Волчья пена

Рождение металлургии. Самый обиходный в наше время металл-железо. По количеству выплавленных чугуна и стали мы судим о промышленной мощи того или иного государства.

Было, однако, время, когда в жизни человека железо не играло такой роли, как сейчас, ибо люди еще не умели им пользоваться. Не было "железного века", был "век бронзовый", большинство орудий труда и масса оружия выковывались из бронзы - сплава меди с оловом.

С глубокой древности поиски оловянных руд были в центре внимания тогдашней, если так можно выразиться, промышленности (в то время были лишь ремесла). Оловянная руда вывозилась с греческих островов, называемых касситеридами. Трудно сказать сейчас, получил ли от островов свое название оловянный камень - касситерит, или, напротив, острова так названы потому, что из их недр добывалась оловянная руда.

Руда эта, как и всякая другая, после отбора от нее пустой породы подавалась в печи для выплавки металла. Производство было освоено веками, но не всегда оно шло хорошо и гладко. Металлурги древности иногда становились в тупик: выплавка олова вдруг по совершенно непонятным причинам резко падала, хотя процесс плавки нисколько не менялся, и количество загруженной в печи руды оставалось тем же. Объясняли это неблагосклонностью богов, вмешательством злых духов и т. д.

Все же наблюдательные мастера присматривались со всех сторон к выплавке и к поступающей руде. Многие заметили, что как только в руде попадаются тяжелые камни коричневого или желтого цвета, значит, можно ждать "вмешательства злых духов" - выплавка олова резко снизится.

Искусство выплавки металлов передавалось из поколения в поколение, от дедов к отцам, от отцов к сыновьям, причем опытом в то время поделиться не стремились, а наоборот, затаивали его как профессиональный, семейный, а подчас и государственный секрет.

Металлургия как наука родилась лишь во второй половине XVI века. С 1553 года в Саксонии в городе Хемнице поселился врач Георгий Агрикола. Разносторонне образованный человек, он, помимо медицины и химии (тогда еще алхимии), основательно изучил минералогию и еще в 1530 году опубликовал книгу о минералах. Саксонский город Хемниц был тогда одним из горнопромышленных городов Германии. Пытливый ум Агриколы стал вникать во все тонкости горнорудного искусства. Агрикола изучил способы добычи и очистки руды, приемы выплавки металла, минералы, содержащие тот или иной металл, методы количественного его определения в руде и все, что относится к горнодобывающей промышленности. Свод всех этих знаний в 12-ти томах был опубликован через два года после смерти столь достославного ученого.

Тяжелый камень. Говоря в своих трудах о выплавке олова, Агрикола подчеркивал, что успех ее во многом зависит от наличия в руде "тяжелого камня", который, по утверждению металлургов, "пожирает олово, как волк овцу". Так и получил этот камень название "вольфрам", что означает "волчья пена". Надо полагать, что это название также передавалось из поколения в поколение, от одних горняков и металлургов к другим и докатилось из Западной Европы до далекого по тому времени русского Урала. Тот же самый минерал по-русски стал называться "волчец".

Что представлял собой этот "тяжелый камень", из каких химических элементов он состоял, никому известно не было. Одни считали его нечистой оловянной рудой, другие - соединениями марганца или мышьяка, но все это в основном были лишь попытки отгадать. В дальнейшем химики обнаружили, что олова в загадочном минерале совсем нет, и стали склоняться к мнению, что это известковая железная руда (уж больно тяжела она была). Однако предположение не было подтверждено химическим исследованием.

В конце XVIII века шведские металлурги обратились к известнейшему химику того времени Карлу Вильгельму Шееле со своей "болезнью". Шееле заинтересовался этим вопросом. Он внимательно исследовал "тяжелый камень" и подверг его действию сильных кислот. Камень растворился; Шееле стал искать в полученном растворе мышьяк, олово, железо и другие элементы, предполагаемые в составе минерала. По окончании работы ученый сообщил, что минерал представляет собой кальций, связанный с какой-го до того времени неизвестной кислотой, которую он назвал "тунгстеновой" ("тунгстен" - "тяжелый камень").

В лаборатории Шееле работал один испанский химик д'Эльгуайр. Сделав свое открытие, Шееле больше не останавливал на нем своего внимания и перешел к другим исследованиям. Д'Эльгуайра же очень заинтересовала новая кислота, и он стал настойчиво искать ее в других минералах. Вместе со своим братом д'Эльгуайр проделал очень большую работу. В минерале "вольфраме" братьями была найдена та же самая тунгстеновая кислота, но кальция в ней они не обнаружили. Подробно изучив кислоту (через 2 года после открытия Шееле), д'Эльгуайры выделили из нее совершенно новый элемент, с тех пор и названный вольфрамом; минерал же, из которого он был получен, назвали вольфрамитом. Вольфрамит, однако, не тот "тяжелый камень", который исследовал Шееле; оба представляют собой соль вольфрамовой (она же тунгстеновая) кислоты: "тяжелый камень" - кальциевая соль, вольфрамит-марганцевая и железная. В честь первооткрывателя вольфрамовой кислоты Карла Шееле минерал, известный как "тяжелый камень", стали называть шеелитом.

Столетний молчальник заговорил. Замечательное открытие Шееле и испанских химиков имело большой научный интерес, однако практического применения оно долго не находило. Прошло почти сто лет, прежде чем вольфрам стал играть в промышленности какую-то роль.

Новый элемент оказался самым тугоплавким металлом: чтобы расплавить его, надо нагреть до температуры 3 410°; никакому элементу не уступает вольфрам в этом своем свойстве, разве только углероду, температура плавления (вернее возгонки) которого - 3 500°. Чтобы расплавленный вольфрам закипел, надо поднять его температуру почти до 6 000°, т. е. до температуры поверхности солнца!

С давних времен твердостью и прочностью своей славились клинки из дамасской стали. Секрет их изготовления мучил металлургов многие века. Начало разгадке этого секрета положено известным русским металлургом П. П. Аносовым. Сейчас выяснилось, что сталь замечательных клинков своими свойствами в большой мере обязана незначительным добавкам (присадкам) к ней вольфрама.

Твердость металлического вольфрама навела на мысль, что если его добавить к стали, то и ее твердость повысится. Такую попытку и сделал Гозенфратц еще в 1815 году. Опыты его повторил через 40 лет Келлер и получил сталь исключительной прочности.

В то время завоевывали себе пространство железные дороги. Все больше требовалось рельсов для новых путей, все больше поездов по ним проходило, рельсы из обыкновенной стали все быстрее снашивались, требовали замены. И вот начиная с 1868 года срок их службы резко увеличился, несмотря на все возрастающую нагрузку; сталь, из которой они изготавливались, содержала до 5% вольфрама.

Состязание резцов. Для изготовления того или иного инструмента, той или иной детали металл подвергают обработке, прежде всего токарной. Еще Петр I придавал большое значение этому искусству. Во дворце своем он установил токарный станок, на котором сам вытачивал различные вещи. Нетрудно точить дерево - оно мягкое, и резец из любой стали легко будет снимать с него стружку.

Другое дело, когда приходится обтачивать металлическую деталь. Опять-таки деталь из меди или какого-нибудь другого сравнительно мягкого металла не столь уж трудно обрабатывать стальным резцом; однако как быть, если на обработке сама сталь? На помощь пришли резцы с повышенным содержанием углерода и закаленные. Такие уже могли обрабатывать мягкие стали. Но и здесь не все было благополучно: при снятии стружки резец разогревался, и чем больше была скорость обработки, чем толще снималась стружка, тем быстрее он срабатывался - твердость его, полученная при закалке, пропадала.

Работа металлистов была ограничена резцом, так как нельзя было обрабатывать металл со скоростью большей, чем 5 м в минуту. Барьер этот удалось преодолеть английскому инженеру Роберту Мюше. В 1858 году он выпустил на рынок сталь, содержащую 1,85% углерода, 9% вольфрама и 2,5% марганца. Она так и называлась - "специальная сталь Мюше". Спустя 10 лет, в 1868 году, тот же Мюше изготовил сталь, которая получила название "самокал Мюше"; она содержала 2,15% углерода, 0,38% марганца, 5,44% вольфрама и 0,4% хрома.

Резцами, изготовленными из такой стали, можно было обрабатывать детали на станках уже со скоростью не 5, а 7,5 м в минуту. Замечательный успех вольфрама обратил внимание всех машиностроителей. Он сразу всем понадобился, так как выводил из тупика всю токарную обработку, позволяя резко повысить производительность труда в машиностроении. Благодаря присутствию вольфрама сталь не только приобрела твердость, но больше того, при больших скоростях резания, когда происходило разогревание и достигалась высокая температура, сталь закаливалась, становясь еще тверже; резец таким образом в процессе работы получал самозакалку. При введении вольфрама качества стали улучшаются еще и потому, что, вступая в соединение с вредными примесями (сера, фосфор, мышьяк), он нейтрализует их влияние; в соединении же с углеродом вольфрам образует карбиды, которые и придают стали твердость.

Предвидя роль, которую сыграет вольфрам в промышленности после успеха мюшетовской стали, фирма Бирман в Ганновере приступила к изготовлению ферровольфрама - сплава с железом. С этого момента (1866 г.) и началось развитие крупной вольфрамовой перерабатывающей промышленности Германии.

Тем временем в лабораториях велась напряженная работа-нельзя ли еще улучшить сталь при помощи вольфрама? В 1,5 раза увеличил Мюше скорость токарной обработки, но предел ли это? Прошло еще почти 40 лет, и лишь тогда был сделан следующий шаг. Тейлор и Уатт выплавили первую в мире быстрорежущую сталь. Изготовленные из нее резцы позволили увеличить скорость резания до 18 м в минуту. Началось великое состязание в скоростной резке металла.

Через 5-6 лет появилась сверхбыстрорежущая сталь, допускающая скорость резания до 30-35 М в минуту. Все это было достигнуто благодаря вольфраму.

Звездные сплавы. Окрыленные успехом, ученые и инженеры надеялись, что можно будет идти еще дальше, надо только увеличивать содержание вольфрама в стали резца. Однако предел увеличения скорости резания все же наступил. Не выдержала сама стальная основа резца. Предел наступил не для вольфрама, а для железа.

В 1907 году в качестве материала для резцов был предложен "твердый сплав", в котором железо отсутствовало; он состоял из вольфрама, хрома и кобальта. Ярко блестящая поверхность его на воздухе не тускнела, он сверкал, как звезда, и от слова этого (стелла - звезда) получил свое название. С тех пор все твердые сплавы, не содержащие железа, называют стеллитами.

Первый стеллит позволил увеличить скорость резания до 45 м в минуту. Как в наше время в воздушных полетах был преодолен "звуковой барьер", так и в скоростной резке металла преодолели "железный".

Из всех веществ, какие нам известны, самым твердым считается алмаз. Это чистый углерод с определенной кристаллической решеткой. Алмаз можно разбить, ибо он хрупкий, но сделать на нем царапину весьма трудно, так как для этого надо располагать более твердым веществом. Когда сопоставляют твердость различных веществ, ее сравнивают обычно с твердостью алмаза, которую выражают условной цифрой 10. По этой "алмазной шкале" сплавы, изготовленные для нужд промышленности, имеют твердость 9,5-9,8.

Инженер Ломан предложил сплав ломанит. Но изо-, бретение не принесло ему удачи. Голландская компания по добыче алмазов увидела в ломаните опасного конкурента. Не считаясь с затратами, компания приложила все усилия к тому, чтобы опорочить изобретателя и его детище, подорвать доверие к новому твердому сплаву.

Перед началом первой мировой войны известная германская фирма Крупна выпустила воломит - литой карбид вольфрама, затем появились и другие: бориум, диамант, торан, мирамант. В 1926 году в Германии был изготовлен сплав видиа, а в США - карболой. Советские инженеры также много и плодотворно работали над созданием твердых сплавов, ибо наша промышленность не должна была быть в зависимости от иностранных фирм. Были созданы: вокар (вольфрама-карбид), рэлит (редкий элемент литой) и, наконец, победит с твердостью по алмазной шкале 9,8, не уступающий любому твердому сплаву иностранной марки. Износоустойчивость штампов, изготовленных из победита, возросла в 1 000 раз!

Применение твердых сплавов продолжило состязание резцов, и теперь скорость резания металла достигает 2 000 м в минуту.

Объем очерка не позволяет нам даже вкратце остановиться на способах приготовления всех этих сплавов. Надо сказать только, что ни один из них не обходится без участия вольфрама, и потому его по праву назвали преобразователем качественной металлургии.

Интерес военных ведомств. Когда вольфрам показал себя как упрочнитель рельсов железнодорожных путей, военные ведомства различных государств стали внимательно к нему приглядываться. В 1882 году вольфрам впервые появился в ружейных и орудийных сталях и сразу придал выносливость огнестрельному оружию.

Германия, готовясь к войне крупного масштаба, раньше других государств начала применять вольфрамовую сталь в производстве пушек, и это дало ей на первых порах большое преимущество над противником. В войне 1914-1918 годов легкие пушки русского производства выдерживали до 6 000 выстрелов, французские- до 8 000, а германские, изготовленные из вольфрамовой стали,- до 15 000.

Обратили внимание и на большой удельный вес вольфрама. В том же 1882 году его .предложили в качестве материала для пуль. Провели ряд опытов и пришли к заключению, что в этом смысле вольфрам соперников не имеет. Русская пехотная пуля (7,6 мм) состояла из сплава вольфрама со свинцом и имела удельный вес 15 (тяжелее ртути). Области применения вольфрама расширялись непомерно. Орудийная сталь, брони, бронебойные снаряды, ответственные детали машин, резцы, рельсы и т. д.- все это требовало вольфрама.

Германские инженеры раньше других оценили преимущество, которое даст вольфрам их военной технике. Производство металлического вольфрама быстро сосредоточилось в руках крупных германских фирм, таких, как Бирман в Ганновере с рыночным пунктом в Гамбурге. Эти фирмы стали прибирать к рукам вольфрамодобывающую промышленность мира. Половина всего вольфрама в то время добывалась в английских колониях, однако в Англию он поступал от германских фирм.

Больше всего добывалось вольфрама в Бирме. В 1913 году Бирма давала 2 700 тонн этого крайне нужного металла. Соперничать с ней не мог никто. Добыча вольфрама в других государствах редко превышала 500 тонн, только в Соединенных Штатах Америки добывалось 1 390 тонн, которые все поглощались американской промышленностью, да Португалия давала 1 380 тонн. Владычица вольфрамового рынка Германия вместе с Австрией располагала всего лишь 150 тоннами своего, не привозного вольфрама.

Вольфрамовая лихорадка. Грянула мировая война. Союзникам с горечью пришлось убедиться, насколько дальновиднее оказалась Германия, сосредоточившая в своих руках почти всю вольфрамовую промышленность. Германские брони, снаряды, машины, станки, быстрота обработки металла - все это превосходило английское и французское, не говоря уже о русском.

Начав войну, Германия прекратила ввоз вольфрама в государства, воюющие с ней. В Англии немедленно (хотя и запоздало) приняли контрмеры. В округе Шеф-фильд было создано новое общество, перед которым стояла цель организовать ввоз вольфрамовых концентратов в Англию непосредственно из Бирмы. Вывоз вольфрамовой руды или металла из Англии был запрещен; всю продукцию основных вольфрамовых месторождений Англия закупила на два года вперед. Союзники отрезали Германию от вольфрамового сырья, но поздно: Германия успела запастись вольфрамом лучше, нежели они. Мало было получать вольфрам из своих колоний - надо было увеличить, ускорить его поступление: ведь бронебойные снаряды и машины, подбитые в сражениях, не возвращались; вольфрам, добытый с таким трудом, оставался на полях войны и терялся безвозвратно.

В Бирме вольфрам добывался с 1910 года, причем самыми примитивными способами. С начала войны британские власти в Бирме стали всячески содействовать освоению новейших способов добычи вольфрамовой руды. Ввели гидравлическую разработку россыпей, поставили механические приспособления для отделения пустой породы (обогащение).

Начались лихорадочные поиски новых месторождений вольфрама, и такие вскоре были найдены. Особенно богатыми они оказались в Китае и Корее.

Стиснутая союзнической блокадой, Германия не могла получить вольфрам откуда-нибудь и вынуждена была обходиться лишь теми запасами, что имелись на ее территории. Запасы же были весьма скудные. Залежи свинцово-вольфрамовых руд в Саксонии и вольфрамовых руд в Зидасдорфе не могли обеспечить германскую промышленность необходимым количеством этого металла. Немецкие инженеры обратились к другому источнику. Как уже говорилось, первоначально вольфрам считался вредной примесью при выплавке, он увлекал олово в шлаки, почему и был назван "волчьей пеной". Олово несколько веков выплавлялось в Германии, и с XII-XV веков в рудных горах у оловянных плавилен накопились целые горы шлака. К ним-то и обратились немецкие металлурги. Из этого шлака удалось получить в год до 100 тонн вольфрама.

Соединенные Штаты Америки начали регулярную добычу вольфрама с 1906 года. Во время войны цена на металл баснословно возросла: он был одним из обязательных условий победы над противником. Страну бизнеса и искателей удачи охватила вольфрамовая лихорадка, как это было раньше с поисками золота на Аляске и в Калифорнии. Разыскивались месторождения вольфрама, колоссальные средства тратились на покупку участков и оборудование рудников на этих участках.

Вольфрам в России. Война заставила и Царскую Россию обратиться к поискам вольфрамовых руд, которых, как оказалось впоследствии, было вполне достаточно на территории страны. Об этом, однако, узнали не скоро.

Во время войны начались попытки эксплуатации вольфрамовых руд сначала частными фирмами, затем морским министерством и горным департаментом.

В Забайкальском месторождении за лето 1916 года добыли 16 тонн вольфрамового концентрата, а требовалось его 85 тонн в месяц. Еще более слабо, чем в Забайкалье, велись работы по добыче вольфрама на Урале. По сообщению Уральского горного управления, разведка руд велась плохо, постройка обогатительной фабрики так и осталась неосуществленной.

Только в 1916 году были произведены первые серьезные разведки вольфрамовых руд Забайкалья. На месторождении Харанор, принадлежавшем товариществу "Вольфрамит", и месторождении Шерловой горы, которое эксплуатировалось товариществом "М. С. Эмерик, Н. А. Алексеев и И. И. Эмерик", промывались вольфрамовые россыпи, добыча которых составляла от нескольких десятков до 320 кг в день.

К Забайкальскому месторождению весьма пристально приглядывались иностранные фирмы, прежде всего шведские и японские. Летом 1916 года одна японская комиссия произвела поисковую разведку в районе горы Антана. Результаты разведки опубликованы не были, но японские предприниматели всячески старались закрепить за собой это месторождение. Успеха японцы не добились - в аренде им отказали.

Наиболее известное тогда Букукинское месторождение, а также Олданду одно время арендовал промышленник Толмачев совместно с горным инженером Зиксом. Эти хищники связались со шведской фирмой Мортимера и Богаю и стали договариваться о передаче ей аренды. Фирма была весьма заинтересована предложением, обследовала месторождение на месте и убедилась в его ценности. Толмачев уже собирался получить 30 000 рублей аванса по договору с фирмой, как вдруг все пошло прахом. Геологический комитет заподозрил, что Толмачев представил сведения с явно заниженным против истины количеством вольфрамовых руд, а его заявочные столбы на золото во всех районах реки Каруй-всего лишь маскировка, за которой скрываются богатые вольфрамовые месторождения. Время было военное, и потому вопрос о реквизиции рудников Толмачева и передаче их в ведение кабинета царского двора решили быстро.

Немцы, будучи "своими людьми" при дворе, не упускали возможности помешать русской промышленности обратиться к разработке отечественных месторождений вольфрама. Когда в 1931 году в Московском университете разбирали старые минералогические коллекции, то нашли образцы шеелита из неизвестного до того года месторождения в Могол-Тау в Таджикистане. Выяснилось, что образцы доставили в 1912 году и тогда же группа крупных геологов-консультантов забраковала месторождение как нерентабельное. Специально посланная в последующие годы комиссия установила, что Могол-Тау - одно из богатейших месторождений.

Конец вольфрамовой лихорадки. Война закончилась разгромом Германии, и на вольфрамовом рынке сразу изменилась обстановка. Не стало такой острой нужды в этом металле, добыча его резко пала. Упала и цена на вольфрам; искатели удачи в Америке стали "вылетать в трубу".

Вне конкуренции оказался китайский вольфрам: добывалось его много, месторождения были исключительно богаты, а труд китайского рабочего ценился так дешево, что, несмотря на самые простые, примитивные способы добычи, китайский вольфрам продавался по самой дешевой цене, да и добычей его занимались не горняки, а земледельцы в виде побочного промысла; они добывали вольфрамовую руду, они же ее обогащали, а затем продавали скупщикам, которые поставляли руду агентам иностранных фирм. Обогатительные фабрики в Китае отсутствовали: при дешевизне китайской рабочей силы их содержание стоило бы дороже. Американской промышленности было, очевидно, выгоднее покупать дешевый китайский вольфрам, чем свой, отечественный, по более дорогой цене.

В 1921-1922 годах добыча вольфрама в Америке замерла совсем, так как издержки производства не покрывались теми деньгами, что выручались от продажи вольфрама. В целях борьбы с иностранной конкуренцией с 1922 года в Америке ввели тяжелую пошлину на ввозимый вольфрам. Ввоз его в страну почти прекратился. Мы говорим "почти", потому что китайскому вольфраму по-прежнему не было преград. Его торговая единица обходилась в 2-3 доллара, пошлина составляла 7,14 доллара, цена таким образом возрастала до 9-10 долларов; и все же она оставалась ниже цены американского вольфрама, который не мог продаваться дешевле чем по 12 долларов.

В Бирме с окончанием войны добыча вольфрама тоже заглохла. Английское правительство прекратило его закупку, предприятия стали закрываться, а рабочие, главным образом китайцы и малайцы, уехали из Бирмы. Бирма продолжала добывать вольфрам, но только попутно, при разработке оловянных руд.

Хотя с окончанием войны и произошел резкий спад в добыче вольфрама, о нем не забывали. В 1918 году его мировая добыча составляла 32 000 тонн, а после войны всего лишь 6 000 тонн в год. Великие державы еще в период войны установили над добычей вольфрама политический или скрытый коммерческий контроль, охвативший многие районы мира. Англия контролировала Бирму, Новую Зеландию, Южную Африку, Малайю (Индонезию), Индию, Австралию. Франция осуществляла контроль в Тонкине (Вьетнам) и отчасти в Португалии, Аргентине и Боливии. Под контролем Германии в то время находились лишь Австрия, Венгрия, Испания и Португалия. Американский контроль распространялся на Канаду, Мексику, Перу, Боливию, Аргентину, Японию, Китай, Португалию и Сиам (Таиланд).

Может показаться странным, что Португалия, занимавшая по добыче вольфрама в предвоенные годы третье место, после войны, когда повсеместно произошел такой решительный спад в разработке руд этого металла, не остановила его добычи, а лишь чуть снизила ее размеры и опять оказалась на третьем месте, уступая только Китаю и Бирме. Дело в том, что побежденная Германия, мечтая о реванше, решила обеспечить себя источником вольфрама на европейском континенте, потому всячески поддерживала в этом Португалию, став главным покупателем ее руды, которая, надо отметить, отличалась исключительно высоким качеством.

Вольфрамовый голод. В России первая вольфрамовая сталь была выплавлена в 1896 году сначала на Мо-товилихинском заводе в Перми, а затем на Путиловском заводе.

Советская власть придавала большое значение добыче отечественного вольфрама; можно сказать, сразу же по окончании гражданской войны в 1922 году по заданию ВСНХ были организованы широкие геологические работы по изысканию редких металлов, в том числе и вольфрама.

Тяжелая индустрия в стране начала свое бурное развитие. Первая пятилетка поставила перед промышленностью величественные задачи. Вольфрамовые рудники не могли за такой короткий срок покрыть нужды развивающейся индустрии. Голодные химические заводы обратились к металлургическим отбросам. Известно, что на больших заводах при прокате, ковке, термической обработке сталей получается много окалины. Как правило, окалина эта применения себе не находила; частично ее использовали для плавки в мартеновских печах или как материал для электродов при некоторых видах электролиза, или в качестве защитной краски, однако все это мелочи. Основная масса окалины не использовалась и считалась металлургическим отбросом. Ее вывозили на свалку, засыпали ею ямы и т. д.

В 1931 году научный отдел центральной химической лаборатории завода редких элементов провел работы, давшие возможность извлекать из окалины 80- 85% вольфрама от всего его содержания, причем такое получение металла стало обходиться даже дешевле, чем из руд. Через определенное время был разработан метод, позволяющий извлекать из окалины уже 95% вольфрама.

Борьба за свет. Средневековые алхимики имели обыкновение обозначать металлы знаками, которые соответствовали тому или иному небесному светилу. Золото обозначалось знаком Солнца, серебро - знаком Луны, ртуть (за свою подвижность) - знаком Меркурия, свинец - Сатурна и т. д. Пожалуй, в этой алхимически-астрономической системе обозначений для вольфрама больше, чем для любого другого металла, подошел бы знак Марса - бога войны. Ведь, прочтя все вышеописанное, вы можете подумать, что вольфрам только для войны и нужен.

Это далеко не так. В мирном строительстве вольфрам играет еще большую роль. Мы до сих пор не упомянули о давнем (до первой мировой войны) применении вольфрама, благодаря которому имеем яркий электрический свет.

Первые электрические лампочки имели угольную нить и светили тусклым красноватым светом. Почему использовали именно уголь, а не железо или какой-нибудь другой металл? Потому что уголь (или углерод)-самый тугоплавкий элемент, а чем больше мы сможем нагреть электрод, тем больше будет его светоотдача.

В 1898 году Ауэр фон Вельсбах изготовил лампочку с нитью редкого металла осмия, затем в 1903 году была предложена танталовая нить. Она вытеснила и угольные, и осмиевые лампочки благодаря своей экономичности (на одно и то же количество затраченной энергии давала большую светоотдачу).

В 1906 году наш соотечественник А. Н. Лодыгин - первый создатель электрической лампочки - ввел в употребление нить из вольфрама.

Но ведь углерод наиболее тугоплавкий из элементов? Зачем же понадобилось заменять угольные нити? Оказывается, их нельзя накаливать выше температуры, при которой исходит красноватый свет: уголь начинает испаряться.

Вольфрам же в этом отношении стоек. Он выдерживает даже температуру белого каления. Естественно, его светоотдача оставляла позади светоотдачу всех других элементов. Свет такой лампочки ярко-белый, ровный; кроме того, прочность вольфрамовой нити давала возможность не опасаться механических сотрясений.

Удобен оказался металл и тем, что из него представилось возможным получать нить диаметром в тысячные доли миллиметра. Из одной тонны металла, в котором содержится 70% вольфрама, можно было изготовить нити на 18 000 000 электрических лампочек.

В 1929 году американцы подсчитали экономию, которую дает им применение вольфрама в промышленности. Оказалось, одно лишь введение вольфрамовой нити в электрическую лампочку экономит электроэнергии на сумму (на наши деньги) 4 миллиарда рублей, тогда как вольфрама расходуется всего лишь на 120-130 тысяч рублей.

Чудесный металл. Если взять кусок вольфрама в 2 кг весом и получить из него нить, то такую нить можно протянуть от Алма-Аты до двух столиц соседних республик - Фрунзе и Ташкента.

Проволока из вольфрама отличается исключительной прочностью и еще одним очень ценным качеством: она устойчива к воздействию кислот и щелочей. На заводских установках, где приходится отфильтровывать кислоты и щелочи, такая проволока незаменима: из нее изготовляют сетки в заводских фильтрах.

Благодаря тугоплавкости вольфрамовая проволока употребляется для нагрева высокотемпературных электропечей.

В электротехнике вольфрам вообще имеет большое применение. Общеизвестные автомобильные "свечи" в своих контактах имеют вольфрам. В каждом автомобиле есть аккумуляторная батарея-'прибор с определенным запасом электрической энергии. Мы знаем два основных типа таких аккумуляторов: свинцовые кислотные и железоникелевые щелочные. Напряжение, которое дают те или другие, примерно 2-2,5 вольта. Ученый Кернер сделал попытку использовать в качестве электрода аккумуляторов вольфрам. Ему удалось изготовить аккумуляторы, которые давали напряжение в три раза больше,-6,2 вольта. К сожалению, сила тока в них непостоянна, и потому они не получили широкого применения.

В 1895 году ученым Рентгеном были открыты Х-лучи, которыми, как оказалось, можно просвечивать непрозрачные предметы. В наше время рентгеновы лучи, как их стали называть, вошли в обиход больниц и клиник. Великое начинание потребовало больших жертв: врачи, работавшие на первых рентгеновских установках, жестоко страдали и в конце концов умирали от постоянного воздействия этих лучей на организм. Сейчас для защиты обслуживающего персонала существует специальная просвинцованная одежда, защитные свинцовые экраны. Они массивны и задерживают лучи Рентгена. Чем больше масса экрана, тем надежнее защита от лучей. Вольфрам, обладая большой массой (удельный вес 19,3), очень хорошо заменяет свинец, позволяя делать защитные экраны более тонкими.

Широко известны в наше время и так называемые катодные лучи. В запаянной трубке, из которой откачан воздух, находятся два электрода, подключенные к источнику тока. В темноте такие трубки при присоединении к электрической батарее начинают светиться. От одного электрода к другому идут лучи. Они представляют собой поток электронов, вырывающихся из электрода-катода. В качестве материала для катодов пробовали разные металлы и установили, что чем сильнее нагреть металл, тем сильнее будет его эмиссия (испускание электронов). Оказалось, вольфрам и здесь дает самый лучший эффект.

Ученые Ленгмюр и Кингдон пробовали всевозможные комбинации при подборе электродов в таких трубках. Они взяли чистую вольфрамовую нить, накалили ее в трубке до 1 510° и получили электрический ток ничтожнейшей, правда, силы-одна миллионная ампера с одного квадратного сантиметра излучающей поверхности. После этого они покрыли вольфрамовую нить тончайшим слоем редкого элемента тория, провели опыт при той же температуре и увидели, что сила тока увеличилась в 200 000 раз! Оказалось, что слоя тория для такого увеличения силы тока достаточно толщиной всего в один атом! Продолжив любопытные опыты, ученые покрыли вольфрамовую нить другим элементом - цезием, и эмиссия электронов (а соответственно и сила тока) при тех же условиях возросла в 4 000 000 раз!

Фокус Вуда. Известный американский физик Роберт Вуд заслужил прозвище чародея XX века, и поныне о нем ходит масса анекдотов.

Однажды он занимался в своей лаборатории с трубкой, в которой получал катодные лучи. Так как ему интересно было наблюдать в ней свечение с торцовой части, он изготовил трубку своей конструкции: концы ее отгибались под прямым углом, и в них помещались электроды. Одним из электродов служила тонкая вольфрамовая проволока. Пространство в трубке было наполнено разреженным водородом в состоянии атомов. Вольфрамовую проволочку ученый стал нагревать добела. Закончив опыт, Вуд разъединил цепь и вдруг с изумлением заметил, что и при отключенном аккумуляторе проволочка продолжала светиться ярким белым светом.

В это время в лабораторию вошел другой известный физик Астон. Увидев раскаленную вольфрамовую проволочку, не соединенную с источником питания, он широко раскрыл глаза: не может этого быть! Это противоречит всем законам физики-энергия берется из "ниоткуда"!

- У вас ведь один полюс аккумулятора все же соединен с электродом - сказал он Буду,- может быть, в этом дело?

Вуд молча снял все провода с трубки - нить продолжала светиться!

Над этим эффектом пришлось поломать голову обоим ученым. Выяснилась очень интересная и совершенно неожиданная причина такого явления: вольфрам вызывал перестройку атомов водорода, точнее, объединение атомов в молекулы; при этом выделялось тепло. Оно-то и раскаляло вольфрамовую проволочку добела, хотя электрический ток уже не подавался.

Полученный эффект Вуд продемонстрировал исследователям из промышленной компании "Дженерал-электрик". На этот раз он подсоединил к трубке насос и понизил давление водорода в ней до ¹/₇₀₀ атмосферного. Газ сохранял почти комнатную температуру, а проволочка все же разогревалась добела. Все присутствующие были поражены опытом Вуда.

Особенно заинтересовался им доктор Ленгмюр. Он задумался: если такой эффект получается при низком давлении водорода, то что же может произойти при нормальном атмосферном давлении? После долгой и упорной работы Ленгмюр взял патент на совершенно новый вид сварки металла. Атомноводородная сварка, предложенная Ленгмюром, дает возможность сваривать различные стали, алюминий, медь, латунь в тонких листах, не прожигая их; шов сварки получается чистым и ровным. Струя водорода, проходя между двумя вольфрамовыми электродами, попадает в зону электрической дуги; при этом молекулы водорода распадаются на атомы, которые, устремившись на металл, восстанавливают окислы на его поверхности. Соприкасаясь с относительно холодным металлом, атомы вновь объединяются в молекулы, и выделившееся при этом тепло сваривает металл. Необычайный "фокус" Вуда с вольфрамовой проволочкой привел к созданию важного производственного процесса.

Немного технологии. Обогатительные фабрики приготовляют концентраты с высоким содержанием в них вольфрама, и все же эти концентраты - всего лишь богатая руда, из которой вольфрам надо извлечь. Простая выплавка делу не поможет, так как температура плавления вольфрама такова, что ее не выдержит ни одна футеровка печей.

Металлургам приходится искать обходной путь. Концентрат прежде всего измельчают, затем смешивают с содой и в таком виде подают в печи, в которых поддерживается температура порядка 800-850° С (можно и выше, но это износ печи). Вольфрамит, содержащийся в концентрате, спекается с содой, в результате чего образуется хорошо растворимая в воде натриевая соль вольфрамовой кислоты (вольфрамат натрия). Спек выщелачивают в горячей воде - вольфрамат остается в растворе и отделяется от сухих "хвостов".

Раствор очищают от различных примесей, обрабатывают какой-нибудь из минеральных кислот и затем выделяют из него вольфрамовую кислоту. После промывки ее отфильтровывают, прокаливают и получают трехокись вольфрама - вольфрамовый ангидрид. Из него уже восстановлением (водородом, углем, металлами) получают чистый металлический вольфрам.

Полученный продукт, однако, представляет собой не монолитную массу, а порошок. Задачу получения из порошка пластического металла разрешают уже с помощью метода порошковой металлургии (или металлокерамики). Первая стадия процесса может использовать и не соду, а раствор едкого натра (соду каустическую). Этот процесс идет при температуре всего 100-110° и дает возможность совместить две стадии (спекание и выщелачивание) в одну, причем не требует печей. Неудобства его в том, что он требует высокой степени измельчения концентрата и большого избытка едкого натра.

В руде вольфрам может быть представлен как вольфрамитом, так и шеелитом. Если концентрат шее-литовый, то извлечение из него вольфрама имеет свои отличительные особенности. При спекании с содой в шихту обязательно добавляется кварцевый песок, с тем чтобы удалить содержащийся в шеелите кальций в виде осадка кремнекислой его соли. Шеелитовые концентраты можно подвергать и непосредственному разложению соляной кислотой. Образовавшаяся при этом твердая вольфрамовая кислота растворяется в аммиаке, после чего опять осаждается. В дальнейшем она также прокаливается с образованием трехокиси вольфрама.

Если извлечение золота из руд основывается прежде всего на гидрометаллургическом процессе (цианирование), а для извлечения кобальта и никеля более удобны пирометаллургические приемы (выплавка), то извлечение вольфрама требует комплекса металлургических методов.

Краски, огни, реактивы. Когда мы говорили о сталях, твердых сплавах, нитях накаливания, то имели в виду вольфрам как металл. Широкое применение вольфрама-металла просто необходимо современной промышленности. Но вольфрам может быть и в виде различных соединений с другими элементами (окислы, соли и т. д.).

Коснемся немного применения такого вольфрама. В середине XIX столетия, когда научились выплавлять ферровольфрам, разработали и способ получения натриевой соли вольфрамовой кислоты - вольфрамата натрия. Этой солью начали пропитывать ткани, и они перестали бояться огня. Во всяком случае не вспыхивали при соприкосновении с открытым огнем, а лишь слабо тлели, что далеко не так опасно.

Для придания огнестойкости вольфрамовыми соединениями пропитывали и дерево. Этой же солью стали утяжелять ткани. Тяжелые дорогие шелка обработаны именно вольфраматом натрия. Некоторые ткани, пропитанные вольфрамовыми солями, становились непромокаемыми. Тот же вольфрамат натрия стал служить протравочным средством при крашении тканей.

Сплав из меди, олова и вольфрама называется вольфрамовой бронзой. Так же называют серию красок, изготовленных из вольфрамовых соединений. Существует желтая краска, называемая шафранной бронзой; дорогая краска темно-синего индигового цвета называется вольфрамовой синью; лучшая краска лимонно-желтого цвета - вольфрамовой желтью. Все они широко используются полиграфической промышленностью.

Вольфрамовые бронзы применялись очень давно, когда еще понятия не имели о существовании вольфрама. В Китае с XVII века и до сего времени сохранились прекрасные фарфоровые изделия, окрашенные в необычайный "цвет персика". В наше время заинтересовались-что за состав придает такой оттенок этим краскам? Оказалось, в них содержится вольфрам. В живописи применяют белую вольфрамовую краску (соль бария), зеленую (соль никеля), другую зеленую, содержащую хром, фиолетовую, синюю, голубую, имеющие в своем составе, помимо вольфрама, кобальт. Краски эти применяются для нанесения рисунков на стекло и фарфор, но, кроме того, их используют в производстве керамических изделий для получения глазури.

Вольфрамовые соединения, добавленные в состав горючей смеси, дают цветные огни.

Оказалось, что как вольфрамовая кислота, так и ее соли небезразлично относятся к свету. Это свойство было использовано в светопечатании: бумага, обработанная вольфраматом натрия, а затем соляной кислотой, после воздействия на нее света становилась синей. Свет, пропущенный через кальку с нанесенным на нее чертежом, оставлял на такой бумаге точную его копию.

До Октябрьской революции в России производства вольфрамовых соединений, можно сказать, не было. Существовал лишь небольшой заводик, принадлежащий братьям Ферейн, который выпускал этих соединений ничтожно малое количество - килограммов 10 в год. Цифра смехотворная для наших дней, но в то время больше и не требовалось: почти не было спроса.

Среди очень немногих заказчиков были фармацевты с их "микроскопическими" потребностями. Фосфорновольфрамовая кислота использовалась ими как чувствительный реактив, указывающий на присутствие алкалоидов (растительных ядов); кремневольфрамо-вая кислота - исключительно чувствительный реактив на присутствие никотина.

Биохимики и фармакологи широко используют вольфрамовую кислоту при анализе крови, так как она осаждает белковые вещества. Фосфоровольфрамат натрия указывает на наличие азота в органических соединениях.

До 1929 года спрос на вольфрамовые соединения не превышал 0,5-1 тонны в год. Последующие же годы стали требовать вольфрам и как металл, и в его соединениях во все больших и больших количествах.

Перечисленное нами применение вольфрама и его соединений, конечно, далеко не полное: мы остановились лишь на основных.

Геохимия и вольфрам. Когда в военные годы оценили могущество вольфрама, началась борьба за его месторождения; его стали активно искать везде и всюду. Поиски эти в ряде случаев вознаграждались открытием новых рудных залежей. Но как тогда искали? Просто говоря, наобум. Никаких направляющих указаний в поисках не только вольфрама, но и других элементов не существовало.

В 1908 году ученый Кларк опубликовал сводку, в которой он переработал и обобщил огромное количество исследований многих ученых как его соотечественников, так и иностранцев, изучавших месторождения различных ископаемых. Сводка показывала, каким образом (по известным в то время данным) распространены химические элементы в природе. Совместно с другим ученым (Вашингтоном) Кларк составил таблицу содержания элеменов в земной коре. Этим работам он посвятил более 40 лет своей жизни, его заслуги оценены учеными: цифру, которой выражают содержание того или иного элемента в недрах земли, и сейчас в его честь называют кларком.

Советские ученые В. И. Вернадский и А. Е. Ферсман всю свою жизнь изучвли вопросы распространения и распределения химических элементов в живой и неживой природе. Их трудами создана совершенно новая наука-геохимия. Она указывает на целый ряд закономерностей в распределении элементов, направляет, где и по каким признакам надо искать тот или иной элемент, подсказывает, в каком виде он должен находиться.

Геохимическая карта показывает расположение рудных ископаемых, в том числе и вольфрама, по всей поверхности земного шара. Поиски этого ценного металла продолжаются и по сей день, но проводятся они не так, как раньше ("вслепую"). Вооруженные знаниями законов распределения элементов, советские геологи открыли ряд месторождений вольфрама, и нет никакого сомнения в том, что будут открыты новые богатейшие его залежи.

Сокровища Севера. Много сил и знаний отдал поискам рудных месторождений вольфрама известный советский геолог академик С. С. Смирнов. Развивая учение Вернадского и Ферсмана, он пришел к убеждению, что вольфрам на территории нашей Родины следует искать прежде всего в Забайкалье, где он уже и раньше был найден, в Якутии и в районах, прилегающих к Тихоокеанскому побережью.

Далеко не все поверили ученому, несмотря на его научные заслуги и авторитет. Были и такие, которые идеи Смирнова посчитали просто сумасбродством. Геология не математика, говорили они, в ней надо искать, накапливать факты, а не рассчитывать. Нелегко было академику, но он стоял на своем. Маститые геологи в основном не поддерживали его, но он, убежденный в своей правоте, с группой молодых советских геологов без колебаний обратился к поискам вольфрама в намеченных им районах.

Месторождения вольфрама в большинстве случаев близки к месторождениям олова. С. С. Смирнов искал в недрах оба эти металла. В 30-х годах ему удалось найти первое месторождение олова в Якутии. Направляемые идеей Смирнова, молодые геологи искали вольфрам на крайнем северо-востоке нашей страны. В Якутии и на Охотском побережье, на Колыме и Индигирке прошли они тысячи километров пути пешком, разыскивая редкий металл. Край этот только начал осваиваться, и тяжесть условий, в которых находились геологи, была неимоверна.

Но и это еще не все. Колыма поразила большими запасами золота, его искали и находили. В тяжелые минуты больших лишений и безрезультатных поисков иногда мелькала мысль: ошибся академик, успехи других геологов говорят, что суровый край - золотоносная область, зачем здесь искать то, чего природа не заложила в недрах? Нет здесь вольфрама; если он есть в Бирме и Китае, то это еще не значит, что он и у нас должен быть, да еще и обязательно в этом промороженном крае. Ведь не располагают же запасами вольфрама США, недаром они так рекламируют в качестве заменителя молибден. Не донкихотство ли это - искать вольфрам в бескрайних снежных пустынях?

В Забайкалье есть вольфрам, был раньше, и естественно, что, по указаниям того же Смирнова, там найдены еще и новые месторождения. Но при чем здесь Колыма?

Однако молодость не хотела предаваться унынию. Нет! Искать и искать. Ведь поиски идут не вслепую, а на основании изучения законов природы. Или то, что изучалось, чему верили, надо поставить под сомнение только потому, что очень трудно? Но ведь олово уже найдено в этом крае, разве это не подтверждение правильности поисков?! Искать!

И настойчивость молодых победила. После множества неудач и горестных разочарований вольфрам был найден в нескольких местах. Это были промышленные запасы редкого металла, позволявшие открыть рудники и строить обогатительные фабрики.

Геологов сменили горняки и обогатители. Край уже терял свою дикость. По тысячекилометровым трассам к местам залегания вольфрама (такого же, как и в Китае и Бирме!) была подвезена передовая советская техника.

Полиметаллические руды. Открытие колымского вольфрама было героической эпопеей самоотверженного труда молодых геологов. Вольфрамовая промышленность Советского Союза получила новую рудную базу. Добыча вольфрама возрастала с каждым годом: расширялся фронт работ на открытых месторождениях, следом за ними вступали в строй новые. Таджикистан, Красноярский край и другие районы нашей Родины начали у себя разработку вольфрамовых залежей.

Очень часто недра того или иного края содержат в себе руды нескольких металлов одновременно. Они так и называются - полиметаллические руды.

В прежние дореволюционные времена какой-нибудь трест или промышленная компания, приступая к разработке месторождения, как правило, интересовались добычей одного определенного металла, совершенно игнорируя еллу сопутствующие. Причиной этому было не только недомыслие, а и сама капиталистическая природа такого промышленного общества. Для извлечения попутного металла нужно было налаживать отдельный технологический процесс, нередко совершенно отличный от первого, нужны были новые капиталовложения, а общество стремилось только к тому, чтобы как можно скорее и как можно больше "выбить деньгу". В результате ценнейшие руды сопутствующих металлов в полиметаллических месторождениях без сожаления выкидывались в отвалы.

Когда в нашей стране разведка полезных ископаемых получила научную основу, добыча их, конечно, не могла придерживаться прежних расточительных методов. Все шире внедрялась в производство комплексная переработка минерального сырья.

Полиметаллические руды особенно распространены в Казахстане. Многие из них в числе других металлов содержат и вольфрам. Кончилось время, когда этот металл, незаменимый в ряде отраслей промышленности, безвозвратно терялся в отвалах. Его стали добывать параллельно с другими металлами и в таких количествах, которые не могли давать залежи "самостоятельных" вольфрамовых руд.

Многие из полиметаллических месторождений представилось возможным разрабатывать открытым способом, что не только ускорило и упростило добычу, но и значительно удешевило ее.

Еще далеко не полностью изучена территория Казахской ССР; но нет сомнения, что в ближайшее время в республике будут найдены новые месторождения вольфрамовых руд; уже сейчас известно, что по запасам вольфрама, молибдена и других редких металлов Казахстан занимает первое место в стране.

https://strojmet.ru/tovar/125