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: