Олово

<час />

Фон

Олово - один из основных химических элементов. В очищенном виде это серебристо-белый металл, известный своей устойчивостью к коррозии и способностью покрывать другие металлы. Чаще всего он используется в качестве покрытия на стальных листах, используемых для изготовления банок для пищевых контейнеров. Олово также соединяется с медью с образованием бронзы и со свинцом для образования припоя. Соединение олова, фторид олова, часто добавляют в зубную пасту в качестве источника фтора для предотвращения разрушения зубов.

Первые упоминания о олове относятся примерно к 3500 г. до н. Э. на территории современной Турции, где он был впервые добыт и переработан. Древние мастера по металлу научились сочетать относительно мягкую медь с оловом, чтобы получить более твердую бронзу, из которой можно было делать инструменты и оружие, которые были более прочными и дольше оставались острыми. С этого открытия начался так называемый бронзовый век, который длился около 2000 лет. Превосходство бронзовых инструментов стимулировало поиск других источников олова. Когда в Англии были обнаружены обширные залежи олова, торговцы привозили драгоценный металл в страны Средиземноморья, но держали источник в секрете. Так продолжалось до 310 <малого> до н. Э. что греческий исследователь Пифей обнаружил местонахождение шахт недалеко от того места, где сейчас находится Корнуолл, Англия. Во многом толчок к римскому вторжению в Британию в 43 н. Э. должен был контролировать торговлю оловом. Химический символ олова Sn происходит от латинского названия материала stannum.

В других частях света олово использовалось в древнем Китае и среди неизвестных племен на территории современной Южной Африки. Примерно к 2500-2000 <малому> году до н. Э. Металлисты на плато Хорат на северо-востоке Таиланда использовали местные источники олова и меди для производства бронзы, и примерно к 1600 г. до н. э. бронзовые плуги использовались на территории современного Вьетнама. Олово также было известно и использовалось в Мексике и Перу до испанского завоевания в 1500-х годах.

Использование олова в качестве материала покрытия датируется временами Римской империи, когда медные сосуды покрывали оловом, чтобы они оставались яркими. Луженые чугунные сосуды появились в Центральной Европе в 1300-х годах. Тонкие листы железа, покрытые оловом, называемые белой жестью, стали доступны в Англии в середине 1600-х годов и использовались для изготовления металлических контейнеров. В 1810 году Пьер Дюран из Франции запатентовал метод консервирования продуктов в запечатанных жестяных жестяных банках. Несмотря на то, что потребовались многие годы экспериментов, чтобы усовершенствовать эту новую технику, консервные банки начали заменять бутылки для упаковки пищевых продуктов к середине 1800-х годов.

В 1839 году Исаак Бэббит из Соединенных Штатов изобрел антифрикционный сплав, названный металлом Бэббит, который состоял из олова, сурьмы и меди. Он широко использовался в подшипниках и в значительной степени способствовал развитию высокоскоростной техники и транспорта.

В 1952 году фирма Pilkington в Англии произвела революцию в стекольной промышленности, внедрив метод «флоат-стекла» для непрерывного производства листового стекла. В этом методе расплавленное стекло плавает на ванне с жидким расплавленным оловом по мере его охлаждения. Это позволяет получить очень плоскую поверхность стекла без операций прокатки, шлифовки и полировки, которые требовались до внедрения этого метода.

Сегодня большая часть мирового олова производится в Малайзии, Боливии, Индонезии, Таиланде, Австралии, Нигерии и Англии. В Соединенных Штатах нет крупных месторождений олова.

Сырье

В земной коре естественным образом обнаружено девять оловосодержащих руд, но единственная добываемая руда - касситерит. Помимо самих руд, для обработки и очистки олова часто используются несколько других материалов. К ним относятся известняк, кремнезем и соль. Также используется углерод в виде угля или мазута. Присутствие в руде высоких концентраций определенных химикатов может потребовать использования других материалов.

Производственный
процесс

Процесс извлечения олова из оловянной руды варьируется в зависимости от источника рудного месторождения и количества примесей, обнаруженных в руде. Месторождения олова в Боливии и Англии расположены глубоко под землей и требуют использования туннелей, чтобы добраться до руды. Руда на этих месторождениях может содержать около 0,8-1,0% олова по весу. Месторождения олова в Малайзии, Индонезии и Таиланде расположены в гравии вдоль русел рек и требуют использования земснарядов или насосов, чтобы добраться до руды. Руда на этих месторождениях может содержать всего 0,015% олова по весу. Более 80% мирового олова находится в этих месторождениях низкосортного гравия.

Независимо от источника, каждый процесс состоит из нескольких этапов, на которых нежелательные материалы физически или химически удаляются, а концентрация олова постепенно увеличивается. Некоторые из этих этапов выполняются на руднике, другие могут проводиться на отдельных объектах.

Вот шаги, используемые для обработки руды с низким содержанием золота, обычно обнаруживаемой в месторождениях гравия в Юго-Восточной Азии:

Горное дело

• 1 Когда отложения гравия расположены на уровне воды в ручье или ниже, они поднимаются плавучим земснарядом, работающим в искусственном пруду, созданном вдоль русла реки. Земснаряд выкапывает гравий с помощью длинной стрелы, оснащенной ковшами с цепным приводом или погруженной в воду вращающейся режущей головкой и всасывающей трубой. Гравий проходит через серию вращающихся грохотов и встряхивающих столов на борту земснаряда для отделения почвы, песка и камней от оловянной руды. Затем оставшаяся руда собирается и отправляется на берег для дальнейшей обработки.

  Жестяная шляпка была подарком к десятой годовщине в 1800-х годах. (Из собраний Музея Генри Форда 6, Гринфилд-Виллидж, Дирборн, Мичиган.)

  В 1800-х годах олово было обычным домашним материалом, особенно популярным среди рабочего класса из-за его низкой стоимости и яркого блеска. Сделанный из железа или стали, тонко прокатанный и окунутый в расплавленное олово, им было легко манипулировать, резать и паять. Олово использовалось почти для всего, для чего можно было использовать медь, олово, латунь или серебро, но, как правило, длилось недолго. Обзор оловянных каталогов примерно 1870 года показывает, что олово использовалось не только для формочки для печенья - оно использовалось для изготовления детских игрушек, кофейников, ланч-боксов и даже джентльменских плевательниц.

  Тем не менее, он также широко использовался для изготовления подарков к десятой годовщине, называемых «оловянной годовщиной». Хотя домохозяйка викторианской эпохи не была так известна, как двадцать пятая, требующая серебряных подарков, она знала, что вполне может получить оловянный подарок на десятую годовщину, как изображенная здесь оловянная шляпа. Созданный в форме «шляпки-ложки», популярной около 1870 года, вполне вероятно, что это произведение датируется тем временем. Конечно, носить ее нельзя, но она должна была быть выставлена ​​на полке в память о той годовщине. Именно для этого жестянщики делали причудливые подарки. В музейных коллекциях есть не только шляпы, но и оловянные туфли и декоративные вазы, которые никогда не могли удерживать воду.

  Нэнси Э.В. Брык

  Когда отложения гравия расположены в сухих местах на уровне воды или выше в Когда отложения гравия расположены на уровне воды или ниже, они поднимаются плавучей земснарядом, работающим в искусственный пруд, созданный вдоль русла ручья. Когда отложения гравия располагаются в сухих местах на уровне воды или выше, они сначала разбиваются струями воды, прокачиваемой через большие форсунки. Затем руда поступает в цех очистки или обогащения, примыкающий к горной выработке. поток, они сначала разбиваются струями воды, прокачиваемой через большие форсунки. Образовавшаяся мутная суспензия улавливается в искусственном пруду. Насос, расположенный в самой нижней точке пруда, перекачивает жидкий навоз в деревянную корыто, называемую палонгом, которая имеет пологий нисходящий уклон по всей длине. Оловянная руда, которая тяжелее песка и почвы в иле, имеет тенденцию тонуть и застревает за серией деревянных планок, называемых рифлями. Периодически уловленная руда выгружается с палонга и собирается для дальнейшей обработки.

Сосредоточение

• 2 Руда поступает в цех очистки или обогащения, прилегающий к горному предприятию. Сначала он проходит через несколько вибрационных сит для отделения более крупных посторонних материалов. Затем он может проходить через сортировочную емкость, наполненную водой, где руда опускается на дно, а очень мелкие частицы ила уносятся. Он также может проходить через флотационный резервуар, куда добавляются определенные химические вещества, чтобы частицы олова поднимались на поверхность и переливались в желоба.
• 3 Наконец, руда сушится, снова просеивается и пропускается через магнитный сепаратор для удаления любых частиц железа. Полученный оловянный концентрат теперь содержит около 70-77% олова по весу и состоит из почти чистого касситерита.

Плавка

• 4 Оловянный концентрат помещается в печь вместе с углеродом в виде угля или мазута. Если используется оловянный концентрат с избыточными примесями, также могут быть добавлены известняк и песок для реакции с примесями. Когда материалы нагреваются примерно до 2550 ° F (1400 ° C), углерод вступает в реакцию с диоксидом углерода в атмосфере печи с образованием монооксида углерода. В свою очередь, монооксид углерода реагирует с касситеритом в оловянном концентрате с образованием сырого олова и диоксида углерода. Если используются известняк и песок, они реагируют с любым кремнеземом или железом, присутствующим в концентрате, с образованием шлака.
• 5 Поскольку олово легко образует соединения со многими материалами, оно часто вступает в реакцию со шлаком. В результате шлак из первой печи содержит заметное количество олова и должен быть подвергнут дальнейшей переработке перед тем, как его выбросить. Шлак нагревается во второй печи вместе с дополнительным углеродом, железным ломом и известняком. Как и прежде, неочищенное олово образуется и извлекается вместе с определенным количеством остаточного шлака. Оловянный концентрат помещается в печь вместе с углеродом в виде угля или мазута. Он нагревается и вместе с неочищенным оловом образует шлак. Шлак и неочищенное олово нагревают еще несколько раз для удаления примесей и восстановления твердого олова.
• 6 Остаточный шлак из второй печи нагревается еще раз для извлечения любого олова, которое образовало соединения с железом. Этот материал известен как твердая голова. Оставшийся шлак выбрасывается.

Очистка

• 7 Неочищенное олово из первой печи помещается в низкотемпературную печь вместе с неочищенным оловом, извлеченным из шлака, и твердой головкой. Поскольку олово имеет температуру плавления намного ниже, чем у большинства металлов, можно осторожно повысить температуру печи, чтобы плавилось только олово, оставив любые другие металлы в виде твердых тел. Расплавленное олово стекает по наклонной поверхности и собирается в котел для полировки, а остальные материалы остаются. Этот процесс называется ликвидацией, и он эффективно удаляет большую часть железа, мышьяка, меди и сурьмы, которые могут присутствовать.
• 8 Расплавленное олово в котле для полировки перемешивается паром, сжатым воздухом или шестами из зеленого дерева. Этот процесс называется кипячением. Сырая древесина, будучи влажной, производит пар при механическом перемешивании шестов. Именно из-за этого грубого, но эффективного использования деревянных опор чайник получил свое название. Большинство оставшихся примесей поднимаются на поверхность, образуя пену, которую удаляют. Очищенное олово теперь имеет чистоту около 99,8%.
• 9 Для применений, требующих еще более высокой чистоты, олово может быть подвергнуто дальнейшей переработке на установке электролитического рафинирования. Олово разливают в формы для образования больших электрических анодов, которые действуют как положительные выводы в процессе электрорафинирования. Каждый анод помещается в отдельный резервуар, а на противоположном конце резервуара помещается лист олова, который действует как катод или отрицательный вывод. Баки заполнены электропроводящим раствором. Когда электрический ток проходит через каждый резервуар, олово снимается с анода и осаждается на катоде. Остальные примеси, которые обычно представляют собой висмут и свинец, выпадают из раствора и образуют слизь на дне резервуара.
• 10 Катоды переплавляют, а очищенное олово отливают в чугунных изложницах для формирования слитков или прутков, которые затем отправляются различным конечным потребителям. Олово более низкой чистоты обычно отливают в слитки весом 25–100 фунтов (11–45 кг). Олово более высокой чистоты разливают в бруски меньшего размера, весящие около 2 фунтов (1 кг).

Контроль качества

Доказано, что описанные процессы позволяют стабильно производить олово чистотой 99% и выше. Чтобы гарантировать эту чистоту, образцы анализируются на различных этапах, чтобы определить, требуются ли какие-либо корректировки процессов.

Жесткая оловянная головка подвергается дальнейшей обработке до тех пор, пока она не превратится в оловянные слитки.

В Соединенных Штатах уровни чистоты коммерческих сортов олова определены Стандартной классификацией B339 Американского общества испытаний материалов (ASTM). Самый высокий сорт - AAA, который содержит 99,98% олова и используется для исследований. Марка A, содержащая 99,80% олова, используется для изготовления белой жести для пищевых контейнеров. Сорта B, C, D и E - это меньшие сорта с чистотой до 99%. Они используются для изготовления сплавов олова общего назначения, таких как бронза и припой.

Побочные продукты / отходы

При переработке олова не образуются полезные побочные продукты.

Отходы включают почву, песок и камни, которые выбрасываются во время операций по добыче и обогащению. Они составляют огромное количество материала, но их воздействие на окружающую среду зависит от местных методов утилизации и концентрации других минералов, которые могут присутствовать. Шлак, образующийся при плавке и рафинировании, также является отходом. Он может содержать некоторое количество мышьяка, свинца и других потенциально вредных материалов. Олово само по себе не оказывает вредного воздействия на человека или окружающую среду.

Будущее

Ожидается, что использование олова будет расти по мере разработки новых приложений. Поскольку олово не оказывает вредного воздействия, ожидается, что оно заменит другие, более вредные для окружающей среды металлы, такие как свинец, ртуть и кадмий. Одно из новых применений - приготовление припоев на основе олова и серебра для замены припоев на основе олова и свинца в электронной промышленности. Другое применение - использование оловянной дроби для замены свинцовой дроби в патронах для дробовика.

Ведутся опытно-конструкторские работы по созданию компаунда на основе олова для использования на свалках мусора. Это соединение будет взаимодействовать с тяжелыми металлами, такими как свинец и кадмий, чтобы предотвратить их попадание дождевой водой в окружающую почву и уровень грунтовых вод.