امروزه فلزات و عناصر بسیار مختلفی در طبیعت وجود دارد که بشر برای اهداف موردنظر خود از آن‌ها استفاده می‌کند. یکی از این عناصر، فلز سرب بوده که اتفاقاً در کنار مزایا و خواص فوق‌العاده خود، می‌تواند برای سلامتی انسان نیز خطرناک باشد. بااین‌وجود، امروزه استفاده از فلز سرب به‌عنوان یک عنصر و یا آلیاژ، کاربردهای بسیار زیادی پیدا کرده است. ما در ادامه قصد داریم به‌صورت کامل در خصوص این فلز فوق‌العاده، کاربردها، تاریخچه و هر آن چه که نیاز است بدانید، صحبت کنیم.
تاریخچه استفاده از فلز سرب
مصریان باستان احتمالاً اولین کسانی بودند که توانستند فلز سرب را استخراج کرده و از آن برای ساختن مجسمه‌های کوچک خود استفاده کنند. متخصصان و کاشفان این نکته را با پیداکردن ترکیبات سرب در لعاب‌های سفالی مصری کشف کرده‌اند. البته باید به این مسئله نیز توجه داشت که در کشور چین نیز تا سال 2000 قبل از میلاد، از سرب برای ساخت سکه استفاده می‌شد. اما در این میان، یونانی‌ها اولین کسانی بودند که ویژگی‌های فوق‌العاده این فلز در برابر خوردگی را تشخیص داده و از آن به‌عنوان پوششی محافظ بر روی بدنه کشتی‌های خود استفاده کردند. این کاربرد، کاربردی است که تا به امروزه نیز مورداستفاده قرار بگیرد.
در نتیجه رومی‌ها، شروع به استخراج مقادیر زیادی سرب برای سیستم‌های آبی گسترده خود کردند. در قرن اول پس از میلاد، اعتقاد بر این بود که تولید سرب رویم، تقریباً 80000 تن در سال بود. این مردمان از ورق‌های سرب برای خطوط لوله‌کشی آب به حمام‌ها استفاده می‌کردند. این در حالی است که لوله‌های سرب با پیچاندن ورق‌های فلزی به‌دور یک میله و لحیم کردن لبه‌های آن به یکدیگر، ایجاد می‌شده است. لوله‌کشی سرب تا قرن بیستم نیز مورداستفاده بشر قرار می‌گرفته است و به این لوله‌ها در محافظت هر چه بیشتر مقابل خوردگی کمک می‌کرده است. این استفاده تا زمانی که مسمومیت با سرب تشخیص داده شد، ادامه داشت. در قرون‌وسطی، سرب به دلیل مقاومت در برابر آتش، به‌عنوان یک ماده جهت ساخت سقف در برخی از مناطق اروپا استفاده می‌شد. هم کلیسای وست مینستر و هم کلیسای جامع سنت پل در لندن، دارای سقف‌هایی سربی بوده که قدمت آن‌ها به صدها سال قبل بازمی‌گردد.
بعدها از اسپند (آلیاژی از قلع و سرب) برای ساخت لیوان، بشقاب، کار و چنگال و … استفاده شد. به دنبال توسعه سلاح‌های گرم، چگالی بالای سرب موجب شد تا از آن به‌عنوان یک ماده ایدئال برای ساخت گلوله استفاده شود و بدین ترتیب گلوله‌های سربی محبوبیت زیادی پیدا کردند. شات سرب برای اولین‌بار در اواسط قرن هفدهم با اجازه دادن به قطرات سرب ذوب شده در آب ریخته شد و در آن جا به شکل کروی جامد، درمی‌آمد.
آشنایی با فلز سرب
سرب یک فلز طبیعی بوده که می‌توان آن را در پوسته زمین پیدا کرد. این فلز در شکل ظاهری خود نقره‌ای یا آبی مایل به سفید بوده و در دمای اتاق به‌صورت جامد است. این عنصر دارای عدد اتمی 82 است، یعنی هر اتم سرب دارای 82 عدد پروتون است. فلز سرب طبیعی از مخلوطی از 4 ایزوتروپ پایداری تشکیل شده است، اگرچه ایزوتروپ‌های رادیویی نیز دارد.
نام عنصر سرب از کلمه آنگلوساکسون برای این فلز گرفته شده است. این فلز با قرارگرفتن در برابر اکسیژن، اکسید شده و رنگ آن به خاکستری مایل به آبی تغییر خواهد کرد. سرب را می‌توان در دسته فلزهای چکش خوار و منعطف قرار داد و نرمی آن به‌قدری است که می‌توان با ناخن بر روی آن خراش ایجاد کرد. سرب به شکل عنصری یا خالص در طبیعت به‌ندرت یافت می‌شود. جالب است بدانید که این فلز تنها 0.0013 درصد از پوسته زمین را به خودش اختصاص داده است.
البته این فلز به دلیل قابلیت بازیافتی و همچنین استخراج آسانی که دارد، به‌وفور مورداستفاده قرار می‌گیرد. از آن جایی که این فلز دارای نرمی بالایی است، می‌توان آن را با عناصر دیگر ترکیب کرد. اضافه‌کردن مقادیر کمی از آرسنیک، مس، آنتیموان یا سایر فلزات می‌تواند باعث سخت شدن فلز سرب شود. از این آلیاژهای اغلب در تولید محصولات مختلف حاوی سرب استفاده می‌شود. این عنصر به شکل مرکب نیز در فرایندهای تولید، عمدتاً به‌عنوان رنگدانه، کاربردهای زیادی دارد.
ترکیبات سرب را می‌توان به دسته‌های کلی زیر طبقه‌بندی کرد:
- ترکیبات ارگانولید
- اکسیدهای سرب
- سولفیدهای سرب
- نمک‌های سرب
ویژگی‌ها و خواص فلز سرب
اما شاید برای شما هم این سؤال ایجاد شده باشد که دلیل محبوبیت بیش از اندازه این عنصر در بین متخصصان و صنایع دیگر چه می‌تواند باشد؟ باید اشاره کرد که وجود ویژگی‌ها و خواص جالب و متفاوتی که در این عنصر وجود دارد، موجب محبوبیت و کاربرد بالای این فلز شده است. از مهم‌ترین ویژگی‌ها و خواص فلز سرب می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- فلزی چگال است.
- قابلیت چکش خواری مناسبی دارد.
- نقطه ذوب پایینی داشته و به‌آسانی قابل ذوب است.
- سهولت در ریخته‌گری
- تراکم بالا
- سهولت ساخت و تولید
- مقاوم در برابر اسید مانند اسیدسولفوریک
- مقاوم در برابر واکنش‌های شیمیایی
- پایداری شیمیایی در هوا، آب‌وخاک
- توانایی تضعیف امواج صوتی، تشعشعات اتمی و ارتعاش مکانیکی
تولید سرب
حدود نیمی از کل سرب تولید شده در هرسال، از مواد بازیافتی است. به این معنی که سرب یکی از بالاترین نرخ‌های بازیافت را در بین تمامی مواد رایج امروزی دارد. در سال 2008، تولید سرب در سراسر جهان، از هشت میلیون تن فراتر رفت و در سال اخیر شاهد اوج گرفتن تولید این فلز در جهان هستیم. از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان سرب استخراج شده، می‌توان به چین، استرالیا و ایالات متحده آمریکا اشاره کرد.
درحالی‌که عظیم‌ترین سازندگان سرب از روش بازیافتی ایالات متحده آمریکا، چین و آلمان هستند. جالب است بدانید که کشور چین به‌تنهایی حدود 60 درصد از کل تولید سرب را به خود اختصاص داده است. مهم‌ترین سنگ معدن سرب از نظر اقتصادی، گالن نام دارد. گالن حاوی سولفید سرب (PbS) و همچنین روی و نقره است که همه آن‌ها را می‌توان برای تولید فلزات خالص استخراج و سپس تصفیه کرد.
سایر سنگ‌های معدنی که برای سرب استخراج می‌شوند عبارت‌اند از انگلیسیت و سروسیت. بخش بزرگی (حدود 90 درصد) از کل سرب در باتری‌های سرب اسیدی، ورق‌های سرب و سایر کاربردهای فلزی که قابل بازیافت هستند، استفاده می‌شود. در نتیجه در حدود پنج میلیون تن سرب یا 60 درصد از کل تولید این فلز، از مواد بازیافتی است.
موارد کاربرد و استفاده از سرب
امروزه فلز سرب کاربردهای بسیار متنوعی در صنایع مختلف دارد. ممکن است از این عنصر به‌عنوان یک فلز خالص، آلیاژ شده با فلزات دیگر و یا به‌عنوان یک ترکیب شیمیایی استفاده کرد. از مهم‌ترین کاربردهای فلز سرب می‌توان زیر را برشمرد:
- باتری‌های سرب اسید
بدون شک، یکی از پرکاربردترین موارد سرب در صنعت، تولید باتری‌های سرب اسید. است. باید بدانید که این عنصر قابلیت مقاومت بالایی در برابر اسیدها داشته و به همین دلیل مصرف اصلی آن برای باتری‌های ذخیره سرب اسید است. در این باتری‌ها یک شبکه یا صفحه از سرب با فلزات دیگر، معمولاً آنتیموان، ساخته شده و مورداستفاده قرار خواهد گرفت.
- اکستروژن‌های نورد
ورق‌های فلز سرب در ساخت‌وساز برای هوازدگی جهت مانع شدن از ورود آب در سقف‌ها و پوشش‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد. به دلیل مقاومت این عنصر در برابر خوردگی شیمیایی، ورق سرب جهت لایه محافظ در حمام، مخازن ذخیره‌سازی و … استفاده می‌گردد. چگالی بالای ورق سرب آن را به یک ماده بسیار مؤثر برای اهداف عایق صدا نیز بدل کرده است. فولاد با روکش سربی نیز می‌تواند در برابر تابش و اشعه‌های مختلف قدرت محافظتی پیدا کند.
- لوله‌های سرب
لوله‌های سربی به دلیل خاصی نظیر مقاومت در برابر خوردگی می‌توانند به‌عنوان حامل مواد شیمیایی خورنده در کارخانه‌های شیمیایی یا پتروشیمی‌ها مورداستفاده قرار بگیرند. همچنین لوله سربی با ترکیب مناسب هنوز هم استفاده در اتصال کابل‌های غلاف سربی اکسترود استفاده می‌شود.
- رنگ‌دانه‌ها
امروزه به طور گسترده از این عنصر برای ساخت رنگ‌ها استفاده می‌کنند. اگرچه اخیراً استفاده از سرب در رنگ‌ها برای ازبین‌بردن یا کاهش خطرات سلامتی به‌شدت کاهش‌یافته است، اما همچنان این عنصر، یکی از مواد تشکیل‌دهنده برخی از رنگ‌ها است. سرب سفید 2PbCO3-Pb(OH)2 پرمصرف‌ترین رنگدانه سرب است. دیگر رنگ‌دانه‌های مهم فلز سرب، سولفات سرب و کرومات سرب هستند.
- روکش کابل
آلیاژهای این عنصر به جهت چکش خواری مناسب، توانایی اکسترون خوب، نقطه ذوب کم و مقاومت بالا در برابر فرسودگی، قابلیت استفاده در طیف وسیعی از محیط‌های صنعتی و دریایی، خاک‌ها و مواد شیمیایی، به‌عنوان یکی از بهترین مواد محافظتی و پوششی برای کابل‌ها برق فشارقوی استفاده می‌شوند.
- مهمات
استفاده از مهمات با گلوله‌های سربی که معمولاً در ورزش‌های تیراندازی با سلاح‌های سبک انجام می‌شود، هنوز هم کاربرد زیادی دارد.
- آلیاژهای سرب
سرب با طیف وسیعی از عناصر دیگر قابلیت تولید آلیاژ را دارد. آلیاژهای سرب با قلع، مس، آرسنیک، آنتیموان، بیسموت، کادیوم و سدیم دارای کاربردهای زیادی در صنایع مختلف هستند. از سرب برای تولید بلبرینگ، انجام لحیم و … بهره می‌برند
- دیگر کاربردها
شات سرب آلیاژی از سرب، آنتیموان و آرسنیک است. فویل‌های سربی از آلیاژهای این فلز تولید می‌گردند و برای کم‌کردن فرسودگی ابزارآلاتی که از این عنصر تشکیل شده‌اند، به آن فلز برنج نیز اضافه می‌کنند.
آشنایی با استخراج سرب از معدن
تنها حدود نیمی از مواد سرب مورداستفاده امروزی، از معادن استخراج می‌شود. مابقی نیاز بشر به این ماده باز بازیافت، عمدتاً بازیافت باتری خودروها به دست خواهد آمد. سرب از سنگ معدن‌های حفر شده از معدن زیرزمینی استخراج می‌شود. از بیش از 60 کانی که حاوی سرب بوده، تنها 3 مورد از آن‌ها، گالن، سروسیت و انگلیسیت از نظر تجری قابل دوام هستند. معمولاً سرب همراه با فلزات دیگری مانند نقره و روی بازیافت خواهد شد.
استخراج فلز سرب از سنگ‌های معدن، یک فرایند چندمرحله‌ای است. ابتدا سنگ معدن سرب به ذرات ریز کمتر از 0.1 میلی‌متری آسیاب می‌شود و بافتی شبیه به نمک خوراکی به سنگ معدن می‌دهند. سپس پودر سرب در یک فرایند فیلتراسیون قرار می‌گیرد که شامل مخلوط کردن سنگ سرب با آب، افزودن روغن کاج و واردکردن حباب‌های هوا و هم زدن می‌شود. این عمل موجب می‌گردد تا کف نفتی حاوی سنگ سرب روی سطح تشکیل شود.
بعدازاین مرحله متخصصین کف را از بین برده و سپس فیلتر می‌کنند تا آب آن را خارج کنند. سپس پودر در دمای بیش از 2500 درجه فارنهایت زینتر شده تا ناخالصی‌هایی مانند گوگرد را اکسید کنند. پودر حاصل بیشتر در یک کوره بلند گرم می‌شود و سرب مذاب تولید شده و به داخل قالب‌های سرب کشیده خواهد شد.
در این مرحله، سرب حاصل شده دارای خلوص 95 درصد بوده و با ذوب و جداکردن ناخالصی‌ها برای رسیدن به خلوص بیش از 99 درصد، از فرایند تصفیه استفاده می‌کنند. فلزاتی مانند طلا و نقره را می‌توان با افزودن مقدار کمی روی، از شمش جدا کرد. دلیل این امر نیز این نکته است که طلا و نقره راحت از سرب، در روی حل شده و زمانی که شمش کمی سرد شد، تفاله‌های آن به سمت بالا می‌آیند و سایر فلزات را نیز با خود می‌آوردند.
هنگامی که مواد سرب به سطح خلوص کافی رسید، به‌عنوان محصول نهایی به بلوک‌های سربی ریخته خواهند شد. در برخی از موارد ممکن است مقادیر کمی ناخالصی مانند مس، آنتیموان، قلع و روی نیز به مواد اضافه شده تا آلیاژهای سرب با خواص مختلف تولید شود.
اثرات سرب بر سلامتی انسان
با اینکه فلز سرب یکی از عناصر مهم در صنایع مختلف است، اما این عنصر دارای یک عیب بزرگ است. سرب از جمله عناصری است که بیشترین اثرات مخرب را بر روی سلامتی بشر دارد. این عنصر می‌تواند از طریق غذا (65 درصد)، آب (20 درصد) و هوا (15 درصد) وارد بدن انسان شود. غذاهایی مانند میوه، سبزی‌ها، گوشت، غلات، غذاهای دریایی، نوشابه و دود سیگار حاوی مقادیر قابل‌توجهی از سرب هستند.
سرب می‌تواند از طریق خوردگی لوله‌ها وارد آب آشامیدنی شود. این اتفاق به‌خصوص زمانی که آب کمی حالت اسیدی به خود می‌گیرد، بیشتر روی می‌دهد. به همین دلیل است که سیستم‌های تصفیه آب عمومی در حال حاضر ملزم به انجام تنظیم Ph در آب هستند که به اهداف نوشیدن آب آشامیدنی سالم کمک کنند.
تا آن جا که متخصصان اعلام کرده‌اند، سرب هیچ عملکرد اساسی در بدن انسان ندارد، فقط می‌تواند پس از جذب از غذا، هوا و یا آب به سلامتی انسان آسیب برساند. این عنصر می‌تواند چندین اثر ناخواسته را برای سلامتی ایجاد کند:
- اختلال در بیوسنتز هموگلوبین و کم‌خونی
- افزایش فشارخون
- آسیب کلیه
- سقط جنین
- اختلال در سیستم عصبی
- ضربه مغزی
- کاهش باروری مردان از طریق آسیب به اسپرم
- کاهش توانایی یادگیری کودکان
- اختلالات کودکان مانند پرخاشگری، رفتار تکانشی و بیش‌فعالی
- همچنین باید بدانید که عنصر سرب می‌تواند از طریق مادر به جنین انتقال پیدا کنند و به سیستم عصبی و مغز کودکان متولد نشده، آسیب‌های جدی وارد کند.
