Глава I. У истоков науки о металле

Производство железа на территории нашей страны было известно еще в доисторические времена. Археологические раскопки древних поселений в Центральной части СССР, па Урале, Украине, в Белоруссии, Закавказье и в ряде других районов показывают, что наши далекие предки уже 2,5-3 тысячелетия тому назад умели получать железо из руд и изготовлять из него оружие, орудия труда и предметы домашнего обихода. Много веков существовал сыродутный способ получения железа. Железная руда нагревалась в небольших горнах - ямах, вырытых в земле и выложенных обожженной глиной. В дальнейшем появились и наземные печи - домницы. В качестве топлива использовался древесный уголь. При нагревании происходило восстановление железа из его окислов с помощью углерода топлива. На дне горна образовывалась крица - раскаленный ком железа, по структуре напоминающий губку. Его проковывали под молотом для уплотнения и выдавливания шлаков.

Производительность таких сыродутных горнов была незначительной. Вес железного кома-крицы редко превышал 20-25 кг. Появление в середине XIV в. доменных печей открыло возможности для значительного увеличения выпуска металла. В XVI-XVII вв. на Руси создаются первые железоделательные заводы. Они строятся вблизи старинных русских городов - Тулы, Каширы, Серпухова, в Новгородском крае и других районах страны. Уже к концу XVII в. их суммарная производительность достигает 150 тыс. пудов. В начале XVIII в. отечественная металлургия развивается еще более быстрыми темпами. Это была славная эпоха Петра I, который отлично понимал, что для решения поставленных им задач - укрепить Русское государство, завоевать выходы к морям, "прорубить окно в Европу" - потребуется немало металла, чтобы обеспечить сооружение кораблей и производство вооружения. Однако разведанных рудных запасов и лесных ресурсов Центра России было явно недостаточно. Нужно было создать новую металлургическую базу страны. Ею явился Урал, с его богатейшими запасами высококачественной железной руды и древесноугольного топлива.

При Петре I Урал становится ведущим горнометаллургическим районом России. Туда направляются специалисты с тульских и других старых заводов; привлекаются опытные заграничные мастера. Один за другим па Урале возникают крупные по тому времени железоделательные заводы - Каменский, Невьянский, Уктусский, Алапаевский и др. Одновременно продолжается расширение и строительство предприятий в центральной части страны, близ Москвы, Липецка, Воронежа, в северо-западных районах. Эти заводы впоследствии сыграли большую роль в материальном обеспечении русской армии и флота. Достаточно сказать, что только один первенец уральской металлургии - Каменский завод с 1702 по 1709 г. выпустил 854 артиллерийских орудия и свыше 27 тыс. пудов снарядов к ним¹. Они помогли русскому народу одержать победу в решающем сражении со шведами под Полтавой.

¹ (См.: Данилевский В. В. Русская техника. Л, 1948, с. 38)

В Петровскую эпоху выдвинулось немало талантливых людей, поставивших своей целью изучить природные богатства русской земли, создать рудники, построить заводы, укрепить экономическое могущество Родины. Одним из выдающихся горнозаводских деятелей первой половины XVIII в. был Василий Никитич Татищев (1686-1750), широко известный также как историк и географ. Сын мелкопоместного дворянина, он еще юношей начал военную службу в драгунском полку и уже в 1704 г. получил боевое крещение в сражении под Нарвой. Рядовой Татищев проявил большой интерес к артиллерии и вскоре получил первый офицерский чин. Он участвовал в многочисленных походах петровских войск, в знаменитой Полтавской битве со шведами 27 июня 1709 г. Усердие, храбрость и большие способности молодого офицера обратили на себя внимание. В 1712 г. Татищева направили в длительную заграничную командировку. Почти четыре года провел он в различных городах Западной Европы, изучая военное дело, инженерное искусство, иностранные языки, геологию, математические науки². А в это время на его Родине развернулись поиски полезных ископаемых, стали сооружаться фабрики и заводы, осваиваться новые промышленные районы.

² (См.: Голендухин Л. Д. Новые материалы к биографии В. Н. Татищева. Свердловск, Материалы к биографии В. Н. Татищева. Свердловск. 1964)

В 1719 г. по инициативе Петра I в Петербурге создается так называемая Берг-коллегия, которой поручается руководство всей работой по отысканию руд, а также строительству рудников и металлургических заводов. Вскоре по возвращении из-за границы В. Н. Татищев привлекается к работе Берг-коллегии. В 1720 г. он во главе группы горных специалистов направляется на Урал с указанием разведывать рудные месторождения и строить металлургические заводы.

Талантливый инженер и хороший организатор, Татищев многое сделал для развития уральской металлургии. Он объединил управление всеми горнозаводскими предприятиями Урала и Сибири, осуществил большую работу по поискам новых месторождений полезных ископаемых, построил ряд государственных горных заводов. В верховьях р. Исети он заложил г. Екатеринбург (ныне Свердловск), ставший в наше время крупнейшим промышленным центром Урала. Под руководством В. Н. Татищева на многих уральских заводах были созданы первые начальные и специальные школы для обучения горнометаллургическому делу. В этих школах наряду с общеобразовательными предметами - словесностью, арифметикой, языками - преподавались специальные дисциплины - пробирное искусство, механика, горнозаводское дело. Большое внимание уделялось овладению производственными навыками - столярным и токарным ремеслами, камнерезным и гранильным делом и др. Заводские школы сыграли большую роль в подготовке квалифицированных кадров для горнометаллургических предприятий России XVIII в. Кстати сказать, в Екатеринбургской горнозаводской школе Татищева обучался известный русский теплотехник И. И. Ползунов.

Усилия металлургов Петровской эпохи не пропали даром. Выплавка чугуна и производство железа росли в первой четверти XVIII в. стремительными темпами. По данным акад. С. Г. Струмилина, металлургическая промышленность России произвела в 1725 г. 1165 тыс. пудов чугуна, т. е. свыше 19 тыс. т. Производительность английских заводов не превышала в это время 17 тыс. т.³ Таким образом, за четверть века производство черных металлов в России увеличилось почти в восемь раз. В области черной металлургии наша страна вышла в то время на первое место в мире, оставив позади себя Англию, Францию, Германию и другие страны.

³ (См.: Струмилин С. Г. История черной металлургии в СССР. М., 1954, т. 1, с. 184)

Русский металл отличался высоким качеством. Это не удивительно. Ведь на Урале он выплавлялся из прекрасной руды - магнитного железняка, на чистом древесном угле, опытными металлургами. Вместе с тем он приобретал все большую популярность на мировом рынке. В 1716 г. наиболее индустриальная страна того времени - Англия ввезла первую партию русского железа - 2200 пудов. 16 лет спустя эта цифра увеличилась почти в 100 раз, а через несколько десятилетий более трети применяемых в Англии черных металлов имели клеймо русских заводов⁴. Россия стала основным поставщиком металла для Англии, вступившей в это время на путь создания крупной машинной индустрии. "Без импортного железа,- указывает акад. С. Г. Струмилин,- промышленный переворот в Англии задержался бы, несомненно, на целые десятки лет". Конечно, оживленный заграничный спрос на русское железо и расширение отечественной промышленности, прежде всего оружейной, стимулировали дальнейшее развитие русской⁵ металлургии.

⁴ (См.: Данилевский В. В. Русская техника. Л, 1948, с. 74)

⁵ (Струмилин С. Г. История черной металлургии в СССР. М., 1954, т. 1, с. 198)

В результате увеличения производства металлов уже в первой половине XVIII в. начали складываться предпосылки для разработки научных основ металлургии, вся предшествующая история которой начиная с глубокой древности не выходила за пределы эмпиризма. Она "была цепью непрерывных практических исканий новых способов получения металлов, передела их и производства специальных сплавов"⁶. Древние и средневековые мастера хорошо знали приемы получения и обработки железа, передаваемые из поколения в поколение. Часто эти приемы и накопленный опыт были достоянием отдельных семей или небольших групп мастеров и хранились в тайне.

⁶ (Банный Н. П. Очерк развития научных основ металлургии в России.- Природа, 1945, № 3, с. 43)

Все большая потребность в металлах, необходимость получать для изготовления различных изделий сплавы с разными свойствами заставили многих представителей науки XVIII в., прежде всего физиков и химиков, заняться разработкой теоретических основ металлургических процессов, постараться выяснить зависимость свойств металла от его состава, методов получения и характера обработки. За границей, например, вопросами совершенствования методов получения и обработки железа занимались видный французский естествоиспытатель Рене Реомюр (1683-1757) и ряд других исследователей.

Зачинателем науки о металлах на Руси по праву считается наш великий соотечественник Михаил Васильевич Ломоносов. Это был замечательный ученый, один из образованнейших людей своего времени, человек большого, многогранного таланта. Трудно назвать хотя бы одну отрасль современной ему науки и культуры, в которую он не внес бы огромный вклад, не двинул бы ее вперед. Разносторонняя научная и общественная деятельность М. В. Ломоносова была необыкновенно плодотворной. Самые тесные узы связывали ее с жизненными потребностями огромной страны, уверенно становившейся в то время на путь промышленного и культурного развития.

Жизнь и творчество Ломоносова составили целую эпоху в истории русской и мировой науки и культуры. С подлинной страстностью и большой эффективностью работал он в области естественных наук и техники, с увлечением занимался философией и историей, литературой и созданием высокохудожественных мозаичных картин.

Великий русский ученый открыл и объяснил важнейшие законы науки, положенные в основу не только наук естественных, но и технических - в их числе металлургии и горного дела.

Он многое сделал для выяснения существа геологических процессов, для изыскания способов рациональной промышленной разработки полезных ископаемых. Ломоносов впервые создал стройную, подлинно научную теорию металлургического производства, сыгравшую огромную роль в развитии горнозаводской промышленности.

Но об этом скажем подробнее несколько позже. Остановимся кратко на некоторых фактах биографии великого ученого и постараемся выяснить, что способствовало развитию его глубочайшего интереса к вопросам горного дела и металлургии.

Михаил Васильевич Ломоносов родился 8 (19) ноября 1711 г. в простой крестьянской семье рыбака-помора, в небольшой деревушке Мишанинской Архангельской губернии, на крайнем севере русской земли. Детство и юность он провел в этом суровом крае, в непосредственном общении с природой. Вместе с отцом он нередко выходил в море на гукоре⁷ "Чайка" и мог наблюдать, как справедливо указывает акад. Л. Д. Шевяков, геологическую роль моря - работу прибоя, переотложение песков и галечника на побережье, размытые рекой и морем берега, где можно было найти и куски горных пород, содержащих металл, и кости мамонта или других ископаемых животных⁸. Уже в эти годы будущий ученый познакомился с тем, как человек использует для своих нужд минеральные богатства природы. Он посещал солеварни на побережье Белого моря, где рыбаки покупали соль для своего промысла.

⁷ (Гукор - двухмачтовое промысловое судно с широким носом и круглой кормой)

⁸ (См.: Шевяков Л. Д. Ломоносов и русская геология. М., 1945, с. 3)

С неудержимой силой стремился Ломоносов к знаниям. Еще в детстве его обучили грамоте. Этим по существу и закончились возможности для культурного роста в деревне. В один из холодных зимних дней 1730 г. Ломоносов навсегда покинул родные места. Вместе с попутным обозом он отправился в Москву, чтобы попытать счастья в древней русской столице.

Судьба благоприятствовала юноше. Ему удалось поступить в Славяно-греко-латинскую академию. Терпя большие лишения, нередко голодая, он изучает основы наук и древние языки, в особенности латинский, на котором в те времена преимущественно писались научные труды.

Прошло пять лет. Ломоносов, перешедший в предпоследний класс, с группой других учащихся, показавших отличные успехи, по запросу Академии наук был направлен для продолжения образования в Петербург. Созданная в 1725 г. по замыслу Петра I Академия представляла в то время не только первое высшее научное учреждение страны, но и учебное заведение, включающее в себя среднюю и высшую школы - гимназию и университет. По инициативе Академии наук систематически организовывались экспедиции для изучения природных богатств России, главным образом Урала и Сибири. Для этого нужны были люди, искусные в инженерном мастерстве, знающие химию, геологию, горное дело и металлургию. Таких людей было крайне мало. Поэтому Академия наук приняла решение послать за границу для обучения химии, горному делу и металлургии трех молодых воспитанников академического университета, отличавшихся трудолюбием и отличными способностями. Среди них был и Ломоносов. Таким образом, делает вывод большой знаток творчества Ломоносова проф. Б. Н. Меншуткин, "целью посылки М. В. Ломоносова за границу было сделать из него металлурга, который умел бы отыскивать руды и добывать из них металлы. И все полученное им образование именно и было направлено к выработке из него дельного металлурга"⁹. Кроме того, и сам Ломоносов в свое время писал: "...главное мое дело есть горная наука, для которой я был нарочно в Саксонию послан, также химия и физика"¹⁰.

⁹ (Меншуткин Б. Н. Труды М. В. Ломоносова по физике и химии. М.; Л., 1936, с. 449)

¹⁰ (Ломоносов М. В. Полн. собр. соч., М.; Л., 1957, т. X, с. 462)

Михаил Васильевич Ломоносов(1711-1765) Портрет работы неизвестного художника XVIII в.

Сначала Ломоносов попадает в Марбург. В одном из старейших европейских университетов под руководством известного немецкого естествоиспытателя и философа Христиана Вольфа он пополняет свои знания в области наук о природе. Затем его путь лежит в промышленный центр Германии - город Фрейберг, известный своими горными и металлургическими предприятиями. В 1766 г. там была основана старейшая в Западной Европе высшая техническая школа - Горная академия.

Во Фрейберге Ломоносов обучается у одного из крупных специалистов горнорудного дела и металлургии Иоганна Генкеля. Он изучает химию, минералогию, геологию, пробирное искусство, основы добычи и переработки полезных ископаемых. Ломоносов часто посещает металлургические заводы, шахты и рудники, расположенные в окрестностях Фрейберга, присматривается к работе мастеров, знакомится с действием металлургических печей и других агрегатов.

В упорной учебе миновало еще пять лет. В 1741 г. молодой ученый возвращается на Родину. С этого времени начинается его кипучая и необыкновенно разносторонняя деятельность в Петербургской Академии наук, продолжавшаяся четверть века. Это были годы тяжелого труда и выдающихся открытий, многие из которых на целые столетия опередили свое время и поныне верно служат человечеству.

М. В. Ломоносов выявил ряд общих закономерностей в природе, лежащих в основе современной науки и техники. Эти закономерности являются фундаментом, на котором строится наука о металлах. Он установил принцип сохранения вещества и движения, справедливо названный "всеобщим естественным законом". Основные идеи этого важнейшего закона природы ученый неоднократно высказывал уже в первых своих научных работах, относящихся к 1741 - 1746 гг. Но наиболее четко и полно этот закон был сформулирован Ломоносовым в его замечательном письме к выдающемуся математику Леонарду Эйлеру, также прославленному петербургскому академику. 5 июля 1748 г. Ломоносов писал: "Все встречающиеся в природе изменения происходят так, что если к чему-либo нечто прибавилось, то это отнимается у чего-то другого. Так, сколько материи прибавляется какому-либо телу, столько же теряется у другого... Так как это всеобщий закон природы, то он распространяется и на правила движения: тело, которое своим толчком возбуждает другое к движению, столько же теряет от своего движения, сколько сообщает другому, им двинутому"¹¹. Этот незыблемый закон природы, в основе которого лежит принцип сохранения и неразрывности материи и движения, является одним из наиболее крупных, краеугольных камней в основании величественного здания современной науки.

¹¹ (Там же, т. II, с. 183-185)

М. В. Ломоносов был сторонником прогрессивного материалистического мировоззрения. В век господства идеализма он рассматривал явление природы с правильных, строго материалистических позиций. Стремясь познать явления природы и вскрыть их закономерности, он неизменно основывался на достижениях естественных наук, отвергая при этом влияние каких бы то ни было потусторонних мифических сил, о существовании которых не переставая твердили и твердят даже теперь поборники идеализма и религии.

Ломоносовым создано цельное и последовательное представление о явлениях природы, вскрыты ее основные закономерности. Великий ученый исходил при этом из принципов атомистики, дальнейшей разработке которой отдал много сил и энергии. Конечно, атомистические взгляды на строение вещества существовали и до Ломоносова. Их корни уходят в глубокую древность, к школе греческого философа Демокрита. Непосредственные предшественники Ломоносова - замечательные ученые Роберт Бойль и Исаак Ньютон - также были убежденными атомистами. Но их атомизм носил механистический характер. Они считали атомы неделимыми и неизменными частицами материи, неспособными в различных сочетаниях дать качественно новые вещества.

Атомистика Ломоносова являлась принципиально новым, оригинальным учением. В своей основе она была свободна от многих элементов, свойственных механистической атомистике XVII-XVIII вв. В трудах корифея русской науки атомистическая концепция получила значительное развитие, превратившись в единую и стройную картину природы.

В замечательной работе "Элементы математической химии", относящейся еще к 1741 г., и в ряде последующих трудов Ломоносов рассматривает вещество как сочетание относительно крупных материальных частиц, "корпускул", которые в свою очередь состоят из более мелких частичек - элементов. Все многообразие веществ и тел, существующих в природе, он объясняет различным сочетанием элементов. "Корпускулы разнородны, когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе; от этого зависит бесконечное разнообразие тел"¹². Эта теория великого русского ученого соответствует современному представлению о веществе. Замените слово "корпускула" современным понятием "молекула", а слово "элемент" термином "атом" - и вы получите основы атомно-молекулярной теории строения материи.

¹² (Там же, т. I, с. 81)

Однако этого мало. В разработке атомистической теории Ломоносов пошел еще дальше. Связав в единое целое материю и движение, он развил основы кинетической теории материи. В классической работе "Размышления о причине теплоты и холода" (1744 г.) ученый объясняет нагревание и охлаждение тел не переливанием какой-то мифической невесомой жидкости-"теплорода", как это делало большинство представителей науки того времени, а тепловым движением частиц самой материи. Учение о непрерывном движении частиц Ломоносов разрабатывал и в своих последующих трудах, в которых он строго научно объяснил целый ряд процессов и явлений и на много лет вперед определил пути развития важнейших наук современности - физики и химии.

В Михаиле Васильевиче Ломоносове сочетались качества гениального теоретика и выдающегося экспериментатора. Он видел цель науки в тесном единстве теории и практики. Свои теоретические работы ученый никогда не отрывал от потребностей жизни, прикладных и экспериментальных исследований. "Из наблюдений установлять теорию, чрез теорию исправлять наблюдения - есть лучший всех способ к изысканию правды",- писал он в одной из своих работ¹³.

¹³ (Там же, т. IV, с. 163)

Вскоре после возвращения из-за границы Ломоносов начинает хлопотать о постройке первой в нашей стране научной химической лаборатории, где бы он "мог для пользы отечества трудиться в химических экспериментах"¹⁴. Дело это было новое, невиданное и долго не находило сочувствия у руководителей тогдашней Академии наук, но Ломоносов не сдавался. В течение шести лет неустанно добивался он осуществления своей мечты. И его настойчивость победила. В 1748 г. на Васильевском острове было построено одноэтажное кирпичное здание первой экспериментальной базы русской науки¹⁵.

¹⁴ (Там же, т. IX, с. 9)

¹⁵ (Лаборатория Ломоносова не сохранилась. Она находилась на месте дома № 50 по 1-й линии Васильевского острова)

Ученый с головой ушел в исследовательскую работу. Целые дни, а иногда и ночи проводил он в лаборатории. В протоколах академических заседаний нередко стала появляться запись: "Советник Ломоносов производил химические опыты, вследствие чего не явился в академическое собрание"¹⁶. Он создал оригинальные научные приборы и инструменты, поставил тысячи точнейших физических и химических ОПЫТОВ, В ТОМ числе связанных с выплавкой чистых металлов и сплавов.

¹⁶ (Летопись жизни и творчества М. В. Ломоносова. М.; Л., 1961, с. 163)

Титульный лист книги М.В. Ломоносова 'Первые основания металлургии, или рудных дел' (1763)

Здесь же Ломоносов произвел большое количество химических анализов различных руд и материалов, значительно усовершенствовав пробирное искусство, подведя под него научную базу. В своей знаменитой лаборатории Ломоносов закладывает фундамент новой науки - физической химии, которая в наши дни, выдвинувшись на передовые позиции современного естествознания, составила основу многих важных положений теории и практики металлургии.

Среди многообразного научного наследия М. В. Ломоносова солидное место занимают его исследования по металлургии и горному делу. В полном собрании сочинений основные работы этого профиля образуют целый том¹⁷. Кроме того, вопросы теории и практики металлургии нашли отражение во многих трудах ученого по физике, химии и другим наукам и даже в его поэтических произведениях. Одной из первых работ Ломоносова, написанной им в 1741 г., вскоре после возвращения из Германии, был "Минеральный каталог"-подробное описание камней и окаменелостей минерального кабинета Кунсткамеры Академии наук. Эта работа во многом явилась фактическим источником для последующих трудов ученого по минералогии, горному делу и металлургии. Характерно, что вопросы минералогии занимали Ломоносова всю жизнь. Незадолго до смерти он приступил к созданию капитального труда, посвященного российской минералогии. В конце 1763 г. им было опубликовано в печати специальное "Известие", в котором он просит "заводчиков и содержателей рудных мест" присылать образцы горных пород, руд и минералов с подробным описанием, когда и откуда эти образцы взяты. В "Известии" приводился краткий план издания "Российской минералогии" и основная идея ее содержания. Она состояла в том, чтобы "для общего знания и приращения рудных дел во всей Российской империи сочинить описание руд и других минералов, находящихся на всех российских заводах; из чего б составить общую систему минералогии российской и показать по физическим и химическим основаниям в предводительство правила и приметы рудным местам для прииску много точнее, нежели поныне известны"¹⁸. Однако этот замысел остался неосуществленным. Ломоносов умер весной 1765 г.

¹⁷ (См.: Ломоносов М. В. Полн. собр. соч., т. V)

¹⁸ (Там же, с. 635)

Наиболее значительным трудом М. В. Ломоносова по горному делу и металлургии является его замечательная книга "Первые основания металлургии, или рудных дел", в большей своей части написанная в 1742 г., но опубликованная впервые в 1763 г. Книга завершается двумя прибавлениями "О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном" и "О слоях земных", разработанными и написанными значительно позже основного текста. Книга Ломоносова поистине энциклопедична. В отличие от издававшихся заграничных пособий по горнозаводскому делу, носивших описательный характер и включавших в себя много второстепенных деталей, труд русского ученого содержит большой научный и обобщенный практический материал¹⁹. Написанная доходчивым и точным языком, первая русская книга по технике горнозаводского дела являлась не только исследованием, но и учебным пособием для отечественных металлургов. На этой классической книге великого русского ученого воспитывались многие поколения горняков и металлургов. Она и теперь, спустя два столетия после ее выхода, поражает своей систематичностью, глубиной научного содержания, правильностью и смелостью теоретических обобщений и практических рекомендаций.

¹⁹ (Первые печатные труды по металлургии и горному делу появились еще в XVI в. Их авторами были итальянский инженер В. Бирингуччо (1480-1539) и немецкий ученый Г. Агрикола (1494- 1555). В их работах, особенно в капитальном труде Агриколы "О горном деле и металлургии", приводятся подробные описания приемов добычи и переработки руд черных и цветных металлов, содержатся производственные рецепты, воспроизводятся схемы и рисунки многих механизмов и агрегатов, применявшихся горняками и металлургами. Однако в этих трудах почти отсутствуют обобщающие выводы, которые могли бы быть положены в основу пауки о металлах. Тем не менее работы Бирингуччо и Агриколы пользовались широкой известностью и в течение двух столетий служили пособием по технике металлургии и горного дела)

Современники М. В. Ломоносова с большим интересом встретили выход в свет этого труда. В том же 1763 г. издававшийся в Петербурге журнал "Ежемесячные сочинения и известия о ученых делах" сообщал своим читателям: "...не надлежит сомневаться, чтоб книга, показывающая добывать, пробовать и выплавлять металлы, с большой охотой от российской публики не была принята".

"Первые основания металлургии" были изданы огромным по тому времени тиражом - 1225 экземпляров. Книга была разослана на крупнейшие горные заводы и рудники Урала и Алтая, а также многим ученым и промышленникам и быстро приобрела широкую популярность. Известно, что ее приобрели такие передовые деятели культуры XVIII в., как А. Н. Радищев, Н. И. Новиков, Н. А. Львов, И. И. Хемницер, Д. Дидро и др²⁰.

²⁰ (См.: Соловьев Ю. И., Ушакова Н. II. Отражение естественнонаучных трудов М. В. Ломоносова в русской литературе XVIII и XIX вв. М., 1961, с. 13)

"Первые основания металлургии" разделены автором на пять частей, следующих одна за другой в строгой логической последовательности. В предисловии Ломоносов четко определяет задачи металлургии, отделяя их от задач последующей обработки металлов методами ковки или другими способами, применявшимися на "железных" заводах. "Металлургии должность тут кончится,- пишет ученый,- когда она поставит чистые металлы или полуметаллы, в дело годные"²¹.

²¹ (Ломоносов М. В. Полн. собр. соч., т. V, с. 393)

Первая часть книги посвящена описанию свойств металлов и различных минералов, находящихся в земле. Прежде всего дается определение самого понятия "металл". Металлом, по Ломоносову, "называется светлое тело, которое ковать можно". Далее металлы разделяются на "высокие" (т. е. благородные) - золото и серебро и на "простые" - медь, олово, железо, свинец. Первые "одним огнем без помощи других материй в пепел сожечь не можно, а, напротив того, простые чрез едину оного силу в пепел обращаются"²². Ломоносов подробно характеризует свойства каждого из этих металлов (их удельный вес, ковкость, твердость и вязкость, цвет, окисляемость и др.), распространенность в природе и использование на практике. Особенно подробно он останавливается на свойствах железа, подчеркивая, что это наиболее дешевый и весьма распространенный в природе металл, хотя в отличие от других и не встречающийся в "самородном" виде.

²² (Там же, с. 403)

Ученый применяет и широко распространенное теперь понятие - сталь. Он пишет о железе: "В рассуждении упругости уступают ему все металлы, которая ежели будет в нем превосходительна и с великою жестокостью совокуплена, то называется такое железо сталью"²³.

²³ (Там же, с. 409)

Так же подробно в "Первых основаниях металлургии" характеризуются физические и химические свойства мышьяка, сурьмы, висмута, цинка и ртути, которые во времена Ломоносова считались полуметаллами. Ломоносов придавал большое значение изучению процессов "горения" (т. е. окисления) металлов и продуктов окисления. "В этом состоит его гениальное предвидение значения теплот образования окислов металлов для характеристики протекания металлургических процессов"²⁴.

²⁴ (Плаксин И. II. М. В. Ломоносов - основоположник металлургии как науки.- В кн.: Русские ученые в цветной металлургии. М., 1948, с. 24)

В заключение первой части книги приводится общая характеристика железных руд и руд цветных металлов. При этом Ломоносов подчеркивает большое разнообразие руд, встречающихся в природе,- "почти всякая земля свои особливые руды имеет"²⁵ - и важность уметь анализировать руды "через пробирное искусство".

²⁵ (Ломоносов М. В. Полн. собр. соч., т. V, с. 429)

Вторая часть "Первых оснований металлургии" целиком посвящена рудным месторождениям и их поискам. Ломоносов сообщает много полезных сведений для ведения геологоразведочных работ. Вместе с тем он решительно выступает против антинаучных методов поиска полезных ископаемых. В книге, в частности, высмеиваются так называемые "рудоискательные вилки", которыми довольно широко пользовались многие геологи XVIII в.

Следующие разделы целиком посвящены горнозаводской практике. В третьей части описываются методы разработки руды, копания рудников и применяемые в то время технические средства для отбойки руды, подъема ее из шахты, для откачки воды и проветривания шахт. Большое внимание уделяется охране труда горняков, начиная от описания правильной организации подземных работ и мер по их безопасности и кончая характеристикой оградительных сооружений и одежды рабочих. Здесь же - и страстный протест против применения на горнозаводских предприятиях детского труда.

Ломоносов подчеркивает роль "пробирного искусства", т. е. производства анализов исходного сырья (руды) и конечных продуктов металлургического производства. Им описываются пробирные печи, лабораторная посуда, инструменты, способы приготовления химических реактивов и осуществления химических анализов и механических испытаний различных руд и выплавленных из них металлов.

Доменная печь. Гравюра из книги М. В. Ломоносова 'Первые основания металлургии, или рудных дел'

Плавильная печь. Гравюра из книги М. В. Ломоносова 'Первые основания металлургии, или рудных дел'

Заключительная, пятая часть "Первых оснований металлургии" посвящена основным процессам извлечения железа и цветных металлов из руд. В книге говорится о подготовке руд к плавке - их измельчении, промывке и обжиге, т. е. обо всем том, что теперь называется обогащением исходных материалов. Эта важная часть металлургического производства, нашедшая особенно широкое применение в наши дни, освещается в трудах М. В. Ломоносова.

В пятой части речь идет о плавильных печах и процессах, в них происходящих. Как и во всей книге, Ломоносов дает важные практические рекомендации. При использовании новых сортов руды он, например, советует начинать с экспериментальных плавок: "Искусные плавильщики сперва сысканную руду разными образы с разными материями чрез плавление пробуют, и который способ больше металла подаст без излишней траты, тот и употребляют"²⁶.

²⁶ (Там же, с. 500)

Рассказав о различных способах отделения золота и серебра, о процессах переплавки медных, свинцовых и оловянных руд, Ломоносов подробно описывает выплавку чугуна и железа. Он приводит конструкцию доменной печи и агрегатов для переработки чугуна в железо, останавливается на характере происходящих в них процессов и на методах плавки. Книга Ломоносова хорошо иллюстрирована многочисленными схемами и чертежами, облегчающими изучение описанных в ней процессов и механических приспособлений.

Самостоятельное научное значение имеют "Прибавления" к книге. В "Прибавлении первом" рассматривается "вольное" движение воздуха в рудниках. Материалами для этой работы, по свидетельству самого автора, послужили его наблюдения над движением воздуха в саксонских рудниках в те дни, когда Ломоносов еще обучался во Фрейберге. Конечно, естественная тяга воздуха в шахтах была широко известна и до Ломоносова. Это явление еще в XVI в. описал немецкий минералог и металлург Георг Агрикола. Однако Ломоносов впервые научно объяснил это явление, применив законы гидростатики. Ученый совершенно правильно указал, что причиной движения воздуха в шахтах является разница в плотностях наружного воздуха и воздуха, находящегося в руднике. Более плотный холодный воздух выдавливает менее плотный теплый, подобно тому как это можно наблюдать в сообщающихся сосудах с двумя жидкостями различной плотности.

Гидравлическую теорию движения воздуха в рудниках Ломоносов успешно применил и для печей, работающих без принудительного дутья. Основные положения этой теории остались незыблемыми и в наше время. В первой четверти XX в. они были развиты замечательным русским металлургом В. Е. Грум-Гржимайло, который посвятил свой многолетний классический труд "Пламенные печи", вышедший первым изданием в 1925 г., памяти М. В. Ломоносова - "первого русского поэта, ученого, химика, металлурга и основателя гидравлической теории пламенных печей".

Не меньшее значение для развития науки имело и "Прибавление второе" к "Первым основаниям металлургии" - трактат "О слоях земных". Выдающийся советский ученый акад. В. И. Вернадский совершенно справедливо считал эту работу Ломоносова "первым блестящим очерком геологической науки". Многие научные положения, высказанные в этом труде Ломоносова, впоследствии были подтверждены другими исследователями и полностью согласуются с достижениями современной геологической науки. К их числу относятся вопросы происхождения руд, угля, торфа и нефти, связи горообразования с землетрясениями и вулканической деятельностью, геологической роли движения земной коры, работы дождей, ветра, морского прибоя при рудообразовании и многое другое.

Мы не случайно остановились здесь так подробно на общих законах природы, установленных М. В. Ломоносовым в его работах по металлургии и горному делу. Великому русскому ученому выпала честь создать основы современной науки о металлах. Идеи, заложенные в его классических трудах, в течение многих десятилетий развивались отечественными учеными и инженерами. Прослеживая на протяжении двух с лишним столетий историю старейшей русской научной школы - школы металлургов, мы с полным к тому основанием ставим во главу ее Михаила Васильевича Ломоносова. Его работы в области горного дела и металлургии были вызваны к жизни потребностями быстро развивающейся русской промышленности, и они хорошо послужили нашему отечеству и мировой науке.

Одновременно с созданием основ науки о металлах в XVIII в. продолжала совершенствоваться техника металлургического производства. Десятки талантливых изобретателей в России и за рубежом улучшали металлургические агрегаты, повышали их производительность. В Англии вследствие истребления лесов для выплавки чугуна начали применять каменный уголь и вырабатывавшийся из него кокс, были проведены первые опыты по переработке чугуна в железо пудлинговым процессом, введен прокат криц на вальцах, что значительно ускоряло получение полосового железа. На лучших английских металлургических заводах в конце 1770-х годов уже появились цилиндрические воздуходувки, а на смену водяному колесу пришла паровая машина Уатта. Использование энергии пара в промышленности в огромной мере стимулировало промышленный переворот в Англии на рубеже XVIII-XIX вв. "С этого времени,- пишет В. В. Данилевский,- паровые двигатели быстро превращаются в непременных спутников доменных печей. Уже в конце XVIII в. в Англии приходилось не меньше 10 заводов с паровыми двигателями на один завод со старым водяным двигателем"²⁷.

²⁷ (Данилевский В. В. Очерки истории техники XVIII- XIX вв. М.; Л., 1934, с. 146)

Металлургическая техника России в конце XVIII в. не уступала западноевропейской, а во многом даже превосходила ее. Уральские доменные печи, например, считались в то время крупнейшими в мире. Их высота доходила до 13 ж, т. е. была почти предельной для печи, работавшей на древесном угле. Наибольший диаметр такой печи (в распаре) составлял почти 4 м, а ее недельная выработка достигала 200-300 т. Такая высокая производительность, по свидетельству видного немецкого историка металлургии Л. Бека, была недостижимой тогда для самых больших английских домен, работавших на коксе.

Размеры и производительность доменных печей того времени больше всего зависели от количества и давления воздуха, нагнетаемого в печи. Русские изобретатели XVIII в. успешно работали над совершенствованием воздуходувных устройств доменных печей. В 1743 г. крепостной мастер уральских заводчиков Демидовых Григорий Махотин предложил вдувать воздух в доменную печь не через одну, а через две фурмы. Это мероприятие улучшило работу печи и ускорило процесс плавки.

Однако этого было мало. Крупные доменные печи требовали большего давления вдуваемого в них воздуха. Эту задачу успешно решил выдающийся русский теплотехник и изобретатель Иван Иванович Ползунов (1728-1766). В 1765 г., за три года до английского изобретателя Смитона, он сконструировал цилиндрическую воздуходувку, заменив ею малопроизводительные меха ящичного типа. Ползунов предложил также оригинальную, конструкцию воздушного аккумулятора, названного им "воздушным ларем". Это был большой деревянный ящик, связанный трубами с несколькими воздуходувками, обеспечивающими печи воздухом. По другим трубам воздушное дутье подавалось в домну. "Воздушный ларь", подобно резиновой груше пульверизатора, обеспечивал равномерное поступление воздуха в печь.

Важнейшим изобретением И. И. Ползунова явилось создание им первого в России универсального теплового двигателя, приводившегося в движение энергией пара. В начале 1760-х годов, работая на Барнаульском заводе (Алтай), Ползунов, по имеющимся в заводской библиотеке книгам, изучает теплотехнику, знакомится с теорией тепла М. В. Ломоносова, с тепловыми установками Т. Ньюкомена, Д. Папена и других европейских изобретателей, делает необходимые теоретические расчеты. В 1763 г. он заканчивает проект поршневого парового двигателя с двумя цилиндрами, обеспечивающими его непрерывную работу.

Изготовление нового двигателя началось в 1764 г. на Барнаульском заводе. Дело это оказалось очень трудным - отсутствовали необходимые кадры, оборудование, не было опыта производства сложных машин. Сам изобретатель "одновременно был проектировщиком, конструктором, технологом, строителем и воспитателем кадров"²⁸. Ползунов не дожил до начала испытаний. Он умер в мае 1766 г., а неделю спустя первая паровая машина была приведена в действие. Несколько месяцев продолжалась ее промышленная эксплуатация, показавшая высокую эффективность, универсальность и экономичность двигателя. Однако в ноябре 1766 г. из-за неисправности котла машина была остановлена и вскоре разобрана. Паровая машина возвещала наступление новой экономической эры - машинного производства, однако в условиях феодально-крепостнической России для этого еще не возникли необходимые предпосылки. Такие предпосылки имелись в английской промышленности конца XVIII в. Этим объясняется триумфальное шествие паровой машины Уатта, построенной им в 1775 г.

²⁸ (БСЭ. 2-е изд., 1955, т. 33, с. 522)

Во второй половине XVIII в. в России выдвинулось немало талантливых организаторов и умелых руководителей горнозаводского дела, людей просвещенных, хорошо понимавших интересы и потребности развивающейся промышленности. Одним из них был Аникита Сергеевич Ярцов (1737-1819).

Ярцов хорошо знал Урал. Здесь он родился, получил образование, здесь прошли плодотворнейшие годы его деятельности. Под руководством Ярцова реконструировались старые уральские заводы и создавались новые - Климковский, Холуницкий и другие, с которыми мы еще встретимся на страницах этой книги. Ярцов многое сделал для улучшения технического оснащения заводов Урала, для механизации процессов выплавки и разливки металлов. С именем А. С. Ярцова связано также строительство в 1773-1774 гг. Александровского завода в Олонецком крае, ставшего одним из крупнейших чугунолитейных и железоделательных заводов России XVIII - XIX вв. Уже в 80-х годах XVIII в. этот завод по техническому оснащению считался наиболее передовым. Его доменные печи имели мощные цилиндрические воздуходувки, цеха завода связывала первая в России железная дорога (с литыми чугунными рельсами). Механические устройства доменного, молотового, сверлильного и других цехов приводились в действие водяными колесами. Завод долгое время снабжал русский флот и армию артиллерийскими орудиями и одновременно производил машины, а также декоративное литье. На этом заводе были отлиты, например, детали первого чугунного моста в Петербурге и решетки для многих его садов и парков.

Аникита Ярцов известен и как историк горнозаводского дела в России. В начале XIX в. он завершил работу над капитальным трудом "Российская горная история". Однако, к сожалению, этот труд до сих пор не издан, хотя историки русской техники имели возможность пользоваться фактическими материалами из рукописи Ярцова, хранящейся в Ленинградском горном институте.

Кстати, нужно сказать и об этой старейшей в России высшей горнометаллургической школе, из стен которой вышли многие крупнейшие деятели отечественной горнозаводской промышленности, прославленные ученые - специалисты горного дела и металлургии. Горный институт был основан в 1773 г. Сначала, до 1804 г., он назывался Горным училищем, затем Горным кадетским корпусом, Институтом корпуса горных инженеров, а с 1866 г. носит свое теперешнее название - Горный институт. Его воспитанниками были видные русские и советские ученые П. П. Аносов, А. П. Карпинский, В. А. Обручев, И. М. Губкин, А. М. Терпигорев, Е. С. Федоров, Н. С. Курнаков, М. А. Павлов, В. Е. Грум-Гржимайло и др. О деятельности многих из них мы расскажем в последующих главах.

Итак, XVIII век вошел в историю нашей Родины как век большого подъема горнометаллургической промышленности. В XVIII в. были заложены основы науки о металле, созданы первые технические школы - начальные, средние и высшие - для подготовки квалифицированных кадров горнозаводского дела.

https://strojmet.ru/tovar/125