Также по теме:
МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ
Главные промышленные применения олова – в белой жести (луженое железо) для изготовления тары, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. Олово образует различные соединения, многие из которых находят промышленное применение. Наиболее экономически важный оловосодержащий минерал – касситерит (оксид олова). Мировые месторождения касситерита разрабатывают в Юго-Восточной Азии, в основном в Индонезии, Малайзии и Таиланде. Другие важные месторождения касситерита находятся в Южной Америке (Бразилия и Боливия), Китае и Австралии. См. также ОЛОВА ПРОИЗВОДСТВО.
История
Олово известно людям шесть тысяч лет. Но как компонент бронзы. Чистый металл выделили к XII веку. Через восемь столетий историю открытия пополнила разгадка феномена «оловянной чумы».
Олово как металл упоминают книги Библии и энциклопедист раннего Средневековья Роджер Бэкон.
Интересна этимология названия. Наименование stannum восходит к санскриту и означает «прочный, стойкий». Так именовали сплавы, и лишь с 4 века термин применяется к олову.
Термин «олово» есть в балтийских и всех славянских языках. Однако у славян он обозначает свинец. В балтийской группе основой служит наименование металла по цвету: белый либо желтый.
Что представляет собой
Олово – элемент периодической таблицы Менделеева.
Это легкий серебристо-белый блестящий металл. Состоит из десяти изотопов.
Оловянный куб
Олово относится к группе легких цветных металлов.
Международное обозначение – Sn (Stannum).
Мировая цена тонны сырья на Лондонской бирже металлов – $21 000.
Нахождение в природе
По распространенности на планете олово на 47-й позиции, в земной коре его массовое содержание исчисляется тысячными долями процента.
Основной минерал-носитель металла в природе – касситерит (второе название оловянный камень) – почти 80% состава.
Формы нахождения в породах и минералах – рассеянная и минеральная (оксиды, гидроксиды, силикаты, сульфиды, шпинелиды).
Месторождения есть на всех континентах, запасы исчисляются миллионами тонн.
В России регионы залежей – Хабаровский, Приморский края, Якутия, Чукотка.
Применение
О. – компонент сплавов: с медью (бронзы), медью и цинком (латунь), сурьмой (баббит), свинцом (припой), цирконием, титаном, ниобием (атомные реакторы, турбины, сверхпроводники) и др. О. используется для нанесения покрытия на металлы, в т. ч. на лужение белой жести, изготовление фольги, деталей измерит. приборов, теплообменников, худож. изделий и др. Оксид SnO2 применяется для изготовления жаростойких эмалей и глазурей. Соли олова(II) используются в протравном крашении тканей. Кристаллич. SnS2 («сусальное золото») входит в состав красок, имитирующих позолоту, фторид олова – добавка во фторсодержащих зубных пастах.
Физико-химические характеристики
Металл наделен многими достоинствами: пластичен, легок, ковок, нетоксичен.
Химические свойства при обычных температурах не проявляются.
| Свойства атома | |
| Название, символ, номер | О́лово / Stannum (Sn), 50 |
| Атомная масса (молярная масса) | 118,710(7) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Kr] 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 |
Недостатки: малая температура плавления, беззащитность перед «оловянной чумой».
«Оловянная чума»
При нормальном давлении металл принимает одну из двух модификаций:
- α-Sn. Температура менее +13,2°С. Серый тусклый порошок (серое олово).
- β-Sn. Температура выше +13,2°С. Металл, белое олово.
Серое и белое олово
При температуре воздуха ниже +13,2°С β-олово переформатируется в α-модификацию. Структура решетки меняется, серебристый металл становится серым порошком.
Быстрее всего процесс идет при -33°С. Из-за скорости его окрестили «оловянной чумой». Она погубила армию Наполеона при походе в Россию и множество музейных экспонатов, когда помещения выстывали.
Достоинства и недостатки
Преимущества олова заключаются в следующих характеристиках металла:
- в высокой коррозионной стойкости, а также в невосприимчивости к воздействию солей и целого ряда органических кислот;
- в неспособности вступать в реакцию с серой, которая может содержаться в других материалах (это позволяет сочетать олово и, к примеру, пластик в одних и тех же изделиях);
- в отсутствии токсичности – качество, позволяющее использовать Sn в пищевой промышленности.
Олово характеризуется следующими недостатками:
- низкая температура перехода в жидкое состояние;
- подверженность «оловянной чуме».
Технология получения
Исходником для получения металла служит касситерит.
Кристаллы касситерита — оловянная руда
Процесс несложен:
- Руду дробят до частиц не крупнее сантиметра.
- Методом флотации отделяют пустую породу. Содержание металла повышается до 42-68%.
- Серу и мышьяк удаляют кислородным обжигом концентрата.
- Полученным продуктом загружают плавильную печь, чередуя послойно концентрат с древесным углем. Получается восстановленное олово.
- Второй вариант восстановления – алюминием либо цинком.
Оловянная руда
При необходимости металл дополнительно очищают зонной плавкой либо электрохимическим рафинированием.
Историческая справка.
Олово начали применять, вероятно, еще во времена Гомера и Моисея. Открытие его было связано, скорее всего, со случайным восстановлением наносного касситерита (оловянного камня); наносные отложения встречаются на поверхности или близко к ней, и оловянные руды намного легче восстанавливаются, чем руды других металлов. Древние бритты были хорошо знакомы с оловом: в Корнуолле на юго-западе Англии были обнаружены древние горны со шлаком. Металл был, очевидно, малодоступен и дорог, т.к. оловянные предметы редко встречаются среди римских и греческих древностей, хотя об олове говорится в Библии в Четвертой книге Моисеевой (Числа), а слово касситерит, которое и сегодня используется для обозначения оксидной оловянной руды, – греческого происхождения. Малакка и Восточная Индия упоминаются как источники олова в арабской литературе 8–9 вв. и различными авторами в 16 в. в связи с Великими географическими открытиями. История оловянных разработок в Саксонии и Богемии относится еще к 12 в., но в 17 в. 30-летняя война (1618–1648) разрушила эту промышленность. Производство впоследствии возобновили, но вскоре оно пришло в упадок из-за открытия богатых месторождений в Америке.
Марки олова
Металлурги выплавляют металл нескольких марок:
| Марка | Количество примесей (%) |
| ОВЧ-000 | 0,001 |
| О1пч | 0,085 |
| О1 | 0,010 |
| О2 | 0,435 |
| О3 | 1,51 |
| О4 | 3,51 |
Первые четыре марки олова выпускаются в форме чушек, проволоки, прутков. Из О3 и О4 выплавляют чушки. Это исходник для продукции из олова.
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)
Олово – самый экологически чистый из легких цветных металлов.
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.
Приложение В (справочное). Метод отбора проб слитков, листов и заготовок для анализа
Приложение В (справочное)
В.1 Отбор слитков
В.1.1
Правило
Ряд слитков случайным образом выбирается из пачки. Распиливание производится систематически в отобранных слитках, и полученные опилки комбинируются. Образцы анализа получаются распиливанием образца проплавленных опилок.
В.1.2
Материалы и инструменты
В.1.2.1 Щетка со стальной проволокой.
В.1.2.2 Щетка с мягкой щетиной.
В.1.2.3 Электроножовка, оснащенная стальным лезвием для грубой резки.
В.1.2.4 Большой магнит.
В.1.2.5 Обезжиривающий растворитель.
В.1.2.6 Рассеиватель или оборудование для конусообразования и квартования.
В.1.3
Процесс
В.1.3.1 Отбор образцов слитков из партии
По количеству слитков в пакете, случайным образом выбрать количество образцов слитков в соответствии с частотой отбора из партии, приведенной в таблице В.1
Таблица В.1 — Скорость частоты отбора для партии слитков
| Количество слитков в партии | Количество образцов слитков |
| 1-4 | 1 |
| 5-20 | 2 |
| 21-40 | 4 |
| 41-60 | 6 |
| Свыше 60 | 10% слитков в партии |
В.1.3.2 Получение образцов слитков
Убедитесь, что образец слитка (В.1.3.1) свободен от масла и смазки. Очистите образцы слитка, полностью зачищая поверхность, используя для этого стальную проволочную щетку (В.1.2.1). Затем используйте мягкую щетку (В.1.2.2), чтобы удалить любые вещества, загрязняющие свободные поверхности.
В.1.3.3 Распиловка образцов слитков
Обрезать путем распиливания, используя ножовку (В.1.2.3), четверть длины каждого образца слитка (В.1.3.2).
Примечание — Пропила не должно быть сделано на конце бобышки слитка. Если какой-либо образец слитка имеет концевые заделки, которые составляют более чем одну четверть от длины слитка, пропил должен быть ближе к центру длины слитка, таким образом, чтобы пробу отбирали от полного сечения слитка.
Соберите напил от каждого образца слитка. Совокупные частицы напила смешать и удалить свободное железо с помощью магнита (В.1.2.4).
В.1.3.4 Получение образца для анализа
Уменьшить гранулометрический состав образца, полученного в В.1.3.3, с помощью рассеивания образца или с помощью конусообразования и квартования (В.1.2.6), чтобы получить один, или более, усредненных образцов подходящего размера для анализа.
В.2 Отбор листов и заготовок
В.2.1 Правило
Небольшие кусочки вырезают из ряда листов или заготовок в партии.
Куски рассеиваются, плавят и отливают в кокиль. Пилению предпочитают сверление, стружка взята из отливки для получения образца для анализа.
В.2.2 Материалы и инструменты
Помимо небольших установок для плавки и литья оловянных сплавов, требуется следующее:
В.2.2.1 Гидравлические ножницы или резак, чтобы получить небольшие кусочки из листов или заготовок.
В.2.2.2 Весы, способные взвешивать до 200 г с делением в 1 г.
В.2.2.3 Пила, сверло или фрезерный станок.
В.2.2.4 Ручной магнит.
В.2.3 Процесс
В.2.3.1 Как для листов, так и для заготовок массой до 50 г
Случайным образом выбрать четыре листа или заготовки из партии. Для каждого из выбранных листов или заготовок используют ножницы или резак (В.2.2.1), чтобы вырезать в случайных местах, примерно 50 г маленьких кусочков. Рассеять по размеру небольшие кусочки.
В.2.3.2 Для заготовок массой до 50 г
Случайным образом выбрать ряд целых заготовок, чтобы получить комбинированную массу около 200 г.
В.2.3.3 Получение образца для анализа
Расплавить рассеянные небольшие кусочки (В.2.3.1) или выбранные заготовки (В.2.3.2) в чистом железном кокиле или шамотном тигле. Хорошо перемешать и разлить литье под давлением в чистую железную или стальную изложницу.
Возьмите стружку, полученную методом пиления, сверления или фрезерования из полученной отливки. Удалить из стружки свободное железо, попавшее в процессе получения стружки, магнитом (В.2.2.4) и провести тщательное перемешивание для получения образца для анализа.
Сплавы
Металлургией олово используется как компонент сплавов. По сфере применения различают подшипниковые, легкоплавкие составы и припои.
Расплавленное олово
Выработана классификация сплавов по видам:
Баббиты
Сплав на основе олова либо свинца. Применяется как слой, созданный напылением либо заливкой.
Минусы – малая прочность, быстрая «уставаемость». Ввиду этих свойств сплав используется только в подшипниках, защищенных корпусом.
Бронза
Медно-оловянный сплав с доминированием меди. Плюсы: твердость, легкоплавкость, устойчивость к обработке, ржавчине, механическим повреждениям, атмосферным катаклизмам.
Используется как литейный металл, в химической промышленности, автопроме, внешнем декоре зданий.
Припои
Бывают легко- и твердоплавкими. Главный компонент сплава – олово.
Существует несколько марок, в зависимости от соотношения элементов. Сплавы применяются для пайки всего: от посуды, медицинской аппаратуры, радиодеталей, радиаторов отопления до электронного оборудования.
Пьютеры
Сплав с медью, сурьмой, висмутом. Декоративный, эстетичный вариант. Из него делают посуду, мелкие предметы, украшающие жизнь. Но применение ограничивает токсичность.
В некоторых странах использование сплава запрещено. Такие изделия можно найти только у антикваров.
Соединения.
Олово образует различные химические соединения, многие из которых находят важное промышленное применение. Кроме многочисленных неорганических соединений, атом олова способен к образованию химической связи с углеродом, что позволяет получать металлоорганические соединения, известные как оловоорганические (см. также МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ). Водные растворы хлоридов, сульфатов и фтороборатов олова служат электролитами для осаждения олова и его сплавов. Оксид олова применяют в составе глазури для керамики; он придает глазури непрозрачность и служит красящим пигментом. Оксид олова можно также осаждать из растворов в виде тонкой пленки на различных изделиях, что придает прочность стеклянным изделиям (или уменьшает вес сосудов, сохраняя их прочность). Введение станната цинка и других производных олова в пластические и синтетические материалы уменьшает их возгораемость и препятствует образованию токсичного дыма, и эта область применения становится важнейшей для соединений олова. Огромное количество оловоорганических соединений расходуется в качестве стабилизаторов поливинилхлорида – вещества, используемого для изготовления тары, трубопроводов, прозрачного кровельного материала, оконных рам, водостоков и др. Другие оловоорганические соединения используются как сельскохозяйственные химикаты, для изготовления красок и консервации древесины.
Значение для человека
Микроэлемент – участник метаболизма, содействует росту скелетных тканей.
Рацион
Оловом богаты продукты нескольких групп:
- Мясо – курятина, индюшатина, говядина, свинина.
- Молочные продукты, включая сыры твердых сортов.
- Бобовые.
- Овощи – картофель, свекла.
- Семечки подсолнечника.
Ежесуточно человеку необходимо 3-11 мг вещества. Их он получает из пищи. Избыток утилизируется естественным путем, поэтому отравление исключено.
Симптомы нехватки
Нехватка микроэлемента нарушает минеральный баланс организма.
Результатом становятся следующие симптомы:
- Немотивированное истощение.
- Торможение роста.
- Ухудшение слуха.
- Тусклость, ломкость, выпадение волос.
Дефицит элемента – явление редкое. Так же, как переизбыток.
Переизбыток
Случается у людей, контактирующих с веществом (добыча на рудниках, работа на металлургическом предприятии) или фанатов консервированных продуктов.
Консервная банка с оловянным покрытием
Целостность оболочки консервных банок при длительном хранении нарушается. Часть олова переходит в содержимое.
О перенасыщенности организма металлом сигнализируют:
- Металлический привкус во рту.
- Отсутствие аппетита, расстройство ЖКТ (рвота, диарея).
- Анемичность, мигрени, головокружения.
- Кожа воспаляется, бледнеет, становясь сероватой. На деснах появляется синюшность.
На эмоциональном плане это повышенная агрессивность, возбудимость.
