RSS
 

Статьи в разделе ‘Олово’

Добыча олова

Мировая добыча олова заметно колеблется, имея тенденцию к повышению. Своего апогея она достигла в годы второй мировой войны, когда количество добываемого только в капиталистических странах олова превысило 250 000 тонн в год.

По окончании войны добыча олова как стратегического металла заметно снизилась, но затем вновь стала возрастать. Так, по данным американского исследователя Д. Шелтона, в 1963 году мировая добыча олова составляла 193 344 тонны. Это количество олова распределялось между отдельными странами следующим образом: Малайский архипелаг – 31 процент, КНР – 15 процентов, Боливия – 12 процентов, СССР – 10 процентов, Таиланд, Нигерия, Индонезия, вместе взятые,- 18 процентов, остальные страны – 2 процента.
Следует отметить, что приведенные данные для СССР являются устаревшими и далеко не соответствуют современному уровню добычи олова. Перспективная оценка мировой потребности в олове предполагает увеличение его добычи к 2000 году примерно вдвое.

Основные оловоносные провинции земного шара были известны человечеству еще в глубокой древности. Так, греческий географ Страбон в качестве древнейшего района добычи оловянной руды в 25 году новой эры упоминает Хоросан, расположенный в северной пасти Ирана; исследованиями Байерса в конце прошлого века в этом районе подтверждено наличие древних рудников.

Примерно тем же периодом, что и хоросанские рудники, датируются известные «чудские копи» Юго-Восточного Казахстана, расположенные в Калбинском хребте.

Во времена владычества мавров значительное количество олова добывалось в испанских Пиренеях.

В арабских рукописях VIII-XI веков в качестве оловоносных районов упоминаются Малайя и Бирма.

Начиная с X века основная роль в добыче олова в Европе переходит к расположенному в Южной Англии месторождению Корнуолл; в 1037 году здесь было добыто уже около 600 тонн металла. Общее количество олова, добытого из месторождений Корнуолла за время их эксплуатация, измеряется 2-3 миллионами тонн.

Несколько позже, в XIII веке, началась эксплуатация месторождений Саксонии и Богемии; объем добычи олова из рудников этого района в XVI веке составлял уже около 750 тонн в год.

XVIII век ознаменовался началом интенсивной добычи олова из месторождений Боливии, ранее эксплуатировавшихся в качестве серебряных.

В России, несмотря на острую потребность в олове, особенно резко возросшую в конце XIX – начале XX века в связи с бурным развитием капитализма, нужды промышленности покрывались исключительно за счет импорта этого металла. Добыча олова осуществлялась лишь в совершенно мизерных масштабах в Восточной Финляндии и в Забайкалье – месторождения Питкяранта и Онон. В официальных кругах существовало мнение об отсутствии на территории России сколько-нибудь существенных концентраций олова, хотя касситерит находили в целом ряде районов.

Начиная с 30-х годов по инициативе академика С. С. Смирнова развертываются широкие поиски оловянных Месторождений, в первую очередь – в восточных районах страны. Организация этих работ не замедлила принести весьма обнадеживающие результаты: в Забайкалье, Приморье, Якутии, на территории теперешней Магаданской области были открыты многочисленные месторождения олова самого различного масштаба.

Так, на Северо-Востоке в 1933 году было открыто первое оловорудное месторождение Туманное, в 1934 году были сделаны первые находки касситерита на Валькумее, в 1936 году был открыт Бутугычаг, в 1937 году – Иультин и т. д. Уже к 1940 году стало ясно, что восточные районы Советского Союза, и в первую очередь Северо-Восток, представляют собой крупнейшую оловоносную провинцию, по своим потенциальным возможностям не только сравнимую, но и превосходящую главные оловорудные провинции мира, уже в значительной мере выработанные. Советская Россия получила собственную базу для развития отечественной оловодобывающей промышленности.

Годы войны заметно затормозили процесс исследования оловянного оруденения Северо-Востока: по вполне понятным причинам в это время главное внимание уделялось добыче олова из уже известных месторождений, а не поискам новых объектов. Однако в послевоенные годы поиски оловянных месторождений резко интенсифицировались. Это привело не только к открытию новых месторождений, но и к пересмотру перспективной оценки региона.

Так, проведенные в Северо-Восточном геологическом управлении и СВ КНИИ ДВНЦ АН СССР исследования показали значительные перспективы оловоносности южной и юго-восточной части Магаданской области – Охотско-Чукотского вулканогенного пояса. Ранее эти площади считались неоловоносными, включение их в разряд перспективных резко увеличивает общие перспективы Северо-Востока в целом.
Интенсивная работа коллектива горняков и геологов Северо-Востока создала необходимые условия для почти полного отказа Советского Союза от импорта олова. В ближайшие годы в нашем северном крае будут введены в эксплуатацию несколько групп весьма крупных месторождений. Это обстоятельство выдвигает нашу страну в ряды крупнейших поставщиков олова на мировом рынке.

 

Применение олова

Олово принадлежит к наиболее распространенным в современной промышленности элементам, хотя в чистом виде оно употребляется сравнительно редко. Его значение в промышленности определяется способностью к образованию сплавов с другими элементами, химической стойкостью против воздействия органических кислот, низкой температурой плавления, а также способностью к смачиванию других металлов. Очень широкое использование олова в самых различных отраслях промышленности делает его одним из важнейших стратегических металлов.

Как уже указывалось, еще в древнейшие времена олово широко использовалось в виде сплавов с медью – бронзы, первоначально употреблявшейся в качестве материала для самых разнообразных
поделок.

В дальнейшем бронза в производстве оружия и инструментов была вытеснена железом и сохранила свое первенствующее значение лишь при изготовлении предметов, требующих материала, обладающего весьма высокими литейными качествами,- пушек, колоколов, различных украшений и т. д.

По мере развития техники на первый план выдвинулись антифрикционные качества бронзы, наряду с механической ее прочностью обусловившие применение этого сплава при изготовлении подшипников скольжения, несущих тяжелые нагрузки при высоких скоростях движения.

Широкое применение в качестве подшипниковых материалов, обладающих высокими антифрикционными свойствами, получили также баббиты – сплавы свинца, цинка и других металлов на оловянной основе. Они применяются для заливки подшипников и вкладышей турбин, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания и т. д.

Низкая температура плавления олова и его способность к смачиванию других металлов нашли применение в изготовлении на его основе разнообразных легкоплавких сплавов (в основном со свинцом, висмутом и кадмием), известных под названием припоев. Их применение позволяет надежно соединять различные детали, получая при необходимости герметичные швы. Сплав олова со свинцом и сурьмой известен под названием «типографский металл» – из него изготовляют типографские шрифты.

Большое значение в промышленности имеют различные соли олова. В частности, хлорное олово применяется в производстве шелковых тканей и ситцепечатании. Двусернистое олово используется в качестве золотой краски («сусальное золото»). Гидрат натриевой соли хлороловянной кислоты входит в состав протравы, употребляемой при крашении тканей.

Олово используется для изготовления различных труб и прокатки фольги. Тонкодисперсная двуокись олова является одним из лучших материалов для полировки мрамора.

Высокие антикоррозионные свойства этого металла позволяли использовать его еще в средние века для изготовления столовой посуды и кухонной утвари. Однако оловянная посуда из-за высокой ее стоимости и незначительной механической прочности широкого распространения в то время не получила.

Еще со времен Древнего Рима был освоен способ покрытия медных предметов, в первую очередь различных сосудов, тонким слоем олова, известный под названием лужение. Производство луженой посуды, сочетающей низкую стоимость и значительную механическую прочность основного материала – красной меди или бронзы с высокими антикоррозионными качествами покрытия – олова, требовало лишь минимального расхода последнего.

Резкому повышению мирового спроса на олово способствовало открытие в начале прошлого века способа изготовления белой жести, т. е. способа покрытия тонким слоем олова листового железа. Применение белой жести открыло перспективы для бурного производства консервов, создало возможность создания необходимых запасов продуктом питания широкого ассортимента.

На протяжении длительного времени предпринимались многочисленные попытки заменить белую жесть в производстве консервов каким-либо другим менее ценным материалом, например, стеклом, пластмассой или шестью, покрытой различными лаками. Однако ощутимых результатов получить не удалось. Предлагаемые заменители либо оказывались нетранспортабельными, либо ухудшали качество консервов, не допускали их длительного хранения. Таким образом, по способности к длительному хранению консервов без изменения их качеств, а также механической прочности, универсальности, транспортабельности, легкости и низкой стоимости жестяная тара в консервной промышленности до сих пор не знает себе равных.

Защитные свойства олова используются и в наиболее современных отраслях техники. Так, имеются сведения об эффективном применении оловянно-циркониевых покрытий в американских атомных реакторах для защиты их деталей от воздействия горячей воды.

В последнее время при производстве полированного стекла стал применяться оригинальный метод, сущность которого сводится к следующему. Стеклянная масса непосредственно из варочной печи изливается на поверхность ванны, наполненной расплавленным оловом. Постепенно остывая, стекло в виде непрерывной ленты поступает в отжиговую печь, при выходе из которой режется на куски требуемого размера. Дополнительная полировка стекла не требуется: идеально гладкая поверхность его обеспечивается остыванием на расплавленном металле. Этот метод получения полированного стекла нашел широкое применение в мировой практике.

 

Выплавка олова

Получение олова непосредственно из природных руд не представляется возможным в связи с незначительным содержанием его в последних. Обогащение оловянных руд, позволяющее получать пригодные для металлургического передела концентраты, основывается на высоком удельном весе касситерита и ряде свойств сопутствующих ему минералов. Первичное обогащение производится обычно на месте добычи руды. Оно заключается в дроблении руды и пропуске ее через ряд устройств, позволяющих освободиться от сравнительно легких минералов и частиц пустой породы; в ряде случаев с этой же целью применяется предварительная ручная сортировка рудной массы, а также электромагнитное обогащение.

Концентраты, полученные при первичном обогащении, содержат до 12-35 процентов олова; они направляются на доводочные фабрики.
Необходимость доводки, то есть дополнительного обогащения концентратов, обусловлена высоким содержанием в них частиц вмещающих пород и посторонних минералов, в процессе плавки образующих много шлака, интенсивно поглощающего олово за счет растворения его в силикатах, главным образом железистых.

Кроме того, в первичных концентратах обычно содержится значительное количество железа, мышьяка, сурьмы, висмута, а также других элементов, либо загрязняющих олово в процессе плавки, либо образующих с ним соединения, способствующие потерям металла в шлаке.

При доводке первичных концентратов из них удаляются сопутствующие касситериту минералы; основными методами в этом процессе являются флотация, электромагнитная и электростатическая сепарация и т. д.  Получаемый продукт содержит уже более 60 процентов олова и является сырьем для металлургического передела. Последний состоит из плавки на черновое олово, переплавки шлаков и металлургических пылей, а также рафинирования чернового олова.

Тщательно перемешанные с углем концентраты поступают в плавку на черновое олово в отражательные печи, где их нагревают до 850°С. В результате восстановления олова окисью углерода в процессе плавки шихта разделяется на черновое олово и первичный шлак, содержащий до 25 процентов олова. Капельно-жидкое олово поступает и котел для рафинирования, а шлак – на доработку, осуществляемую вмешиванием в него мелкой чугунной стружки в смеси с углем.

В процессе доработки шлака значительная часть олова вытесняется из силикатов шлака железом и выделяется в капельно-жидком состоянии. Шлак после доработки содержит еще около 12 процентов олова, поэтому охарактеризованный процесс с некоторыми изменениями повторяется неоднократно.

Рафинирование чернового олова производится с целью удаления примесей, растворившихся в металле во время плавки. При огневом рафинировании это достигается введением в расплавленное олово кремния, серы и других компонентов.

Наилучшие результаты в очистке олова достигаются при помощи электролитического рафинирования в щелочных или фенолсульфоновых средах; применение этого метода позволяет получить металл с содержанием олова до 99,98 процента.

Для получения еще более чистого олова, употребляемого в полупроводниковой промышленности, его слитки подвергаются зонной плавке.

 

Минералы олова

В природе известно более полутора десятков минералов олова. Главное промышленное значение из них принадлежит касситериту (двуокись олова), второстепенное - станнину (соединение олова с железом, медью и серой); остальные оловянные минералы в промышленности не используются либо в связи с их редкостью, либо из-за трудности извлечения из них олова.

Касситерит представляет собой темноокрашенный в коричневые тона минерал высокой твердости (царапает стекло), со значительным удельным весом, близким к удельному весу железа. Часто образует хорошо ограненные кристаллы квадратного сечения, несколько вытянутые; нередко встречается в виде зерен неправильной формы и их скоплений.
Размеры выделений касситерита иногда достигают нескольких сантиметров в поперечнике, однако значительно чаще он встречается в виде весьма мелких зерен, различимых лишь с помощью лупы.

Излом касситерита раковистый (как у стекла или кварца), с сильным блеском; тонкие края и мелкие зерна прозрачны или просвечивают. Окраска зерен обычно неравномерная, пятнистая.

Одним из наиболее простых и надежных способов определения касситерита является реакция «оловянного зеркала»: зерна касситерита, помещенные на цинковую пластинку и смоченные каплей разбавленной соляной кислоты, покрываются пленкой металлического олова.

Благодаря своей твердости и стойкости против воздействия воды и воздуха касситерит сохраняется на поверхности без каких-либо изменений. Это способствует его накоплению в россыпях.

Концентрации олова в земной коре возникают путем отложения содержащих его минералов в трещинах и различных пустотах из горячих водных и газовых растворов, отделяющихся от кислых магматических расплавов в процессе остывания последних. Образующиеся при этом месторождения характеризуются различной формой и составом. Наиболее распространены жилы, серии сближенных прожилков, более или менее неправильные залежи на контактах гранитов с осадочными породами и зоны вкрапленного оруденения.

Довольно часто оловянному оруденению сопутствуют такие минералы, как кварц, турмалин, хлорит, мусковит, полевые шпаты, топаз и различные сульфиды.

Содержание олова в коренных месторождениях колеблется в значительных пределах и лишь изредка превышает 1-3 процента; крупные месторождения с запасами около 100000 тонн и более рентабельны для отработки при содержании олова более 0,05-0,1 процента.

Разрушение месторождений олова приводит к возникновению концентраций касситерита в рыхлых отложениях – речных и морских наносах. Благодаря сравнительно низкой стоимости отработки россыпей и простоте извлечения из них касситерита эксплуатация таких месторождений оказывается рентабельной при очень низких содержаниях полезного компонента (около 1 кг/м3). Россыпи олова в балансе его мировой добычи составляют около 50 процентов.

 

Свойства олова

Олово относится к сравнительно распространенным в природе элементам. Его среднее содержание в земной коре составляет около 40 г/т.

Концентрации олова в растительных организмах колеблются в широких пределах; в семенах подсолнечника и гороха содержание олова составляет 16-19 г/т, а в свекле и картофеле не превышает 0,1-0,5 г/т. Поступая с растительной пищей в живые организмы, олово накапливается в различных органах и тканях. В частности, в крови человека содержится 0,14 г/т олова, в печени – до 0,6 г/т, в костях – до 0,8 г/т. Особенно велико содержание олова в слизистой оболочке и мышцах языка лошадей и крупного рогатого скота – до 26,11 г/т.

Роль олова в организме человека не изучена. Установлено, что содержащиеся в суточном пищевом рационе примерно 17 милиграммов олова целиком выводятся из  организма.

Чистое олово представляет собой серебристо-белый металл, плавящийся при 231,9°С и закипающий при 2 430°С. Удельный вес белого олова – -7,3 г/см3. Для олова типичны высокая пластичность, позволяющая прокатывать его в тонкую фольгу, а также мягкость – оно легко режется ножом.

Помимо белой плотной полиморфной модификации металлического олова,  известна также серая – порошкообразная его модификация. Переход первой модификации во вторую необратим и начинается при снижении температуры ниже -13,2°С. Этот процесс резко ускоряется при -30°С и сопровождается резким увеличением объема (примерно на 25 процентов). Изготовленные из белого олова предметы при этом разрушаются, рассыпаясь в серый порошок.

Читать дальше »

 

Олово и цивилизация

Применение олова в виде его сплавов с медью (бронза) знаменует одно из величайших событий в истории человечества – переход к эре широкого применения металлов. Предшествовавшее этому
событию изготовление различных изделий – орудий  труда, предметов вооружения, разнообразных украшений и т. д. из красной меди играло значительно меньшую роль в связи с относительной технологической сложностью.

Несмотря на чрезвычайную важность олова в развитии цивилизации, исследование истории его открытия наталкивается на целый ряд трудностей, обусловленных в первую очередь различием названий этого элемента теми или иными народами древности. При этом не исключено, по крайней мере в ряде случаев, что на заре развития металлургии олово отождествлялось со свинцом, серебром, сурьмой и другими легкоплавкими металлами.

Читать дальше »