Когда стали использовать олово

Олово

Олово — пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета. Используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова — в белой жести (луженое железо) для изготовления тары, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов.Элемент состоит из 10 изотопов с массовыми числами 112, 114-120, 122, 124; последний слабо радиоактивен; изотоп 120 Sn наиболее распространен (около 33%).

СТРУКТУРА

Олово имеет две аллотропные модификации: a-Sn (серое олово) с гранецентрированной кубической кристаллической решеткой и b-Sn (обычное белое олово) с объемноцентрированной тетрагональной кристаллической решеткой. Фазовый переход b -> a ускоряется при низких температурах (-30° С) и в присутствии зародышей кристаллов серого олова; известны случаи, когда оловянные изделия на морозе рассыпались в серый порошок («оловянная чума»), но это превращение даже при очень низких температурах резко тормозится наличием мельчайших примесей и поэтому редко встречается, представляя скорее научный, чем практический интерес.

СВОЙСТВА

Плотность b-Sn 7,29 г/см 3 , плотность a-Sn 5.85 г/см 3 ,. Температура плавления 231,9°C, температура кипения 2270°C.
Температурный коэффициент линейного расширения 23·10 -6 (0-100 °С); удельная теплоемкость (0°С) 0,225 кдж/(кг·К), то есть 0,0536 кал/(г·°С); теплопроводность (0°С) 65,8 вт/(м·К.), то есть 0,157 кал/(см·сек·°С); удельное электрическое сопротивление (20 °С) 0,115·10 -6 ом·м, то есть 11,5·10 -6 ом·см. Серое олово является диамагнетиком, а белое — парамагнетиком.

Предел прочности при растяжении 16,6 Мн/м 2 (1,7 кгс/мм 2 ); относительное удлинение 80-90%; твердость по Бринеллю 38,3-41,2 Мн/м 2 (3,9-4,2 кгс/мм 2 ). При изгибании прутков олова слышен характерный хруст от взаимного трения кристаллитов.

Чистое олово обладает низкой механической прочностью при комнатной температуре (можно согнуть оловянную палочку, при этом слышится характерный треск, обусловленный трением отдельных кристаллов друг о друга) и поэтому редко используется.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Олово — редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2·10 −4 до 8·10 −3 % по массе. Основной минерал олова — касситерит (оловянный камень) SnO2, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu2FeSnS4 (27,5 % Sn). Мировые месторождения олова находятся в основном в Китае и Юго-Восточной Азии — Индонезии, Малайзии и Таиланде. Также есть крупные месторождения в Южной Америке (Боливии, Перу, Бразилии) и Австралии.

В России запасы оловянных руд расположены в Чукотском автономном округе (Пыркакайские штокверки; рудник/посёлок Валькумей, Иультин — разработка месторождений закрыта в начале 1990-х годов), в Приморском крае (Кавалеровский район), в Хабаровском крае (Солнечный район, Верхнебуреинский район (Правоурмийское месторождение)), в Якутии (месторождение Депутатское) и других районах.

В процессе производства рудоносная порода (касситерит) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем

10 мм, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счет своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационным методом на обогатительных столах. В дополнение применяется флотационный метод обогащения/очистки руды. Таким образом удается повысить содержание олова в руде до 40-70 %. Далее проводят обжиг концентрата в кислороде для удаления примесей серы и мышьяка. Полученный концентрат оловянной руды выплавляется в печах. В процессе выплавки восстанавливается до свободного состояния посредством применения в восстановлении древесного угля, слои которого укладываются поочередно со слоями руды, или алюминием (цинком) в электропечах: SnO2 + C = Sn + CO2. Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Основная форма нахождения олова в горных породах и минералах — рассеянная (или эндокриптная). Однако олово образует и минеральные формы, и в этом виде часто встречается не только как акцессорий в кислых магматических породах, но и образует промышленные концентрации преимущественно в окисной (касситерит SnO2) и сульфидной (станнин) формах.

В общем можно выделить следующие формы нахождения олова в природе:

  1. Рассеянная форма: конкретная форма нахождения олова в этом виде неизвестна. Здесь можно говорить об изоморфно рассеянной форме нахождения олова вследствие наличия изоморфизма с рядом элементов (Ta, Nb, W — с образованием типично кислородных соединений; V, Cr, Ti, Mn, Sc — с образованием кислородных и сульфидных соединений). Если концентрации олова не превышают некоторых критических значений, то оно изоморфно может замещать названные элементы. Механизмы изоморфизма различны.
  2. Минеральная форма: олово установлено в минералах-концентраторах. Как правило, это минералы, в которых присутствует железо Fe +2 : биотиты, гранаты, пироксены, магнетиты, турмалины и т. д. Эта связь обусловлена изоморфизмом, например, по схеме Sn +4 + Fe +2 → 2Fe +3 . В оловоносных скарнах высокие концентрации олова установлены в гранатах (до 5,8 вес.%) (особенно в андрадитах), эпидотах (до 2,84 вес.%) и т. д.

На сульфидных месторождениях олово входит как изоморфный элемент в сфалериты (Силинское месторождение, Россия, Приморье), халькопириты (Дубровское месторождение, Россия, Приморье), пириты. Высокие концентрации олова выявлены в пирротине грейзенов Смирновского месторождения (Россия, Приморье). Считается, что из-за ограниченного изоморфизма происходит распад твёрдых растворов с микровыделениями Cu2 +1 Fe +2 SnS4 или тиллита PbSnS2 и других минералов.

ПРИМЕНЕНИЕ

Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова — в белой жести (лужёное железо) для изготовления тары пищевых продуктов, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. Важнейший сплав олова — бронза (с медью). Другой известный сплав — пьютер — используется для изготовления посуды. Для этих целей расходуется около 33 % всего добываемого олова. До 60 % производимого олова используется в виде сплавов с медью, медью и цинком, медью и сурьмой (подшипниковый сплав, или баббит), с цинком (упаковочная фольга) и в виде оловянно-свинцовых и оловянно-цинковых припоев. В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb3Sn.
Дисульфид олова SnS2 применяют в составе красок, имитирующих позолоту («поталь»).

Искусственные радиоактивные ядерные изомеры олова 117m Sn и 119m Sn — источники гамма-излучения, являются мёссбауэровскими изотопами и применяются в гамма-резонансной спектроскопии.
Интерметаллические соединения олова и циркония обладают высокими температурами плавления (до 2000 °C) и стойкостью к окислению при нагревании на воздухе и имеют ряд областей применения.

Олово является важнейшим легирующим компонентом при получении конструкционных сплавов титана.
Двуокись олова — очень эффективный абразивный материал, применяемый при «доводке» поверхности оптического стекла.
Смесь солей олова — «жёлтая композиция» — ранее использовалась как краситель для шерсти.

Олово применяется также в химических источниках тока в качестве анодного материала, например: марганцево-оловянный элемент, окисно-ртутно-оловянный элемент. Перспективно использование олова в свинцово-оловянном аккумуляторе; так, например, при равном напряжении, по сравнению со свинцовым аккумулятором свинцово-оловянный аккумулятор обладает в 2,5 раза большей емкостью и в 5 раз большей энергоплотностью на единицу объёма, внутреннее сопротивление его значительно ниже.
Исследуются изолированные двумерные слои олова (станен), созданные по аналогии с графеном.

Источник

История открытия олова

Пожалуй, одним из самых древних металлов можно считать олово. В стародавние времена, где то в третьем тысячелетии до нашей эры, персы и египтяне использовали олово для производства разнообразных предметов. Были найдены предметы утвари, сделанные из олова и разнообразные изделия на территориях Персии и Египта. Предполагается, что история открытия олова приблизительно приходится от шести тысяч лет назад.

Это позволяет предположить, что уже в древнейшие времена люди нашли и научились выплавлять этот металл. В то же время была найдена и медь. Сплав олова и меди – бронза, получили широкое применение во многих сферах жизни, ученные полагают, что это был первый искусственный металл, произведенный человеком.

Не многие страны были богаты оловянной рудой, поэтому металл, возили по морю с более богатых стран. Наибольшее количество рудников находилось на Кавказе и в Персии. Со временем, наибольшие запасы олова остались только в Испании и Англии. Не редко бывали случаи, когда вместо олова привозили свинец, так как эти металлы, внешне довольно похожи. Некоторое время этот металл, даже назвали блестящим свинцом.

В то время олово было редким и дорогостоящим металлом, поэтому предметы из этого металла, находят довольно редко. Бронза была так же очень востребована, для производства доспехов и сбруи, что тоже добавляло стоимости олову.

В древние времена данный металл использовали для производства посуды и украшений. В тринадцатом веке олово активно использовали при производстве ювелирных изделий. А в 16 веке, в Мексике, олово использовали для производства монет. Позже наибольшей сферой применения стала промышленность, где из него делали белую жесть.

Само название олова на латинском (Stannum), начало употребляться, в Риме, в период императоров. Даже в библии было упомянуто об олове, в четвертой книге Моисеевой.

В наше время, процесс получения олова, трудоемкий и кропотливый, так как той руды, которая была раньше, не осталось. Нынешняя руда имеет множество примесей и ничтожный процент самого олова. Олово – металл с богатой многолетней историей, остается востребованным и в наше время, хоть нынешняя стоимость его существенно снизилась.

Источник

Бронзовый век, олово и ниспровергатели истории

Как известно, олово является компонентом бронзы. Существуют, правда, бронзы мышьяковистые, где вместо олова, легирующей добавкой, повышающей прочность меди, является мышьяк. Существуют бронзы, в которых для этих же целей вместо олова используется свинец. Однако, как в древности, так и в настоящее время, в основном, используются бронзы оловянистые, о которых и пойдет речь в последующем изложении.. Таким образом, чтобы выплавить бронзу, кроме меди, нужно олово.

Основным минералом для получения олова является оловянный камень — касситерит, который химически представляет собой двуокись олова. Олово из касситерита легко получить при помощи восстановления в печи при недостатке кислорода, что легко достигается добавлением в шихту древесного угля. Эта технология, несомненно, была доступна древним металлургам. Аналогичным способом получали и получают железо из широко распространенных в природе оксидов железа.

Основные месторождения касситерита в настоящее время находятся в Малайзии, Таиланде, Боливии, Индонезии, КНР, Нигерии, Якутии и Забайкалье. С точки зрения древних металлургов Малой Азии, Кавказа и Европы эти месторождения касситерита находятся у «черта на куличиках» и, конечно, были им недоступны. Правда существуют в настоящее время месторождения олова и в Европе — в Богемии и в Корнуолле. Однако, самым первым изобретателям бронзы они тоже, вряд ли, были доступны. В Богемии касситерит в настоящее время добывают из достаточно глубоко залегающих гранитов и древним рудокопам он был недоступен. Корнуолл находится на острове и тоже далеко от первых центров металлургии Бронзового века — Малой Азии, Кавказа, Центральной и Южной Европы. Возникает вопрос — а откуда же древние могли получать олово для выплавки бронзы, если в Старом Свете оно отсутствует или присутствует, но в недоступных для древних людей местах? Загадка!

Ниспровергатели истории дают такой ответ на эту загадку— Бронзового века не было. Это все выдумки официальной истории. По их мнению бронзу научились делать только в XVII веке, когда касситерит стали добывать, взрывая горную породу или доставлять морем из дальних стран. До того времени, когда порох начали применять в горном деле, или до развития мореплавания , когда касситерит стало возможно доставлять в Европу морем, ни о каком использовании в Европе касситерита-оловянного камня говорить не приходится. В общем дурит нашего брата официальная история. Не было никакого Древнего Мира (см. Новая Хронология) и никакого Бронзового века.

Попробую дать свой ответ на эту Загадку.

Для этого придется немного погрузиться в геологию, чтобы понять, где встречается в природе оловянный камень — касситерит.
Обратимся к горной энциклопедии http://enc-dic.com/enc_rock/Kassiterit-1264.html
«Наиболее крупные скопления Касситерита связаны с высокотемпературными грейзеновыми и гидротермальными месторождениями . Во многих гранитах Касситерит. присутствует в качестве акцессорного минерала (малой примеси)…. Сильно изменённые каолинизированные оловоносные граниты представляют промышленный интерес.»
Здесь нужно некоторое пояснение про грейзеновые месторождения. Читаем в Вики:
«Грейзен — метасоматическая горная порода, состоящая в основном из кварца и светлых слюд (лепидолита, мусковита), часто содержит ценные рудные минералы в виде вкраплённости (касситерит, вольфрамит, танталит и др.). Грейзен — ведущий поисковый признак на месторождения руд редких металлов и цветных камней (топаза, берилла и др.).
Грейзены образуются при температуре 400-500 градусов Цельсия, и связаны с изменения гранитных пород под действием газов и растворов, отделяющихся от охлаждающихся гранитных тел». То есть, грейзены образуются из гранитов.
Таким образом, месторождения касситерита связаны с гранитами — самой широко распространенной горной породой. «Граниты — визитная карточка Земли».
Опять загадка! Гранитов в Европе, в Малой Азии, в Иране, на Кавказе полным полно, а касситерита — оловянного камня очень мало. А если и есть, то залегает в гранитах глубоко под землей.
А что же представляют собой разрабатываемые в настоящее время месторождения касситерита? Информация об этом имеется, например в работе геолога Эдварда Эрлиха «Минеральные месторождения в истории человечества»
http://www.port-folio.org/2005/part215.htm
Читаем : «Как и во многих других горнорудных провинциях, добыча начиналась с разработки россыпей (россыпи и в наши дни поставляют 80% мировой добычи олова). Лишь позже, по мере выработки россыпей, в средние века перешли к отработке индивидуальных жил, пронизывающих граниты и вмещающие их породы. »
В другой популярной книге — Розен Б. Я. «Соперник серебра.» — М.: Металлургия, 1984.
читаем:
«В начале своего знакомства с оловом древние люди добывали оловянную руду из россыпей, преимущественно в речных наносах. В те времена им были уже знакомы россыпное золото и техника его отмывки от речного песка. Позднее стали добывать олово из глубоко залегающей оловянной руды.
Добывали руды открытым способом. В открытых выработках делали перемычки (целики), защищавшие рудокопов от завалов и гибели под обломками, хотя и нередко бывали несчастные случаи. До сих пор при археологических раскопках древних выработок в Сибири, Казахстане, на Алтае и других местах на территории нашей страны и во многих странах, где уже в бронзовом веке добывали медь и олово (в Англии, Китае и Перу), находят скелеты погибших горняков.
В подземных штольнях также оставляли целики для защиты от возможных обвалов. Но это были уже столбы или колонны, выложенные из породы, которые поддерживали свод штольни. Такие крепления встречаются во многих древних выработках, где добывали медь и олово. Нередко подобные подпорки складывали из каменных плит или глыб, а в местах, где было много леса, часто использовали деревянные столбики. В те далекие времена в подземные галереи спускались по вырубленным в породе ступеням или деревянным лестницам. Чаще всего это были бревна с зарубками или же деревья с обрубленными толстыми сучьями. На Урале, в одном из древних рудников, была найдена такая лестница. По таким примитивным лестницам рудокопы не только спускались в штольни и выработки, но и поднимали руду в корытах, кожаных сумках, плетеных корзинах.»
http://tapemark.narod.ru/olovo/index.html

Таким образом, геологи нам говорят, что касситерит и в настоящее время добывается, в основном, из россыпей — из речных наносов, а не из коренных пород. Речные наносы и россыпи, так сложилось в геологии, называются аллювиальными. Они являются результатом выноса реками горных пород, которые были разрушены в результате эрозии. В аллювиальных россыпях находят многие ценные минералы и драгоценные металлы, в то числе золото. В том числе и оловянный камень — касситерит. Чем древнее горы, тем больше они подвержены эрозии и тем толще аллювиальные отложения. Древние горы — Урал, Карпаты, Татры, Рудные горы в Центральной Европе всегда были источником ценных минералов и драгоценных металлов — золота и серебра. И, если золота, серебра, оловянного камня там сейчас осталось мало, то это не означает, что их никогда там и не было. Они там были, но их не стало в результате интенсивной добычи. Во времена Бронзового века касситерит, медные руды и леса были стратегическими материалами, примерно такими же, как и в средние века алюмокалиевые квасцы, необходимые для получения пороха или сейчас, например, уран, необходимый для ядерного оружия.
Отсутствие касситерита в россыпях в тех местах, где процветали цивилизации Бронзового века означает лишь то, что его вымели там подчистую. И, если оловянный камень и сохранился на поверхности в настоящее время, это означает лишь то, что в древности эти места были захолустьем мировой цивилизации.
Ситуация с касситеритом в современности аналогична с ситуацией с лесами. В центрах цивилизаций Бронзового века, например, на Кипре и в Греции лесов в настоящее время нет. Леса там были уничтожены в результате использования в металлургии, поскольку для восстановления металлов из оксидов необходим древесный уголь.
В той же работе Эдварда Эрлиха «Минеральные месторождения в истории человечества» читаем:
«Важнейшим элементом производства металла было топливо, в частности, древесный уголь. Массовая дефорестация (уничтожение лесов) восточного Средиземноморья началась к 1200 году до н. э., по-видимому, сначала в сухих районах. Во всяком случае, уже законы Хаммурапи (1750 лет до н. э) налагали высокий штраф за вырубку лесов. По реконструкции современных археологов, производство рудниками Лавриона в Аттике трех с половиной тысяч тонн серебра и 1.4 миллиона тонн свинца на протяжении 300 лет сопровождалось уничтожением 2.5 миллиона акров леса. Разработка рудников Лавриона была приостановлена не из-за исчерпания запасов руды и не потому, что выработка опустилась ниже уровня подземных вод, а из-за того, что стоимость «горючего» для производствам металла — леса -делала рудники убыточными. По словам Платона, район вокруг Афин когда-то он был покрыт густым лесом. Ныне же это — кожа и кости прежней Аттики. Именно металлургия привела и к полному уничтожению растительности Кипра, также некогда покрытого густыми лесами. По свидетельству Эратосфена, до начала интенсивной разработки меди леса на Кипре были так густы, что их вырубка поощрялась. »

Таким образом, мне представляется, что очередной «открытие» ниспровергателей истории можно смело считать закрытым. Бронзовый век был и, именно, деятельность человека в это время и привела, как к уничтожению лесов в Восточном Средиземноморье, так и к полному исчезновению оловянного камня из россыпей в Южной и Центральной Европе и на Ближнем Востоке.

P.S. Интересно, что такую же судьбу имеют и месторождения малахита, который являлся одним из основных минералов для выплавки меди. В настоящее время малахит остался в Конго и в небольшом количестве на Урале. На Ближнем Востоке и в Южной Европе, где в свое время процветали цивилизации Бронзового века, малахита нет. Однако, так было не всегда. Археологи раскопали в древних неолитических слоях в поселениях Малой Азии (VI-VII тысячелетия до н.э.) куски малахита вместе с кусками меди и древесного угля, что говорит о существовании там металлургии меди.
см. Вяч.Вс. Иванов «История славянских и балканских названий металлов»

Правда, последующие исследования не подтвердили наличия металлургии меди в древнейших слоях 8500 лет до н.э. Медные минералы оказались в золе случайно, но тем не менее они там были в древности, а теперь их там нет.

Вероятнее всего, месторождения малахита в этих местах были также выработаны для получения меди еще в древности.

Источник

Читайте также:  Коэффициент теплового расширения олова