Олово
Последнее обновление страницы:14 May 2025
Вступление
Возможно, вы слышали о оловянных солдатиках и жестяных свистульках, но сегодня олово широко используется для облицовки стальных банок для упаковки пищевых продуктов. Больше всего олова используется в припое (легкоплавком металлическом сплаве, используемом для создания прочного соединения между металлическими деталями). Олово - относительно мягкий металл, используемый в различных сплавах, включая бронзу.
Свойства
Олово - это белый металл, который при комнатной температуре становится мягким и обладает высокой устойчивостью к коррозии и усталости. Олово нетоксично и обладает высокой пластичностью (ему можно придавать форму). Олово легко сплавляется с другими металлами, имеет низкую температуру плавления и легко перерабатывается.
Свойства олова
| Химический символ | Sn - Слово tin имеет англосаксонское происхождение, но обозначение олова, Sn, происходит от римского слова Stannum. |
|---|---|
| Руда | Касситерит - основной рудный минерал |
| Относительная плотность | 3 для касситерита, 7,3 для металлического олова |
| Твердость | 1,5-1,8 балла по шкале Мооса |
| Пластичность | Высокий |
| Пластичность | Высокий |
| Температура плавления | 232°C |
| Точка кипения | 2602°C< |
Использует
Существует множество важных применений олова. Чаще всего оно используется для производства белой жести или стали, покрытой оловом, которая используется для упаковки пищевых продуктов. Олово и оловянные сплавы используются также для припоя, особенно в электронной промышленности. Он широко используется в качестве сплава для изготовления подшипниковых узлов и в качестве сплава для металлических покрытий.
Неорганические соединения олова используются в керамике и глазури. Органические соединения олова используются в производстве пластмасс, консервантов для древесины, пестицидов и антипиренов.
| Воспользуйся | Описание |
|---|---|
| Припой | Более 50% олова используется в качестве оловянно-свинцовых припоев или в качестве важного элемента в бессвинцовых припоях. Припои используются в электронных деталях, сантехнике, механизмах и автомобилях |
| Жестяная плита | Около 20% олова используется в качестве жести для производства консервов и напитков, при этом стальные банки покрываются оловом, что делает их устойчивыми к коррозии, более привлекательными и облегчает придание им формы и пайку. Сталь сама по себе ржавеет, а олово слишком мягкое и дорогое. |
| Бронза | Бронза - это сплав меди и олова, который используется для изготовления статуй, подшипников автомобильных двигателей и тяжелой техники, а также музыкальных инструментов, таких как колокольчики, тарелки и гонги. Церковные колокола изготавливаются из бронзы с высоким содержанием олова, что придает им прекрасный резонирующий звук. К знаменитым колоколам относятся колокола Вестминстерского аббатства, колокола "Апельсины и лимоны" Святого Клементса и самый большой колокол в мире в Москве, который весит около 130 тонн (Биг-Бен в Лондоне весит всего около 15 тонн). |
| Изготовление керамики и стекла | Оксид олова используется в качестве белой глазури для керамики (включая плитку) или стеклянной посуды, а также может быть окрашен другими оксидами металлов. Листовое стекло изготавливается путем погружения расплавленного стекла в ванну с расплавленным оловом во время его застывания, что придает стеклу очень ровную и полированную поверхность. |
| Другой | В биоцидах (таких как консерванты для древесины и дезинфицирующие средства), производстве красителей, нанесении покрытий на ванны, производстве парфюмерии и мыла, производстве пластмасс (особенно в качестве стабилизатора в поливинилхлориде), укреплении стеклянных бутылок, в зубной пасте, в ветеринарных препаратах, трубах церковных органов (сплав свинец-олово), чугуне, антипиренах., оловянная посуда (в основном оловянная, с примесью сурьмы, меди и свинца), используемая для изготовления пивных кружек, подсвечников, солонок и перечниц и т.д., зубных пломб и мишуры (сплав олова и свинца 60-40%). |
История
Олово - один из немногих металлов, который используется людьми уже более 5000 лет. Поскольку олово легко плавится, наши предки могли сплавлять олово с медью для получения бронзы. Таким образом, олово было важным металлом в нашей истории и развитии, которое привело нас из каменного века в бронзовый. Бронзу можно было затачивать и использовать для изготовления инструментов и оружия. Это привело к тому, что люди начали искать олово, отправляясь в другие страны для торговли товарами.
Около 300 года до н.э. китайцы изобрели арбалет из бронзы, позволивший им победить монголов, которые использовали обычные длинные луки с меньшей дальнобойностью и пробивной силой. Таким образом, китайцы смогли открыть торговые пути с Западной Азией и Европой, положив конец 3000-летней изоляции Китая.
В первом веке нашей эры римляне использовали олово для изготовления бронзовых изделий и свинцово-оловянного припоя. Они также использовали олово для изготовления оловянных изделий (таких как чашки, тарелки и украшения), изготовленных из 70% олова и 30% свинца, что было опасно, поскольку свинец ядовит.
В 618 году нашей эры Британия обменяла олово на зерно из Александрии, чтобы помочь справиться с голодом.
В 18 веке большой популярностью пользовались оловянные фигурки, такие как "оловянные солдатики". Кроме того, в конце 18 века в Китае из олова стали изготавливать тонкие листы, которые использовались для облицовки чайных ящиков.
В 1795 году Наполеон Бонапарт предложил премию для тех, кто сможет найти способ дольше сохранять свежесть продуктов (для своих солдат). Француз по имени Николя Аппер обнаружил, что продукты, сваренные в стеклянных бутылках, а затем сразу же запечатанные, могут храниться в течение нескольких месяцев. Затем, в 1810 году, англичанин Питер Дюран запатентовал первый пищевой контейнер из белой жести. В 1825 году судно, перевозившее консервы (гороховый суп и говядину) в Арктику, затонуло, однако почти 100 лет спустя некоторые контейнеры были извлечены, и их содержимое все еще оставалось достаточно свежим для употребления в пищу.
Образование
Касситерит (SnO2) на сегодняшний день является наиболее важной оловянной рудой, хотя небольшое количество олова извлекается из сульфидных минералов, таких как станнит (Cu2ФеСнЫ4).
Олово встречается как в первичных, так и во вторичных месторождениях. Первичные месторождения обычно связаны с гранитными интрузивными породами, которые образуются, когда магматические тела остывают (затвердевают) под поверхностью Земли, а не на ней, как в случае с вулканическими породами. Первичные отложения могут находиться в граните или в пегматитах или аплитах, связанных с гранитом. Отложения также встречаются в породах, окружающих границы интрузий, в виде жил, вкраплений, скарнов или карбонатных отложений, образованных оловосодержащими флюидами, полученными из гранитных магм. Карбонатзамещающие отложения образуют одни из крупнейших месторождений олова в Австралии.
Вторичные месторождения (россыпи) образуются в результате выветривания и эрозии первичных месторождений олова. Касситерит химически устойчив, тяжел и легко образует остаточные концентрации. Эти концентрации могут образовываться над первичным месторождением (элювиальные) и на склонах ниже месторождения (коллювиальные). Когда касситерит попадает в дренажную систему, он может быть перенесен в речное русло и сконцентрирован в аллювиальных россыпях. Россыпи, погребенные под более молодыми отложениями или лавой, известны как глубинные залежи свинца. Залежи в руслах подводных рек, расположенных в океане, являются важными источниками олова. Более половины мирового производства олова приходится на такие месторождения, как эти, главным образом в Малайзии, Индонезии и Таиланде.
Ресурсы
Австралия не производит большого количества олова по мировым стандартам, но мы разрабатываем месторождения оловянной руды в Тасмании и, в меньшей степени, в Квинсленде и Западной Австралии. Оловянная руда была впервые обнаружена в Австралии в 1880-х годах, и на самом деле рудник Ренисон Белл в Тасмании (названный в честь Джорджа Ренисона Белла, старателя и исследователя, который первым обосновался в этом районе) является одним из крупнейших подземных оловянных рудников в мире.
Более 85% экономических запасов олова в Австралии сосредоточено на месторождении Ренисон-Белл в Тасмании, которое является основным карбонатным месторождением. Это единственный крупный производитель олова в Австралии. Другие австралийские рудники включают Гринбушес в Западной Австралии, а месторождения в Гербертоне/Маунт-Гарнет находятся в северном Квинсленде.
Добыча олова в Австралии имеет долгую историю. Важными историческими и более поздними горнодобывающими центрами/месторождениями являются Ардлетан и регион Эммавилл (Новый Южный Уэльс), Кливленд и Маунт-Бишофф (Южная Каролина), Мульелла (Вашингтон), а также районы Хербертон/Маунт-Гарнет и Куктаун/Коллингвуд (Квинсленд).
Мировые экономические запасы олова составляют около семи миллионов тонн, из которых примерно 1,3% приходится на Австралию. Страны Восточной Азии, включая Китай (27%), Малайзию (15%), Таиланд (12%) и Индонезию (10%), обладают большинством мировых экономических ресурсов олова. Другие страны с большими запасами олова включают Бразилию (16%), Боливию (6%), Перу (4%) и Россию (4%).
Австралийские месторождения олова и действующие рудники, 2022 год.
Размер депозита основан на общем объеме ресурсов (EDR + Продемонстрированные субэкономические ресурсы + Предполагаемый объем).
Для наглядности обозначены только крупные или значимые месторождения.
Добыча полезных ископаемых
Основным методом разработки крупных россыпных месторождений олова является выемка грунта ковшами. Аллювий, содержащий олово, извлекается и транспортируется непрерывной цепочкой ковшей внутрь экскаватора, где он промывается и концентрируется в основном в процессе добычи. В Юго-Восточной Азии, в частности, месторождения меньшего размера или те, которые не подходят для дноуглубительных работ (например, из-за того, что коренные породы очень неровные), разрабатываются с помощью перекачки гравия. Аллювий измельчается струей воды под высоким давлением, и полученная суспензия перекачивается на обогатительную фабрику.
Обогащенная касситеритом суспензия дополнительно концентрируется с помощью методов гравитационного разделения, которые включают промывку суспензии струей воды на оборудовании, таком как кондукторы, спирали или столы для встряхивания. Это позволяет отделить тяжелый касситерит от более легких минералов, таких как кварц, полевой шпат и слюда. Примеси нежелательных более тяжелых минералов, таких как оксиды железа, отделяются с помощью магнитной или электростатической сепарации. Конечным продуктом является касситеритовый концентрат, содержащий около 70% олова.
Реже встречаются жилистые и вкрапленные месторождения олова, которые добываются методами, аналогичными методам добычи твердых пород, используемым для других цветных руд, таких как цинк. Руда отбивается буровзрывными работами, транспортируется на обогатительную фабрику, где ее дробят и измельчают, а затем концентрируют гравитационными методами. Концентрат обычно имеет более низкое содержание олова (около 50%), чем россыпной концентрат, из-за мелкого размера зерен касситерита и сложности удаления всех сопутствующих сульфидных минералов.
Обработка
Первым этапом переработки олова является получение подходящего рудного концентрата. Оловянные руды с высоким содержанием сульфидных минералов должны пройти дополнительную обработку, при которой руда обжигается при температуре 500-600°C для сжигания серы. Флотация не так эффективна для олова, как для сульфидных руд, она все чаще используется для увеличения количества олова, извлекаемого как из первичных руд, так и при переработке для извлечения олова из переработанных отходов.
После получения подходящего рудного концентрата олово извлекается из касситерита методом плавки. Для плавки концентрата используются отражательные печи, что занимает от 10 до 12 часов. Шихта печи состоит из смеси измельченного касситерита, источника углерода в качестве восстановителя и измельченного известнякового порошка в качестве флюса, которые нагреваются до температуры от 1200 до 1400°C.
Кислород, содержащийся в касситерите, связывается с источником углерода, превращая касситерит в олово, в то время как известняк действует как плавильный флюс, способствуя образованию расплавленного раствора, который поглощает многие другие примеси. Расплавленная шихта опрокидывается в отстойник, в котором более тяжелая часть расплавленного олова оседает на дно, в то время как шлак и все отходы перетекают в емкости. Расплавленное олово со дна отстойника разливается в слитки или “чушки” (каждая весом около 34 кг) для рафинирования. Охлажденный шлак, который часто все еще содержит 10-25% олова, измельчается и переплавляется для дополнительного извлечения олова.
Олово, получаемое путем выплавки концентрата или шлака, обычно содержит металлические примеси, которые необходимо удалять путем рафинирования перед поступлением олова на рынок. Методы рафинирования включают термическую обработку или электролитические процессы. Термическая обработка является более широко используемым методом и включает нагрев олова в плавильных печах на наклонном поду до температуры, чуть превышающей температуру плавления чистого олова, но ниже температуры плавления примесей. Относительно чистое расплавленное олово поступает в котел, в то время как примеси остаются, образуя осадок, который повторно обрабатывается для получения большего количества олова. Поскольку потребность в олове чрезвычайно высокой чистоты невелика, более дорогостоящий электролитический метод используется редко.
Оловянный концентрат, получаемый на руднике Гринбушес (Вашингтон), также содержит тантал, ниобий и сурьму. Концентрат выплавляется в электропечи, и из шлака извлекаются тантал и ниобий. Получаемое здесь олово сохраняет небольшое количество сурьмы и используется для изготовления сплавов.