Олово смесь каких металлов

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

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