Олово: свойства, формы, способы добычи и применение

• При температуре свыше +13,2⁰C формируется белое олово.
• При температуре ниже +13,2⁰C возникает структура серого олова.
• Под воздействием высоких давлений аллотропические формы минерала принимают вид g-олова и s-олова.

Физико-химические свойства:

• Мягкий, ковкий, пластичный материал.
• Плотность при комнатной температуре составляет 7,3 г/см³.
• Температура плавления равняется +231,91⁰C.
• Температура кипения … +2620⁰C.
• При нагревании до температуры свыше 170⁰C 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/м³ или кристаллы, не обладающие цветом, плотностью в 6950 кг/м³. 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 +300⁰C. 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 30⁰C, 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.