Олово

Олово: применение

Разнообразные области применения олова подтверждают его безопасность, нетоксичность и коррозионную стойкость. Например, эти качества позволяют использовать Sn в виде тары для пищевых продуктов, в трубопроводах и припоях. Кроме того, данный элемент – главный легирующий компонент конструкционных титановых сплавов.

Двуокиси олова находят применение при изготовлении оптических стекол (используется в качестве абразива), дисульфид SnS2 – входит в состав красок. Наконец, более половины всего добываемого в мире олова идет на создание сплавов: бронза, баббит, сплавы с цинком, со свинцом и т.д.

Сплавы

В любой промышленности металлы в чистом виде используются крайне редко. Для улучшения физических свойств, руду переплавляют в сплавы. При этом параметры сплава зависят от сфер их применения.

Олово считается экологичным металлом, устойчивым к коррозии. Оно прекрасно себя ведет в качестве основного или побочного компонента в сплаве, поэтому широко применяется в подшипниковой, легкосплавной промышленности и в изготовлении припоев.

Баббиты

Этот тип сплавов прекрасно подходит для изготовления подшипников. В основном они используются в качестве слоя-покрытия или напыления.

Среди баббитовых сплавов наиболее популярны следующие варианты:

• Олово 90%, медь 10%.
• Олово 89%, сурьма 7%, медь 4%.
• Свинец 80%, сурьма 15%, олово 5%.

В данных соединениях помимо касситерита в большем процентном соотношении может выступать также свинец. Добавление сурьмы и меди уравнивает физические и химические свойства сплавов, благодаря чему они взаимозаменяемые.

Температура плавления баббитов – 300°С. Детали с таким напылением (или верхним слоем) очень устойчивы к высоким температурам и к трению. Поэтому их часто применяют в изготовлении подшипников.

Бронзы

В эпоху Бронзового века, 2500-3000 лет до н.э. древние люди открыли технологию сплавов из олова и меди, в результате которых они получали бронзу. Основной составляющей тут является медь, которую также переплавляют с цинком, свинцом и прочими элементами.

Содержание олова в бронзе небольшое (от 4 до 15%), но с ним сплав обладает дополнительной прочностью, приобретает теплопроводность и становится более твердым. Бронзовые детали считаются очень износостойкими и имеют огромный ресурс работы, поэтому наиболее часто применяются в транспортной промышленности.

Оловянная бронза устойчива к деформации, коррозии, влиянию атмосферных осадков. За счет этого детали из нее служат долго и используются, например, в качестве автомобильных расходников. При этом бронзовые сплавы легкоплавкие (что хорошо для переработки и повторного использования) стоят недорого, что делает изделия из них доступными на потребительском рынке.

Припои

Припои имеют разные типы маркировок, в зависимости от содержащихся в них металлов и плотности активного вещества. Наиболее популярный тип – ПОС, в котором олова содержится от 40 до 90%. Чем выше этот процент и меньше масса других веществ, тем «чище» сплав.

Такие высокопроцентные сплавы используют, например, в пищевой промышленности, так как олово не взаимодействует с пищевыми продуктами и не вредно для здоровья. Из ПОС-90 изготавливают медицинские инструменты, банки, посуду.

ПОС-60 и ПОС-40 используются в основном для пайки радиоприборов, из ПОС-30 изготавливают кабели и обрабатывают им листовой цинк.

Пьютер

Пьютер – это сплав олова со свинцом. Иногда в свинцово-оловянном сплаве можно найти висмут, сурьму и медь. Эти лигатуры обозначаются буквами JJ.

На вид такие сплавы очень эстетичны за счет того, что поддаются глубокой полировке, позволяя создавать любые формы. Поэтому соединения класса JJ чаще всего применяются в создании посуды, медицинских инструментов и бижутерии.

Где используется

Металл востребован как самостоятельный материал, в сплавах, соединениях.

Его химические и физические свойства позволяют изготавливать безопасные, стойкие к ржавению изделия и покрытия.

Оловянный солдатик в форме после литья

Металл

Чистый металл востребован как:

• Тара пищевых продуктов.
• Упаковочная фольга.
• Анод в химических источниках тока.

Это также покрытие медных проводов. Металл защищает медную «начинку» от губительного воздействия серы, содержащейся в изоляционном материале.

Оловянный кубок из г. Гданьска (Польша)

Соединения

Соединения металла нашли применение в разных сегментах хозяйственного комплекса:

• Авиа- и машиностроение. Присадка в сплавах титана.
• Электротехника. Сверхпроводящий провод (соединение с ниобием).
• Оптика. Абразив для финальной обработки поверхности стекла.
• Легкая промышленность. Желтый краситель для шерсти.
• Сельское хозяйство. Пестициды.
• Декор. Компонент «золотых» красок.

Изомеры искусственного происхождения используют в медицине как источник гамма-излучения.

Треть добываемого олова идет на изготовление посуды. Еще 60% «забирают» подшипники, упаковочная фольга, припои. Менее 7% остается на другие цели.

Перспективы

Исследуется потенциал двумерных слоев олова, созданных по технологии получения графена. Название материала созвучно «родителю» – станен.

Производство олова

Получение олова связано с процессом дробления, которому необходимо подвергнуть рудоносную породу (или касситерит). Во время этой операции руду дробят, чтобы получить средний калибр частиц на уровне 10 мм. Происходит это в специальных мельницах промышленного назначения. Далее касситерит вследствие своего достаточно значительного уровня плотности и веса отделяется от пустой породы при помощи вибрационно-гравитационного способа на обогатительном столе. Кроме этого может использоваться флотационный способ обогащения и очищения породы. Концентрированную смесь оловянной руды, которая формируется вследствие этой процедуры, подвергают печной выплавке. Во время реализации выплавки происходит восстановление до свободного состояния при помощи включения в восстановительный процесс древесного угля. Для выплавки руду перекладывают слоями с древесным углем.

Марка	Химический состав, %	Область применения
Sn, не менее	Примеси, не более
Pb	Cu	Sb
О1ПЧ	99,915	0,025	0,01	0,015	В полупроводниковой технике; производство консервной жести и приготовление химических реактивов; изготовление прутков, ленты и других изделий для электротехнических целей; изготовление баббитов, сплавов, припоев, оловянного порошка, модифицированного серого чугуна.
О1	99,9	0,04	0,01	0,015
О2	99,565	0,25	0,03	0,05
О3	98,49	1,0	0,1	0,3

Рафинирование добытого материала

Чистота добываемого ресурса напрямую зависит от исходного качества руды. Для получения наиболее качественного олова выполняется рафинирование материалов следующими способами:

1. Термический. Подразумевает использование специализированных котлов, где проходит весь процесс очищения. Температура кипения внутри доводится до 300 градусов. Добавление угля или серы, позволяет добиться расщепления железа и меди.
2. Электролитический. Процедура выполняется в отдельных электролизных ваннах, где устанавливается необходимое вспомогательное оборудование. Рабочая температура фиксируется на уровне 35 градусов. Олово, полученное таким способом, наиболее чистое.

Использование полупроводниковой техники подразумевает дополнительную очистку путем зонного плавления.

Состав и способы применения жидкого олова

Продается химическое вещество в пластиковых бутылках различного объема. В состав жидкого олова входит: восстановитель, стабилизатор, деионизированая вода и соль олова.

Лужение лучше проводить непосредственно перед пайкой платы. Перед процедурой деталь подготавливают. Ее очищают и обезжиривают с помощью спирта. Не рекомендуется зашкуривать плату, но если необходимо, то можно провести шлифовку пастой ГОИ с последующей очисткой.

Далее проводят непосредственно само лужение. Олово в жидком состоянии хорошо взбалтывают, выливают в подготовленную пластиковую емкость и нагревают до комнатной температуры на водяной бане. Плату погружают в раствор на 20-30 минут. В результате получают слой в 1 мкм. Если необходим слой потолще, процедуру лужения повторяют. После этого изделие промывают проточной водой и вытирают насухо чистой тряпкой. Готовую плату до использования хранят в канцелярском файле или полиэтиленовом пакете.

Жидкое олово продается в пластиковых бутылках различного объема

Количество жидкого олова рассчитывается из пропорции 1 л на ½ кв. м. поверхности. Раствор жидкого олова можно использовать повторно сколько нужно раз, вплоть до его окончания. Однако те, кто уже проверили вещество на практике, отмечают снижение его эксплуатационных качеств уже через пару месяцев после открытия флакона.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Олово — редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2·10−4 до 8·10−3 % по массе. Основной минерал олова — касситерит (оловянный камень) SnO2, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu2FeSnS4 (27,5 % Sn). Мировые месторождения олова находятся в основном в Китае и Юго-Восточной Азии — Индонезии, Малайзии и Таиланде. Также есть крупные месторождения в Южной Америке (Боливии, Перу, Бразилии) и Австралии.

В России запасы оловянных руд расположены в Чукотском автономном округе (Пыркакайские штокверки; рудник/посёлок Валькумей, Иультин — разработка месторождений закрыта в начале 1990-х годов), в Приморском крае (Кавалеровский район), в Хабаровском крае (Солнечный район, Верхнебуреинский район (Правоурмийское месторождение)), в Якутии (месторождение Депутатское) и других районах.

В процессе производства рудоносная порода (касситерит) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем ~ 10 мм, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счет своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационным методом на обогатительных столах. В дополнение применяется флотационный метод обогащения/очистки руды. Таким образом удается повысить содержание олова в руде до 40-70 %. Далее проводят обжиг концентрата в кислороде для удаления примесей серы и мышьяка. Полученный концентрат оловянной руды выплавляется в печах. В процессе выплавки восстанавливается до свободного состояния посредством применения в восстановлении древесного угля, слои которого укладываются поочередно со слоями руды, или алюминием (цинком) в электропечах: SnO2 + C = Sn + CO2. Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.

Способы добычи олова

Обнаружить олово можно в оловянных рудах, которые подвергаются обогащению при помощи самых разных способов. В давние времена такое сырье просто вымывали до получения оловянного концентрата (содержание Sn – 40-70%). Далее концентрат обжигался в печах для удаления летучих примесей, а затем выщелачивался соляной кислотой для удаления железа, висмута и др. металлов. Полученное черновое олово содержало еще около 7-8% примесей.
Для получения металла высоких сортовых марок с долей Sn в 96,5-99,9% применяется электролитическое или огневое рафинирование. Если же стоит задача получить Sn чистотой 99,99985%, применяется технология зонной плавки.

Однако в наши дни человечество всё чаще добывает олово другим способом: переплавляет старые консервные банки, где Sn нанесен на жесть тонким слоем. В данном случае применяется обработка материала газообразным хлором, что позволяет получить хлорное олово SnCl₄. Далее его последующая обработка в электролизере дает возможность получить металлическое олово.

Производство — олово

К основным природным соединениям олова и свинца следует отнести оловянный камень, или касситерит SnO2 и свинцовый блеск, или галенит PbS. Эти минералы используют в производстве олова и свинца. Первый получают сплавлением касситерита с углем в печах.
 

В качестве примера можно привести производства олова, вольфрама и золота, которые в прошлом отличались крайне низкой степенью извлечения металлов.
 

Для очистки отходящих газов некоторых процессов пирометаллургия ( разработан способ водной промывки. Проведены полупромышленные испытания уста-новки с абсорбером Вентури для водной промывки газа, выделяющегося при производстве олова. Показано, что в результате водной промывки отходящих газов количество мышьяка, выбрасываемого в атмосферу, уменьшилось в 15 раз.
 

В ряде капиталистических стран титан выпускается в больших объемах. Общее производство титановой губки в настоящее время превышает 140000 т и находится на 9 месте после железа, алюминия, меди, цинка, свинца, никеля, магния, олова. Производство титана уже вытесняет производство олова с восьмого места, а до конца века вытеснит магний с седьмого места.
 

Периоды между капитальными ремонтами определяются сроками службы базовых деталей и узлов, а также необходимостью выполнения работ по модернизации оборудования. Нормативы периодичности и продолжительности ремонтов основного оборудования цветной металлургии разработаны на основе обобщения опыта передовых предприятий отрасли и наложены в приложении к Положению о ППР оборудования предприятий цветной металлургии. Они являются обязательными для планирования ремонтов оборудования предприятий по производству меди, свинца и цинка, алюминиевых, глиноземных п электродных заводов, титано-мапшевых заводов, предприятий по производству олова, ртути, сурьмы, никеля, кобальта, редких металлов, серной кислоты, твердых сплавов и тугоплавких металлов, предприятий по обработке и вторичной переработке цветных металлов, а также оборудования общего назначения.
 

Применение чистых ( не загрязненных As) металлов и кислот при всех операциях, где возможно их соприкосновение или действие водорода на металл. При производстве олова для предотвращения выделения АвНз из съема ( шлака) рекомендуется применение хлорной и негашеной извести в виде толстого слоя. Следует предохранять этот шлак от увлажнения.
 

Применение чистых ( не загрязненных As) металлов и кислот при всех операциях, где возможно их соприкосновение или действие водорода на металл. Замена процессов, где применяются кислоты, более совершенными методами обработки металлов ( например, введение электролитического оциикования вместо полудного): Обеспечение надлежащей вытяжки при травления металлов. При производстве олова для предотвращения выделения АзНз из съема ( шлака) рекомендуется применение хлорной и негашеной извести в виде толстого слоя. Следует предохранять этот шлак от увлажнения.
 

Уже сейчас электрохимическая промышленность занимает видное место в промышленном развитии всех стран. Такие ценные металлы как алюминий, натрий, кадмий, серебро, золото, получают исключительно путем электролиза. В производстве никеля, магния, меди, белой жести электрохимическая продукция составляет 80 — 90 %; весь хлор и его кислородные соединения получают электрохимически. Заметное место занимает электролиз в производстве олова, свинца, цинка. Электрохимический метод широко распространен в производстве надсерной кислоты и ее солей, из которых получают перекись водорода, пер-манганат калия и двуокись марганца.
 

Деньги с оловянных рудников во все более стремительном темпе текли в сейфы маленького метиса, так как производство консервных банок и автомобильная промышленность, которые, как известно, являются главными потребителями этого металла, находились тогда на взлете. Патиньо довольно быстро смог округлить свой капитал. Кроме того, в Англии он стал владельцем крупных оловоплавильных заводов, расположенных в Ливерпуле, что позволило ему установить полный контроль над производством олова и утвердиться на старом континенте, где он надеялся придать своему имени столь недостающий ему блеск.
 

Характеристика олова

Плавится при 232 °C, кипит при 2600 °C, отлично сплавляется с разными металлами, благодаря высокой пластичности хорошо поддается ковке. Паяльное олово используется в качестве припоя, так как оно хорошо смачивает металлы. Промышленное получение олова значительно сложнее чем свинца, поэтому оно гораздо дороже.

В отличие от свинца олово выглядит гораздо привлекательнее. Этот серебристо-белый металл безопасен для здоровья человека. Оловом часто покрывают поверхности металлических изделий в местах, где они контактируют с пищей: посуду, консервную жесть, пищевую фольгу и другие. Однако оловянная пыль и пары при вдыхании могут вызвать опасное влияние на человеческий организм. Кроме производства тары для продуктов питания, олово широко используется в разных припоях и других сплавах, например, в антифрикционных и подшипниковых. Этот материал значительно легче свинца, его плотность 7,3 г/куб.см.

https://youtube.com/watch?v=I33GCWrUJFE

Олово полиморфно, то есть оно может существовать в различных модификациях в зависимости от температуры. При температуре ниже 13 °C белое олово (β-модификация) переходит в серое олово (α-модификацию). В результате этого фазового перехода блестящие оловянные изделия рассыпаются в порошок серого цвета. Причем при контакте с порошком белое олово как бы заражается от него и превращается в серое. Такое явление получило название «оловянная чума».

По некоторым данным, именно оно стало главной причиной гибели экспедиции Роберта Скотта на Южный полюс. Керосин, хранившийся на промежуточных складах, вытек из канистр, пропаянных по швам оловом, которое рассыпалось в порошок на морозах Антарктики. Таким образом, члены экспедиции остались почти без топлива.

Свойства Sn

Stannum (Sn) — латинское наименование этого гибкого, пластичного, легкоплавкого металла. Имеет № 50 в периодической таблице Менделеева. По химическим свойствам металл подобен своим «соседям» — германию и свинцу.

В реакциях проявляет степени окисления +2, +4.

С водой или воздухом не реагирует. Причина этому — пленка оксида на поверхности металла.

Растворяется в разбавленных кислотах; с неметаллами реагирует при нагреве.

Физические свойства олова:

• плотность β-Sn 7,3 г/см3;
• плотность жидкого олова 6,98 г/см³;
• удельная электропроводность 8,69 МСм/м.

Металл обладает редким свойством: плавится при низкой температуре (232°С), а кипит при высокой (2620°С).

В природном олове 10 стабильных изотопов — это рекорд среди всех элементов таблицы Менделеева.

Свойства атома
Название, символ, номер	О́лово / Stannum (Sn), 50
Атомная масса (молярная масса)	118,710(7) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	4d10 5s2 5p2
Радиус атома	162 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	141 пм
Радиус иона	(+4e) 71 (+2) 93 пм
Электроотрицательность	1,96 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−0,136
Степени окисления	+4, +2
Энергия ионизации (первый электрон)	708,2 (7,34) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	7,31 г/см³
Температура плавления	231,91 °C
Температура кипения	2893 K, 2620 °C
Уд. теплота плавления	7,19; кДж/моль
Уд. теплота испарения	296 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	27,11 Дж/(K·моль)
Молярный объём	16,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	тетрагональная
Параметры решётки	a=5,831; c=3,181 Å
Отношение c/a	0,546
Температура Дебая	170,00 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 66,8 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-31-5

Рекомендуем: ПЛАТИНА — «гнилое серебро» или благородный металл

Аллотропные свойства олова

Аллотропия — свойство элемента менять свою кристаллическую решетку при изменении температуры. Модификация альфа (серое олово) устойчиво при низких температурах (ниже 13 °С). Имеет кубическую решетку, по типу алмаза. Практического применения не имеет.

Бета-модификация (белое, металлическое олово), из которого делают солдатиков, им же покрывают консервные банки. Кристаллическая структура тетрагональная.

Серое и белое олово

В гамма-модификацию металл переходит при температуре 161-232°С.

Печально: в музее А.В. Суворова случилось несчастье. В запаснике, где хранилась ценная коллекция оловянных солдатиков, зимой лопнули трубы отопления, и коллекция просто рассыпалась в пыль.

Маркировка металла

Промышленность выпускает металл в проволоке, чушках, прутках.

Марки олова	Форма выпуска, содержание Sn
ОВЧ-000	Допустимо не более 0,001% примесей
О1пч О1	Содержание Sn 99,915% Примесей не более 0,1%
О2	99,565% Sn
О3	Содержит 98,49% олова
О4	Самое «грязное» олово; допустимо содержание примесей до 3,5%

Припои для пайки

Припои классифицируют по разнообразным характеристикам: степени плавления при пайке, способу изготовления, основному металлу, способности к флюсованию и др. По температуре расплавления припои бывают:

1. Легкосплавные, плавятся при менее 145 °C.
2. Мягкие, плавятся при температуре от 145 °C до 400 °C.
3. Твердые, температура плавления выше 400 °C.

Легкосплавные применяют для пайки материалов критичных к перегреву, можно назвать такие марки, как сплав Ньютона, сплав Гутри, сплав Вуда, ПОСВ 32−15−53.

Мягкие применяют для лужения и пайки швов посуды, электроаппаратуры, печатных плат, трубок теплообменников. Самые распространенные из них это оловянно-свинцовые (см. табл.1).

Твердые припои дают высокую прочность соединения и применяются для пайки несущих конструкций. К этим припоям относятся медно-цинковые (ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54), серебряные (ПСр72, ПСр70, ПСр50, ПСр50Кд, ПСр12М) и другие.

https://youtube.com/watch?v=1hJMyXJ7i0M

Оловянно-свинцовые припои

Сплав олова со свинцом с содержанием олова от 10 до 90% называется припоем ПОС. Можно привести следующие обозначения марок таких припоев:

• ПОС40 — содержит 40% олова, остальное — свинец, плавится при 235 градусах, применяется в промышленности для лужения и пайки электроаппаратуры, изделий из оцинкованной стали;
• ПОС90 — 90% олова, 10% свинца, расплавляется при 222 градусах, нашел свое применение при изготовлении посуды и медицинской аппаратуры;
• ПОССу 30−0,5 — 30% олова, 0,5% — сурьма, остальное — свинец, жидким становится при 255 градусах, служит для лужения и пайки листов цинка, обычной и нержавеющей стали, проводов, радиаторов.

В зависимости от процентного соотношения олова и свинца изменяется температура плавления разных марок припоя.

Температуры плавления припоев (в °С). Таблица 1

Марка припоя	Температура начала плавления	Интервал затвердения	Температура полного расплавления
ПОС10	268	31	299
ПОС30	183	73	256
ПОС40	183	52	235
ПОС50	183	26	209
ПОС90	183	39	222
ПОССу 30−0,5	183	72	255
ПОССу 40−0,5	183	52	235
ПОССу 10−2	268	17	285
ПОССу 30−2	185	65	250
ПОССу 40−2	185	44	229

Подготовка к плавке

• Применяется предварительная химическая обработка руды для отделения W спеканием с содой с целью перевода CaWO4 в растворимый Na2WO4.
• Используется обжиг для снижения содержания As.
• Возгонка Sn из бедных руд и обогащение им летучей фазы (≥65 % Sn) в виде SnS (температура кипения 1230°С) и частично SnO (температура кипения 1425°С).

Два метода возгонки Sn в виде SnS:

• Возгонка фьюмингованием. Вдувание смеси угольной пыли, воздуха и сульфидизатора в оксидный расплав;
• вельцевание. Перемешивание смеси исходного сырья, воздуха, восстановителя (топлива) и сульфидизатора в трубчатой печи: SnO2 + 4СО + SO2→SnS(газ) + 4СO2.

Предпочтительные сульфидизаторы: CaSO4*FeS2(FeS). Окисление: SnS(газ)+ 2O2→SnO2+SO2. В оставшемся шлаке (при фьюминговании) или клинкере (при вельцевании) содержится 0,1—0,3 Sn.

Нахождение в природе

Чаще всего олово содержится в горных породах в виде рассеянных форм. Но в кислых образованиях руда встречается в виде минеральных вкраплений и залежей касситерита, который является интересным для производства в промышленных масштабах.

Формы содержания вещества в природе:

• минеральные вкрапления;
• окисные соединения;
• коллоидные формы;
• жидкие фазы.

Рассеянные залежи не отличаются конкретной формой содержания. Наблюдается изоморфно разбросанные сульфидные и кислородные сращения. На месторождениях первого вида олово представлено сфалеритами, халькопиритами, пиритами. В результате распада возникают элементы тилита и других минеральных веществ. В России изоморфные рассеивания обнаруживаются в Приморье, например, в Дубровском и Смирновском месторождении.

Минеральные формы

В группу входят самородки и сплавы интерметаллических образований. Концентрации в почве являются низкими, но такие залежи сконцентрированы на широких площадях. Вместе с оловом обнаруживается руда меди, алюминия, железа, не считая характерных самородков серебра, золота и платиноидов.

Эти же элементы участвуют в образовании сплавов олова:

• атакит;
• стистаит;
• звягинцевит;
• штурмылит.

Приведенные образования встречаются в интрузивных породах магния, например, пикритах и траппах в области Сибирской платформы. Габброиды и гипербазиты располагаются в грунтах Камчатки. Гидротермальные и метасоматические породы находятся в составе никелевых и медных руд в бассейнах Урала, Узбекистана, Кавказа. Пелагические осадочные соединения являются результатом Большого Толбачинского извержения.

Окисные соединения

Наиболее распространены в природе в форме касситеритов (Sn O 2), являющихся оксидами олова. Гамма-резонансное исследование показывает присутствие Sn+4. Соединения включают до 78% олова в форме сплошных вкраплений с отдельными зернами минерала величиной 3−5 мм.

Встречаются формы касситеритов:

1. Гидроокисные сплавы представлены в природе осадками полиоловянной кислоты. К ним относят сукулаиты, варламовиты, гидромартиты, гидростаннаты.
2. Силикаты находятся в форме малаяитов, стоказитов, пабститов. Первый вид минералов встречается в больших масштабах.
3. Сульфидные образования металла представлены серой в сочетании с оловом и являются второй по значению группой для промышленных разработок. Более сложные соединения имеют в составе медь, свинец. В породах чаще других встречаются халькопириты.
4. Станнины имеют второе название оловянного колчедана. Минералы широко добываются в Якутии и Приморье. Во многих случаях представляет основу для образования халькопирита.

https://youtube.com/watch?v=D8gMjV7eGRA

Коллоидные формирования

Кремниево-коллоидные виды играют большую роль в геохимических процессах, хотя их детальное изучение не проводилось. Соединения относятся к вязкой форме выражения коломорфных касситеритов, которые подвергаются кристаллическим преобразованиям. Обнаружена сильная растворимость олова в кремниево-хлористых составах.

Анализ характеристик соединений и их похожесть на Si (OH) 4 показывает способность к получению высокомолекулярного материала (полимера) методом присоединения олигомеров и мономеров к активным молекулам. В результате возникает соединение с замещением анионами хлора и фтора группы ОН. Полимеризация вызывает образование дисперсного геля. Такая форма относится к промежуточным этапам при выделении осадка из гидротермальных веществ.

Жидкая фаза

В газовых и жидких образованиях горных пород выявляются касситериты в категории заключенных минералов. Природные растворы с включением олова почти не анализировались, информация получена после экспериментальных методов исследования.

Виды содержания олова в природных жидкостях делятся на категории:

1. Ионные соединения. Их строение изучалось с точки зрения валентных сцеплений и стереохимических сочетаний. Выделяются подкатегории ионов, галогенидов, гидроксильных и сульфидных образований.
2. Комплексные формирования. Получаются в результате травления касситеритов в среде с высокой концентрацией фтора или хлора.

Редко встречаются олово — кремниевые и дисперсные гелевые вкрапления в жидкой природной среде. Фундаментом этих форм являются минеральные материалы. Соединения проявляют свойства слабых оснований в кислых породах.

Температура плавления и другие свойства припоев на основе олова и свинца

В таблице представлена температура плавления припоев распространенных марок на основе олова и свинца, а также их  теплофизические и механические свойства. Свойства припоев даны при комнатной температуре.

В таблице приведены следующие свойства: температура плавления припоев (солидус и ликвидус) в градусах Цельсия, плотность припоев, удельное электрическое сопротивление, коэффициент теплопроводности, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударная вязкость, твердость по Бринеллю, HB.

Температура плавления припоев (ликвидус — жидкое состояние припоя) на основе свинца и олова находится в диапазоне от 145 до 308°С. Следует отметить, что температура плавления припоя, равная 145°С, соответствует припою ПОСК 50-18, который относится к категории легкоплавких припоев. При температуре 308 градусов Цельсия в жидком виде находится припой ПОССу 5-1.

Рассмотрены свойства следующих припоев: ПОС 90, ПОС 61, ПОС 40, ПОС 10, ПОС 61М, ПОСК 50-18, ПОССу61-0,5, ПОССу 50-0,5, ПОССу 40-0,5, ПОССу 35-0,5, ПОССу 30-0,5, ПОССу 25-0,5, ПОССу 18-0,5, ПОСу 95-5, ПОССу 40-2, ПОССу 35-2, ПОССу 30-2, ПОССу 25-2, ПОССу 18-2, ПОССу 15-2, ПОССу 10-2, ПОССу 8-3, ПОССу 5-1, ПОССу 4-6.

По данным таблицы видно, что плотность припоев меняется в пределах от 7300 до 11200 кг/м3. Припоем с минимальной плотностью является оловянно-свинцовый припой ПОСу 95-5. Наиболее тяжелым из рассмотренных припоев является припой ПОССу 5-1 — плотность такого припоя имеет величину 11200 кг/м3.

Теплопроводность припоев в таблице дана в размерности ккал/(см·с·град). Припоями с максимальной теплопроводностью являются ПОС 90 и ПОСК 50-18 — их теплопроводность равна 0,13 ккал/(см·с·град).

Олово

Свойства олова:

Атомный номер ё50

Атомная масса 118,710

Изотопы

Стабильные 112, 114-120, 122, 124

Нестабильные 108-111, 113, 121, 123, 125-127

Температура плавления, ° С 231,9

Температура кипения, ° С 262,5

Плотность, г/см3 7,29

Твердость (по Бринеллю) 3,9

Содержание в земной коре, % (масс) 0,0004

Производство олова из руд и россыпей всегда начинается с обогащения. Методы обогащения оловянных руд довольно разнообразны. Применяют, в частности, гравитационный метод, основанный на различии плотности основного и сопутствующих минералов. При этом нельзя забывать, что сопутствующие далеко не всегда бывают пустой породой. Часто они содержат ценные металлы, например вольфрам, титан, лантаноиды. В таких случаях из оловянной руды пытаются извлечь все ценные компоненты.

Состав полученного оловянного концентрата зависит от сырья, и еще от того, каким способом этот концентрат получали. Содержание олова в нем колеблется от 40 до 70%. Концентрат направляют в печи для обжига (при 600…700°C), где из него удаляются относительно летучие примеси мышьяка и серы. А большую часть железа, сурьмы, висмута и некоторых других металлов уже после обжига выщелачивают соляной кислотой. После того как это сделано, остается отделить олово от кислорода и кремния. Поэтому последняя стадия производства чернового олова — плавка с углем и флюсами в отражательных или электрических печах. С физико-химической точки зрения этот процесс аналогичен доменному: углерод «отнимает» у олова кислород, а флюсы превращают двуокись кремния в легкий по сравнению с металлом шлак.

В черновом олове примесей еще довольно много: 5…8%. Чтобы получить металл сортовых марок (96,5…99,9% Sn), используют огневое или реже электролитическое рафинирование. А нужное полупроводниковой промышленности олово чистотой почти шесть девяток — 99,99985% Sn — получают преимущественно методом зонной плавки.

Олово получают также регенерацией отходов белой жести. Для того чтобы получить килограмм олова, не обязательно перерабатывать центнер руды, можно поступить иначе: «ободрать» 2000 старых консервных банок.

Всего лишь полграмма олова приходится на каждую банку. Но помноженные на масштабы производства эти полуграммы превращаются в десятки тонн… Доля «вторичного» олова в промышленности капиталистических стран составляет примерно треть общего производства. В нашей стране работают около ста промышленных установок по регенерации олова.

Снять олово с белой жести механическими способами почти невозможно, поэтому используют различие в химических свойствах железа и олова. Чаще всего жесть обрабатывают газообразным хлором. Железо в отсутствие влаги с ним не реагирует. Олово же соединяется с хлором очень легко. Образуется дымящаяся жидкость — хлорное олово SnCl4, которое применяют в химической и текстильной промышленности или отправляют в электролизер, чтобы получить там из него металлическое олово. И опять начнется «круговерть»: этим оловом покроют стальные листы, получат белую жесть. Из нее сделают банки, банки заполнят едой и запечатают. Потом их вскроют, консервы съедят, банки выбросят. А потом они (не все, к сожалению) вновь попадут на заводы «вторичного» олова.

Другие элементы совершают круговорот в природе с участием растений, микроорганизмов и т.д. Круговорот олова — дело рук человеческих.

Сплавы. Одна треть олова идет на изготовление припоев. Припои — это сплавы олова в основном со свинцом в разных пропорциях в зависимости от назначения. Сплав, содержащий 62% Sn и 38% Pb, называется эвтектическим и имеет самую низкую температуру плавления среди сплавов системы Sn — Pb. Он входит в составы, используемые в электронике и электротехнике. Другие свинцово-оловянные сплавы, например 30% Sn + 70% Pb, имеющие широкую область затвердевания, используются для пайки трубопроводов и как присадочный материал. Применяются и оловянные припои без свинца. Сплавы олова с сурьмой и медью используются как антифрикционные сплавы (баббиты, бронзы) в технологии подшипников для различных механизмов.