Оло вов. Химический элемент олово

Олово - химический элемент с символом Sn (от латинского: stannum) и атомным номером 50. Это постпереходный металл в группе 14 периодической таблицы элементов. Олово получают, главным образом, из минеральной оловянной руды, содержащей двуокись олова SnO2. Олово имеет химическое сходство с двумя своими соседями в группе 14, германием и свинцом, и имеет два основных окислительных состояния, +2 и немного более стабильное +4. Олово является 49-м среди наиболее распространенных элементов и имеет наибольшее количество стабильных изотопов в периодической таблице (с 10 стабильными изотопами), благодаря своему «магическому» количеству протонов. Олово имеет два основных аллотропа: при комнатной температуре, устойчивым аллотропом является β-олово, серебристо-белый, ковкий металл, но при низких температурах олово превращается в менее плотное серое α-олово, имеющее алмазную кубическую структуру. Металлическое олово не легко окисляется в воздухе. Первым сплавом, использовавшимся в больших масштабах, была бронза, изготовленная из олова и меди, начиная с 3000 года до н. э. После 600 г. до н. э. производилось чистое металлическое олово. Сплав олова со свинцом, в котором олово составляет 85-90%, обычно состоящий из меди, сурьмы и свинца, использовался для изготовления посуды с бронзового века до 20 века. В наше время, олово используется во многих сплавах, наиболее часто в мягких сплавах олово/свинец, которые, как правило, содержат 60% или более олова. Другое распространенное применение для олова - коррозионностойкое покрытие стали. Неорганические соединения олова, скорее, не токсичны. Из-за своей низкой токсичности, лужёный металл использовался для упаковки еды при помощи жестяных банок, которые, фактически, изготавливаются, главным образом, из стали или алюминия. Однако, чрезмерное воздействие олова может вызвать проблемы с метаболизмом необходимых микроэлементов, таких как медь и цинк, и некоторые оловоорганические соединения могут быть почти такими же токсичными, как цианид.

Характеристики

Физические

Олово - мягкий, ковкий, пластичный и высококристаллический серебристо-белый металл. Когда загибается пластина олова,можно услышать трескучий звук, известный как «оловянный треск», от двойникования кристаллов. Олово плавится при низкой температуре, около 232 °C, самой низкой в группе 14. Точка плавления далее снижается до 177,3 ° C для частиц 11 нм. β-олово (металлическая форма, или белое олово, структура BCT), которое стабилизировано при комнатной температуре и выше, ковкое. Напротив, α-олово (неметаллическая форма, или серое олово), которое стабилизировано при температуре до 13.2 °C, хрупкое. α-олово имеет кубическую кристаллическую структуру, подобную алмазу, кремнию или германию. α-олово вообще не имеет металлических свойств, потому что его атомы образуют ковалентную структуру, в которой электроны не могут свободно передвигаться. Это тускло-серый порошкообразный материал, не имеющий какого-либо широкого применения, помимо нескольких специализированных полупроводниковых применений. Эти два аллотропа, α-олово и β-олово, более известны как серое олово и белое олово, соответственно. Еще два аллотропа, γ и σ, существуют при температурах выше 161 °C и давлениях выше нескольких гигапаскалей. В холодных условиях, β-олово спонтанно трансформируется в α-олово. Это явление известно как «оловянная чума». Хотя температура трансформирования α-β номинально 13.2 °С и примесей (напр. Al, Zn и др.) ниже температуры перехода ниже 0 °C и, при добавлении Sb или Bi, преобразование может вообще не происходить, увеличивая долговечность олова. Коммерческие сорта олова (99,8%) сопротивляются трансформации из-за ингибирующего эффекта небольшого количества висмута, сурьмы, свинца и серебра, присутствующих в качестве примесей. Легирующие элементы, такие как медь, сурьма, висмут, кадмий, серебро, увеличивают твердость вещества. Олово довольно легко образует твердые, хрупкие межметаллические фазы, которые часто нежелательны. Олово не образует множества твердых растворов в других металлах в целом, и несколько элементов имеют заметную твердую растворимость в олове. Простые эвтектические системы, однако, наблюдаются с висмутом, галлием, свинцом, таллием и цинком. Олово становится сверхпроводником ниже 3,72 К и является одним из первых сверхпроводников, которые были изучены; эффект Мейснера, одна из характерных особенностей сверхпроводников, был впервые обнаружен в сверхпроводящих кристаллах олова.

Химические свойства

Олово сопротивляется коррозии из воды, но может быть атаковано кислотами и щелочами. Олово может быть хорошо отполировано и используется в качестве защитного покрытия для других металлов. Защитный оксидный (пассивный) слой предотвращает дальнейшее окисление, такой же, который образуется на сплаве олова со свинцом и других оловянных сплавах. Олово действует как катализатор, когда кислород находится в растворе и помогает ускорить химическую коррозию.

Изотопы

Олово имеет десять стабильных изотопов с атомными массами 112, 114 по 120, 122 и 124, наибольшее количество среди всех элементов. Наиболее распространенными из них являются 120Sn (почти треть всего олова), 118Sn и 116Sn, в то время как наименее распространенными являются 115Sn. Изотопы с четными массовыми числами не имеют ядерного спина, в то время как изотопы с нечетными числами имеют спин +1/2. Олово, с тремя распространенными изотопами 116Sn, 118Sn и 120Sn, является одним из самых простых элементов для обнаружения и анализа с помощью ЯМР-спектроскопии. Это большое количество стабильных изотопов считается прямым результатом атомного числа 50, «магического числа» в ядерной физике. Олово также встречается в 29 нестабильных изотопах, охватывающих все остальные атомные массы от 99 до 137. Кроме 126Sn, с полураспадом 230000 лет, все радиоизотопы имеют период полураспада менее года. Радиоактивные 100Sn, обнаруженные в 1994 году, и 132Sn, являются одними из немногих нуклидов с «двойным магическим» ядром: несмотря на нестабильность, обладающие очень неравномерным соотношением протон-нейтрон, они представляют конечные точки, за которыми стабильность быстро падает. Еще 30 метастабильных изомеров были характерны для изотопов между 111 и 131, наиболее устойчивыми являются 121мСн с периодом полураспада 43,9 года. Относительные различия в обилии устойчивых изотопов олова можно объяснить их различными режимами образования в звёздном нуклеосинтезе. 116Sn через 120Sn включительно формируются в s-процессе (медленные нейтроны) в большинстве звезд и, следовательно, они являются наиболее распространенными изотопами, в то время как 122Sn и 124Sn не только образуются в R-процессе (быстрые нейтроны) в сверхновых и реже. (Изотопы 117Sn через 120Sn также получают пользу от r-процесса.) Наконец, самые редкие протонно-избыточные изотопы, 112Sn, 114Sn, и 115Sn, не могут быть произведены в значительных количествах в s - и r-процессах и считаются одними из p-ядра, происхождение которых не до конца изучено. Некоторые предполагаемые механизмы их формирования включают захват протонов, а также фоторасщепление, хотя 115Sn также может частично вырабатываться в s-процессе, оба сразу, и как «дочь» долгоживущих 115In.

Этимология

Английское слово tin (олово) является общим для германских языков и может быть прослежено в реконструированном прото-германском *tin-om; однокоренные слова включает немецкий Zinn, шведский tenn и голландский tin. Слово не встречается в других ветвях индоевропейских языков, за исключением заимствования у германского (например, ирландское слово tinne произошло от английского tin). Латинское название stannum изначально означало сплав серебра и свинца, а в IV веке до н. э. оно стало означать «олово» - более раннее латинское слово для него было plumbum quandum, или «белый свинец». Слово stannum, видимо, произошло от более раннего stāgnum (то же вещество), происхождение романского и кельтского обозначения для олова. Происхождение stannum/stāgnum неизвестно; оно может быть пре-индо-европейским. Согласно Энциклопедическому словарю Мейера, наоборот, считается, что stannum является производным от корнского stean и является доказательством того, что Корнуолл в первые века нашей эры был основным источником олова.

История

Экстракция и использование олова началась в бронзовом веке, около 3000 г. до н. э., когда было отмечено, что медные предметы, образованные из полиметаллических руд с различным содержанием металлов обладают различными физическими свойствами. Самые ранние бронзовые предметы содержали менее 2% олова или мышьяка и поэтому считаются результатом непреднамеренного легирования за счет трассировки содержания металла в медной руде. Добавление второго металла к меди повышает ее прочность, снижает температуру плавления и улучшает процесс литья путем создания более жидкого расплава, который при охлаждении более плотный и менее губчатый. Это позволило создавать гораздо более сложные формы закрытых предметов из бронзы. Бронзовые предметы с мышьяком появились, в первую очередь, на Ближнем Востоке, где мышьяк часто встречается в связи с медной рудой, однако, вскоре стали понятны риски для здоровья, связанные с использованием таких предметов, а поиски источников гораздо менее опасных оловянных руд начались в начале бронзового века. Это создало спрос на редкое металлическое олово и сформировало торговую сеть, связывающую отдаленные источники олова с рынками культур бронзового века. Касситерит, или оловянная руда (SnO2), оксид олова, скорее всего, был исходным источником олова в древности. Другие формы оловянных руд являются менее распространенными сульфидами, такими как станнит, которые требуют более активного процесса выплавки. Касситерит часто накапливается в аллювиальных каналах в виде россыпных отложений, поскольку он тяжелее, жестче и химически устойчивее, чем гранит. Касситерит обычно черный или вообще темный по цвету, и его залежи легко видны в берегах рек. Аллювиальные (россыпные) месторождения могут быть легко собраны и разделены методами, похожими на отмывку золота.

Соединения и химия

В подавляющем большинстве, олово имеет степень окисления II или в IV.

Неорганические соединения

Галоидные соединения известны для обоих окислительных состояний. Для SN(IV), все четыре галогенида хорошо известны: SnF4, SnCl4, SnBr4, и SnI4. Три наиболее тяжелых элемента являются летучими молекулярными соединениями, в то время как тетрафторид является полимерным. Также известны все четыре галогенида для Sn(II): SnF2, SnCl2, SnBr2 и SnI2. Все это полимерные твердые вещества. Из этих восьми соединений, окрашены только йодиды. Хлорид олова(II) (также известный как двуххлористое олово) является наиболее важным галоидом олова в коммерческом смысле. Хлор реагирует с металлическим оловом, создавая SnCl4 в то время как реакция соляной кислоты и олова производит SnCl2 и наводороженный газ. Кроме того, SnCl4 и Sn сочетаются с хлоридом олова посредством процесса, называемого со-пропорционирование: SnCl4 + СН → 2 Sncl2 Олово может образовывать много оксидов, сульфидов и других халькогенидных производных. Диоксид SnO2 (касситерит) образуется при нагревании олова в присутствии воздуха. SnO2 имеет амфотерный характер, что означает, что он растворяется в кислых и основных растворах. Станнаты со структурой Sn(OH)6]2, как К2, также известны, хотя свободная оловянная кислота Н2[СН(он)6] неизвестна. Сульфиды олова существуют как в +2, так и в +4 окислительных состояниях: сульфид олова(II) и сульфид олова(IV) (мозаичное золото).

Гидриды

Станнан (SnH4), с оловом в окислительном состоянии +4, нестабилен. Оловоорганические гидриды, однако, хорошо известны, например, трибутилин гидрид (Sn(C4H9)3H). Эти соединения выпускают переходные трибутилоловые радикалы олова, которые являются редкими примерами соединений олова(III).

Оловоорганические соединения

Оловоорганические соединения, иногда называемые станнанами, представляют собой химические соединения с олово–углеродными связями.Из соединений олова, органические производные являются наиболее полезными в коммерческом смысле. Некоторые оловоорганические соединения очень токсичны и используются в качестве биоцидов. Первым известным органотиновым соединением был диэтилтиндиодид (C2H5)2SnI2), который обнаружил Эдвард Франкленд в 1849 году. Большинство оловосодержащих органических соединений - бесцветные жидкости или твердые вещества, устойчивые к воздействию воздуха и воды. Они принимают тетраэдрическую геометрию. Тетраалкил и тетраарилтиновые соединения могут быть изготовлены с использованием реагентов Григнарда:

4 + 4 RMgBr → R

Смешанные галогенид-алкилы, которые являются более распространенными и имеют большую коммерческую ценность, чем тетраоргановые производные, изготовляются путем перераспределения реакций:

4Sn → 2 SnCl2R2

Двухвалентные оловоорганические соединения являются редкостью, хотя более распространены, чем двухвалентные органогерманиумные и кремнийорганические соединения. Большая стабилизация, которую имеет Sn(II), объясняется «эффектом инертной пары». Оловосодержащие органические(II) в соединения включают как станнилены (формула: R2Sn, как видно для синглетных карбенов), так и дистаннилены (R4Sn2), которые примерно эквивалентны алкенам. Оба класса проявляют необычные реакции.

Возникновение

Олово образуется в длительном s-процессе в низко-и средне-массовых звездах (с массами от 0,6 до 10 раз больше, чем масса Солнца) и, наконец, при бета-распаде тяжелых изотопов индия. Олово является самым распространенным 49-м элементом в земной коре, составляя 2 промилле по сравнению с 75 мг цинка, 50 мг / л для меди и 14 промилле на свинец. Олово не встречается как самородный элемент, но должно быть извлечено из различных руд. Касситерит (SnO2) является единственным коммерчески важным источником олова, хотя небольшие количества олова извлекаются из сложных сульфидов, таких как станнит, ципиндрит, франкеит, канфилдит и тилит. Минералы с оловом почти всегда ассоциируются с гранитной породой, обычно на уровне 1% содержания оксида олова. Из-за высокого удельного веса диоксида олова, около 80% добытого олова происходит из вторичных отложений, обнаруженных из первичных залежей. Олово часто извлекается из гранул, промытых ниже по течению в прошлом и осаждаемых в долинах или море. Наиболее экономичными способами добычи олова являются вычерпывание, гидравлика или открытые карьеры. Большая часть мирового олова производится из россыпных отложений, которые могут содержать всего лишь 0,015% олова. Мировые запасы оловянных рудников (тонны, 2011)

Китай 1500000

Малайзия 250000

• Индонезия 800000

  Бразилия 590000

  Боливия 400000

  Россия 350000

  Австралия 180000

  Таиланд 170000

  Другие 180000

  Итого 4800000

Примерно 253000 тонн олова были добыты в 2011 году, в основном, в Китае (110000 т), Индонезии (51000 т), Перу (34600 т), Боливии (20700 т) и Бразилии (12000 тонн). Оценки производства олова исторически варьировались в зависимости от динамики экономической целесообразности и развития горнодобывающих технологий, но, по оценкам, при нынешних темпах потребления и технологиях, на Земле через 40 лет закончится добыча олова. Лестер Браун предположил, что олово может закончиться в течение 20 лет на основе чрезвычайно консервативный экстраполяция 2% рост в год. Экономически извлекаемые запасы олова: Млн. тонн в год

Вторичное, или ломовое, олово, также является важным источником этого металла. Восстановление олова за счет вторичного производства или переработки лома олова растет быстрыми темпами. В то время как Соединенные Штаты не добывали олово с 1993 года, ни плавили олово с 1989 года, они были крупнейшим вторичным производителем олова, переработав в 2006 году почти 14000 тонн. Новые месторождения находятся на юге Монголии, и в 2009 году новые месторождения олова были обнаружены в Колумбии Seminole Group Colombia CI, SAS.

Производство

Олово получают путем карботермического восстановления оксидной руды с использованием углерода или кокса. Могут быть использованы отражательные печи и электропечи.

Цена и обмен

Олово является уникальным среди других минеральных сырьевых товаров из-за сложных соглашений между странами-производителями и странами-потребителями, начиная с 1921 года. Более ранние соглашения, как правило, были несколько неформальными и спорадическими и привели к «Первому Международному соглашению об олове» в 1956 году, первому из постоянных серий соглашений, которые фактически перестали действовать в 1985 году. Благодаря этой серии соглашений, Международный совет по олову (МСО) оказал значительное влияние на цены на олово. МСО поддержал цену на олово в периоды низких цен путем покупки олова для своего буферного запаса и смог сдержать цену в периоды высоких цен путем продажи олова из этого запаса. Это был анти-рыночный подход, призванный обеспечить достаточный приток олова в страны-потребители и получение прибыли для стран-производителей. Однако, буферный запас был недостаточно велик, и в течение большей части этих 29 лет, цены на олово росли, иногда резко, особенно с 1973 по 1980 годы, когда разгул инфляции мучил многие мировые экономики. В конце 1970-х и начале 1980-х годов, запасы олова в правительстве США находились в агрессивном режиме продажи, отчасти для того, чтобы воспользоваться исторически высокими ценами на олово. Резкий спад 1981-82 годов оказался довольно жестким для оловянной промышленности. Потребление олова резко сократилось. МСО смог избежать действительно резкого сокращения за счет ускоренной покупки для своего буферного запаса; эта деятельность потребовала от МСО широкомасштабного заимствования у банков и металлургических торговых фирм для увеличения своих ресурсов. МСО продолжал занимать средства до конца 1985 года, когда он достиг своего кредитного лимита. Сразу после этого наступил большой «оловянный кризис», а затем олово исключили из торгов на Лондонской бирже металлов на срок три года, МСО вскоре развалился, а цены на олово, уже в условиях свободного рынка, резко упали до $4 за фунт (453 г), и оставалась на этом уровне до 1990-х годов. Цена вновь увеличилась к 2010 году с отскоком в потреблении после Всемирного экономического кризиса 2008-09 годов, сопровождая возобновление и продолжение роста потребления в развивающихся странах мира. Лондонская Биржа металлов (LME) - главная торговая площадка для олова. Другие рынки олова - Куала-Лумпурский рынок олова (KLTM) и Индонезийская биржа олова (INATIN).

Применения

В 2006 году, около половины всего произведенного олова использовалось в припоях. Остальные применения были разделены между оловянным покрытием, оловянными химическими веществами, латунными и бронзовыми сплавами, а также нишевым использованием.

Припой

Олово уже давно используется в сплавах со свинцом в качестве припоя, в количестве от 5 до 70%. Олово образует эвтектическую смесь со свинцом в пропорции 63% олова и 37% свинца. Такие припои используются для соединения труб или электрических цепей. С 1 июля 2006 года вступила в силу Директива Европейского союза об отходах электрического и электронного оборудования (Директива WEEE) и Директива об ограничении использования опасных веществ. Содержание свинца в таких сплавах сократилось. Замена свинца связана со множеством проблем, в том числе, с более высокой температурой плавления, и образованием «усов олова». «Оловянная чума» может наблюдаться в бессвинцовых припоях.

Лужение

Оловянные связи хорошо утюжатся и используются для того, чтобы покрывать свинец, цинк и сталь, чтобы предотвратить коррозию. Луженые стальные контейнеры широко используются для консервации продуктов питания, и это формирует большую часть рынка металлического олова. В Лондоне в 1812 году впервые была изготовлена оловянная канистра для консервирования продуктов питания. В Британском английском такие банки называются «tins», а в Америке их называют «cans» или «tin cans». Сленговое название банки пива - «tinnie» или «tinny». Медные сосуды для приготовления пищи, такие как кастрюли и сковородки, часто облицовываются тонким слоем олова, так как сочетание кислотной пищи с медью может быть токсичным.

Специализированные сплавы

Олово в сочетании с другими элементами образует множество полезных сплавов. Олово наиболее часто сплавляют с медью. Сплав олова со свинцом имеет 85-99% олова; металл для подшипников также содержит высокий процент олова. Бронза, в основном, медная (12% олова), в то время как добавление фосфора дает фосфорную бронзу. Колокольная бронза - это также медно-оловянный сплав, содержащий 22% олова. Олово иногда использовалось в монетах, для создания американских и канадских грошей. Из-за того, что медь часто являлась основным металлом в таких монетах, иногда включая цинк, их можно назвать бронзовыми и/или латунными сплавами. Соединение Nb3Sn из ниобия-олова коммерчески использовалось в катушках сверхпроводящих магнитов из-за его высокой критической температуры (18 K) и критического магнитного поля (25 T). Сверхпроводящий магнит весом всего два килограмма способен создать такое же магнитное поле, как и электромагниты с обычным весом. Небольшая доля олова добавляется в циркониевые сплавы для облицовки ядерного топлива. Большинство металлических труб на органе имеют различные объемы олова/свинца, при этом наиболее распространенными являются сплавы 50/50. Количество олова в трубе определяет тон трубы, так как олово придает инструменту желаемый резонанс. Когда сплав олова/свинца охлаждается, свинец охлаждается немного быстрее и производит пестрый или пятнистый эффект. Этот сплав металла называют пятнистым металлом. Основными преимуществами использования олова для труб являются его внешний вид, работоспособность и устойчивость к коррозии.

Другие применения

Перфорированная луженая сталь - это ремесленная техника, возникшая в Центральной Европе для создания предметов домашнего обихода, которые были одновременно функциональными и декоративными. Перфорированные оловянные фонарики являются наиболее распространенным применением этой техники. Свет свечи, проходящий сквозь перфорацию, создает декоративный световой рисунок. Фонари и другие перфорированные оловянные изделия создавались в Новом Свете с самых ранних европейских поселений. Известный пример - фонарь Revere, названный в честь Павла Ревера. До современной эпохи, в ряде районов Альп, козий или бараний рог затачивали и сквозь него пробивали металл в форме алфавита и цифр от одного до девяти. Этот инструмент обучения был известен просто как «рог». Современные репродукции украшены такими мотивами, как сердца и тюльпаны. В Америке для пирожных и еды до охлаждения использовались деревянные шкафы различных стилей и размеров, предназначенные для того, чтобы отбить вредителей и насекомых и сохранить скоропортящиеся пищевые продукты от пыли. Это были либо напольные, либо подвесные шкафы. В таких шкафах имелись оловянные вставки в дверцах и иногда на боках. Оконные стекла чаще всего изготавливают путем помещения расплавленного стекла на расплав олова (флоат-стекло - листовое стекло, вырабатываемое на расплаве металла), в результате чего получается безупречно ровная поверхность. Это также называется «процесс Пилкингтон». Олово также используется в качестве отрицательного электрода в современных литий-ионных батареях. Его применение несколько ограничено тем, что некоторые оловянные поверхности катализируют разложение карбонатных электролитов, используемых в литий-ионных батареях. Фторид олова(II) добавляется в некоторые продукты по уходу за зубами (SnF2). Фторид олова (II) можно смешивать с абразивами кальция, в то время как более распространенный фторид натрия постепенно становится биологически неактивным в присутствии соединений кальция. Было также показано, что он более эффективен, чем фторид натрия в контроле гингивита.

Оловоорганические соединения

Среди всех химических соединений олова, наиболее часто используются оловосодержащие органические соединения. Их мировое промышленное производство, вероятно, превышает 50000 тонн.

Стабилизаторы ПВХ

Основное коммерческое применение оловоорганических соединений - в стабилизации ПВХ пластика. В отсутствии таких стабилизаторов, ПВХ, в противном случае, будет быстро деградировать под воздействием тепла, света и атмосферного кислорода, что приведет к тому, что продукт обесцветится и будет хрупким. Олово очищает лабильные ионы хлора (Сl−), которые, в противном случае, вызывают потерю HCl из пластика. Типичные соединения олова - карбоновые кислоты, производные дибутилоловодихлорида, такие как дилаурат дибутилолова.

Биоциды

Некоторые соединения органотина относительно токсичны, что имеет свои преимущества и недостатки. Они используются из-за своих биоцидных свойств, как фунгициды, пестициды, альгицидов, средства для защиты древесины и противогнилостные средства. Оксид трибутилолова используется в качестве консерванта древесины. Трибутилтин использовался как добавка к судовой краске для предотвращения роста морских организмов на судах, при этом, применение уменьшилось после того, как органотиновые соединения были признаны стойкими органическими загрязнителями с чрезвычайно высокой токсичностью для некоторых морских организмов (например, багрянка). ЕС запретил использование соединений органотина в 2003 году, в то время как опасения по поводу токсичности этих соединений для морской жизни и ущерб воспроизводству и росту некоторых морских видов (в некоторых докладах описывается биологическое воздействие на морскую жизнь в концентрации 1 нм на литр) привели ко всемирному запрету со стороны Международной морской организации. В настоящее время, многие государства ограничивают использование соединений органотина судами длиной более 25 м.

Органическая химия

Некоторые оловянные реагенты полезны в органической химии. В самом распространенном применении, двуххлористое олово является общим восстановительным веществом для преобразования групп нитро и оксима к аминам. Реакция Стиля связывает соединения органотина с органическими галоидами или псевдогалидами.

Литий-ионные батареи

Олово образует несколько межметаллических фаз с литиевым металлом, что делает его потенциально привлекательным материалом для применения в аккумуляторах. Крупное объемное расширение олова при легировании литием и нестабильность оловоорганического электролитного интерфейса при низких электрохимических потенциалах являются наибольшими трудностями для использования в коммерческих клетках. Проблема была частично решена компанией Sony. Олово интер-металлические соединения с кобальтом и углеродом реализуется компанией Sony в ее клетках Nexelion, выпущенных в конце 2000-х годов. Состав активного вещества равен приблизительно Sn0.3Co0.4C0.3. Недавние исследования показали, что только некоторые кристаллические грани тетрагонального (бета) Sn несут ответственность за нежелательную электрохимическую активность.

Мягкий белый металл – олово – был одним из первых металлов, которые научился обрабатывать человек. Ученые считают, что добывать олово стали гораздо раньше, чем было впервые найдено железо.


Некоторые археологические находки подтверждают, что оловянные шахты на территории нынешнего Ирака работали уже четыре тысячи лет назад. Оловом торговали: купцы выменивали его на и драгоценные камни. В природе олово содержится в оксидной оловянной руде касситерите – минерале, залежи которого встречаются в Юго-Восточной Азии, Южной Америке, Австралии, Китае.

Из истории

По данным историков и археологов, впервые обнаружили олово, вероятнее всего, случайно, в наносных отложениях касситерита. Древние горны с отработанным шлаком удалось найти на юго-западе Великобритании. Среди обнаруженных предметов эпохи Древнего Рима и Греции оловянные изделия встречаются очень редко, что подтверждает предположение, что металл этот был дорогим.

Об олове упоминается в произведениях арабской литературы VIII-IX веков, а также в средневековых произведениях, описывающих путешествия и великие открытия. В Богемии и Саксонии олово стали добывать в XII веке.


Интересно, что задолго до того, как люди стали добывать чистое олово, изобрели бронзу – сплав олова с медью. По некоторым данным, бронза была известна человеку уже в 2500 году до нашей эры.

Дело в том, что олово существует в составе руд вместе с медью, поэтому при плавке получали не чистую медь, а ее сплав с оловом, то есть бронзу. Олово как случайную примесь можно обнаружить в медной посуде египетских фараонов, изготовленной в 2000 году до нашей эры.

Химические свойства олова

Олово инертно по отношению к воде и кислороду при комнатной температуре. Металл также имеет свойство покрываться тонкой оксидной пленкой на открытом воздухе. Именно химическая инертность олова в обычных условиях послужила популярности металла у изготовителей жестяной тары.


Серная и соляная кислота в разбавленном состоянии воздействуют на олово крайне медленно, а в концентрированном виде при нагревании растворяют его. При соединении с соляной кислотой получают хлорид олова, при реакции с серной – сульфат олова.

При вступлении в реакцию с разбавленной азотной кислотой получают нитрат олова, с концентрированной азотной кислотой – нерастворимую оловянную кислоту. Соединения олова имеют важное промышленное значение: их используют при производстве гальванических покрытий.

Применение олова

Этот серебристо-белый мягкий металл можно раскатать до состояния тонкой фольги. Олово не ржавеет, поэтому его широко используют в разных сферах. Чаще всего из этого металла изготавливают тару. Если олово нанести тонким слоем на другой металл, оно придаст поверхности особый блеск и гладкость.

Это свойство олова используют при изготовлении консервных банок. Олово часто используют в качестве антикоррозионного покрытия. Более третьей части всего олова, которое сегодня добывают в мире, используется при производстве пищевых емкостей для продуктов и напитков. Жестяные банки, хорошо всем знакомые, сделаны из стали, покрытой слоем олова толщиной не более 0,4 мкм.


Еще треть добываемого олова идет на изготовление припоев – сплавов со свинцом в разных пропорциях. Припои используются в электротехнике, для пайки трубопроводов. Такие сплавы могут содержать до 97% олова, медь и сурьму, увеличивающие твердость и прочность сплава.

Из олова, смешанного с сурьмой, делают посуду (в первую очередь фраже). В промышленности олово используют в различных химических соединениях.

Химический элемент олово является одним из семи древних металлов, которые известны человечеству. Этот металл входит в состав бронзы, имеющей огромное значение. В настоящее время химический элемент олово утратил востребованность, но его свойства заслуживают детального рассмотрения и изучения.

Что собой представляет элемент

Располагается он в пятом периоде, в четвертой группе (главной подгруппе). Подобное расположение свидетельствует о том, что химический элемент олово - амфотерное соединение, способное проявлять и основные, и кислотные свойства. Относительная атомная масса составляет 50, поэтому его считают легким элементом.

Особенности

Химический элемент олово является пластичным, ковким, легким веществом серебристого белого цвета. По мере эксплуатации он теряет свой блеск, что считают минусом его характеристик. Олово - металл рассеянный, поэтому существуют сложности с его добычей. Элемент имеет высокую температуру кипения (2600 градусов), низкую температуру плавления (231,9 С), большую электрическую проводимость, отличную ковкость. У него высокое сопротивление разрыву.

Олово - элемент, который не обладает токсичными свойствами, не оказывает негативного воздействия на организм человека, поэтому востребован в пищевом производстве.

Какое еще имеет свойство олово? При выборе данного элемента для изготовления посуды и водного трубопровода не придется опасаться за свою безопасность.

Нахождение в организме

Чем еще характеризуется олово (химический элемент)? Как читается его формула? Данные вопросы рассматриваются в курсе школьной программы. В нашем организме данный элемент располагается в костях, способствуя процессу регенерации костной ткани. Его относят к макроэлементам, поэтому для полноценной жизнедеятельности, человеку достаточно от двух до десяти мг олова в сутки.

В организм этот элемент попадает в большем количестве с пищей, но кишечник усваивает не больше пяти процентов поступлений, поэтому вероятность отравления минимальна.

При недостатке данного металла происходит замедление роста, происходит потеря слуха, меняется состав костной ткани, наблюдается облысение. Отравление вызывается поглощением пыли или паров данного металла, а также его соединений.

Основные свойства

Плотность олова имеет среднюю величину. Металл отличается высокой коррозионной стойкостью, поэтому его применяют в народном хозяйстве. Например, олово востребовано при изготовлении консервных банок.

Чем еще характеризуется олово? Применение этого металла основывается также на его способности объединять различные металлы, создавая устойчивую к агрессивным средам, внешнюю среду. Например, сам металл необходим для лужения предметов быта и посуды, а его припои нужны для радиотехники и электричества.

Характеристики

По своим внешним характеристикам этот металл аналогичен алюминию. В реальности сходство между ними незначительное, ограничивается только легкостью и металлическим блеском, устойчивостью к химической коррозии. Алюминий проявляется амфотерные свойства, поэтому легко вступает в реакцию со щелочами и кислотами.

Например, если на алюминий действует уксусная кислота, наблюдается химическое взаимодействие. Олово же способно взаимодействовать только с сильными концентрированными кислотами.

Преимущества и недостатки олова

Данный металл практически не используется в строительстве, поскольку не отличается высокой механической прочностью. В основном в настоящее время используют не чистый металл, а его сплавы.

Выделим основные преимущества данного металла. Особое значение имеет ковкость, ее используют в процессе изготовления предметов быта. Например, эстетично выглядят подставки, светильники, выполненные из данного металла.

Оловянное покрытие позволяет существенно снижать трение, благодаря чему изделие защищено от преждевременного износа.

Среди основных недостатков данного метала можно упомянуть его незначительную прочность. Олово непригодно для изготовления частей и деталей, предполагающих существенные нагрузки.

Добыча металла

Плавление олова осуществляется при невысокой температуре, но из-за трудности его добычи металл считается дорогостоящим веществом. Из-за низкой температуры плавления при нанесении олова на поверхность металла можно получить существенную экономию электрической энергии.

Структура

Металл имеет однородную структуру, но, в зависимости от температуры, возможны разные его фазы, отличающиеся по характеристикам. Среди самых распространенных модификаций данного металла отметим β-вариант, существующий при температуре 20 градусов. Теплопроводность, его температура кипения, являются основными характеристиками, приводимыми для олова. При снижении температуры от 13,2 С образуется α-модификация, именуемая серым оловом. Эта форма не обладает пластичностью и ковкостью, имеет меньшую плотность, поскольку обладает иной кристаллической решеткой.

При переходе из одной формы в другую наблюдается изменение объема, так как существует разница в плотности, в результате чего происходит разрушение оловянного изделия. Такое явление называют «оловянной чумой». Такая особенность приводит к тому, что существенно уменьшается область использования металла.

В природных условиях олово можно найти в составе горных пород в виде рассеянного элемента, кроме того известны его минеральные формы. Например, в касситерите содержится его оксид, а в оловянном колчедане - его сульфид.

Производство

Перспективными для промышленной переработки считают оловянные руды, в которых содержание металла не меньше 0,1 процента. Но в настоящее время эксплуатируют и те месторождения, в которых содержание металла составляет всего 0,01 процента. Для добычи минерала применяют различные способы, учитывая специфику месторождения, а также его разновидность.

В основном оловянные руды представлены в виде песков. Добыча сводится к его постоянной промывке, а также к концентрированию рудного минерала. Коренное месторождение разрабатывать гораздо сложнее, поскольку необходимы дополнительные сооружения, строительство и эксплуатация шахт.

Концентрат минерала перевозят на завод, специализирующийся на плавке цветного металла. Далее осуществляется многократное обогащение руды, измельчение, затем промывание. Рудный шлих восстанавливают, воспользовавшись специальными печами. Для полного восстановления олова этот процесс проводят несколько раз. На завершающем этапе осуществляют процесс очистки от примесей чернового олова, используя термический либо электролитический способ.

Использование

В качестве основной характеристики, позволяющей применять олово, выделяют его высокую коррозионную устойчивость. Данный металл, а также его сплавы являются одними из самых устойчивых соединений по отношению к агрессивным химическим веществам. Больше половины всего олова, производимого в мире, применяется для изготовления белой жести. Данную технологию, связанную с нанесением на сталь тонкого слоя олова, стали применять для защиты от химической коррозии консервных банок.

Способность олова к раскатыванию используется для производства из него тонкостенных труб. Из-за неустойчивости данного металла к низким значениям температур его бытовое использование достаточно ограничено.

У сплавов олова значение теплопроводности существенно ниже, чем у стали, поэтому их можно применять для производства умывальников и ванн, а также для изготовления различной сантехнической фурнитуры.

Олово подходит для производства незначительных декоративных и бытовых предметов, изготовления посуды, создания оригинальных ювелирных украшений. Этот неяркий и ковкий металл при объединении с медью давно стал одним из самых излюбленных материалов скульпторов. Бронза объединяет в себе высокую прочность, стойкость к химической и естественной коррозии. Этот сплав востребован в качестве декоративного и строительного материала.

Олово является тонально-резонансным металлом. Например, при его соединении со свинцом получают сплав, применяемый для изготовления современных музыкальных инструментов. С древних времен известны бронзовые колокола. Для создания органных труб применяют сплав олова со свинцом.

Заключение

Увеличение внимания современного производства к вопросам, связанным с охраной окружающей среды, а также к проблемам, связанным с сохранением здоровья населения, повлиял на состав материалов, применяемых в изготовлении электроники. Например, возрос интерес к технологии бессвинцового процесса пайки. Свинец является материалом, приносящим существенный вред здоровью человека, поэтому его перестали применять в электротехнике. Ужесточились требования к пайке, вместо опасного свинца стали использовать сплавы олова.

Чистое олово практически не используется в промышленности, поскольку возникают проблемы с развитием «оловянной чумы». Среди основных сфер применения данного редкого рассеянного элемента выделим изготовление сверхпроводящих проводов.

Покрытие чистым оловом контактных поверхностей позволяет увеличивать процесс пайки, защищать металл от процесса коррозии.

В результате перехода на бессвинцовую технологию многих производителей стали ими начало использоваться натуральное олово для покрытия контактных поверхностей и выводов. Подобный вариант позволяет по приемлемой стоимости получать качественное защитное покрытие. Благодаря отсутствию примесей, новая технология не только считается экологически безопасной, но и дает возможность получать отличный результат по приемлемой стоимости. Именно олово производители считают перспективным и современным металлом в электротехнике, радиоэлектронике.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 .

Валентные электроны выделены жирным шрифтом. Относится к семейству р-элементов. Так как наибольшее главное квантовое число равно 4-м, а число электронов на внешнем энергетическом уровне равно 7, бром расположен в 4-м периоде, VIIA группе Периодической таблицы. Энергетическая диаграмма для валентных электронов имеет вид:

Германий.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 2 .

Валентные электроны выделены жирным шрифтом. Относится к семейству p-элементов. Так как наибольшее главное квантовое число равно 4-м, а число электронов на внешнем энергетическом уровне равно 4, германий расположен в 4-м периоде, IVA группе Периодической таблицы. Энергетическая диаграмма для валентных электронов имеет вид:

Кобальт.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 7 4s 2 .

Валентные электроны выделены жирным шрифтом. Относится к семейству d-элементов. Кобальт расположен в 4-м периоде, VIIB группе Периодической таблицы. Энергетическая диаграмма для валентных электронов имеет вид:

Медь.

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 .

Валентные электроны выделены жирным шрифтом. Относится к семейству d-элементов. Так как наибольшее главное квантовое число равно 4-м, а число электронов на внешнем энергетическом уровне равно 1, медь расположена в 4-м периоде, IВ группе Периодической таблицы. Энергетическая диаграмма для валентных электронов имеет вид.

Олово (лат. Stannum ; обозначается символом Sn) - элемент главной подгруппы четвёртой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 50. Относится к группе лёгких металлов. При нормальных условиях простое вещество олово - пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета.

Когда человек впервые познакомился с оловом точно сказать нельзя. Олово и его сплавы известны человечеству с древнейших времен. Олово было известно человеку уже в IV тысячелетии до н. э. Этот металл был малодоступен и дорог, так как изделия из него редко встречаются среди римских и греческих древностей. Об олове есть упоминания в Библии, Четвёртой Книге Моисеевой. Олово является (наряду с медью) одним из компонентов бронзы, изобретённой в конце или середине III тысячелетия до н. э. Поскольку бронза являлась наиболее прочным из известных в то время металлов и сплавов, олово было «стратегическим металлом» в течение всего «бронзового века», более 2000 лет (очень приблизительно: 35-11 века до н. э.). По другим данным сплавы олова с медью, так называемые оловянные бронзы, по-видимому, стали использоваться более чем за 4000 лет до нашей эры. А с самим металлическим оловом человек познакомился значительно позже, примерно около 800 года до нашей эры. Из чистого олова в древности изготовляли посуду и украшения, очень широко применяли изделия из бронзы.

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) SnO 2 , содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) - Cu 2 FeSnS 4 (27,5 % Sn).

В незагрязнённых поверхностных водах олово содержится в субмикрограммовых концентрациях. В подземных водах его концентрация достигает единиц микрограмм на дм³, увеличиваясь в районе оловорудных месторождений, оно попадает в воды за счёт разрушения в первую очередь сульфидных минералов, неустойчивых в зоне окисления. ПДК Sn = 2 мг/дм³.

Олово является амфотерным элементом, то есть элементом, способным проявлять кислотные и основные свойства. Это свойство олова определяет и особенности его распространения в природе. Благодаря этой двойственности олово проявляет литофильные, халькофильные и сидерофильные свойства. Олово по своим свойствам проявляет близость к кварцу, вследствие чего известна тесная связь олова виде окиси (касситерита) с кислыми гранитоидами (литофильность), часто обогащёнными оловом, вплоть до образования самостоятельных кварц-касситеритовых жил. Щелочной характер поведения олова определяется в образовании довольно разнообразных сульфидных соединений (халькофильность), вплоть до образования самородного олова и различных интерметаллических соединений, известных в ультраосновных породах (сидерофильность).

В общем можно выделить следующие формы нахождения олова в природе:

1. Рассеянная форма; конкретная форма нахождения олова в этом виде неизвестна. Здесь можно говорить об изоморфно рассеянной форме нахождения олова вследствие наличия изоморфизма с рядом элементов (Ta, Nb, W - с образованием типично кислородных соединений; V, Cr, Ti, Mn, Sc - с образованием кислородных и сульфидных соединений). Если концентрации олова не превышают некоторых критических значений, то оно изоморфно может замещать названные элементы. Механизмы изоморфизма различны.
2. Минеральная форма: олово установлено в минералах-концентраторах. Как правило, это минералы, в которых присутствует железо Fe +2: биотиты, гранаты, пироксены, магнетиты, турмалины и т. д. Эта связь обусловлена изоморфизмом, например по схеме Sn +4 + Fe +2 → 2Fe +3 . В оловоносных скарнах высокие концентрации олова установлены в гранатах (до 5,8 вес.%) (особенно в андрадитах), эпидотах (до 2,84 вес.%) и т. д.

Физические и химические свойства олова

Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде b-модификации (белое олово), устойчивой выше 13,2°C. Белое олово - это серебристо-белый, мягкий, пластичный металл, обладающий тетрагональной элементарной ячейкой, параметры a = 0.5831, c = 0.3181 нм. Координационное окружение каждого атома олова в нем - октаэдр. Плотность b-Sn 7,228 г/см 3 . Температура плавления 231,9°C, температура кипения 2270°C.

При охлаждении, например, при морозе на улице, белое олово переходит в a-модификацию (серое олово). Серое олово имеет структуру алмаза (кубическая кристаллическая решетка с параметром а = 0,6491 нм). В сером олове координационный полиэдр каждого атома - тетраэдр, координационное число 4. Фазовый переход b-Sn a-Sn сопровождается увеличением удельного объема на 25,6% (плотность a-Sn составляет 5,75 г/см 3), что приводит к рассыпанию олова в порошок. В старые времена наблюдавшееся во время сильных холодов рассыпание оловянных изделий называли «оловянной чумой». В результате этой «чумы» пуговицы на обмундировании солдат, их пряжки, кружки, ложки рассыпались, и армия могла потерять боеспособность. (Подробнее об «оловянной чуме» см. интересные факты об олове, ссылка внизу этой страницы).

Из-за сильного различия структур двух модификаций олова разнятся и их электрофизические свойства. Так, b-Sn - металл, а a-Sn относится к числу полупроводников. Ниже 3,72 К a-Sn переходит в сверхпроводящее состояние. Стандартный электродный потенциал E °Sn 2+ /Sn равен –0.136 В, а E пары °Sn 4+ /Sn 2+ 0.151 В.

При комнатной температуре олово, подобно соседу по группе германию, устойчиво к воздействию воздуха или воды. Такая инертность объясняется образованием поверхностной пленки оксидов. Заметное окисление олова на воздухе начинается при температурах выше 150°C:

Sn + O 2 = SnO 2 .

При нагревании олово реагирует с большинством неметаллов. При этом образуются соединения в степени окисления +4, которая более характерна для олова, чем +2. Например:

Sn + 2Cl 2 = SnCl 4

С концентрированной соляной кислотой олово медленно реагирует:

Sn + 4HCl = SnCl 4 + H 2

Возможно также образование хлороловянных кислот составов HSnCl 3 , H 2 SnCl 4 и других, например:

Sn + 3HCl = HSnCl 3 + 2H 2

В разбавленной серной кислоте олово не растворяется, а с концентрированной - реагирует очень медленно.

Состав продукта реакции олова с азотной кислотой зависит от концентрации кислоты. В концентрированной азотной кислоте образуется оловянная кислота b-SnO 2 ·nH 2 O (иногда ее формулу записывают как H 2 SnO 3). При этом олово ведет себя как неметалл:

Sn + 4HNO 3 конц. = b-SnO 2 ·H 2 O + 4NO 2 + H 2 O

При взаимодействии с разбавленной азотной кислотой олово проявляет свойства металла. В результате реакции образуется соль нитрат олова (II):

3Sn + 8HNO 3 разб. = 3Sn(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

При нагревании олово, подобно свинцу, может реагировать с водными растворами щелочей. При этом выделяется водород и образуется гидроксокомплекс Sn (II), например:

Sn + 2KOH +2H 2 O = K 2 + H 2

Гидрид олова - станнан SnH 4 - можно получить по реакции:

SnCl 4 + Li = SnH 4 + LiCl + AlCl 3 .

Этот гидрид весьма нестоек и медленно разлагается уже при температуре 0°C.

Олову отвечают два оксида SnO 2 (образующийся при обезвоживании оловянных кислот) и SnO. Последний можно получить при слабом нагревании гидроксида олова (II) Sn(OH) 2 в вакууме:

Sn(OH) 2 = SnO + H 2 O

При сильном нагреве оксид олова (II) диспропорционирует:

2SnO = Sn + SnO 2

При хранении на воздухе монооксид SnO постепенно окисляется:

2SnO + O 2 = 2SnO 2 .

При гидролизе растворов солей олова (IV) образуется белый осадок - так называемая a-оловянная кислота:

SnCl 4 + 4NH 3 + 6H 2 O = H 2 + 4NH 4 Cl.

H 2 = a-SnO 2 ·nH 2 O + 3H 2 O.

Свежеполученная a-оловянная кислота растворяется в кислотах и щелочах:

a-SnO 2 ·nH 2 O + KOH = K 2 ,

a-SnO 2 ·nH 2 O + HNO 3 = Sn(NO 3) 4 + H 2 O.

При хранении a-оловянная кислота стареет, теряет воду и переходит в b-оловянную кислоту, которая отличается большей химической инертностью. Данное изменение свойств связывают с уменьшением числа активных HO–Sn группировок при стоянии и замене их на более инертные мостиковые –Sn–O–Sn– связи.

При действии на раствор соли Sn (II) растворами сульфидов выпадает осадок сульфида олова (II):

Sn 2+ + S 2– = SnS

Этот сульфид может быть легко окислен до SnS 2 раствором полисульфида аммония:

SnS + (NH 4) 2 S 2 = SnS 2 + (NH 4) 2 S

Образующийся дисульфид SnS 2 растворяется в растворе сульфида аммония (NH 4) 2 S:

SnS 2 + (NH 4) 2 S = (NH 4) 2 SnS 3 .

Четырехвалентное олово образует обширный класс оловоорганических соединений, используемых в органическом синтезе, в качестве пестицидов и других.

Этап выплавки.

Для восстановления касситерит плавят с углеродсодержащими материалами в отражательных или особого типа шахтных печах. Шахтные оловоплавильные печи применяются с давних времен; в них с использованием дутья сжигается служащий восстановителем древесный уголь, который загружается слоями, чередующимися со слоями касситерита. В более распространенных отражательных печах в качестве топлива используется каменный уголь; они действуют аналогично мартеновским сталеплавильным печам, причем руда смешивается с антрацитом и известняком. Печи обоих типов дают шлаки, богатые оловом (до 25%). Шлаки подвергают доработке переплавкой при значительно более высокой температуре с добавлением новых количеств восстановителя. В результате получается черновое олово с высоким содержанием железа - так называемая железистая печная настыль. Процесс требует строгого контроля, иначе и вторичные шлаки будут содержать слишком большой процент олова.

Этап рафинирования.

Чистота первичного олова зависит от исходной руды, но чаще всего оно требует рафинирования, которое может проводиться либо термическим, либо электролитическим способом.

Термическое рафинирование. Черновое олово, содержащее 97-99% Sn, рафинируют от примесей в обогреваемых стальных полусферических котлах при температуре около 300° С. Железо и медь удаляют добавлением в расплав угля и серы, мышьяк и сурьму отделяют в виде соединений и сплавов с алюминием, свинец - действием SnCl 2 , а висмут - в виде соединений с кальцием и магнием. Рафинированный металл содержит 99,75-99,95% Sn.

Электролитическое рафинирование. Метод электролитического рафинирования был разработан компанией "Америкэн смелтинг энд рифайнинг" в применении к боливийским рудам, отличающимся высокой степенью загрязненности. Электролит содержит 8% серной кислоты, 4% крезол- и фенолсульфокислоты и 3% двухвалентного олова (Sn 2+). Электролизные ванны и вспомогательное оборудование примерно такие же, как и при рафинировании меди. Рабочая температура 35° С. Чистота электролитического олова (>99,98%) выше, чем термически рафинированного. Дополнительной очисткой по методу зонной плавки получают особо чистое олово для полупроводниковой техники (99,995% Sn).

Получение олова из вторсырья

Для того чтобы получить килограмм металла, 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 западных стран составляет примерно треть общего производства.

Механическими способами извлечь олово из жести (из неё делаются консервные банки) 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 SnCl 4 , которое применяют в химической и текстильной промышленности или отправляют в электролизер, чтобы получить там из него металлическое олово.

• Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова - в белой жести (лужёное железо) для изготовления тары пищевых продуктов, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. Важнейший сплав олова - бронза (с медью). Другой известный сплав - пьютер - используется для изготовления посуды. В последнее время возрождается интерес к использованию металла, поскольку он наиболее «экологичен» среди тяжёлых цветных металлов. Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb 3 Sn.
• Золотисто-желтые кристаллы дисульфида олова применяются мастерами для имитации сусального золота при золочении гипсовых и деревянных рельефов.
  Водным раствором дихлорида олова обрабатывают стекло и пластмассу перед нанесением на их поверхность тонкого слоя какого-либо металла. Дихлорид олова входит также в состав флюсов, применяемых при сварке металлов. Оксид олова применяется в производстве рубинового стекла и глазурей.

• Интерметаллические соединения олова и циркония обладают высокими температурами плавления (до 2000 °C) и стойкостью к окислению при нагревании на воздухе и имеют ряд областей применения.

• Олово является важнейшим легирующим компонентом при получении конструкционных сплавов титана.

• Двуокись олова - очень эффективный абразивный материал, применяемый при «доводке» поверхности оптического стекла.
• На основе оловоорганических соединений созданы эффективные инсектициды; оловоорганические стекла надежно защищают от рентгеновского облучения, полимерными свинец- и оловоорганическими красками покрывают подводные части кораблей, чтобы на них не нарастали моллюски.

• Олово применяется также в химических источниках тока в качестве анодного материала, например: марганцево-оловянный элемент, окисно-ртутно-оловянный элемент. Перспективно использование олова в свинцово-оловянном аккумуляторе; так, например, при равном напряжении, по сравнению со свинцовым аккумулятором свинцово-оловянный аккумулятор обладает в 2,5 раза большей емкостью и в 5 раз большей энергоплотностью на единицу объёма, внутреннее сопротивление его значительно ниже.
• Олово имеет непосредственное отношение к рождению мелодичных звуков в самых различных колоколах, поскольку оно входит в состав медных сплавов, применяемых для их отливки. Но оказывается, оно способно петь вполне самостоятельно: у чистого олова не менее выдающиеся музыкальные способности. Слушая торжественные звуки органной музыки, мало кто из слушателей догадывается, что чарующие звуки рождаются в большинстве случаев в оловянных трубах. Именно они придают звуку особую чистоту и силу.
• Среди множества других полезных свойств соединений олова - защита древесины от гниения, уничтожение насекомых-вредителей и многое другое.

Влияние олова на человека

О роли олова в живых организмах практически ничего не известно. В теле человека содержится примерно (1-2)·10 –4 % олова, а его ежедневное поступление с пищей составляет 0,2-3,5 мг. Олово представляет опасность для человека в виде паров и различных аэрозольных частиц, пыли. При воздействии паров или пыли олова может развиться станноз - поражение легких. Очень токсичны некоторые оловоорганические соединения. Временно допустимая концентрация соединений олова в атмосферном воздухе 0,05 мг/м 3 , ПДК олова в пищевых продуктах 200 мг/кг, в молочных продуктах и соках - 100 мг/кг. Токсическая доза олова для человека - 2 г.

Оловянная чума

Есть у олова свойство, которое называют «оловянной чумой». Металл «простужается» на морозе уже при -13°С и начинает постепенно разрушаться. При температуре -33 °С свойство прогрессирует с невероятной быстротой - оловянные изделия превращаются в серый порошок. Именно из-за оловянной чумы до нас не дошли известнейшие коллекции оловянных солдатиков из прошлого.

Почему сейчас не случаются подобные истории? Только по одной причине: оловянную чуму научились «лечить». Выяснена ее физико-химическая природа, установлено, как влияют на восприимчивость металла к «чуме» те или иные добавки. Оказалось, что алюминий и цинк способствуют этому процессу, а висмут, свинец и сурьма, напротив, противодействуют ему.

Запасы олова в мире

Запасы олова на земле достаточно невилики и составляют около 5,6 млн.тонн. Крупными запасами олова обладает Китай – 30,52% в мировых. Достаточно заметны на общем фоне запасы олова в Индонезии – 14,4%, Перу – 12,8%, Боливии – 8%, Бразилии – 9,7% и Малайзии – 9% в мировых запасах олова на январь 2010 года.

Производство олова в мире

Производство рафинированного олова в мире в последние годы неуклонно растет. Его динамика была следующей (тыс. т): 2000 г. - 270, 2003 г. - 280, 2006 г. - 325.

Добыча олова в 2009 году увеличилась на 2% до 306 тыс. тонн. Добыча олова в мире осуществляется теми странами, которым принадлежат наибольшие его запасы. В 2009 году крупнейшими странами традиционно стали Китай, с добычей 37,6% в мировых показателях, Индонезия – 32,7% и Перу 12,4%, в мировом объеме добычи. Россия занимает достаточно низкое место в показателях мировой добычи олова со значением 0,3% в мировых объемах добычи.
Мировое производство олова рафинированного в 2009 году снизилось на 2% до 315 тыс.тонн. Крупнейшей компанией по производству рафинированного олова является YUNNAN TIN, которая занимает в общем объеме производства в 2009 году 18%. PT TIMAH на втором месте с долей 13% в мировых показателях. На третьем месте MINSUR – 13%. MALAYSIA SMELTING CORP по итогам 2009 года занимает четвертое место с долей 12,5% в общемировом производстве.

На долю Индонезии приходится порядка 30% выпуска олова в мире. В самой же Индонезии основным регионом по производству этого цветного металла является провинция Банки-Белитунга. В оловянной отрасли занято примерно 40% всей рабочей силы страны. Индонезия в 2007 г. ввела квоты на экспорт олова с целью поддержания его цены на мировом рынке. В 2006 г. Индонезия произвела около 120 тыс. т олова.

Цены на олово с 2006 по 2007 год выросли с 8 тыс. $ за тонну рафинированного металла до 15 тыс. $ а затем до 20 тыс. $ во второй половине 2010 года.

Запасы олова в России

В СНГ запасы олова сосредоточены в России, Кыргызстане и Казахстане. Добыча основной массы олова в СНГ ведется российскими предприятиями. В России же находится и единственный в СНГ производитель металлического олова - ОАО "Новосибирский оловокомбинат". Это предприятие контролирует оловодобывающие активы России и Кыргызстана.

Россия обеспечена запасами олова в достаточном количестве. Но только в условиях высоких цен на олово разработка месторождений становится достаточно рентабельной, так как они находятся в труднодоступных местах Дальнего Востока и на большом расстоянии от производителя олова.

Основными потребителями олова в СНГ являются производители белой жести (ОАО "ММК", АО "Миттал Стил Темиртау", ОАО "Запоржсталь") и производители сплавов, в основном припоев.

По оценке экспертов Infomine в ближайшие годы следует ожидать роста потребления олова, в первую очередь в России. Растет производство консервов, флоат-стекла, наблюдается рост производства в машиностроении, которое сейчас поддерживается на уровне руководства страны. Не исключено, что потребление в перспективе до 2010 г. не будет обеспечено внутренним производством, и в Россию увеличится импорт олова и его сплавов.