走進鉛冶煉超級工廠，一睹鉛精礦是如何開採冶煉與回收加工？鉛酸電池又是如何製造

堪稱歷史最早的重金屬鉛,從幽暗的地下世界被開採出來, 再經由各式機械、冰工廠加工處理, 它既是現代工業必備的原料,也含有巨大毒性。 今天就走進鉛冶煉工廠,一睹傳統少節古風顱裏, 鉛金礦如何在高溫下脫流成塊, 從依賴礦石開採的原生冶煉, 到佔全球鉛產量80%以上的二次回收體系。 鉛冶煉的百年變遷既是工業技術迭代的縮影, 更是人類對發展與環保平衡的持續探索。 你知道鉛是從1000英尺深的地下黑暗世界中開採出來的嗎? 開採和冶煉金屬絕非一事, 其難度不僅體現在技術的複雜性上, 更體現在對環境的影響上。 對於鉛這種神經毒素而言,情況更是如此。 在美國,如今沒有一座原生鉛冶煉廠, 最後一座於2013年徹底關閉。 位於密蘇里州赫庫蘭尼姆的杜魯門冶煉廠, 自1892年起就在此持續生產原生鉛。 但是由於環境原因被關閉, 曾經每天清晨,礦工們都會下到地下305米處開採鉛礦。 這座由杜魯門公司運營的礦井, 是密蘇里州東南部歐扎克山區地下六座鉛礦之一。 在50年時間裏,他們每年開採的鉛礦石約爲600萬噸。 這片鉛礦脈的形成可追溯至5億多年前, 當時的密蘇里州還被一片海洋覆蓋, 海底分佈着多孔的熱帶珊瑚礁, 隨着時間推移,海水褪去, 地殼運動時暴露的珊瑚礁之上形成了山脈, 溫熱的地下水向山脈方向流動, 途中溶解了包括方鉛礦在內的礦物質, 並將它們沉積在珊瑚礁無數的孔隙中。 鉛礦開採的第一步, 是用液壓鑽機在礦脈基底鑽出4.3米深的爆破孔, 持續噴射的水流會將鑽孔中鬆動的岩石衝出。 兩小時後,65個精準定位的爆破孔便全部完成, 大多數爆破孔的直徑約爲5.1釐米, 但在礦壁工作面的中心位置, 鑽機還會鑽出幾個更大的孔。 這是爲了給爆破後碎裂的岩石留出膨脹空間, 工作人員會給每個爆破孔裝入炸藥, 並配上定時雷管, 雷管會根據岩石時間編號從中心向外, 岩石時間依次遞增, 引爆時會形成快速連續的爆破序列, 這種設計能迫使岩石朝着工作面中心滾落, 待作業區域內的礦工和機械全部撤離後, 施工負責人會點燃安全引信, 隨後有兩分鐘時間撤離到安全距離之外, 隨即引爆。 等煙塵散去後, 礦工們進入爆破區域, 將巖壁上鬆動的岩石清理下來, 一次爆破能產生500噸礦炸, 其中鉗含量約爲5%。 兩小時後, 另一組工作人員會動用重型機械將礦炸運走, 此時形態的鉗對礦工的身體健康幾乎沒有威脅, 因爲它尚未有機會與空氣發生反應, 但作爲預防措施, 礦工每年要進行一次血鉗檢測, 礦石經過破碎後, 會被裝入名爲機斗的容器中運至地面, 每個機鬥一次可裝載9噸礦石, 而提取鉗的任務則交由選礦廠完成。 礦石在這裏經過進一步破碎後, 會進入這些旋轉的圓筒設備中, 設備內部裝有80噸直徑爲7.6釐米的鋼棒, 礦石與鋼棒在筒內不斷翻滾、撞擊, 最終被粉碎成細粒, 同時加入水和化學藥劑。 在浮旋槽中, 化學藥劑會附着在含鉛礦物顆粒表面, 而向槽內通入的氣泡 則會將這些附着了藥劑的顆粒託舉到頁面, 此時的鉛金礦中水分佔比約80%, 大型真空過濾機會吸走大部分水分, 最終得到固體含量達93%的鉛金礦, 然後通過封閉式卡車運往原生鉛冶煉廠, 冶煉廠的核心任務是將鉛金礦轉化爲金屬鉛, 裝載機會將每卡車鉛金礦轉移到鐵路貨車上, 冶煉流程就此啓動, 每批100噸的鉛金礦會被送入冶煉廠, 首要的挑戰是去除金礦中殘留的微量流元素, 一座名爲燒結機的熔爐會將鉛金礦加熱到816攝氏度, 通過高溫燃燒去除其中的流, 這個過程會將鉛金礦轉化爲氧化鉛, 氧化鉛的吸收性更強, 因此這裏的工人需要穿戴防護裝備, 隨後氧化鉛會被送入另一座熔爐, 在這座熔爐中,碳與氧氣反應產生的高溫可達1371攝氏度, 這種高溫環境爲氧化鉛向金屬鉛的轉化創造了示意條件, 但冶煉這種兼具金屬屬性與神經毒性的物質, 產生的廢氣必然會影響環境。 全球每年鉛礦產量近450萬噸, 在古代人們將鉛尊爲萬金屬之父, 而今天人類使用的鉛中有高達80%都用於製造鉛酸蓄電池, 以汽車引擎蓋下的蓄電池, 由多個內含鉛板的電池單元構成, 每塊鉛板都包含一個鉛榨格以及包裹在榨格外的氧化淺膏, 這些鉛板一半帶正電一半帶負電,浸泡在硫酸溶液中, 硫酸會與鉛發生化學反應從而產生電流, 爲降低製造成本, 大多數汽車蓄電池製造上在製作榨格時, 會採用回收鉛以及含有鈣等硬化劑的鉛合金, 但這些物質中的雜質會使鉛在腐蝕性極強的硫酸環境中更快被腐蝕, 最終導致蓄電池報廢, 而位於美國密蘇里州沃倫斯堡的美國能源系統集團, 卻能生產出使用壽命更長可靠性更高的蓄電池, 其祕訣就在於使用了純度極高的鉛, 這款電池就是奧德賽蓄電池, 但純鉛只是它性能出衆的原因之一, 這裏生產的鉛板厚度僅略超一毫米, 比傳統汽車蓄電池中的鉛板薄了多達四倍, 更薄的鉛板意味着電池單元內部能容納更多鉛板, 而這一設計能帶來巨大的性能差異, 鉛板數量越多意味着電極的表面積越大, 鉛板表面積越大, 蓄電池就能更快地釋放更多能量, 這也就意味着啓動車輛時的可靠性更高, 鉛板的製造過程始於名爲鉛錠的一噸重鉛塊, 每塊鉛錠都會被送入500攝氏度的熔爐中熔化, 熔化後的鉛將用於製造蓄電池的榨割, 當熔融的鉛液接觸到旋轉的滾筒時, 鉛液會迅速凝固, 一卷又一卷的鉛帶就此形成, 每卷長達305米, 隨後這些鉛帶會被送往衝壓設備加工成榨割結構, 隨後氧化鉛膏會在生產線的下游工序中被塗抹到榨割上, 這樣榨割表面就形成了一層氧化鉛膏塗層, 之後鉛板會進入滾壓設備, 同時一層塗膏紙會被覆蓋在上面, 鉛板乾燥過程中氧化鉛變成粉末後隨空氣擴散, 接下來這些鉛板會經過切割、稱重和平整處理, 隨後在固化數小時後被封裝成一個個獨立的電池單元, 但要完成蓄電池的製作還需要更多的鉛, 機器人會將每個電池單元進入淺池狀的熔融鉛中, 電池單元中每塊鉛板伸出的極爾會嵌入鋼質模具裏, 短短15秒內熔融的鉛就會凝固, 這些凝固的鉛將每塊鉛板連接起來, 確保電流能夠在鉛板之間順暢流通, 最後所有電池單元被焊接成一個完整的蓄電池, 機器會向蓄電池中注入硫酸, 隨後蓄電池會進行第一次充電。 古羅馬的工程師們估計是最早大規模使用鉛的群體, 他們利用了鉛的延展性,將鉛塑造成複雜交錯的管道網絡, 爲帝國首都輸送水源, 另外古羅馬人會在鉛質容器中煮沸葡萄酒, 鉛會與葡萄酒中的成分反應, 形成一種名爲醋酸鉛的化合物, 這種物質帶有甜味, 一些歷史學家認爲, 飲用這種鉛甜味葡萄酒再加上通過鉛管輸送的飲用水, 可能導致古羅馬人身體機能受損, 甚至成爲羅馬帝國衰落的原因之一。 儘管鉛中毒或許並未真的導致一個帝國的崩塌, 但這種具有潛在致命性的神經毒素, 在如今依然威脅着人類健康。 如果不慎射入或吸入鉛, 大部分鉛會在幾周內排出體外, 但人體會將一部分鉛誤認爲是維持生命活動必須的礦物質鈣, 並將其儲存在骨骼中, 每當骨骼根據身體需求向血液中釋放鈣時, 鉛也會隨之進入血液, 並可能擴散到身體的任何器官, 其中大腦是最易受鉛侵害的器官。 當鉛進入大腦後, 會導致腦損傷, 同時也會死害神經系統的其他部分。 位於美國賓夕法尼亞州費城附近的萊特科技公司, 生產一種鉛製防護圍裙, 就是你在做X光檢查時會穿的那種。 數十年來,鉛的高密度與低成本特性, 使其成爲製作防護圍裙的理想材料。 萊特科技生產的防護圍裙, 鉛粉含量最高可達85%, 其餘成分是多種塑料。 這些塑料能讓圍裙保持柔韌性, 便於穿着, 獨家的混合工藝需要耗時20分鐘。 這是一條鴉片生產線, 它能將混合好的材料加工成薄片, 而且厚度控制到約合0.38毫米。 既要保證足夠厚重以阻擋輻射, 又要足夠輕扁, 讓醫生穿着時不會感到過於沉重。 質量控制主管會從每卷薄片的開頭和結尾部分取樣, 切割並稱重。 在乳膠縫紉車間, 工人會根據所需的防護等級, 將薄片堆疊至最多4層厚, 然後裁剪成合適的尺寸。 最後工人會將這些含鉛薄片縫製到以吸積外套中。 這樣一件新的鉛製防護圍裙就製作完成, 可用於你下次的X光檢查了。 射線撞擊到鉛原子並反彈, 在此過程中損失能量, 隨後它可能會撞擊另一個鉛原子, 能量再次降低。 如此反覆, 直到射線的所有能量都被耗盡, 而鉛本身則不會發生任何變化。 據美國住房和城市發展部數據顯示, 每4戶美國家庭中, 就有一戶存在嚴重的含鉛油漆隱患。 當含鉛油漆老化變質時, 會脫落成碎屑或粉塵, 污染周圍的一切物品, 其中兒童面臨的風險最大。 位於加利福尼亞州洛杉磯市的 貝特曼鉛污染治理團隊, 是全美衆多致力於解決這一問題的團隊之一。 他們的工作是清除油漆中的鉛。 1978年之前,油漆中普遍添加鉛, 目的是減少腐蝕, 同時作爲顏料增加漆面亮度。 他們使用X射線熒光鉛檢測分析儀, 即使油漆表面覆蓋了多層無鉛油漆, 該儀器也能測出每平方釐米油漆中鉛的毫克含量。 在洛杉磯縣, XRF檢測值超過0.7毫克每平方釐米, 即被認定爲含鉛油漆隱患。 在屋外, 致力團隊僅使用水和刮刀, 開始清除房屋外牆上的含鉛油漆, 然後通過噴水來防止粉塵擴散。 刮除工作完成後, 工作人員會用吸塵器吸走油漆碎屑和粉塵, 以便進行妥善處理。 對於無法刮除的殘留含鉛油漆, 團隊會噴塗一種名爲密封劑的特殊塗層將其封存。 除了含鉛油漆, 土壤中也殘留着大量鉛。 這些鉛大部分來源於汽車尾氣。 早在20世紀20年代, 石油公司就開始在汽油中添加鉛, 以防止發動機暴震。 而在汽油中添加一種名爲四乙基鉛的化合物後, 空氣與燃油的混合物能更均勻地燃燒, 從而解決了暴震問題。 但這也導致發動機尾氣中釋放出有害的鉛顆粒。 自20世紀70年代起, 美國明令禁止將鉛作爲汽油添加劑, 此後美國民衆的血液鉛含量下降了75%。 美國每年回收的鉛超過120萬噸, 種類從廢棄彈藥, 管道, 車輪配重塊到陰極射線管不等。 但是鉛酸蓄電池卻是最主要回收種類。 普通汽車蓄電池中含有的8.2公斤鉛 必須先與電池殼內的硫酸分離。 在這個料倉裏, 裝載機將廢棄蓄電池倒入破碎機中。 破碎機的不鏽鋼池每天能粉碎3萬塊蓄電池, 大量硫酸會流到地面,流帶後續處理。 此時工作人員會通過化學工藝 去除鉛中殘留的大部分硫。 對於仍有微量殘留的硫, 則會在工廠的其他環節通過添加化學藥劑去除。 之後這些化學藥劑需在熔爐中燃燒處理。 從熔爐中流出的熔融鉛仍還有少量雜質, 因此精煉車間的工人會按照詳細流程 去除這些被稱爲浮渣的雜質。 從精煉車間流出的熔融鉛 會通過摒完加熱的噴火裝置保持液態, 並被輸送到鑄造區。 短短几秒內,每個鉛錠就會凝固成型。 鉛並非只用於工業領域, 同時也是最致命的應用——子彈。 如今大多數子彈的外層都包裹着堅硬的銅或黃銅外殼, 內部則是柔軟的鉛芯。 對於中空彈而言,鉛的柔軟性能最大化子彈的停止力。 撞擊目標時,金屬外殼會向後翻卷,露出鉛芯。 鉛芯會像蘑菇一樣在目標表面擴散, 從而增強殺傷力。 13世紀至19世紀的早期,子彈只是簡單的鉛球。 鉛的低熔點和高延展性,使得鑄造鉛彈非常容易, 簡簡單單一口鍋就能製造。 儘管製造簡單,但原型鉛彈存在一個關鍵缺陷, 就是瞄準精度極低。 這是因爲發射它的滑膛槍,槍膛內壁光滑, 鉛彈在槍膛內會左右彈跳,導致彈道不穩定。 19世紀後人們對鉛彈進行了改進,將其塑造成錐形彈頭。 這種彈頭能緊密貼合線膛槍的槍膛, 在發射時獲得旋轉動能。 這使得子彈飛行更直、更遠、更快, 爲如今高速鉛彈的發展奠定了基礎。