Pemimpin

Latar Belakang

Timbal adalah logam padat, lunak, dengan titik leleh rendah. Ini adalah komponen penting dari baterai, dan sekitar 75% dari produksi timbal dunia dikonsumsi oleh industri baterai. Timbal adalah logam biasa terpadat kecuali emas, dan kualitas ini membuatnya efektif dalam penghalang suara dan sebagai perisai terhadap sinar-X. Timbal tahan korosi oleh air, sehingga telah lama digunakan dalam industri perpipaan. Itu juga ditambahkan ke cat, dan itu membuat bahan atap tahan lama.

Timbal adalah bahaya kesehatan bagi manusia jika terhirup atau tertelan, mengganggu produksi sel darah merah. Penggunaannya harus dikontrol dengan hati-hati, dan beberapa penggunaan timbal yang sebelumnya umum sekarang dibatasi oleh pemerintah AS. Cat timbal ditemukan di banyak bangunan tua, tetapi sekarang sebagian besar digunakan pada struktur baja luar ruangan seperti jembatan, untuk meningkatkan ketahanan cuacanya. Senyawa timbal yang disebut timbal tetraetil ditambahkan ke bensin sedini 1921 karena mencegah masalah "ketukan" mesin mobil kompresi tinggi. Namun, kebanyakan bensin sekarang tidak mengandung timbal, karena timbal dari knalpot mobil merupakan sumber utama polusi udara.

Timbal juga biasa digunakan dalam kaca dan enamel. Dalam tabung gambar televisi dan terminal tampilan video komputer, timbal membantu menghalangi radiasi, dan bagian dalam, meskipun bukan bagian luar, bola lampu biasa terbuat dari kaca bertimbal. Timbal juga meningkatkan kekuatan dan kecemerlangan barang pecah belah kristal. Timbal digunakan untuk membuat bantalan dan solder, dan penting dalam produksi karet dan penyulingan minyak.

Produksi timbal dimulai setidaknya 8.000 tahun yang lalu. Timbal digunakan di Mesir sejak 5.000 SM. , dan pada zaman Firaun itu digunakan dalam glasir tembikar dan sebagai solder. Itu juga dilemparkan ke dalam benda-benda hias. Cat timbal putih juga digunakan di Mesir kuno, Yunani, dan Roma. Roma kuno menggunakan pipa timah untuk pekerjaan airnya yang ekstensif. Beberapa efek toksik timbal juga telah diketahui sejak zaman Romawi, meskipun timbal juga dianggap memiliki kualitas medis yang positif. Pada abad ke-15 dan ke-16, para pembangun menggunakan timah sebagai bahan atap untuk katedral, dan timah juga digunakan untuk menyatukan berbagai panel kaca berwarna di kaca patri jendela. Baterai timbal pertama dikreditkan ke fisikawan Prancis, Gaston Plante, yang menemukannya pada tahun 1859. Pada tahun 1889, apa yang disebut baterai penyimpanan timbal-asam jenis modern sedang diproduksi secara komersial.

Tambang timah modern menghasilkan sekitar 3 juta metrik ton timah setiap tahun. Ini hanya sekitar setengah dari timah yang digunakan di seluruh dunia; sisanya diperoleh dengan mendaur ulang. Produsen timah terbesar adalah Australia, diikuti oleh Amerika Serikat, Cina, dan Kanada. Negara lain dengan simpanan timbal utama adalah Meksiko, Peru, Rusia, dan Kazakhstan.

Bahan Baku

Timbal diekstraksi dari bijih yang digali dari tambang bawah tanah. Lebih dari 60 mineral mengandung beberapa bentuk timbal, tetapi hanya tiga yang biasanya ditambang untuk produksi timbal. Yang paling umum disebut galena. Bentuk murni galena hanya mengandung timbal dan belerang, tetapi biasanya ditemukan dengan jejak logam lain di dalamnya, termasuk perak, tembaga, seng, kadmium, dan antimon serta arsenik. Dua lainnya Mineral yang ditambang secara komersial untuk timbal adalah cerussite dan anglesite. Lebih dari 95% dari semua timah yang ditambang berasal dari salah satu dari tiga mineral ini. Namun, sebagian besar endapan bijih ini tidak ditemukan sendiri melainkan bercampur dengan mineral lain seperti pirit, marcasite, dan zinc blende. Oleh karena itu, banyak bijih timbal diperoleh sebagai produk sampingan dari penambangan logam lain, biasanya seng atau perak. Hanya setengah dari semua timbal yang digunakan setiap tahun berasal dari pertambangan, karena setengahnya diperoleh kembali melalui daur ulang, sebagian besar dari baterai mobil.

Selain bijih itu sendiri, hanya beberapa bahan mentah yang diperlukan untuk pemurnian timbal. Proses pemekatan bijih membutuhkan minyak pinus, tawas, kapur, dan xantat. Batu kapur atau bijih besi ditambahkan ke bijih timah selama proses pemanggangan. Coke, distilat batubara, digunakan untuk memanaskan bijih lebih lanjut.

Manufaktur
Proses

Menambang bijih

• 1 Langkah pertama dalam mengambil bijih yang mengandung timbal adalah menambangnya di bawah tanah. Pekerja yang menggunakan mesin berat mengebor batu dari terowongan yang dalam dengan mesin berat atau meledakkannya dengan dinamit, meninggalkan bijih berkeping-keping. Kemudian mereka menyekop bijih tersebut ke loader dan truk, dan mengangkutnya ke poros. Poros di tambang besar mungkin satu mil atau lebih dari lokasi bor atau ledakan. Para penambang membuang bijih ke bawah poros, dan dari sana bijih itu diangkat ke permukaan.

Mengkonsentrasikan bijih

• 2 Setelah bijih dikeluarkan dari tambang, diolah di pabrik konsentrat. Pemekatan berarti membuang batuan sisa dari timah. Untuk memulai, bijih harus dihancurkan menjadi potongan-potongan yang sangat kecil. Bijih digiling di pabrik, meninggalkannya dalam partikel dengan diameter 0,1 milimeter atau kurang. Ini berarti butiran individu lebih halus dari garam meja. Teksturnya seperti gula pasir.

Flotasi

• 3 Bijih timbal utama, galena, dikenal sebagai timbal sulfida, dan belerang merupakan bagian penting dari mineral tersebut. Proses flotasi mengumpulkan bagian bijih yang mengandung belerang, yang juga mengandung logam berharga. Pertama, bijih yang dihancurkan halus diencerkan dengan air dan kemudian dituangkan ke dalam tangki yang disebut sel flotasi. Campuran bijih dan air yang digiling disebut slurry. Satu persen minyak pinus atau bahan kimia serupa kemudian ditambahkan ke bubur di dalam tangki. Tangki kemudian mengaduk, mengocok campuran dengan keras. Minyak pinus menarik partikel sulfida. Kemudian udara digelembungkan melalui campuran. Hal ini menyebabkan partikel sulfida membentuk buih berminyak di bagian atas tangki. Batuan sisa, yang disebut gangue, tenggelam ke dasar. Proses flotasi dikendalikan dengan alat analisa sinar-X. Sebuah monitor flotasi di ruang kontrol dapat memeriksa kandungan logam dari bubur menggunakan analisis sinar-X. Kemudian, dengan bantuan komputer, monitor dapat menyesuaikan proporsi bahan kimia tambahan untuk mengoptimalkan pemulihan logam. Bahan kimia lain juga ditambahkan ke sel flotasi untuk membantu memusatkan mineral. Tawas dan kapur mengagregasi logam, atau membuat partikel lebih besar. Xanthate juga ditambahkan ke bubur, untuk membantu partikel logam mengapung ke permukaan. Pada akhir proses flotasi, timbal telah dipisahkan dari batuan, dan juga mineral lain, seperti seng dan tembaga, telah dipisahkan.

Memfilter

• 4 Setelah bijih terkonsentrasi di sel flotasi, bijih mengalir ke filter, yang menghilangkan hingga 90% air. Konsentrat pada titik ini mengandung 40-80% timbal, dengan sejumlah besar pengotor lainnya, sebagian besar belerang dan seng. Pada tahap ini sudah siap untuk dikirim ke smelter. Gangue, atau batuan yang tidak mengandung mineral, harus dipompa keluar dari tangki flotasi. Mungkin dibuang ke kolam yang menyerupai danau alami, dan ketika kolam itu akhirnya terisi, tanahnya bisa ditanami kembali.

Memanggang bijih

• 5 Konsentrat timbal segar dari filter perlu disempurnakan lebih lanjut untuk menghilangkan belerang. Setelah konsentrat dibongkar di tempat yang disebut pabrik sinter, konsentrat tersebut dicampur dengan bahan bantalan timah lainnya dan dengan pasir dan batu kapur. Kemudian campuran disebarkan di atas parutan yang bergerak. Udara yang telah dipanaskan hingga 2.550 ° F (1.400 ° C) bertiup melalui perapian. Kokas ditambahkan sebagai bahan bakar, dan belerang dalam konsentrat bijih terbakar menjadi gas belerang dioksida. Sulfur dioksida ini merupakan produk sampingan penting dari proses pemurnian timbal. Itu ditangkap di pabrik asam yang terpisah dan diubah menjadi asam sulfat, yang memiliki banyak kegunaan. Setelah bijih dipanggang dengan cara ini, bijih itu melebur menjadi bahan rapuh yang disebut sinter. Sinter sebagian besar adalah oksida timbal, tetapi juga dapat mengandung oksida seng, besi, dan silikon, beberapa kapur, dan belerang. Saat sinter melewati kisi yang bergerak, sinter pecah menjadi gumpalan. Gumpalan tersebut kemudian dimuat ke dalam tanur sembur.

Peledakan

• 6 Sinter jatuh ke bagian atas tanur tinggi, bersama dengan bahan bakar kokas. Semburan udara datang melalui bagian bawah tungku, membakar kokas. Kokas yang terbakar menghasilkan suhu sekitar 2.200 ° F (1.200 ° C) dan menghasilkan karbon monoksida. Karbon monoksida bereaksi dengan timbal dan oksida logam lainnya, menghasilkan timbal cair, terak limbah bukan logam, dan karbon dioksida. Kemudian logam cair ditarik ke dalam ceret atau cetakan buangan.

Menyempurnakan

• 7 Timbal cair yang berasal dari tanur sembur berasal dari 95-99% murni. Ini disebut pada titik ini base bullion. Ini harus disempurnakan lebih lanjut untuk menghilangkan kotoran, karena timbal komersial harus dari 99-99,999% murni. Untuk menghaluskan emas batangan, itu disimpan di membuang ketel pada suhu tepat di atas titik lelehnya, sekitar 626°F (330°C). Pada suhu ini, setiap tembaga yang tersisa di batangan naik ke bagian atas ketel dan membentuk buih atau sampah yang dapat dihilangkan. Emas dan perak dapat dihilangkan dari batangan dengan menambahkan sejumlah kecil seng. Emas dan perak lebih mudah larut dalam seng daripada dalam timbal, dan ketika batangan didinginkan sedikit, sampah seng naik ke atas, membawa logam lain bersamanya.

Biaya

• 8 Ketika timah sudah cukup halus, timah itu didinginkan dan dilemparkan ke dalam balok-balok yang beratnya bisa mencapai satu ton. Ini adalah produk jadi. Paduan timbal juga dapat diproduksi di pabrik peleburan. Dalam hal ini logam ditambahkan ke timbal cair dalam proporsi yang tepat untuk menghasilkan bahan timbal untuk keperluan industri tertentu. Misalnya timah yang biasa digunakan pada aki mobil, dan juga untuk pipa, lembaran, selubung kabel, dan amunisi, dicampur dengan antimon karena ini meningkatkan kekuatan logam.

Produk Sampingan/Limbah

Pemurnian timbal menghasilkan beberapa produk sampingan. Gangue, atau batuan sisa, terakumulasi saat bijih terkonsentrasi. Sebagian besar mineral telah dihilangkan dari batuan, sehingga limbah ini tidak dianggap oleh industri sebagai bahaya lingkungan. Itu bisa dipompa ke kolam pembuangan, yang menyerupai danau alami. Asam sulfat adalah produk sampingan utama dari proses peleburan. Gas belerang dioksida dilepaskan ketika bijih dipanggang di pabrik sinter. Untuk melindungi atmosfer, asap dan asap ditangkap, dan udara yang dikeluarkan oleh pabrik dibersihkan terlebih dahulu. Sulfur dioksida dikumpulkan di pabrik asam yang terpisah, dan diubah menjadi asam sulfat. Kilang dapat menjual asam ini serta produk utamanya, timbal itu sendiri.

Polusi udara juga dapat dihasilkan dari pemrosesan timbal. Pabrik peleburan membutuhkan "rumah kantong", yaitu fasilitas terpisah untuk menyaring dan menyedot asap sehingga timbal tidak terlepas ke atmosfer. Namun demikian, partikel timbal memang mencapai atmosfer, dan di Amerika Serikat, peraturan federal berusaha untuk mengontrol berapa banyak yang diperbolehkan. Sebagian besar produk limbah padat yang dihasilkan oleh proses peleburan adalah zat padat seperti kaca yang disebut terak. Ini mengandung jejak timbal serta seng dan tembaga. Terak lebih beracun daripada gangue, dan harus disimpan dengan aman dan dipantau agar tidak lepas ke lingkungan atau bersentuhan dengan populasi.

Masa Depan

Perkembangan baru dalam industri timbal tampaknya kurang ditujukan pada perbaikan dalam proses manufaktur daripada untuk menemukan kegunaan baru dari timbal itu sendiri. Karena sebagian besar timbal yang ditambang dan didaur ulang dijual ke industri otomotif untuk baterai, produsen timbal sangat bergantung pada kesehatan industri otomotif. Tetapi produsen timah tertarik untuk menemukan aplikasi baru untuk timah guna memberi mereka stabilitas pasar yang lebih baik.

Salah satu aplikasi baru baru-baru ini untuk timbal adalah laminasi timbal-fiberglass. Terpal timah dapat dilaminasi antara gipsum dan fiberglass, membentuk bahan saluran superior yang membantu mengisolasi kebisingan. Jika ini digunakan di unit pendingin udara, misalnya, secara efektif meredam hiruk pikuk mesin. Pasar prospektif lain untuk timbal adalah dalam penahanan limbah nuklir. Menyimpan bahan radioaktif dengan aman adalah kekhawatiran yang berkembang di seluruh dunia. Industri timah sedang meneliti tabung yang terbuat dari titanium dengan lapisan dalam timbal atau timah hitam dan plastik, berpendapat bahwa lapisan timah satu inci dapat menambah 880 tahun umur wadah yang terkubur dengan benar. Dan melihat ke mobil masa depan, para peneliti di AS dan beberapa negara lain telah mempelajari cara-cara untuk meningkatkan teknologi baterai timbal-asam untuk menggerakkan mobil listrik.