Технология получения олова и его сплавов

Для того чтобы получить килограмм олова, не обязательно перерабатывать центнер руды. Можно поступить иначе: "ободрать" 2000 старых консервных банок.

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

Как же снимают олово с белой жести? Механическими способами сделать это 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 , которое применяют в химической и текстильной промышленности или отправляют в электролизер, чтобы получить там из него металлическое олово. И опять начнется "круговерть": этим оловом покроют стальные листы, получат белую жесть. Из нее сделают банки, банки заполнят едой и запечатают. Потом их вскроют, консервы съедят, банки выбросят. А потом они (не все, к сожалению) вновь попадут на заводы "вторичного" олова.

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

Техника безопасности. При выплавке и рафинировании олова возможно выделение вредных газов: , CO, , As и тонкой пыли, вызывающей легочные заболевания - пневмокониоз и силикоз. Опасность отравлений и заболеваний предупреждается работой плавильных печей под разрежением, приточно-вытяжной вентиляцией цеховых помещений и устройством местных отсосов. Для предупреждения ожогов рабочим выдаются суконные костюмы, шляпы, рукавицы и валенки.

Сплавы на основе олова. Основные легирующие элементы - Pb, Sb, Cu, Bi, Zn, Cd. Сплавы олова характеризуются, как правило, низкой температурой плавления, относительно низкими прочностью и твердостью, высокой пластичностью. Со многими металлами образуют эвтектики, имеющие более низкую температуру плавления, чем исходные металлы, например, сплавы (приведены % Sn по массе, т. пл) Bi-Sn (45%, 139єС), Cd-Sn (67,76%, 177°С), Pb-Sn (61,9%, 183°С), Tl-Sn (56,76%, 170°С), Zn-Sn (91%, 198 °С); твердые растворы с легирующими металлами образует редко. Для олова весьма характерно образование интерметаллических соединений (станнидов), имеющих, как правило, высокие температуры плавления, например, (т. пл. 1985°С), Sn (1663 °С), Sn (1420єC), Sn (1415°C), (1400єС), Sn (778°С). Используют олова сплавы главным образом, для изготовления припоев, антифрикционных сплавов, в виде покрытий и фольги. (см. Приложение. Таблица) Олово в соединении с другими металлами помогло современным металлургам получить оловянистые бронзы, обладающие целым комплексом замечательных качеств: они мало чувствительны к перегреву и холоду, не дают искры при ударе, хорошо поддаются сварке и пайке и к тому же обладают высокими антифрикционными свойствами (от латинского слова "frictio" - трение. Антифрикционный - противостоящий трению). Поэтому из бронзы изготовляют теперь вкладыши для подшипников, различные детали станков и машин, втулки, вентили, арматуру, инструмент для работы в шахтах. Современная техника требует все больше разных сплавов. Нужны народному хозяйству и другие оловянные сплавы. При сплавлении двух или нескольких металлов происходит перегруппировка их атомов и сплав, как правило, приобретает совершенно новые свойства, которых нет у отдельных его "партнеров". Если же сплавить олово с титаном, магнием, некоторыми редкими металлами, то получается тугоплавкий сплав. У олова есть еще одно замечательное свойство - оно может "привариваться" к другим металлам. Еще в древности сплавы олова со свинцом применялись в качестве "припоев".

При раскопках древнеримской Помпеи, засыпанной вулканическим пеплом при извержении Везувия в 79 году н.э., были найдены свинцовые водопроводные трубы, спаянные на стыках и в ответвлениях оловосвинцовым припоем. У римского ученого Плиния Старшего в одной из его книг "Естественной истории" приводятся два рецепта наиболее распространенных тогда припоев - тетрария (из двух третей свинца и одной трети олова) и аргентария, состоявшего из равных долей обоих металлов. Примерно такого состава припои применяются и до сих пор.

Олову человечество обязано не только надежными припоями, но и развитием самого искусства паяния, которое позволяет изготовлять мельчайшие детали сложных приборов и комплексные узлы крупногабаритных изделий.

Раньше мастера приготовляли припои преимущественно по собственным рецептам. Теперь же заводы выпускают стандартные припои, которые применяются во многих отраслях промышленности.

Легкоплавкие припои представляют собой главным образом сплавы на основе Sn и Рb. Содержание Sn в них может колебаться от 1 до 95%; наиболее распространены олова сплавы, содержащие 59-61 и 49-51% Sn. Легирующие компоненты - Sb, Cu, Cd, Zn, Ag, In и др.; вредные примеси - Аl, As и S. Припои отличаются низкой твердостью и прочностью, высокой пластичностью и коррозионной стойкостью, хорошо смачивают поверхности большинства металлов и в тонком слое обладают высоким сопротивлением усталости. Используют их при пайке деталей, испытывающих небольшие ударные нагрузки при невысоких температурах. При пайке меди, медных сплавов, сталей или др. прочное соединение деталей достигается вследствие образования оловом твердого раствора (или интерметаллидов) с металлом изделия. С помощью припоев Sn-Pb можно паять практически все металлы и сплавы, за исключением Аl и его сплавов, для пайки которых используют сплавы Sn-Zn.

Первый антифрикционный сплав, предложенный в 1839 году инженером И. Баббитом, содержал 83 процента олова, 11 процентов сурьмы и 6 процентов меди. В дальнейшем подобные антифрикционные сплавы с несколько измененным содержанием составных частей стали называться баббитом (по имени изобретателя) и получили широкое распространение.

Оловянистые баббиты содержат от 6 до 89% Sn. Наиболее распространены сплавы, содержащие 83 и 88% Sn, легированные 7-12% Sb и 2,5-6,5% Си. Высокие антифрикционные свойства этих сплавов обусловлены их гетерогенной структурой - в мягкой матрице твердого раствора Sb в Sn равномерно распределены твердые кристаллы SnSb и Cu3Sn. Баббиты характеризуются также высокой коррозионной стойкостью и теплопроводностью, низким температурным коэффициентом линейного расширения. Увеличение содержания в сплаве Sb до 12% повышает его хрупкость, увеличение содержания Си - твердость. Положительное влияние на свойства баббитов оказывают небольшие количества Cd, Ag и Ni, отрицательное - Рb. Применяют баббиты в подшипниках, работающих при больших ударных нагрузках. В настоящее время, кроме стандартных баббитов, в нашей стране и за границей изготовляют сплавы с повышенной пластичностью. Олово - дорогой и дефицитный металл, поэтому теперь все чаще стараются заменять подшипники с баббитовыми вкладышами роликовыми и шариковыми подшипниками.

В покрытиях, в том числе и при изготовлении белой жести, помимо чистого Sn используют сплавы Sn-Pb, Sn-Pb-Ni и Sn-Zn. Сплавы для фольги содержат 82-97% Sn, а также Pb, Sb и Сu.

Сплавы олова, применяемые для литья под давлением и центробежного литья посуды и деталей измерительных приборов, содержат 64-92% Sn, 5,5-36% Sb, 1-8% Сu и иногда 5-14% Pb. Сплавы Sn с Zr используют для изготовления деталей атомных реакторов, сплавы с Та - в производстве турбин, с Nb-в производстве проводников при создании мощных магнитных полей.

Задолго до того как научились добывать олово в чистом виде, был известен сплав олова с медью - бронза, который получали, видимо, уже в 2500-2000 до н.э. Олово в рудах часто встречается вместе с медью, так что при плавке меди в Британии, Богемии, Китае и на юге Испании образовывалась не чистая медь, а ее сплав с некоторым количеством олова. Ранние медные плотничные инструменты (долото, тесло и др.) из Ирландии содержали до 1% Sn. В Египте медная утварь 12-й династии (2000 до н. э) содержала до 2% Sn, по-видимому, как случайная примесь. Первобытная практика выплавки меди основывалась на использовании смеси медных и оловянных руд, в результате чего и получалась бронза, содержащая до 22% Sn.

Олово на механические свойства меди влияет аналогично цинку: повышает прочность и пластичность. Сплавы меди с оловом обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Этим обусловливается применение бронз в химической промышленности для изготовления литой арматуры, а также в качестве антифрикционного материала в других отраслях.

Оловянная бронза хорошо обрабатывается давлением и резанием. Она имеет очень малую усадку при литье: менее 1%, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1,5%, а стали - более 2%. Поэтому, несмотря на склонность к ликвации и сравнительно невысокую текучесть, бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Оловянные бронзы знали и широко использовали ещё в древности. Большинство античных изделий из бронзы содержат 75-90% меди и 25-10% олова, что делает их внешне похожими на золотые, однако они более тугоплавкие. Они не утратили своего значения и в настоящее время. Оловянная бронза - непревзойдённый литейный сплав.

Оловянные бронзы легируют цинком, никелем и фосфором. Цинка добавляют до 10%, в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле. Оловянная бронза с добавлением цинка называется "адмиралтейской бронзой" и обладает повышенной короззионной стойкостью в морской воде. Из нее делались, например, астролябии и другие штурманские инструменты для мореплавания. Свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства бронзы и её обрабатываемость резанием.

Заключение

Схема строения Кительского месторождения (план и разрезы):

1 - четвертичные отложения; 2 - граниты рапакиви (2 фаза) З - кварциты; полевошпат - биотитовые сланцы; 4 - кальцuфupы, мpaморы; 5-полевошпатамфиболовые, графитсодержащие кварц-биотитовые скарны; 6 - пироксеновые, гранатовые, гранат-пироксеновые, магнетит-пироксеновые скарны; 7-гнейсо-граниты.

Таблица. Свойства и состав некоторых сплавов олова.