Производство олова по географии

Добыча и получение олова

Смесь таких металлов, как олово и медь — бронза, известна людям еще с 4-го тысячелетия до нашей эры. А данные про чистый металл появились примерно во 2-м тысячелетии до н. э. В те времена из этого металла создавались украшения и посуда. Тем не менее вследствие низкой доступности и дороговизны, оловянные изделия не часто попадаются в числе римских и греческих предметов древности. Информация об этом металле присутствует даже в Библии.

Производство олова

Получение олова связано с процессом дробления, которому необходимо подвергнуть рудоносную породу (или касситерит). Во время этой операции руду дробят, чтобы получить средний калибр частиц на уровне 10 мм. Происходит это в специальных мельницах промышленного назначения. Далее касситерит вследствие своего достаточно значительного уровня плотности и веса отделяется от пустой породы при помощи вибрационно-гравитационного способа на обогатительном столе. Кроме этого может использоваться флотационный способ обогащения и очищения породы. Концентрированную смесь оловянной руды, которая формируется вследствие этой процедуры, подвергают печной выплавке. Во время реализации выплавки происходит восстановление до свободного состояния при помощи включения в восстановительный процесс древесного угля. Для выплавки руду перекладывают слоями с древесным углем.

Марка Химический состав, % Область применения
Sn, не менее Примеси, не более
Pb Cu Sb
О1ПЧ 99,915 0,025 0,01 0,015 В полупроводниковой технике; производство консервной жести и приготовление химических реактивов; изготовление прутков, ленты и других изделий для электротехнических целей; изготовление баббитов, сплавов, припоев, оловянного порошка, модифицированного серого чугуна.
О1 99,9 0,04 0,01 0,015
О2 99,565 0,25 0,03 0,05
О3 98,49 1,0 0,1 0,3

Применение олова

Олово является крайне значимой составляющей смеси в процессе изготовления конструкционных сплавов титана. Двуокись олова является достаточно хорошим абразивным средством, которое используется при «доводке» поверхности оптических стекол. Раньше оловянные соли служили красящими веществами для шерсти. Кроме того, этот металл широко используется в качестве составляющего элемента анодного материала для химического источника тока.
Специалисты называют очень многообещающим использование олова для создания свинцово-оловянных аккумуляторных батарей. Согласно научным исследованиям, при одинаковом напряжении со свинцовой батареей свинцово-оловянная отличается в 2,5 раза более высокой емкостью, а также в 5 раз более высокой энергетической плотностью на единицу объёма. При этом такой аккумулятор имеет более низкое внутреннее сопротивление.
Также олово применимо в процессе создания белой жести на производствах тары для продуктов питания, в припоях для электроники, в сплавах, из которых создают подшипники. Еще один востребованный сплав – пьютер. Из этого материала делают посуду.

Марки олова

Зачастую сплавы олова применяют как антифрикционные материалы или припои. При помощи антифрикционных соединений специалистам удается сохранить машины и оборудование, снижая потери на трение. А припоями скрепляют металлические составляющие механизмов. Из числа антифрикционных сплавов самыми востребованными можно назвать баббиты. Все марки олова выпускаются в виде чушек. Согласно химическому составу выделяют следующие марки:

Месторождения олова

Основная добыча олова сосредоточена в месторождениях, расположенных на территории юго-востока Азии, главным образом в Китае, Индонезии, Малайзии и Таиланде. Кроме этого залежи этого металла присутствуют в странах Южной Америки, а именно в Боливии, Перу, Бразилии.
Российской промышленности очень нужно олово. В нашей стране ежегодно потребляется примерно 6,5–7 тыс. тонн. Однако 90% из этого количества составляет импорт. Главные месторождения оловянной руды в нашем государстве расположены в восточных регионах. Примерно тридцать лет назад в производственный кластер по добыче олова входили девять горно-обогатительных заводов и более 20 рудников в Якутии, Хабаровском регионе, Приморском и Забайкальском регионах, а также на территории Еврейской АО. Но часть предприятий быстро обанкротились.
На протяжении последних нескольких лет положение начало менять в лучшую сторону, но до «советских» объемов еще очень далеко. Не оказало существенного влияния установление в 2013 году нулевой налоговой ставки на добычу полезных ископаемых руд олова, залегающих на территории Дальнего Востока. В нынешнем году внедряется крупная инвестиционная программа, задачей реализации которой является повышение эффективности добычи.

Источник

Особенности структуры, состав и технология производства олова

Олово известно человечеству еще с IV тысячелетия до н. э. Причем первоначально использовалось не само олово, а его сплав со свинцом, который и подарил металлу название: в переводе с санскрита олово означает «стойкий». Распространение, однако, металл получил позже, когда стал использоваться при изготовлении оловянистой бронзы.

И сегодня область применения металла весьма широка. Поэтому данная статья будет посвящена изучению структуры, состава для пайки, производства олова, мы расскажем, какая удельная температура плавления и кипения олова, а также рассмотрим технологии изготовления и известных производителей металла.

Структура и состав олова

Итак, давайте для начала узнаем, где содержится олово, и каков его химический и молекулярный состав.

Олово относится к легким металлом – молекулярная масса равна 50. При нормальной температуре +20 С, это блестящий серебристо-белый металл, легкоплавкий и ковкий.

По химическим свойствам это амфотерный элемент, то есть, проявляющий и кислотные, и основные свойства. С этим связано его распространенность и форма распространения – рассеянная.

Для физических свойств олова имеет значение его структура. Как и многие металлы, вещество может иметь разные модификации, существенно влияющие на качества.

  • При нормальной температуре и выше устойчивой является β-модификация, то есть, белое олово – тот самый серебристый легкий металл с прекрасной ковкостью и пластичностью. Температура плавления его довольно низка – +231 С, температура кипения – +2270 С. Эта фаза устойчива выше температуры в +13, 2 С. β-модификация проводит ток как типичный металл.
  • При температуре менее +13,2 С металл переходит в α-модификацию – серое олово. Для него характера кубическая кристаллическая решетка, аналогичная алмазной. Вещество отличается меньшей плотностью, не ковкое и является полупроводником.Фазовый переход между β- и α-оловом из-за разницы в плотности обуславливает увеличение объема. При этом оловянные изделия рассыпаются в порошок.
  • Выделяют еще одну фазу – γ-олово, существующее в температурном диапазоне от 161 до 232 С. Однако практического применения фаза не получила.

Металлическое олово не является токсичным, поэтому металл допускается применять в пищевой промышленности. Опасность представляют пары олова и некоторые его соединения. Плотность олова — 7280 (кг/м3).

На основании специальной технической литературы мы можем далее рассказать вам о технологии производства олова.

О составе олова расскажет данное видео:

Производство такого металла

Технология получения олова напрямую связана с формой нахождения. В остальном она не слишком отличается от традиционных методов получения цветных металлов. Схема включает следующие стадии:

  • обработка руды;
  • восстановительная плавка – получение чернового металла;
  • рафинирование чернового металла допустимыми методами.

Необходимое оборудование и материалы

  • Форма нахождения олова составляет значительные трудности в его производстве. Целесообразным считается переработка руды, содержащей 0,1% металла. А в россыпях его содержанием может быть даже меньше – 0,01%. Часто олово сопровождают ценные и редкоземельные металлы – W, Zr, Та, Nb, что делает обработку бедной руды более перспективным делом.
  • Самой известной минеральной формой вещества является касситерит – оксид олова. Называют так, собственно, не оксид, а рудный минерал. Оксид образует собой зерна, выделения и агрегаты, в которых размер зерна может быть равным 3–4 мм. Минерал обладает очень широкой цветовой гаммой – от желтого до черного. Красный камень называют «рубиновым оловом». Прозрачные кристаллы встречаются крайне редко и высоко ценятся.
  • Сульфидные соединения – станнины, выступают второй группой, имеющей промышленное значение. В российских месторождениях эта форма очень распространена.
  • Разрабатывают минералы, в состав которых входят гидроксидные соединения, а также силикаты и шпинелиды – нигерит, например.

Получение сырья

Метод добычи и получение годного для плавки сырья зависит от типа месторождения. Россыпные, например, разрабатывать проще.

Россыпное месторождение составляют, как правило, пески – мелкозернистые. Разрабатывают их драгированием или с помощью песковых насосов.

  • Драгирование – включает элементы гравитационного обогащения. Драга – горно-обогатительная установка, который извлекает руду со дна рек, озер или искусственных водоемов. При этом производятся и все остальные процедуры гравитационного обогащения – грохочение, отсадка, концентрирование. Отходы сбрасываются во время работы.
  • При использовании песковых насосов, грунт вскрывают каким-либо механическим методом, а затем песок смывают водяными струями в искусственный водоем. Затем песковым насосом руда подается на промывную галерею – систему длинных промывных лотков. Так как касситерит довольно тяжел, он оседает на дне. Затем концентрат собирают и подают на обогатительный стол.

Коренное месторождение чаще всего представляют собой наклонную, реже вертикальную штольню. Руда подается на мельницы и щековые дробилки, где измельчается до состояния песка. Затем руду обогащают: пирит и породные хвосты отделяют методами гравитационного или флотационного обогащения. Сульфидные руды отжигают или выщелачивают – так улавливают свинец, золото, медь. Так как руда коренного месторождения более бедна, то после обжига опять проводится гравитационное обогащение.

В целом на россыпных месторождениях получают концентрат касситерита с долей металла в 70–76%, а на коренных – 18–60%.

О добыче олово расскажет этот видеоролик:

Технологии

На завод по плавке цветного металла руда попадает уже обогащенная. При необходимости процесс обогащения повторяется, например, путем возгонки олова. Затем руду измельчают в порошок и промывают на специальных устройствах. Таким образом получают рудный шлих.

Шлих обязательно подвергается обжигу, чтобы удалить мышьяк и вольфрам. Для извлечения вольфрама может производиться спекание с содой.

Восстановительная плавка

Для восстановления, то есть, получения металла из оксида, применяют плавку с углеродсодержащими соединениями. В качестве оборудования используют 2 вида аппаратов.

  • Шахтные оловоплавильные – восстанавливает оксид древесный уголь, который загружают послойно вместе с касситеритом. При нагревании металл восстанавливается.
  • Отражательные печи – здесь руда подается вместе с каменным углем и известняком.

В обоих случаях получают шлаки чересчур «богатые» – содержащие до 25% вещества, поэтому они подвергаются вторичной плавке при более высокой температуре и с новыми порциями угля. В итоге выплавляют черновое олово с большой долей железа – железистая печная настыль.

Рафинирование

Черновое олово включает слишком много примесей, причем зачастую ценных, поэтому практически обязательным этапом производства является рафинирование. Обычно прибегают к 2 методам.

  • Термическое – вещество помещают в стальной полусферический котел, где прогревают до 300 С. Для удаления посторонних примесей поэтапно добавляют различные ингредиенты: так, свинец извлекают при добавлении хлорида олова, мышьяк и сурьму сплавляют с алюминием, железо и медь удаляют углем и серой. В результате термического рафинирования получают металл, содержащий до 99,95% вещества.
  • Электролитическое рафинирование проводится в электролизной ванной при температуре в 35С. Как электролит применяется раствор, включающий 8% серной кислоты, 3% соли двухвалентного олова и 4% крезол- и фенолсульфокислоты. Чистота металла достигает 99,995%.

Далее мы расскажем про заводы по производству олова в России и мире.

Известные производители

Производство олова развивается вовсе не столь большими темпами, как должно было бы при учете сильнейшего дефицита металла на рынке. Причин тому несколько:

  • большинство месторождений – более 55%, разрабатываются шахтным методом, что увеличивает расходы на добычу руды;
  • исчерпываются запасы известных крупных месторождений – в Перу, например;
  • жесткие экологические ограничения, которые, например, заметно влияют на добычу руды в Индонезии;

большинство новых месторождений относятся к малым, с небольшими ресурсами.

В результате рейтинг производителей не меняется почти десятилетие.

  • Главным поставщиком олова на рынок металлов остается Китай, в частности, компания Yunnan Tin Co, а также Yunnan Chengfeng Nonferrous Metals Co и Gejiu Zili Mining & Smelting Co.
  • Индонезию представляет PT Timah – на ее «совести» производство почти 25% олова.
  • Третье место занимает Малайзия – Malaysia Smelting Corp и Перу – Minsur.
  • Известны также Thailand Smelting & Refining Co. из Таиланда, и бельгийская компания Metallo Chimique.

В России добыча олова в постсоветский период пришла в упадок. На сегодня к самым крупным предприятиям относится ОАО «НОК» – Новосибирский оловянный комбинат, производящий до 11 тыс. тонн металла в год. Учитывая, что месторождения России считаются самыми богатыми в мире, такое положение вещей удручает.

Олово – металл, имеющий немалое народнохозяйственное значение. Производство – процесс непростой и не самый дешевый, так как содержание металла в руде невелико. Однако современные технологии компенсирует этот недостаток.

О том, как можно изготовить серное олово, расскажет данное видео:

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

Читайте также:  Чем паять нержавейку оловом