Месторождения и руды олова » Строительно-информационный портал

ОЛОВА ПРОИЗВОДСТВО.
Олово было одним из первых металлов, которыми научился пользоваться человек, и многие виды его применения дали начало процветающим отраслям промышленности. Производство олова включает добычу и обогащение оловянной руды, а также выплавку и рафинирование олова (
см. также
ОЛОВО). Хотя олово имеет важное промышленное значение, годовой объем его производства сравнительно невелик и редко превышает 250 000 т. Преобладающая доля этого объема получается из минерала касситерита – диоксида олова SnO2.

Россыпные месторождения.

Такие месторождения содержат преимущественно мелкозернистые пески. Основные методы их разработки – драгирование и добыча песковыми насосами. При методе драгирования большие многоковшовые или землесосные драги добывают оловоносную россыпь со дна рек, искусственных водоемов и даже с морского дна. Драга представляет собой плавучий горно-обогатительный агрегат, который выполняет различные процессы гравитационного обогащения (грохочение, отсадку и концентрирование на столах) и, сбрасывая пустую породу за корму, выдает концентрат касситерита.

При разработке песковыми насосами месторождение сначала вскрывают механическими средствами. Затем мощными водяными струями дробят руду и смывают ее в пруд-накопитель на нижнем уровне карьера. Погружной песковый насос подает водно-грязевую суспензию на промывную галерею, расположенную на более высоком уровне. Суспензия стекает по промывным шлюзам, которые представляют собой длинные деревянные лотки. Тяжелый касситерит оседает на дно и периодически отбирается для отсадки и концентрирования на столах. Полученный концентрат касситерита содержит 70–76% олова.

Структура и состав олова

Итак, давайте для начала узнаем, где содержится олово, и каков его химический и молекулярный состав.

Олово относится к легким металлом – молекулярная масса равна 50. При нормальной температуре +20 С, это блестящий серебристо-белый металл, легкоплавкий и ковкий.

По химическим свойствам это амфотерный элемент, то есть, проявляющий и кислотные, и основные свойства. С этим связано его распространенность и форма распространения – рассеянная.

Для физических свойств олова имеет значение его структура. Как и многие металлы, вещество может иметь разные модификации, существенно влияющие на качества.

При нормальной температуре и выше устойчивой является β-модификация, то есть, белое олово – тот самый серебристый легкий металл с прекрасной ковкостью и пластичностью. Температура плавления его довольно низка – +231 С, температура кипения – +2270 С. Эта фаза устойчива выше температуры в +13, 2 С. β-модификация проводит ток как типичный металл.
При температуре менее +13,2 С металл переходит в α-модификацию – серое олово. Для него характера кубическая кристаллическая решетка, аналогичная алмазной. Вещество отличается меньшей плотностью, не ковкое и является полупроводником.Фазовый переход между β- и α-оловом из-за разницы в плотности обуславливает увеличение объема. При этом оловянные изделия рассыпаются в порошок.

Это явление в старину называть «оловянной чумой». Больше всего от нее страдали солдаты, поскольку на морозе пуговицы, ложки, части обмундирования попросту рассыпались, и армия теряла боеспособность.

Выделяют еще одну фазу – γ-олово, существующее в температурном диапазоне от 161 до 232 С. Однако практического применения фаза не получила.

Металлическое олово не является токсичным, поэтому металл допускается применять в пищевой промышленности. Опасность представляют пары олова и некоторые его соединения. Плотность олова — 7280 (кг/м3).

На основании специальной технической литературы мы можем далее рассказать вам о технологии производства олова.

О составе олова расскажет данное видео:

Коренные месторождения.

Отдельные жильные месторождения могут разрабатываться открытым способом. Но чаще проходится наклонная штольня в косогоре, наклоном которой обеспечивается непрерывное дренирование воды. В некоторых случаях необходим вертикальный шахтный ствол. Щековые дробилки и мельницы размельчают необогащенную руду до крупности песка. Методы дальнейшего концентрирования зависят от характера руды. Отделение породных хвостов и пирита обычно осуществляется методами гравитационного и флотационного обогащения. Некоторые комплексные сульфидные руды обжигают и выщелачивают в два этапа для улавливания серебра, золота, меди и свинца. После обжига может проводиться магнитное отделение олова от железа и вольфрама. За обжигом и выщелачиванием следует гравитационное обогащение отходов. Концентраты коренных месторождений беднее, чем концентраты россыпных. Так, содержание олова в типичных боливийских концентратах составляет 18–60%. Восстановление и рафинирование требуют более значительных затрат, так как процессы осложняются присутствием больших количеств других минералов.

Олово — химический элемент с символом Sn (для латыни: stannum) и атомным числом 50. Это — главный металл группы 14 периодической таблицы. Олово химически подобно соседним элементам группы 14, германию и свинцу и имеет две возможных степени окисления, +2 и немного более устойчивые +4. Олово имеет 10 устойчивых изотопов — наибольшее число устойчивых изотопов среди всех элементов периодической таблицы. 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 Юго-Восточной Азии, в основном в Китае, 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 (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.

Запасы на месторождениях олова в 2012 году, тыс.тонн *

Китай	1,500.0
Индонезия	800.0
Бразилия	710.0
Боливия	400.0
Россия	350.0
Прочие страны	1,140.0
Всего запасы	4,900.0

* данные US Geological Survey
В процессе производства олова рудоносная порода (касситерит) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем примерно 10 мм, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счет своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационном 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. В настоящее время в мировой оловянной промышленности имеются целый ряд факторов, препятствующих значительному росту объемов добычи и производства металла, несмотря на сложившийся дефицит на рынке: • Более 50% поставки олова прибывает из подземных шахт, а следовательно высоки производственные издержки. • Исчерпание источников руды высокого качества – например, производство в Перу, которая занимает сейчас третье место в мире и составляет примерно 11% мировых поставок, снижается в связи с исчерпанием запасов в шахте Сан-Рафаэль (планируется закрытие в 2022 году). • Экологические ограничения, мешающие росту поставок из Индонезии. • Недостаточное количество вводимых новых мощностей, проектов, которые планируют начать производство в ближайшем времени, большинство из которых маленькие, с небольшими запасами и находятся на стадии в несколько лет от начала производства. • Трудные эксплуатационные режимы на предприятиях в Индонезии, с учетом более жестких экологических ограничений и новых экспортных стандартов с июля 2013 года. Все это споосбно ограничить поставки Индонезии на мировой рынок (страна поставляет примерно 30% мирового объема). • Производственный потенциал Китая, который вряд ли сможет значительно увеличится в ближайшие годы. • Отсутствие запусков новых оловянных производств или расширения существующих в 2013 году.

Добыча олова в мире, тонн*

* данные US Geological Survey

Олово — серебристый, мягкий переходный металл, не окисляющийся на воздухе, используется для покрытия других металлов, чтобы предотвратить их коррозию. Первый сплав, используемый в крупном масштабе с 3000 года до н.э, был бронзой, сплавом олова и меди. После 600 года до н.э производилось чистое металлическое олово. Оловянная посуда, которая является сплавом олова на 85-90% с остатком, обычно состоящим из меди, сурьмы и свинца, использовалась в качестве столовых приборов со времен Бронзового века до 20-ого столетия. В современные времена олово используется во многих сплавах, прежде всего оловянно-свинцовых мягких припоях, как правило содержащих 60% или более олова. Другая большая область применения олова — стойкое к коррозии оловянное покрытие стали. Из-за низкой токсичности олова сталь с оловянным покрытием используется для упаковки пищевых продуктов, например, консервные банки, которые сделаны главным образом из стали. Припои. Олово формирует евтектическую смесь со свинцом, которая содержит 63%-ое олово и 37%-ый свинец. Такие припои прежде всего используются для соединения труб или электрических цепей. В результате ввода в действие с 1 июля 2006 года Директивы Европейского союза Об отходах электрического и электронного оборудования (Директива WEEE) и Директивы Европейского союза Об ограничении опасных веществ использование свинца в таких сплавах уменьшилось. С заменой свинца есть много проблем, включая более высокую точку плавления и формирование оловянных бакенбард, вызывающих электрические неисправности. Порча олова может произойти в не содержащих свинца припоях, приводя к разрушению спаянного соединения. Замены винца для сплавов быстро находятся, хотя проблемы объединенной целостности остаются. Оловянная металлизация. Оловянное покрятие используются для свинца, цинка и стали, чтобы предотвратить коррозию. Стальные контейнеры с покрытием из олова широко используются для хранения продуктов, и это формирует значительную часть рынка для металлического олова. Канистра белой жести для хранения еды была стала производиться в Лондоне в 1812 году. Говорящие на британском варианте английского языка называют их «оловянками» (tins), в то время как говорящие на американском варианте английского языка называют их «банками» (cans)или «консервными банками» (tin cans). Таким образом, кстати, произошло жаргонное слово «tinnie» или «оловосодержащий», что означает «банка пива». Оловянные дудки так называются потому, что они сначала выпускались серийно в стали с покрытием из олова. Специализированные сплавы. Олово в сочетании с другими элементами формирует большое разнообразие полезных сплавов. Олово обычно сплавляется с медью. Оловянная посуда — олово на 85-99%; у баббита есть высокий процент олова также. Бронза — главным образом медь (12%-ое олово), в то время как добавление фосфора дает люминесцентную бронзу. Колокольная бронза — также сплав меди и олова, содержание олова — 22%. Олово также иногда использовалось в чеканке; например, когда-то в американских и канадских пенсах. Поскольку медь часто — главный металл в таких монетах, а иногда присутствует цинк, их можно было технически назвать бронзовыми и/или медными сплавами. Олово с ниобием Nb3Sn коммерчески используется в качестве проводов для магнитов со сверхпроводящей обмоткой, из-за высокой критической температуры материала (18 K) и критического магнитного поля (25 T). Магнит со сверхпроводящей обмоткой, весящий только несколько килограммов, способен к созданию магнитных полей, сопоставимых с теми, для которых необходим обычный электромагнит весом несколько тонн. Добавление нескольких процентов олова обычно используется в сплавах циркония для оболочки ядерного топлива. Большинство металлических труб в органе обычно делается с применением переменного количества сплава олова и свинца, при этом соотношение 50%/50% является наиболее распространенным. Количество олова в трубе определяет тон трубы, так как олово наиболее тонально резонансное из всех металлов (возможно). Однако главные преимущества использования олова для труб включают его внешность, его обрабатываемость и сопротивление коррозии. Другие области применения. Старые фонари, часто воспроизводимые в 21-ом столетии, сделаны из штампованного олова. Штамповка олова является ремесленной техникой, которая применялась в центральной Европе для создания бытовой утвари, которая и функциональна и декоративна. Декоративные изделия существуют в большом разнообразии, основанном на географии или личных фантазиях ремесленника. Штампованные оловянные фонари — наиболее распространенное применение этой ремесленной техники. Свет свечи, сияющей посредством дизайна, создает декоративный легкий образ в комнате, где она горит. Штампованные оловянные фонари и другие оловянные предметы создавались также в Новом Мире со времен самого раннего европейского поселения. Известный пример — фонарь типа Ревера, названный в честь Пола Ревера. Оконное стекло чаще всего изготавливается при пропускании литого стекла поверх литого олова (что создает полированное листовое стекло), чтобы произвести плоскую поверхность. Этот процесс называют «процессом Pilkington». Олово также используется в качестве отрицательного электрода в современных литий-ионных аккумуляторах. Его применение несколько ограничено фактом, что олово немного катализирует процесс разложения основанных на карбонате электролитов, используемых в литий-ионных аккумуляторах. Фторид олова (II) добавляется к некоторым продуктам по уходу за зубами. Фторид олова (II) может быть смешан с абразивами кальция, в то время как более общий фторид натрия постепенно становится биологически бездействующим при объединении с соединениями кальция. Спрос на олово в мире в настоящее время силен, а его рост стимулируют следующие факторы: • Рост потребления в припоях (пользующихся большим спросом), который, главным образом, определяет растущий рынок электроники. • Спрос со стороны традиционных сфер использования: белая жесть, оловянные химикаты и полированное листовое стекло, а также вновь возникающих рынков. • Тенденция на удаление свинца как компонента в процессе изготовления припоев.

Производство и потребление олова в мире, тыс.тонн*

год	2008	2009	2010	2011	2012
Всего добыча	319.8	325.2	324.6	317.4	308.6
Всего производство	333.1	328.1	348.6	352.2	350.0
Поставки DLA	3.7	0.1	—	—	—
Всего потребление	353.2	307.8	358.2	357.2	355.0
Баланс рынка	-16.4	20.4	-9.6	-5.0	-5.0
Запасы	25.9	46.1	35.3	31.5	26.5
Достаточность запасов, недель	3.8	7.8	5.1	4.6	3.9

* Сводные данные

Цены на олово в течение последнего десятилетия демонстрировали самый быстрый рост среди металлов на Лондонской бирже металлов. Сейчас рынок характеризуется последовательным дефицитом поставки, у чему приводит растущий спрос и существенные ограничения поставки. Это обеспечило твердое подкрепление для цены на олово, которая, как прогнозируется, будет продвигаться по восходящей траектории, несмотря на то, что мировой экономический кризис 2008-2009 годов и рецессия в Европейском союзе в 2012 году временно приостановили этот процесс.

Цены на олово, долл./т

В 2012 году использование олова в химикатах (примерно 15% рынка) и нескольких небольших сферах применения показало некоторый рост, однако потребление олово в сфере производства белой жести и полированного листового стекла (вместе приблизительно 20% рынка) практически не изменилось. Еще более важен тот факт, что использование припоя упало с 2007 года (когда оно составляло 55% рынка), сначала, в основном, в результате миниатюризации, а затем в 2012 году из-за спада на рынках бытовой электроники и бытовой техники, сильно ударив по производителям. Перспективы спроса на олово в краткосрочном периоде зависят больше от здоровья рынков конечного использования припоев, а там эксперты BNP видят рост 3,5-4,0 в 2013 году. Большая часть роста исходит с азиатских рынков электроники, особенно из Китая. Таким образом, если Индонезия управляет основанием рынка (производством), то Китай, как говорят, управляет вершиной (потреблением). Даже в этом случае многие аналитики ожидают дальнейший рост цен на олово в 2013 году. Эдвард Мейр, старший аналитик рынков предметов потребления из INTL FCStone предсказывает рост цен до 28,000$ за тонну в 2013 году, со средним значением по году приблизительно 23,300$ за тонну. Уэйн Брэмвелл более оптимистичен, говоря о том, что цена может быть выше 30,000$ к тому времени, когда его проект начинает функционировать в 2015 году. В условиях, когда поставка ограничена, по его мнению, не потребуется даже бурного восстановления мировой экономики, чтобы достигнуть указанных выше значений.

Выплавка.

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.

Добыча и обогащение руды.

Способы добычи зависят от вида и источника оловянной руды. Проще всего разрабатывать аллювиальные (россыпные) месторождения. Касситерит, будучи довольно тяжелым минералом, хорошо поддается гравитационному обогащению.

Россыпные месторождения. Такие месторождения содержат преимущественно мелкозернистые пески. Основные методы их разработки – драгирование и добыча песковыми насосами. При методе драгирования большие многоковшовые или землесосные драги добывают оловоносную россыпь со дна рек, искусственных водоемов и даже с морского дна. Драга представляет собой плавучий горно-обогатительный агрегат, который выполняет различные процессы гравитационного обогащения (грохочение, отсадку и концентрирование на столах) и, сбрасывая пустую породу за корму, выдает концентрат касситерита.

Коренные месторождения. Отдельные жильные месторождения могут разрабатываться открытым способом. Но чаще проходится наклонная штольня в косогоре, наклоном которой обеспечивается непрерывное дренирование воды. В некоторых случаях необходим вертикальный шахтный ствол. Щековые дробилки и мельницы размельчают необогащенную руду до крупности песка. Методы дальнейшего концентрирования зависят от характера руды. Отделение породных хвостов и пирита обычно осуществляется методами гравитационного и флотационного обогащения. Некоторые комплексные сульфидные руды обжигают и выщелачивают в два этапа для улавливания серебра, золота, меди и свинца. После обжига может проводиться магнитное отделение олова от железа и вольфрама. За обжигом и выщелачиванием следует гравитационное обогащение отходов. Концентраты коренных месторождений беднее, чем концентраты россыпных. Так, содержание олова в типичных боливийских концентратах составляет 18–60%. Восстановление и рафинирование требуют более значительных затрат, так как процессы осложняются присутствием больших количеств других минералов.

Электролитическое рафинирование.

Метод электролитического рафинирования был разработан в применении к боливийским рудам, отличающимся высокой степенью загрязненности. Электролит содержит 8% серной кислоты, 4% крезол- и фенолсульфокислоты и 3% двухвалентного олова (Sn2+). 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). См. также

СПЛАВЫ; МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ; РУДЫ ОБОГАЩЕНИЕ.

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
	Sn, не менее	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

Разновидности и марки

Природа насчитывает более 20 видов минералов олова. Основным является касситерит, в нем содержится порядка 78,8 % полезного вещества, а станин выступает минералом с наименьшим содержанием олова — до 27,5 %.

Оловянные сплавы используются как антифрикционные материалы. Баббиты в этой отрасли являются наиболее популярными. С их помощью фиксируют необходимые детали машинного оборудования, тем самым снижая инертные потери с трением отдельных элементов. Готовые изделия производятся в виде чушек, анодов или прутков. Классифицируются согласно химическим составляющим компонента, от содержания которых зависит конечная маркировка:

О1пч;
О1;
О2;
О3;
О4.

В сплаве О1пч находится наименьшее количество сторонних примесей. В О4 — наоборот, содержание свинца, сурьмы и меди на порядок выше.