Для чего нужно чистое олово

Для чего нужно олово?

Сплав и металл, известный с древних времён — для чего нужно олово сегодня?

Среди археологических артефактов древние изделия из олова (или изготовленные с применением олова) встречаются нечасто. В давние времена этот удобный в обработке, мягкий, пластичный и одновременно обладающий красивым серебристым блеском металл был весьма дорог и малодоступен.

Тем не менее, благодаря уникальным физическим свойствам, устойчивости к коррозии и низкой токсичности олово уже начиная с 4-го в. до н. эры становится известен и входит в обиход. Необходимо уточнить, что изначально «оловом» назывались также оловянные сплавы, применявшиеся для изготовления украшений и посуды.

Сегодня, благодаря удешевлению добычи и увеличению объёма получения чистого металлического олова, всерьёз задаваться вопросом «для чего нужно олово?» редко кому приходит в голову. Поскольку в том или ином качестве этот металл можно встретить повсюду, в самых разных изделиях и производственных процессах.

Где применяется олово и его сплавы

Основными способами и областями применения оловянных сплавов и чистого олова являются:

  • использование в качестве присадки для получения легированных сплавов, придания им необходимых физико-химических свойств;
  • защита от поверхностной коррозии металлических поверхностей изделий из меди, бронзы, латуни и т. п., придания им блеска, напоминающего серебро;
  • производство «лужёного железа» (так называемой белой жести) — материала, который поставляется производителям тары для пищевых продуктов;
  • в виде сплавов: в процессах сварочного соединения деталей, в качестве припоя на радиоэлектронных и электротехнических производствах (изготовление печатных плат, облужение контактов деталей электротехнических устройств, техники и оборудования);
  • создание высокотехнологичных сверхпроводящих проводников (в виде Nb3Sn).

Сложно перечислить все области и способы применения олова/оловянных сплавов в современных технологиях, их множество. Широкое внедрение олова в промышленности обусловлено, в частности, его малой токсичностью. Данный химический элемент опасен для здоровья лишь в виде некоторых соединений или если находится в составе испарений/мелкодисперсных взвесей.

Источник

Олово: свойства, формы, способы добычи и применение

Олово представляет собой лёгкий блестящий металл серебристо-белого цвета. Существуют четыре структурные модификации этого химического элемента:

  • При температуре свыше +13,2 0 C формируется белое олово.
  • При температуре ниже +13,2 0 C возникает структура серого олова.
  • Под воздействием высоких давлений аллотропические формы минерала принимают вид γ-олова и σ-олова.
  • Мягкий, ковкий, пластичный материал.
  • Плотность при комнатной температуре составляет 7,3 г/см 3 .
  • Температура плавления равняется +231,91 0 C.
  • Температура кипения … +2620 0 C.
  • При нагревании до температуры свыше 170 0 C металл приобретает хрупкость.
  • В нормальных условиях олово – непрочный материал, легко деформирующийся под физическим воздействием.
  • На поверхности при нормальных условиях олово образует оксидную плёнку, защищающую минерал от химических воздействий.
  • При нагревании проявляет активность, вступая во взаимодействие с кислородом и неметаллами.

Формы нахождения в природе

Олово – малораспространённый в природе химический элемент. Среди других минералов, по этому показателю оно занимает лишь 47 место, а содержание его в земной коре не превышает одной сотой доли процента.

В недрах олово имеет две формы присутствия: рассеянную и минеральную. Представители последней и представляют промышленный интерес. Основным среди добываемых минералов выступает касситерит, содержащий в себе 78,8% олова, второстепенную роль играет станнин с 27,5% минерала.

К натуральным природным образованиям, содержащим в себе этот химический элемент, относятся:

  • горные породы: базальты, диориты, дуниты,
  • гранитоиды,
  • глины,
  • морская вода,
  • почва,
  • биомасса,
  • зола, образовавшаяся при сжигании растений,
  • каменные метеориты.

Твёрдая фаза. Минералы

Фактов встречи рассеянной формы данной фазы в отложениях не имеется. В то время как в минерал-концентраторах, на ряду с целым рядом других минералов, таких как: биотиты, гранаты, магнезиты, пироксены, турмалины и железо Fe +2 , олово в минеральной форме присутствует. Имеется также оно в изоморфной форме среди сульфидных залежей сфалеритов, пиритов и халькопиритов.

Самородные элементы, сплавы и интерметаллические соединения

Встречающиеся среди целого ряда геологических образований самородки цветных и драгоценных металлов нередко содержат в своём составе олово. Имеется оно и в сплавах с сурьмой и свинцом, с медью и сурьмой. В виде интерметаллических соединений его можно найти среди атакитов, звягинцевитов, стистаитов, таймыритов и штумырлитов.

Все эти образования присутствуют в следующих группах пород:

  • интрузивных и эффузивных магматических,
  • гидротермально и метасоматически изменённых,
  • современного образования,
  • осадочных.

Окисные соединения олова

Соединения олова с кислородом представлены в химии:

  • Оксидом олова SnO2 – касситеритом.
  • Оксидом двухвалентного олова SnO – коричневым оксидом.
  • Оксидом четырёхвалентного олова SnO2 – оловянным ангидридом.

Касситерит

Основной промышленный минерал для извлечения олова, содержащий в себе почти четыре пятых искомого вещества. Представляет собой аморфный порошок белого цвета, плотностью 7036 кг/м 3 или кристаллы, не обладающие цветом, плотностью в 6950 кг/м 3 . Обе фракции в залежах бывают выделены в виде зёрен, отдельных скоплений, сплошных массивов.

Касситерит химически устойчив, плохо взаимодействует с жидкостями, имеет матовый блеск и раковистый излом.

Гидроокисные соединения

Образующиеся в результате взаимодействия полиоловянных кислот или с помощью других методов соединения:

  • варламовит,
  • гидромартит,
  • гидростаннат меди,
  • мушистонит,
  • затвердевший магнетитный раствор олова.

Эти минералы не играют значительной роли в промышленном производстве металла.

Силикаты

Породообразующие соединения земной коры представлены в природе следующими оловосодержащими веществами:

  • Малаятитом, образующим скопления, вызывающие интерес разработчиков полезных ископаемых.
  • Пабститом – редким минералом группы бенитонитов, обнаруженном в окремнелом известняке.
  • Стоказитом.

Шпинделиды

Значительная группа окаэдрических кристаллов. В их среде присутствует нигерит – минерал, имеющий в своём составе олово и названный так в честь страны своего нахождения – Нигерии.

Сульфидные соединения олова

При соединении с серой, олово образует ряд достаточно важных в промышленном отношении соединений:

  • Герценбергит – минерал, имеющий бурую окраску.
  • Берндтит – ярко-жёлтое вещество.
  • Кестерит.
  • Тиллит.
  • Франкеит.

Станнин

По своему практическому значению второй среди оловосодержащих минералов, часто встречающийся на территории России. Оловянный колчедан класса сульфидов, обычно в сочетании с варламовитом представляющий треть имеющегося олова в месторождениях. Кристаллическое вещество с металлическим блеском, часто подверженное распаду.

Коллоидная форма

Клеевидные соединения олова являются промежуточной формой на пути: от горячих внутри земных растворов к твёрдым осаждённым минералам. Однако наряду с кремнистыми соединениями олова, коллоиды этого химического элемента также недостаточно изучены. Имеются факты, доказывающие высокий уровень растворимости оксида олова в жидкостях, содержащих хлор-кремний. Но для создания полной картины представления о формировании оловосодержащих минералов в земной коре, этого недостаточно.

Формы в жидкой фазе

Проводимые научные исследования и эксперименты свидетельствуют в пользу содержания олова в минеральных растворах с некоторой долей вероятности. Остаётся констатировать, что данный вопрос требует дальнейшего изучения.

Тем не менее, установленные в ходе проведённых экспериментов формы присутствия минерала в растворах вполне можно группировать следующим образом:

  • Ионные соединения, в группу которых входят: галогениды, гидроксильные соединения, простые ионы олова и сульфиды.
  • Комплексные соединения, образующиеся при растворении во фторированных средах касситерита.
  • Олово-кремнистые и коллоидные соединения.

Способы добычи

Методы рудо добычи всегда определятся формой и условиями залегания. Проще всего поддаются разработке россыпные (аллювиальные) месторождения, насыщенные зернистыми песками.

Драгирование

Способ заключается в том, что со дна озёр, рек, искусственных водохранилищ или даже морей с помощью землесосных или многоковшовых драг извлекается россыпь, содержащее в своём составе олово.

Драга – это движущаяся землечерпальная машина, установленная на деревянном или стальном понтоне, которая спереди забирает подводный грунт, а сзади – за кормой выгружает обработанную породу в отвал. Тем самым этот перемещающийся по водной поверхности горно-обогатительный агрегат решает сразу несколько задач:

  • Производит добычу полезного ископаемого.
  • Осуществляет гравитационный процесс обогащения, включающий в себя грохочение, отсадку минерала и концентрирование.
  • Углубляет русло водоёма.

В результате драгирования получается концентрат касситерита.

С помощью песковых насосов

Здесь производится первоначальное вскрытие верхнего слоя пустой породы с помощью специальной техники. После чего направленными под высоким давлением водяными струями размывается рудное тело, в результате чего образующиеся стоки поступают в нижерасположенный накопительный пруд.

Водо-грязевая суспензия при помощи песковых агрегатов подаётся вверх на галерею промывки. Далее жидкая фракция по промывным шлюзам стекает вниз, а более тяжёлый касситерит остаётся на дне, откуда затем забирается для отсадки и концентрирования. В результате процесса сырьё получается с 70-76% содержанием олова.

Рафинирование

Оловянное производство включает в себя не только извлечение и обогащение руд, но и выплавку с последующим рафинированием.

Выплавка производится в отражательных или специальных шахтных печах с использованием углеродсодержащих материалов. С помощью этого технологического процесса получают черновое олово. Непосредственно перед выплавкой руду для удаления ненужных пород подвергают обжигу или технологическому выветриванию.

Рафинирование – это очистка материала от примесей, с целью его дальнейшего использования в более концентрированном виде.

Термическое

Выполняется в изготовленных из стали котлах полусферической формы при температуре +300 0 C. С помощью термического рафинирования добиваются удаления:

  • Железа и меди с помощью серы и угля.
  • Мышьяка и сурьмы посредством сплавления их с алюминием.
  • Свинца под воздействием хлорида олова.
  • Висмута, вследствие проведения соединительных реакций с магнием и кальцием.

В результате чего концентрация олова в прошедшем рафинирование металле достигает 99,75-99,95%.

Электролитическое

С помощью данного метода, впервые опробованного на сильно загрязнённых боливийских рудах, достигается 99,98% очистка исходного материала. В основе его лежит процесс электролиза в ваннах при 30 0 C, куда добавляется электролит, содержащий в себе кислотный набор и двухвалентное олово.

Для использования при изготовлении полупроводниковых изделий сырьё, полученное после электролитического рафинирования, дополнительно подвергается зонной плавке, позволяющей достичь 99,995% чистоты металла.

Сфера применения

Благодаря своим свойствам: низкой температуре плавления, большому набору легко производимых сплавов, устойчивости к кислотным воздействиям, олово нашло широкое применение в ряде отраслей промышленности.

Непосредственно сам металл в значительной степени используется в качестве нетоксичного антикоррозийного покрытия, ценимого при изготовлении пищевой тары. Также он входит в состав припоев, химических реактивов, оловянного порошка и серого чугуна. Чаще всего его можно встретить в виде красивых декоративных покрытий, хотя также и на поверхности пребывающих в эксплуатации труб. Кроме того, олово служит в качестве анодного материала в химических источниках тока и является легирующим материалом в производстве титановых конструкционных сплавов.

Однако значительно большее распространение получили оловянные сплавы. Бронза, разнообразные припои, типографские краски, покрытие красителями текстиля и шерсти, сверхпроводники, жаропрочные материалы, гамма излучатели – всё это появилось на свет благодаря широкому набору сплавов этого серебристо-белого металла.

Месторождения в России и мире

Наиболее крупными залежами оловосодержащих руд в мире располагают:

  • в Азии – Китай, Индонезия, Таиланд, Малайзия, Мьянма;
  • в Южной Америке – Боливия, Бразилия, Перу;
  • континент и страна Австралия.

На территории нашей страны имеются 271 рудных месторождений олова: 147 россыпных и 124 коренных. Располагаются они в Карелии, Иркутской и Магаданской областях, в Забайкальском, Хабаровском и Приморском краях, Еврейской АО Бурятии, Якутии и на Чукотке.

Мировые запасы

Подтверждённые мировые запасы оловянных руд составляют 8,174 млн. тонн. Из них в России сосредоточено 0,3 млн. тонн (91% располагается на территории Дальневосточного федерального округа).

Расположение залежей олова по континентам:

  • Азия (без России) – 4,903 млн. тонн.
  • Америка – 2,095 млн. тонн.
  • Африка – 0,415 млн. тонн.
  • Австралия – 0,247 млн. тонн.
  • Европа (без России) – 0,214 млн. тонн.

Страны, добывающие олово

Мировыми лидерами олово добычи в 2019 году стали:

  • Китай – 85,0 тыс. тонн.
  • Индонезия – 80,0 тыс. тонн.
  • Мьянма – 54,0 тыс. тонн.
  • Перу – 18,5 тыс. тонн.
  • Боливия – 17,0 тыс. тонн.
  • Бразилия – 17,0 тыс. тонн.
  • Конго – 10,0 тыс. тонн.
  • Нигерия – 7,5 тыс. тонн.
  • Австралия – 7,0 тыс. тонн.
  • Вьетнам – 4,5 тыс. тонн.
  • Малайзия – 4,0 тыс. тонн.
  • Руанда – 3,0 тыс. тонн.
  • Россия – 1,4 тыс. тонн.
  • Лаос – 1,0 тыс. тонн.

Источник

Где взять чистое олово?

Олово – это серебристый металл, отличающийся мягкостью и пластичностью. Так как его температура плавления относительно мала, всего 232 °С, олово считается легкоплавким металлом. Палочка из чистого олова при сгибании производит характерный хрустящий звук.

Это обусловлено эго кристаллической структурой. При деформации, возникает трение между кристаллами металла, это и является причиной хруста. Это и является отличительной чертой чистого олова от сплава.

Получение олова в домашних условиях

Сегодня олово в чистом виде встречается довольно редко. Даже припой для паяльника имеет примеси. Но пытливые умы, постоянно задаются вопросом: «Где взять чистое олово?». Добыть его можно довольно просто, прямо у себя на кухне, из обычной консервной банки. Фокус состоит в том, что такие банки изнутри луженые, то есть, покрыты тонким слоем олова. Это делается, для защиты метала от коррозии. Для извлечения олова нам понадобится:

  • консервная банка;
  • стиральная сода;
  • несколько батареек (чтобы общее напряжение составило 9-12 Вольт);
  • раствор щелочи (его приготовление будет описано ниже).

Предварительно банку требуется хорошо очистить. Для этого налейте в нее концентрированный раствор стиральной соды и прокипятите 30 мин. Далее нужно промыть ее несколько раз водой. Батарейки нужно соединить последовательно либо можно использовать автомобильный аккумулятор.

Положительный контакт соединяется непосредственно с банкой. Отрицательный – с угольным стержнем, который можно добыть из той же самой батарейки. Он находится внутри ее. Аккуратно опустите стержень в банку с раствором. Главное, что бы он не касался ее стенок. Через некоторое время, на отрицательном контакте начнет собираться губчатое олово.

Это будет сопровождаться пузырьками в электролите. После окончания процедуры, требуется достать стержень покрытый оловом, положить в чистую банку из металла и поставить на огонь. Олово сплавится в слиток.

Приготовление щелочи

Сделать его очень легко. Для этого требуется смешать стиральную соду с гашеной известью и прокипятить раствор. В результате образуется едкий натр (щелочь), а мел выпадет в осадок. После охлаждения и фильтрации, останется только щелочной раствор.

Источник

Что такое олово и для чего оно нужно?

Мягкий белый металл – олово – был одним из первых металлов, которые научился обрабатывать человек. Ученые считают, что добывать олово стали гораздо раньше, чем было впервые найдено железо.

Некоторые археологические находки подтверждают, что оловянные шахты на территории нынешнего Ирака работали уже четыре тысячи лет назад. Оловом торговали: купцы выменивали его на золото и драгоценные камни. В природе олово содержится в оксидной оловянной руде касситерите – минерале, залежи которого встречаются в Юго-Восточной Азии, Южной Америке, Австралии, Китае.

Из истории

По данным историков и археологов, впервые обнаружили олово, вероятнее всего, случайно, в наносных отложениях касситерита. Древние горны с отработанным шлаком удалось найти на юго-западе Великобритании. Среди обнаруженных предметов эпохи Древнего Рима и Греции оловянные изделия встречаются очень редко, что подтверждает предположение, что металл этот был дорогим.

Об олове упоминается в произведениях арабской литературы VIII-IX веков, а также в средневековых произведениях, описывающих путешествия и великие открытия. В Богемии и Саксонии олово стали добывать в XII веке.

Интересно, что задолго до того, как люди стали добывать чистое олово, изобрели бронзу – сплав олова с медью. По некоторым данным, бронза была известна человеку уже в 2500 году до нашей эры.

Дело в том, что олово существует в составе руд вместе с медью, поэтому при плавке получали не чистую медь, а ее сплав с оловом, то есть бронзу. Олово как случайную примесь можно обнаружить в медной посуде египетских фараонов, изготовленной в 2000 году до нашей эры.

Химические свойства олова

Олово инертно по отношению к воде и кислороду при комнатной температуре. Металл также имеет свойство покрываться тонкой оксидной пленкой на открытом воздухе. Именно химическая инертность олова в обычных условиях послужила популярности металла у изготовителей жестяной тары.

Серная и соляная кислота в разбавленном состоянии воздействуют на олово крайне медленно, а в концентрированном виде при нагревании растворяют его. При соединении с соляной кислотой получают хлорид олова, при реакции с серной – сульфат олова.

При вступлении в реакцию с разбавленной азотной кислотой получают нитрат олова, с концентрированной азотной кислотой – нерастворимую оловянную кислоту. Соединения олова имеют важное промышленное значение: их используют при производстве гальванических покрытий.

Применение олова

Этот серебристо-белый мягкий металл можно раскатать до состояния тонкой фольги. Олово не ржавеет, поэтому его широко используют в разных сферах. Чаще всего из этого металла изготавливают тару. Если олово нанести тонким слоем на другой металл, оно придаст поверхности особый блеск и гладкость.

Это свойство олова используют при изготовлении консервных банок. Олово часто используют в качестве антикоррозионного покрытия. Более третьей части всего олова, которое сегодня добывают в мире, используется при производстве пищевых емкостей для продуктов и напитков. Жестяные банки, хорошо всем знакомые, сделаны из стали, покрытой слоем олова толщиной не более 0,4 мкм.

Еще треть добываемого олова идет на изготовление припоев – сплавов со свинцом в разных пропорциях. Припои используются в электротехнике, для пайки трубопроводов. Такие сплавы могут содержать до 97% олова, медь и сурьму, увеличивающие твердость и прочность сплава.

Из олова, смешанного с сурьмой, делают посуду (в первую очередь фраже). В промышленности олово используют в различных химических соединениях.

Источник