Chì

Lịch sử

Chì từng được sử dụng phổ biến hàng ngàn năm trước do sự phân bố rộng rãi của nó, dễ chiết tách và dễ gia công. Nó dễ dát mỏng và dễ uốn cũng như dễ nung chảy. Các hạt chì kim loại có tuổi 6400 TCN đã được tìm thấy ở Çatalhöyük, Thổ Nhĩ Kỳ ngày nay. Vào đầu thời kỳ đồ đồng, chì được sử dụng cùng với antimon và asen.
Nhà sản xuất chì lớn nhất trước thời kỳ công nghiệp là nền kinh tế La Mã, với sản lượng hàng năm 80.000 tấn, đặc biệt chúng là phụ phẩm của quá trình nung chảy bạc. Hoạt động khai thác mỏ của La Mã diễn ra ở Trung Âu, Anh thuộc La Mã, Balkans, Hy Lạp, Tiểu Á; riêng ở Hispania chiếm 40% sản lượng toàn cầu.
Các ống chì La Mã thường khảm lên phù hiệu của các hoàng đế La Mã. Đường ống dẫn nước bằng chì ở Tây Latin có thể đã được duy trì vượt qua thời kỳ Theodoric Đại đế tới tận thời Trung Cổ. Một số thỏi chì La Mã tượng trưng cho lịch sử khai thác chì Derbyshire và trong lịch sử công nghiệp của các trung tâm kinh tế ở Anh khác. Người La Mã cũng sử dụng chì nóng chảy để giữ các chân trụ sắt gắn kết với các khối đá vôi lớn ở các nhà thờ nhất định. Trong giả kim thuật, chì từng được cho là kim loại cổ nhất và liên quan đến Sao Thổ. Các nhà giả kim thuật sử dụng biểu tượng của Sao Thổ (♄) để ám chỉ chì.
Ký hiệu của chì Pb là chữ viết tắt từ tên tiếng Latin plumbum nghĩa là kim loại mềm; có nguồn gốc từ plumbum nigrum ("plumbum màu đen"), trong khi plumbum candidum (nghĩa là "plumbum sáng màu") là thiếc.

Tính chất vật lý

Chì có màu trắng bạc và sáng, bề mặt cắt còn tươi của nó xỉ nhanh trong không khí tạo ra màu tối. Nó là kim loại màu trắng xanh, rất mềm, dễ uốn và nặng, và có tính dẫn điện kém so với các kim loại khác. Chì có tính chống ăn mòn cao, và do thuộc tính này, nó được sử dụng để chứa các chất ăn mòn (như axit sulfuric). Do tính dễ dát mỏng và chống ăn mòn, nó được sử dụng trong các công trình xây dựng như trong các tấm phủ bên ngoài các khới lợp. Chì kim loại có thể làm cứng bằng cách thêm vào một lượng nhỏ antimony, hoặc một lượng nhỏ các kim loại khác như canxi.
Chì dạng bột cháy cho ngọn lửa màu trắng xanh. Giống như nhiều kim loại, bộ chì rất mịn có khả năng tự cháy trong không khí. Khói độc phát ra khi chì cháy.

Phân bố

Chì kim loại có tồn tại trong tự nhiên nhưng ít gặp. Chì thường được tìm thấy ở dạng quặng cùng với kẽm, bạc, và (phổ biến nhất) đồng, và được thu hồi cùng với các kim loại này. Khoáng chì chủ yếu là galena (PbS), trong đó chì chiếm 86,6% khối lượng. Các dạng khoáng chứa chì khác như cerussite (PbCO₃) và anglesite (PbSO₄).

Chế biến quặng

Hầu hết quặng chì chứa ít hơn 10% chì, và các quặng chứa ít nhất 3% chì có thể khai thác có hiệu quả kinh tế. Quặng được nghiền và cô đặc bằng tuyển nổi bọt thông thường đạt đến 70% hoặc hơn. Các quặng sulfua được thiêu kết chủ yếu tạo ra chì ôxit và một hỗn hợp sulfat và silicat của chì và các kim loại khác có trong quặng.
Chì ôxít từ quá trình thiêu kết được khử trong lò cao bằng than cốc. Quá trình này chuyển hầu hết chì thành dạng kim loại. Ba lớp khác tách biệt nhau trong quá trình này và nổi lên đỉnh của chì kim loại. Chúng là xỉ (silicat chứa 1,5% chì), matte (sulfua chứa 15% chì), và speiss (asenua của sắt và đồng). Các chất thải này chứa chì, kẽm, cadimi, và bitmut ở các mức hàm lượng có thể được thu hồi một cách có kinh tế.
Chì kim loại tạo ra từ các quá trình thiêu kết và lò cao vẫn chứa một hàm lượng đáng kể các tạp chất asen, antimon, bitmut, kẽm, đồng, bạc và vàng. Dung dịch nóng chảy được xử lý trong lò lửa quặt với không khí, hơi nước và lưu huỳnh để ôxi hóa các tạp chất, trừ bạc, vàng và bitmut. Các tạp chất đã bị ôxi hóa sẽ bị loại bỏ khi chúng nổi lên đỉnh.
Hầu hết các quặng chì chứa một lượng đáng kể bạc, và kim loại nóng chảy cũng chứa bạc ở dạng tạp chất. Bạc kim loại cũng như vàng bị loại ra và được thu hồi bằng phương pháp Parkes.
Chì sau khi được tách bạc ra sẽ tiếp tục loại bỏ bitmut bằng phương pháp Betterton-Kroll bằng cách xử lý hỗn hợp chì với canxi và magiê kim loại để loại bỏ bitmut.
Chì rất tinh khiết có thể được thu hồi bằng quá trình điện phân chì nóng chảy theo phương pháp Betts. Phương pháp điện phân này sử dụng anốt là chì không tinh khiết và catốt là chì tinh khiết trong một bể điện phân với chất điện li là chì fluorosilicat (PbSiF₆) và axit hexafluorosilicic (H₂SiF₆).

Sản xuất và tái chế

Sản xuất và tiêu thụ chì đang tăng trên toàn thế giới. Tổng sản lượng hàng năm vào khoảng 8 triệu tấn; khoảng phân nửa được sản xuất từ tái chế. Đến năm 2008, các nước sản xuất chì dẫn đầu là Úc, Trung Quốc, Hoa Kỳ, Peru, Canada, Mexico, Thụy Điển, Morocco, Nam Phi và Bắc Hàn. Úc, Trung Quốc và Hoa Kỳ chiếm hơn phân nửa sản lượng nguyên thủy (không tính tái chế).
Đến năm 2010, 9,6 triệu tấn chì đã được sản xuất, trong đó 4,1 triệu tấn từ khai thác mỏ.
Với tốc độ sử dụng hiện tại, nguồn cung ứng chì ước tính sẽ cạn kiệt trong vòng 42 năm nữa. Theo phân tích của Lester Brown thì ông cho rằng chì có thể cạn kiệt trong vòng 18 năm nữa nếu tốc độ sử dụng gia tăng 2% mỗi năm. Điều này có thể cần được xem xét lại khi tính tới sự quan tâm mới được phục hồi trong việc tái chế, và tiến bộ nhanh trong công nghệ tế bào nhiên liệu.

Đặc điểm sinh hóa của ngộ độc chì

Trong cơ thể người, chì ức chế tổng hợp porphobilinogen synthase và ferrochelatase, chống lại sự hình thành cả hai chất porphobilinogen và kết hợp với sắt tạo thành protoporphyrin IX, giai đoạn cuối cùng trong sự tổng hợp heme. Quá trình này làm cho sự tổng hợp heme không hiệu quả và sau đó làm microcytic anemia. Ở các mức thấp hơn, nó có vai trò tương tự như canxi, can thiệp vào các kên ion trong quá trình truyền dẫn thần kinh. Đây là một trong những cơ chế mà theo đó nó can thiệp vào nhận thức. Nhiễm độc chì cấp tính được chữa trị bằng cách sử dụng dinatri canxi edetat: là canxi chelat của muối dinatri của axit ethylene-diamine-tetracetic (EDTA). Chất này có ái lực lớn với chì hơn là canxi và do đó tạo ra chì chelat bằng các trao đổi ion. Chất này sau đó được bài tiết qua đường tiểu, trong khi canxi còn lại là vô hại.

Rò rỉ chì từ các bề mặt kim loại

Biểu đồ Pourbaix bên dưới cho thấy chì dễ ăn mòn trong môi trường citrat hơn trong môi trường không tạo phức. Phần trung tâm của biểu đồ cho thấy rằng kim loại chì bị ôxy hóa dễ dàng trong môi trường citrat hơn là trong nước thông thường.