铅

铅（Pb）是一种位于元素周期表第六周期IV主族的重金属元素，其原子序数为82，原子量为207.21。作为碳族元素的一员，铅与碳、硅、锗和锡同属一个家族。在物理特性上，铅展现出较小的硬度、较大的密度以及较低的熔点。然而，它对电和热的传导性能并不理想。此外，高温下铅易于挥发，且液态流动性强。在常温环境下，潮湿或含二氧化碳的空气中会形成暗灰色覆盖膜；当加热时，铅易被氧化，并且可溶于硝酸和醋酸溶液。值得注意的是，铅作为一种有毒物质，对人体具有显著毒性并可在体内累积。由于无法降解的特性，排放到环境中的铅将长期保持其可用性，从而对多种生物组织构成潜在威胁，因此被认为是一种严重的污染物。

从历史的角度来看，人类早期便开始使用铅这种金属。现代提炼铅的过程通常涉及硫化矿或氧化矿的选择与净化，以去除杂质并获得纯金属铅。在当代工业中，纯铅主要用于生产各种合金材料，这些合金广泛应用于电池制造、电缆护套、化工设备、电子工业、高温焊料、轴承合金及模具合金等领域。

铅是一种在地壳中相对稀缺的元素，其丰度仅为0.0010%，但它容易形成矿体并广泛分布于地壳之中。作为亲硫元素，铅主要以原生方铅矿和次生白铅矿的形式存在，且较少形成硅酸盐矿物。由于大多数铅矿床属于低温热液型矿床，它们常与闪锌矿共生，形成铅锌混合矿床。

全球范围内，铅锌矿资源分布广泛，目前已在50多个国家发现此类矿床。根据美国地质调查局的数据，截至2015年底，全球已探明的铅资源量超过20亿吨。这些资源主要分布在大洋洲、亚洲、北美洲和南美洲，其中美国、澳大利亚、中国、加拿大、秘鲁和墨西哥等国家拥有较大的储量。

在全球范围内，勘查和开采铅锌矿的主要类型包括喷气沉积型、密西西比河谷型、砂页岩型、黄铁矿型、矽卡岩型以及热液交代型脉型等。其中，前四种类型占据了世界总储量的85%以上。特别是喷气沉积型矿床，不仅储量丰富，而且品位较高，因此受到各国的高度关注。

中国铅资源广泛分布于多个地区。青海锡铁山、湖南临湘桃林等地的大型高品位铅锌混合矿，属前震旦纪变质岩矿床。云南、贵州等多地的中小型铅锌混合矿多为碳酸岩类中矿床。湖南水口山等地及云南个旧等地的铅锌混合矿品位较高，储量规模不一，属多金属共生矿体。江西东北部硅酸岩中有大型扁豆状铅矿床，广东凡口、甘肃厂坝等也是大型铅矿资源，小秦岭地区铅矿床含金高且规模大，备受关注。

铅是一种重金属元素，其原子序数为82，电子层结构为6s²6p²。该元素具有面心立方晶格结构，晶格常数为494.9皮米，邻近Pb-Pb之间的距离为349皮米。外观呈淡蓝灰色，并在干燥环境下展现出金属光泽。纯铅的莫氏硬度为1.5，是所有重金属中最软的一种，表面可轻易被指甲划伤。当含有杂质时，其硬度会提升而韧性下降。尽管铅的展性好，能够制成薄片，但其机械强度和弹性较低，不适合拉制成丝。

在导电和导热性能方面，铅表现较差，且在高温下易于挥发，其蒸气有毒。液态铅的密度随温度升高而降低，流动性良好并具有强渗透性，粘度也会随温度上升而减小。由于铅的高原子序数和密度，它对射线的吸收和散射能力较强，因此在防护X射线和伽玛射线方面非常有效。

铅，作为一种典型的银灰色重金属，在自然环境中表现出独特的化学性质。新切开的铅表面最初呈现金属光泽，但很快会因与空气中的成分反应而形成一层氧化铅和碱式碳酸铅的覆盖层，导致表面迅速变为暗灰色。这种覆盖层虽然改变了铅的外观，但实际上为内层的金属铅提供了保护，阻止了进一步的氧化。

从化学活性的角度来看，铅属于中等活泼的金属，并具有两性元素的特征，能够展现+2和+4的氧化数。其中，+2价的铅化合物比+4价的更为稳定。特别是+4价的氧化态铅，它是一种强氧化剂，倾向于获得两个电子以达到相对稳定的6s²构型。

在常温下，铅能与空气中的氧反应，在其表面生成一层氧化膜，这一过程导致铅失去原有的金属光泽，并呈现出暗灰色。当温度升高时，铅与氧的反应速率显著加快，直接形成氧化铅。此外，铅还能迅速与空气中的氧、水和二氧化碳发生反应，形成一层致密的碱式碳酸盐保护层[3PbCO₃·Pb(OH)₂]，这进一步增强了其对内层金属的防护作用。

值得注意的是，尽管铅在纯水中不发生反应，但在有空气存在的情况下，它却能与水反应生成氢氧化铅[Pb(OH)₂]。特别是在与硬水接触时，由于硬水中包含硫酸盐、碳酸盐和碳酸氢盐等成分，这些物质会在铅表面形成一层不溶性的盐，从而阻止了铅与水之间的进一步反应。

铅的化学性质使其在多种环境条件下都能表现出一定的稳定性和防护能力，这对于其在工业和科研领域的应用具有重要意义。

铅在硝酸溶液中易溶，生成可溶性的硝酸铅。它也可以溶解在醋酸中，形成可溶性的醋酸铅。铅几乎不与稀盐酸和稀硫酸反应，因为其产物氯化铅和硫酸铅溶解度较小，覆盖在铅表面，阻止进一步的酸接触。然而，铅在沸盐酸和发烟硫酸中会缓慢溶解。

在强碱溶液中，铅缓慢溶解，生成亚铅酸盐，并放出氢气。

室温下，铅与氟气(F₂)反应生成氟化铅(PbF₂)，加热时能与氯气(Cl₂)反应生成氯化铅(PbCl₂)。

铅具有四种稳定的同位素，包括²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb、²⁰⁷Pb和²⁰⁸Pb。由于这些同位素的质量较重且相对质量差异较小，它们在次生过程中不易受到温度、压力、pH值、氧化还原电位（Eh）及生物活动的影响而发生显著变化。因此，铅同位素组成可作为环境污染物质的来源指纹特征，常用于追踪污染源。自20世纪60年代以来，Chow等人测定了北美汽油和煤的铅同位素组成来示踪铅污染来源。从20世纪90年代开始，铅同位素示踪技术被广泛应用于环境样品分析中，以监测和研究铅的来源变化，并评估大尺度范围内铅污染物的迁移路径。

铅的无机化合物主要包括氧化物、氢氧化物及其盐类。其中，一氧化铅（PbO），又名密陀僧，是一种有毒的中药成分，存在红色和黄色两种变体。PbO具有两性，可以与酸和碱反应，主要用于制造铅蓄电池、铅玻璃以及作为合成其他化合物的原料。

二氧化铅（PbO₂）呈棕黑色固体，在温度达到300°C时分解为一氧化铅和氧气。该物质为两性氧化物，能与氢氧化钠或冷盐酸反应生成铅盐。在工业应用中，二氧化铅主要被用于制造铅蓄电池。

四氧化三铅（Pb₃O₄），俗称铅丹或红丹，是一种鲜红固体，属于+2、+4价铅的混合价氧化物。因其具备氧化性，Pb₃O₄广泛应用于铅玻璃和钢材涂料领域。涂覆于钢材表面后，有助于钢铁表面钝化，从而增强防锈蚀效果。因此，它常被用于油漆船舶和桥梁钢架，同时也广泛用于陶瓷、火柴、油漆等轻工业中。

三氧化二铅（Pb₂O₃）为橙色固体，可视为PbO和PbO₂的复合氧化物。

氢氧化铅（Pb(OH)₂）是铅（Ⅱ）盐与强碱反应生成的白色沉淀物。当碱过量时，氢氧化铅能够溶解，表明其为两性氢氧化物。氢氧化铅既能溶于硝酸、醋酸，也能与碱发生反应。

铅盐通常难溶于水和稀酸，且其沉淀多具有特定的颜色。例如，PbCl₂、PbSO₄和PbCO₃呈白色，PbI₂为金黄色，PbCrO₄为黄色，而PbS则为黑色。不同铅盐在特定溶剂中的溶解性各异：PbCl₂可溶于热水和浓盐酸；PbSO₄能溶于浓硫酸或饱和的醋酸铵溶液以及强碱中；PbI₂则溶于沸水或KI溶液；PbS能溶于酸但不溶于碱。因其特征性的黑色及极低的溶解度，PbS被用于《中国药典》中检查药物中的微量重金属铅。

有机化合物方面，由于铅的金属性强而共价性较低，C-Pb键较弱，因此含铅有机化合物数量有限，且稳定性较差。这些有机铅化合物的稳定性主要由分子中有机基团的性质和数量决定。

烷基铅是一类含铅有机化合物，其稳定性受分子结构影响显著。

四甲基铅和四乙基铅属于有机铅化合物，分别具有特定的物理性质和溶解度特征。这些烷基铅化合物在含铅汽油中作为抗震剂被广泛应用。乙酸铅是一种有毒的白色结晶体，具有多种工业用途，包括制备铅盐、抗污涂料、水质防护剂等。硬脂酸铅则是另一种有机铅化合物，其具体性质和应用需进一步说明。

硬脂酸铅，也称十八酸铅，为白色或微黄色粉末，具备毒性且可燃。该物质不溶于乙醇，但微溶于水，可溶于乙醚，遇强酸会分解产生硬脂酸及相应的铅盐。硬脂酸铅在多个领域有重要应用，如作为聚氯乙烯（PVC）等塑料的半透明耐热稳定剂，润滑脂的增厚剂，油漆的平光剂及催干剂，以及聚氯乙烯-玻璃布层压板的润滑剂等。

关于铅的生产，其方式可大致划分为传统法和直接炼铅法两大类。传统法主要包括烧结和鼓风炉熔炼；而直接炼铅法则省去了硫化铅精矿烧结步骤，直接将生精矿投入炉中进行熔炼。直接炼铅法进一步可分为熔池熔炼和闪速熔炼两种类型。其中，熔池熔炼包括德国鲁奇公司开发的QSL法、澳大利亚的氧气顶吹浸没熔炼法、瑞典波利顿公司的卡尔多法，以及中国在20世纪80年代开发的水口山法（又称氧气底吹熔炼法SKS）；闪速熔炼法则包括前苏联的基夫赛特法和中国自行研发的铅富氧闪速熔炼法。

在冶金领域，直接炼铅技术不断革新以适应高效生产与环境保护的双重需求。其中，基夫赛特法脱颖而出，成为行业内关注的焦点。该方法由前苏联有色金属科学研究院研发，以其技术成熟度高、生产过程稳定及较低的投资成本而著称，代表了当前直接炼铅技术的先进水平。

基夫赛特法的核心在于其独特的设备设计——基夫赛特炉。该炉集成了多项创新技术：带有火焰喷嘴的反应塔确保物料充分反应；填充焦炭过滤层的熔池有效提升了金属回收率；立式余热锅炉则实现了能量的高效回收利用；而铅锌氧化物的还原挥发电热区则进一步优化了冶炼过程。这一系列设计不仅提高了生产效率，还显著降低了能耗和污染物排放，体现了该工艺在环保与经济性上的双重优势。

铅

值得注意的是，尽管基夫赛特法在技术上取得了显著进步，但在实际应用中仍面临挑战。例如，如何进一步提高二氧化硫的浓度以满足制酸工艺的要求，以及减少残硫和重金属污染等问题仍需持续探索解决方案。此外，虽然该技术在一定程度上改善了工作环境，但仍需加强职业健康防护措施以保障操作人员的健康安全。

QSL法是由德国鲁奇公司研发的直接炼铅工艺，核心设备为QSL炉。该炉呈卧式长圆筒形，可转动，并分为氧化区与还原区。QSL法的优势在于设备简化且能在同一设备内完成铅的生产全过程；同时，对原料有较好的适应性，能够处理电池糊、铅银渣等高含铅量的二次物料。

卡尔多炉（Kaldo）法则是瑞典波利顿公司开发的一种铅冶炼技术。该技术利用卡尔多顶吹回转炉，在富铅精矿熔炼过程中采用氧气顶吹的方式。卡尔多炉设计为一台倾斜的氧气顶吹转炉，其操作流程包括加料、氧化、还原及放渣/放铅四个步骤，均在同一炉内周期性进行。整个作业过程分为氧化和还原两个阶段，其中氧化阶段可实现自热，而还原阶段则需要额外添加重油以维持反应。然而，该方法存在一些不足之处：如周期性间断操作导致作业复杂性增加；不利于二氧化硫的有效回收利用；此外，炉衬耐火材料的使用寿命较短，加之工艺本身能耗较高。

水口山（SKS）法则是另一种重要的炼铅工艺。

水口山（SKS）法是北京有色冶金设计研究总院和水口山矿务局共同开发的技术，基于半工业性试验和QSL法技术的吸收。该技术将氧化与还原过程分开，通过两个设备进行，以实现更高效的铅冶炼。其特点包括流程短、便于制酸及解决环境污染问题；冶炼设备的密封性减少了操作人员铅中毒的风险；对原料的适应性较强。然而，该技术也存在一些不足，如制氧设备能力有限且不配套，喷枪寿命较短。

在化工和冶金领域，由于其高度化学稳定性，铅常被用作防腐衬里和防护材料，以及作为电缆的保护包皮。此外，铅也是多种合金的重要原料，包括印刷合金、轴承合金、焊料合金、低熔点合金和铅锑合金等。随着核工业的发展，铅在X射线和原子能装置中的应用日益广泛，尤其是在防辐射方面的需求不断增加。

铅的主要用途是制作铅酸蓄电池。自1859年法国物理学家普兰特发明以来，铅酸电池已有150多年的历史。作为全球产量最大的电池产品，铅酸电池凭借其成熟的技术、低廉的材料成本、优异的回收能力、可靠的充放电性能、易维护性和使用安全性，以及高单电池电压等优势，在市场竞争中占据显著地位。目前，95%的电动自行车、三分之二的通信备用电源以及90%以上的汽车SLI应用均采用铅酸电池作为动力来源或备用电源。因此，铅酸电池在交通、通信、电力、军事、航海、航空和航天等多个经济领域发挥着至关重要的作用。