Att göra bly

Kemisk bakgrund

Bly var känt redan i det gamla Egypten. Grekiska och feniciska kolonister bröt blyglans i Spanien. Romarna övertog dessa gruvor och där sker ännu brytning. Romarna använde bly (lat. Plumbum), bl.a till vattenledningar.

I mellansvenska sulfidmalmsfält har bly brutits sedan 1500-talet, då till exempel vid Sala silvergruva. Blyframställningen tycks ha börjat först på 1700-talet.

Världens viktigaste blyglansförekomster ligger i USA, Mexico och Australien.

Laisvallgruvan

I Laisvall, Lappland, finns Europas största blygruva.

Foto: © Madelene Aheinen och Björn Lestander, Arjeplog.

Laisvallgruvan ligger 34 km N-NV om Arjeplog vid sjön Stor-Laisan. Sulfidmalmen i Laisvall upptäcktes i sluet av 1930-talet, under kriget, då det var brist på metaller i Sverige. Avtal slöts mellan staten och Boliden AB, samhället byggdes upp kring den nya blygruvan, och 1942 gick den första sligtransporten från Laisvall till Rönnskärsverken, Skellefteå.

Malmkroppen i Laisvall ligger i horisontellt läge i sandsten (gammal havsbotten). Den har en mäktighet av 28 m. Idag bryts c:a 1,6 miljoner ton berg som innehåller 6000 ton bly (Pb), 14000 ton zink (Zn) och 13 ton silver (Ag).

Foto: © Madelene Aheinen och Björn Lestander, Arjeplog.

Foto: © Boliden AB arkiv.

Det horisontella läget på malmkroppen gör att front- och pelarbrytning är särskilt tillämpningsbart. Man har med pelarbrytning möjlighet att ta ner stora maskiner för brytning och transport. Efter sprängning och skrotning, lastas malmen på truckar och transporteras till grovkrossar. Därefter transporteras det vidare på band till finkrossen. Från finkrossens malmfickor transporteras den finmalda malmen via ett bergsspel upp till malmfickor i laven (gruvtornet c:a 80 m högt) för sortering och utportionering till anrikningen.

I anrikningsverket mals malmen i kvarnar till pulverform och mineralerna bly, zink, silver anrikas genom flotation (skumbildande medel i vattenlösning där malmkornen fastnar i skummet och avskiljs). Produkten (sligen) torkas och transporteras till smältverket i Rönnskär för vidare förädling.

Laisvallsgruvans livslängd är beroende av de internationella blypriserna, och med de nuvarande metallpriserna beräknas livslängden på gruvan till 2002. Idag jobbar c:a 260 personer i industrin i olika skiftformer. När det var som mest var 350 personer anställda.

De höga miljökrav som vi har i Sverige har för Laisvallsgruvan inneburit att man alltid måste vara med och leda den tekniska utvecklingen och ha stor framförhållning. De stora avfallsdammar som byggdes upp i dalgångarna i brytningens början är idag igensådda och de nya brytningsområdena i gruvan återfylls med restprodukterna. Detta reducerar utlakningen av tungmetaller till naturen till ett minimum.

Blyoxiderna

Blyoxiderna som kan användas vid detta experiment är blyglete (PbO) och blymönja (Pb₃O₄). Blyglete är ett gult fast pulver. Blymönja är ett röd/orange fast pulver. Denna blyoxid har använts i målarfärg för att förhindra att järn rostar (korroderar). Dessa oxider finns ej naturligt i naturen utan finns i ren form att köpa från olika kemikaliedistributörer.

Kolet

Träkol får man genom att torrdestillera trä. Man försöker att få fram så ren form av kol som möjligt. Kol används i metallindustrin för att få bort syre ur malmoxider. Vid t.ex järnframställning varvas kol och järnmalm i masugnen. Syret reduceras och man får flytande järn. Förr gjorde man kol i kolmilor. I modern tid har man använt stenkol (koks) som är sammanpressat kol som lagrats till sten.

Blyet

Foto: Ó Madelene Aheinen och Björn Lestander, Arjeplog.

Blyet (stycke 4:1 - 4:4) som du har framställt är en metall, ett grundämne (Pb) och har atomnummer 50. Bly är en blå/grå metall som har en relativt låg smältpunkt +327 °C. Som du känner så är bly en tung metall. En färsk snittyta är glänsande blåvit men överdras i fuktig luft av en oxidhinna med matt blågrå färg. Fast bly har en kubisk tätpackad struktur.

Det bly du framställt kan du använda som sänke vid fiske! Bly är mjukt och formbart. Denna metall används huvudsakligen i bilbatterier, blyackumulatorn och som strålningsskydd.

Blyackumulatorn

Blyackumulatorn laddas genom att man tillför elektrisk energi, som den omvandlar till kemisk energi. Energin återvinns när man använder cellen som till exempel startbatteri i bilar. Den laddade cellen har som minuspol ett blygaller, och som pluspol ett blygaller med mellanrummen fyllda av blyoxid. Som elektrolyt används svavelsyra. Vid minuspolen oxideras bly till bly(II)- joner vilka med sulfatjonerna bildar fast bly(II)-sulfat. Vid pluspolen reduceras blydioxiden till bly(II)-joner, vilka också bildar bly(II)-sulfat. Vid pluspolen bildas dessutom vatten. När en blyackumulator laddas på nytt, går reaktionerna åt motsatt håll, och de energirika föreningarna återbildas.

Pluspol: PbO₂ + 4 H⁺ + 2 SO₄^2- + 2e^- → PbSO₄ + 2 H₂O
Minuspol: Pb + SO₄^2- → PbSO₄ + 2e^-

Bly är giftigt

Eftersom bly är en miljöfarlig tungmetall så har användningen i t.ex i bensin (där det används för att höja antändningstemperaturen, oktantalet ökar), gevärskulor och hagel, kablar och keramikglasyrer minskat mycket. Blyförgiftning orsakas av för höga halter av bly i vävnader och blod. Bly kan tas upp via föroreningar i arbetsmiljön och luftföroreningar som beror på blyhaltiga bränslen. Bly förgiftning kan åstadkomma störningar i hjärnans utveckling, hjärnrubbning med koma och konvulsioner, perifer nervinflammation, anemi och ger vid svåra fall även mag och tarmsymptom. Blyförgiftning påvisas genom urin- och blodprov.

Fördjupning

Redoxreaktion

Redoxreaktioner kan delas upp i delreaktionerna oxidation och reduktion.

Oxidation

Med oxidation menar man reaktioner där elektroner avges. Vid en oxidationsreaktion avges energi i de flesta fallen. Flera metaller kan reagera vid rumstemperatur med luftens syre till oxider. Exempel på detta är järn som oxideras av luftens syre och bildar då rost. Oxidationssteget är
Fe → Fe²⁺ + 2 e^–

Reduktion

Motsatsen till oxidation är reduktion. Reduktion innebär att elektroner tas upp. Exempel på en reduktion är när syreatomerna tar upp de elektroner som järnet avger när det rostar. Syreatomerna bildar negativa joner. Man säger då att syret har reducerats

O + 2e^– → O^2–

Reduktion och oxidation sker samtidigt

Elektroner kan inte förkomma fria, de kan bara överföras från ett ämne till ett annat. När en reduktion sker, sker samtidigt en oxidation eftersom lika stort antal elektroner avges och tas upp. Vi kallar detta redoxreaktion. I exemplet med oxidation av järn och reduktion av syre balanseras de två delreaktionerna så att lika många elektroner tas emot som de som avges och man får totalreaktionen

Fe + O → Fe²⁺ + O^2–

Om vi tar hänsyn till att syrgas förekommer som molekyler och att järnjonerna och syrejonerna bildar föreningen FeO och dessutom anger aggregationsformen, så kan vi snygga till reaktionsformeln för totalreaktionen till

2 Fe(s) + O₂(g) → 2 FeO(s)

Redoxreaktion vid kontakt mellan ämnena

Kontakt mellan reaktanterna

I en vanlig redoxreaktion sker elektronövergången i kontakt mellan ämnena som reagerar. Elektronen hoppar över direkt från molekylen (eller atomen) som oxideras till molekylen (eller atomen) som reduceras. Elektronhoppet kan bara ske över mycket korta avstånd och sker därför i samband med att partiklarna kolliderar. Därför sker oxidationen och reduktionen på samma plats.

Elektroner förekommer inte fria i ämnen

Anledningen till att elektronöverföringen sker i direktkontakt mellan ämnena är att elektroner inte kan förekomma fria i ett material eller en lösning. De binder alltid till de atomer eller molekyler som finns i närheten. I icke-metalliska material är elektronens position vanligen fixerad till en bestämd molekyl eller atom.

Däremot är elektronerna fritt rörliga i metalliska material. De kan dock inte lämna metallen, bara röra sig inom metallen. När elektronerna rör sig förbi atomerna i metallgittret handlar det inte om elektronöverföring. I stället har metallen ett enda stort elektronmoln av ledningselektroner som är gemensamma för hela metallkristallen.

Det finns också halvledande material som med viss ledningsförmåga, men där elektronerna i huvudsak är fixerade i vissa positioner.