Tin
Achtergrond
Tin is een van de chemische basiselementen. Wanneer het geraffineerd is, is het een zilverwit metaal dat bekend staat om zijn weerstand tegen corrosie en zijn vermogen om andere metalen te coaten. Het wordt meestal gebruikt als beplating op de staalplaten die worden gebruikt om blikken voor voedselcontainers te vormen. Tin wordt ook gecombineerd met koper om brons te vormen en met lood om soldeer te vormen. Een tinverbinding, stannofluoride, wordt vaak aan tandpasta toegevoegd als bron van fluoride om tandbederf te voorkomen.
Het vroegste gebruik van tin dateert van ongeveer 3500
Elders in de wereld werd tin gebruikt in het oude China en bij een onbekende stam in wat nu Zuid-Afrika is. Rond 2500-2000
Het gebruik van tin als plaatmateriaal dateert uit de tijd van het Romeinse Rijk, toen koperen vaten werden bedekt met tin om ze er helder uit te laten zien. Vertinde ijzeren vaten verschenen in de jaren 1300 in Midden-Europa. Dunne platen van ijzer bedekt met tin, tinplate genaamd, kwamen halverwege de 17e eeuw in Engeland beschikbaar en werden gebruikt om metalen containers te maken. In 1810 patenteerde Pierre Durand uit Frankrijk een methode om voedsel in verzegelde blikken te bewaren. Hoewel het vele jaren van experimenteren kostte om deze nieuwe techniek te perfectioneren, begonnen blikjes halverwege de 19e eeuw flessen voor voedselverpakkingen te vervangen.
In 1839 vond Isaac Babbitt uit de Verenigde Staten een antifrictielegering uit, Babbitt-metaal genaamd, die bestond uit tin, antimoon en koper. Het werd veel gebruikt in lagers en hielp enorm bij de ontwikkeling van hogesnelheidsmachines en transport.
In 1952 zorgde de firma Pilkington in Engeland voor een revolutie in de glasindustrie met de introductie van de "float glass"-methode voor de continue productie van vlakglas. Bij deze methode drijft het gesmolten glas op een bad van vloeibaar, gesmolten tin terwijl het afkoelt. Dit levert een zeer vlak glasoppervlak op zonder de wals-, slijp- en polijstbewerkingen die vóór de introductie van deze methode nodig waren.
Tegenwoordig wordt het grootste deel van 's werelds tin geproduceerd in Maleisië, Bolivia, Indonesië, Thailand, Australië, Nigeria en Engeland. Er zijn geen grote tinafzettingen in de Verenigde Staten.
Grondstoffen
Er zijn negen tinhoudende ertsen die van nature in de aardkorst worden aangetroffen, maar de enige die in enige mate wordt gedolven, is cassiteriet. Naast de ertsen zelf worden er vaak verschillende andere materialen gebruikt om tin te verwerken en te verfijnen. Deze omvatten kalksteen, silica en zout. Koolstof, in de vorm van steenkool of stookolie, wordt ook gebruikt. De aanwezigheid van hoge concentraties van bepaalde chemicaliën in het erts kan het gebruik van andere materialen vereisen.
Het fabricageproces
Het proces van het winnen van tin uit tinerts varieert afhankelijk van de bron van de ertsafzetting en de hoeveelheid onzuiverheden die in het erts wordt aangetroffen. De tinafzettingen in Bolivia en Engeland bevinden zich diep onder de grond en vereisen het gebruik van tunnels om het erts te bereiken. Het erts in deze afzettingen kan ongeveer 0,8-1,0 gew.% tin bevatten. Tinafzettingen in Maleisië, Indonesië en Thailand bevinden zich in het grind langs stroombeddingen en vereisen het gebruik van dreggen of pompen om het erts te bereiken. Het erts in deze afzettingen kan slechts 0,015 gew.% tin bevatten. Meer dan 80% van 's werelds tin wordt gevonden in deze laagwaardige grindafzettingen.
Ongeacht de bron bestaat elk proces uit verschillende stappen waarin de ongewenste materialen fysiek of chemisch worden verwijderd en de tinconcentratie geleidelijk wordt verhoogd. Sommige van deze stappen worden uitgevoerd op de mijnsite, terwijl andere in afzonderlijke faciliteiten kunnen worden uitgevoerd.
Dit zijn de stappen die worden gebruikt om het laagwaardige erts te verwerken dat doorgaans wordt aangetroffen in grindafzettingen in Zuidoost-Azië:
Mijnbouw
- 1 Wanneer de grindafzettingen zich op of onder het waterniveau in de beek bevinden, worden ze naar boven gehaald door een drijvende baggermachine, opererend in een kunstmatige vijver die langs de beekbodem is aangelegd. De baggermachine graaft het grind uit met behulp van een lange giek die is uitgerust met kettingaangedreven bakken of met een verzonken roterende snijkop en zuigleiding. Het grind gaat door een reeks draaiende schermen en schudtafels aan boord van de bagger om de grond, het zand en de stenen van het tinerts te scheiden. Het resterende erts wordt vervolgens verzameld en aan land gebracht voor verdere verwerking.
Een blikken motorkap werd in de 19e eeuw vaak gegeven als cadeau voor de tiende verjaardag. (Uit de collecties van Henry Ford Museum 6, Greenfield Village, Dearborn, Michigan.) In de jaren 1800 was tin een gewoon huishoudelijk materiaal dat vooral populair was bij de arbeidersklasse vanwege de lage kosten en heldere glans. Gemaakt van dun gewalst ijzer of staal en gedoopt in gesmolten tin, het was gemakkelijk te manipuleren, snijden en solderen. Tin werd gebruikt voor bijna alles waarvoor koper, tin, messing of zilver kon worden gebruikt, maar ging over het algemeen niet zo lang mee. Bij het bekijken van blikken catalogi van omstreeks 1870 blijkt dat tin voor veel meer werd gebruikt dan koekjesvormers - het werd gebruikt om kinderspeelgoed, koffiepotten, lunchtrommels en zelfs spitoons voor heren te maken.
Het werd echter ook in de volksmond gebruikt om een geschenk te maken voor het tienjarig jubileum, het 'tinnen jubileum' genoemd. Hoewel niet zo bekend als de vijfentwintigste, waarvoor zilveren geschenken nodig zijn, wist de Victoriaanse huisvrouw dat ze misschien een tiende verjaardagscadeau van tin zou krijgen, zoals de tinnen motorkap die hier is afgebeeld. Gevormd in de vorm van een "lepelhoed", populair rond 1870, is het waarschijnlijk dat dit stuk uit die tijd dateert. Het kan natuurlijk niet worden gedragen, maar het was bedoeld om op een plank te worden tentoongesteld als herinnering aan die verjaardag. Voor dit doel zorgden tinsmeden voor grillige geschenken. Museumcollecties omvatten niet alleen hoeden, maar ook tinnen schoenen en decoratieve vazen die nooit zouden kunnen worden gebruikt om water vast te houden.
Nancy EV Bryk
Wanneer de grindafzettingen zich in droge gebieden op of boven het waterpeil in de
Wanneer grindafzettingen zich op of onder het waterniveau bevinden, worden ze naar boven gehaald door een drijvende een kunstmatige vijver gecreëerd langs de stroombedding. Wanneer de grindafzettingen zich in droge gebieden op of boven het waterniveau bevinden, worden ze eerst opgebroken met waterstralen die door grote sproeiers worden gepompt. Vervolgens komt het erts in de schoonmaak- of dressingschuur naast de mijnbouwoperatie. stroom, worden ze eerst gebroken met waterstralen die door grote sproeiers worden gepompt. De resulterende modderige slurry wordt gevangen in een kunstmatige vijver. Een pomp die zich op het laagste punt in de vijver bevindt, pompt de slurry omhoog in een houten trog, een palong genaamd, die over de lengte een geleidelijke neerwaartse helling heeft. Het tinerts, dat zwaarder is dan het zand en de grond in de modder, heeft de neiging te zinken en komt vast te zitten achter een reeks houten latten, riffles genaamd. Periodiek wordt het gevangen erts uit de palong gestort en verzameld voor verdere verwerking.
Concentreren
- 2 Het erts komt de schoonmaak- of dressingloods binnen naast de mijnbouwactiviteit. Ten eerste gaat het door verschillende trilzeven om grovere vreemde materialen te scheiden. Het kan dan door een met water gevulde classificatietank gaan, waar het erts naar de bodem zinkt terwijl de zeer kleine slibdeeltjes worden afgevoerd. Het kan ook door een drijftank gaan, waar bepaalde chemicaliën worden toegevoegd om de tindeeltjes naar de oppervlakte te laten stijgen en in troggen te laten overlopen.
- 3 Ten slotte wordt het erts gedroogd, opnieuw gezeefd en door een magnetische scheider geleid om eventuele ijzerdeeltjes te verwijderen. Het resulterende tinconcentraat is nu ongeveer 70-77% tin per gewicht en bestaat uit bijna zuiver cassiteriet.
Smelten
- 4 Het tinconcentraat wordt samen met koolstof in de vorm van steenkool of stookolie in een oven geplaatst. Als een tinconcentraat met overtollige onzuiverheden wordt gebruikt, kunnen ook kalksteen en zand worden toegevoegd om met de onzuiverheden te reageren. Terwijl de materialen worden verwarmd tot ongeveer 1400 ° C, reageert de koolstof met het koolstofdioxide in de ovenatmosfeer om koolmonoxide te vormen. Op zijn beurt reageert het koolmonoxide met het cassiteriet in het tinconcentraat om ruw tin en kooldioxide te vormen. Als kalksteen en zand worden gebruikt, reageren ze met eventueel aanwezige silica of ijzer in het concentraat om een slak te vormen.
- 5 Omdat tin gemakkelijk verbindingen vormt met veel materialen, reageert het vaak met de slak. Hierdoor bevat de slak uit de eerste oven een aanzienlijke hoeveelheid tin en moet deze verder worden verwerkt voordat deze wordt afgevoerd. De slak wordt verwarmd in een tweede oven samen met extra koolstof, schroot en kalksteen. Net als voorheen wordt ruw tin gevormd en teruggewonnen samen met een bepaalde hoeveelheid restslak.
Het tinconcentraat wordt samen met koolstof in de vorm van steenkool of stookolie in een oven geplaatst. Het wordt verhit en vormt samen met het ruwe tin een slak. De slak en het ruwe tin worden nog meerdere keren verwarmd om onzuiverheden te verwijderen en de tinkop terug te winnen. - 6 De restslak uit de tweede oven wordt nog een keer verhit om eventueel tin terug te winnen dat verbindingen met ijzer heeft gevormd. Dit materiaal staat bekend als de harde kop. De resterende slak wordt weggegooid.
Verfijning
- 7 Het ruwe tin uit de eerste oven wordt samen met het uit de slak gewonnen ruwe tin plus de harde kop in een lage-temperatuuroven geplaatst. Omdat tin een veel lagere smelttemperatuur heeft dan de meeste metalen, is het mogelijk om de temperatuur van de oven voorzichtig te verhogen, zodat alleen het tin smelt en alle andere metalen als vaste stoffen achterblijven. Het gesmolten tin loopt langs een hellend vlak naar beneden en wordt opgevangen in een polijstketel, terwijl de andere materialen achterblijven. Dit proces wordt liquidatie genoemd en het verwijdert effectief veel van het ijzer, arseen, koper en antimoon dat aanwezig kan zijn.
- 8 Het gesmolten tin in de poelketel wordt geroerd met stoom, perslucht of palen van groen hout. Dit proces wordt koken genoemd. Het groene hout, dat vochtig is, produceert stoom samen met het mechanisch roeren van de polen. Het was aan dit ruwe, maar effectieve gebruik van houten palen dat de poelketel zijn naam kreeg. De meeste van de resterende onzuiverheden komen naar de oppervlakte om een schuim te vormen, dat wordt verwijderd. Het geraffineerde tin is nu ongeveer 99,8% zuiver.
- 9 Voor toepassingen die een nog hogere zuiverheid vereisen, kan het tin verder worden verwerkt in een elektrolytische raffinage-installatie. Het tin wordt in mallen gegoten om grote elektrische anoden te vormen, die fungeren als de positieve aansluitingen voor het elektroraffinageproces. Elke anode wordt in een afzonderlijke tank geplaatst en een vel tin wordt aan het andere uiteinde van de tank geplaatst om als kathode of negatieve pool te fungeren. De tanks zijn gevuld met een elektrisch geleidende oplossing. Wanneer een elektrische stroom door elke tank wordt geleid, wordt het tin van de anode gestript en op de kathode afgezet. De resterende onzuiverheden, die over het algemeen bismut en lood zijn, vallen uit de oplossing en vormen een slijm op de bodem van de tank.
- 10 De kathoden worden omgesmolten en het geraffineerde tin wordt in ijzeren mallen gegoten om staven of staven te vormen, die vervolgens naar de verschillende eindgebruikers worden verscheept. Tin met een lagere zuiverheid wordt meestal gegoten in blokken met een gewicht van 25-100 lb (11-45 kg). Tin met een hogere zuiverheid wordt gegoten in kleinere staven met een gewicht van ongeveer 2 lb (1 kg).
Kwaliteitscontrole
Het is bewezen dat de beschreven processen consistent tin produceren met een zuiverheid van 99% en hoger. Om deze zuiverheid te waarborgen, worden in verschillende stappen monsters geanalyseerd om te bepalen of er aanpassingen aan de processen nodig zijn.
De tinnen hardhead wordt verder verfijnd, totdat deze tot tinnen blokken wordt gevormd.
In de Verenigde Staten worden de zuiverheidsniveaus voor commerciële kwaliteiten tin gedefinieerd door de American Society for Testing Materials (ASTM) Standard Classification B339. De hoogste kwaliteit is AAA, dat 99,98% tin bevat en wordt gebruikt voor onderzoek. Klasse A, die 99,80% tin bevat, wordt gebruikt om blik voor voedselcontainers te vormen. Cijfers B, C, D en E zijn mindere graden, variërend tot 99% zuiverheid. Ze worden gebruikt om tinlegeringen voor algemeen gebruik te maken, zoals brons en soldeer.
Bijproducten/afval
Bij de tinverwerking ontstaan geen bruikbare bijproducten.
Afvalproducten zijn onder meer de grond, het zand en de stenen die worden uitgestoten tijdens de mijnbouw- en concentratieactiviteiten. Deze vormen een enorme hoeveelheid materiaal, maar hun milieu-impact hangt af van de lokale verwijderingspraktijken en de concentraties van andere mineralen die aanwezig kunnen zijn. De slak die vrijkomt bij het smelten en raffineren is ook een afvalproduct. Het kan hoeveelheden arseen, lood en andere materialen bevatten die mogelijk schadelijk zijn. Tin zelf heeft geen bekende schadelijke effecten op mens of milieu.
De Toekomst
Het gebruik van tin zal naar verwachting toenemen naarmate nieuwe toepassingen worden ontwikkeld. Omdat tin geen bekende schadelijke effecten heeft, wordt verwacht dat het andere, meer milieubelastende metalen zoals lood, kwik en cadmium zal vervangen. Een nieuwe toepassing is de formulering van tin-zilversoldeer ter vervanging van tinloodsoldeer in de elektronica-industrie. Een andere toepassing is het gebruik van tinschot ter vervanging van loodschot in jachtgeweergranaten.
Er wordt gewerkt aan de ontwikkeling van een verbinding op basis van tin voor gebruik op vuilstortplaatsen. Deze verbinding zal een interactie aangaan met zware metalen, zoals lood en cadmium, om te voorkomen dat regenwater ze in de omringende bodem en grondwaterspiegel draagt.
Productieproces