en högre koncentration av blymalmen. Malmen, som innehåller gångarter (som vanligtvis innehåller 3-8 % bly), mals med vatten till en partikelstorlek som liknar fin sand (<0,25 mm). Detta blandas sedan med vatten och ett skumbildande medel (ett rengöringsmedel) och omrörs våldsamt med luft för att bilda en fin suspension med ett skum av bubblor på toppen. Processen sker i en serie tankar. Eftersom bly- och zinkmineralerna är mindre lättvätskade än gångarterna, fäster de sig vid luftbubblorna som förs upp till ytan. Bergpartiklarna sjunker och bly- och zinkmalmen skummas av.
Därefter separeras blymalmen från zinkmalmen. Man tillsätter en kemikalie som kallas för ett deprimerande medel som är lösligt i vatten (t.ex. zinksulfat) och zinkmalmen sjunker och blymalmen skummas bort. Senare tillsätts en kemikalie som t.ex. koppar(II)sulfat och zinkmalmen flyter nu och skummas bort.
Blymalmskoncentratet från flotationstankarna innehåller nu ca 50 % bly och ca 0,1 % silver, en relativt liten men värdefull mängd.
(b) Smältning
Smältning är vanligtvis en tvåstegsprocess som beskrivs här, även om enstegsmetoder med lägre energianvändning och utsläpp också används.
Efter blandning med kalksten rostas den filtrerade koncentrerade malmen i luft eller syreberikad luft på ett rörligt band. Det mesta av sulfiden omvandlas till bly(II)oxid:
Svaveldioxidgasen kan sedan renas och användas för att framställa svavelsyra.
Bly(II)oxiden värms upp och görs till klumpar, en process som kallas sintring. Klumparna (sintret) krossas och sorteras till en lämplig storlek för efterföljande behandling i en masugn, som till sin konstruktion liknar de ugnar som används för att framställa järn men som är mindre.
Det sorterade sintret (varje klump är ungefär lika stor som en knytnäve) blandas med cirka 7 % av sin massa i koks och kalksten. Koken tillsätts i två syften, dels som reduktionsmedel och dels som värmekälla när den reagerar med luften som, liksom vid järnframställning, pumpas in i ugnen. Kalkstenen ger material till flussmedlet som innehåller orenheterna, slaggen. Blandningen matas in i toppen av masugnen och bly(ll)oxid reduceras till smält bly. Kol och kolmonoxid, som produceras från koks, är reduktionsmedel:
Det smälta blyet tappas av från ugnens botten och gjuts antingen i, typiskt sett, 4-tons göt eller läggs i en ”holding kettle” som håller metallen smält för raffineringen.
Produkten innehåller cirka 99,5 % bly, de återstående 0,5 % är mestadels antimon och silver med mindre mängder av andra metaller, inklusive guld. Eftersom den innehåller silver och guld i detta skede kallas blyet för buljongbly.
Flussmedlen bildar en smält slagg av metalloxider och silikater som flyter ovanpå. Slaggen innehåller mycket av den zink som finns kvar i malmen och behandlas senare för att producera metallisk zink.
Smältning kan också ske med hjälp av en lans genom vilken olja och syreberikad luft passerar med hög hastighet och bildar turbulenta förhållanden. Det finns flera sådana processer som drivs under namn som Isasmelt, Ausmelt och Sirosmelt. Isasmelt-processen i ett steg diskuteras i slutet av denna enhet.
(c) Raffinering
Buljongen värms upp till strax över sin smältpunkt. Fast koppar och kopparsulfid stiger upp till ytan och skummas bort.
Arsenik avlägsnas sedan genom att blyet rörs om med en luftstöt och den resulterande slaggen, som innehåller arsenikoxider, skummas bort.
Silver avlägsnas genom en teknik som kallas Parkes-processen. Ungefär 2 % zink tillsätts till blyet och en silverrik zinkskorpa bildas och avlägsnas. Mer zink tillsätts sedan vid 740 K (dess mp är 693 K) och badet kyls till strax över dess smältpunkt. Under nedkylningen separeras en fast silver-/zinkskorpa som stiger upp till ytan och avlägsnas kontinuerligt.
Parkesprocessen beror på följande:
- Bly och zink är nästan omblandbara strax över sina smältpunkter
- Silver är mycket mer lösligt i zink än i bly
- Silver/zink-legeringar har högre smältpunkt än ren zink.
Vid 863 K avlägsnas zink genom att blyet överförs till en ”avzinkningskittel”. I detta skede innehåller det avsilvrade blyet cirka 0,6 % zink och 0,0004 % silver. Avzinkningen sker genom vakuumdestillation vid 860 K när zinken förångas.
Slutligt avlägsnas alla spår av antimon och zink genom att blanda natriumhydroxid i smält bly vid 760 K (dess smältpunkt är 600 K). Det resulterande natriumzinkatet och antimonatet bildar ett skinn på ytan av det smälta blyet som skummas bort. Det raffinerade blyet har en renhet på 99,99 %.
Sekundärproduktion
Globalt sett kommer över 50 % av det bly som används årligen från återvunna källor. Faktum är att över 90 % av det bly som används i USA kommer från återvunnen metall.
| Världen | 5,5 miljoner ton |
| Kina | 1,5 miljoner ton |
| USA | 1.1 miljon ton |
| Indien | 340 000 ton |
| Tyskland | 290 000 ton |
| Mexiko | 205 000 ton |
| Brasilien | 188 000 ton |
Data från:
International Lead Association, 2012.
Bly för återvinning kan vara i form av metallskrot (t.ex. takplåt) eller blyföreningar, t.ex. pastor från blybatterier. Rent metalliskt bly kan smältas och raffineras direkt, men föreningar och blylegeringar kräver smältning med hjälp av processer som liknar dem som används för blymalmer.
Tvåstegsprocess
I tvåstegsprocessen för sekundärproduktion används mindre rotations- eller reverberatorugnar (figur 3) i stället för större masugnar, eftersom detta ger bättre kontroll över blyets kvalitet. Rotationsugnar kan ta emot bly i nästan vilken form som helst och kan använda många olika kolkällor (naturgas, olja och koks) för reduktion.
I det första steget används mycket lite reduktionsmedel och när ugnen väl har värmts upp smälter allt metalliskt bly och kan tappas av efter några timmar. Detta kommer att ha en hög renhet eftersom andra material, inklusive blyföreningar, finns kvar i slaggen. Ytterligare skrot tillsätts och processen upprepas tills tillräckligt med slagg har samlats för det andra steget.
Det andra steget innebär att slaggen reduceras med hjälp av ett kolbaserat reduktionsmedel. Natriumkarbonat (”soda”) eller kalciumkarbonat tillsätts också som ”flussmedel” för att hjälpa till att forma slaggen från orenheter. Blyoxider, blysulfat och eventuella antimonoxider reduceras, och resultatet blir ”antimonbly”, som även kan innehålla lite vismut och silver. Antimonet (2-5 %) ger blyet större styrka.
Figur 3 Illustration av en roterugn, som här används vid sekundärproduktion av bly.
Enstegsprocess
Isasmelt-processen, figur 4, är ett exempel på en av de modernaste metoderna för sekundärproduktion av bly, där man använder sig av en enstegsprocess, framför allt för bearbetning av pasta från batterier. Denna matas in i en ugn och smälts med hjälp av en lans genom vilken en blandning av olja och syreberikad luft matas in. Det är mer ekonomiskt att använda syreberikad luft än luft, eftersom detta ökar reaktionshastigheten och innebär att mindre kemiska anläggningar kan användas och att bränslekostnaderna minskar. Dessutom är det lättare att se till att inga gaser som svaveldioxid går förlorade och förorenar atmosfären. Syreanläggningar byggs på platsen.
Figur 4 Produktion av sekundärt bly med hjälp av Isasmelt-processen.
Under de kommande 36 timmarna matas mer pasta, tillsammans med kol som reduktionsmedel, in i ugnen vid cirka 1250 K och bly med en renhet på 99,9 % tappas av med några timmars mellanrum.
Senare tillsätts flussmedel och temperaturen höjs till 1500 K. Detta reducerar slaggen, vilket återigen resulterar i antimoniskt bly.
Isasmelt-processen har högre termisk verkningsgrad och den återstående avfallsslaggen har en lägre restblyhalt.
Processen används också för primär blyproduktion.