НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ





Ученые создали высокостойкий сплав титана и тантала

История первого чугуна

Броня Победы

Древние плавильные печи найдены в Монголии



предыдущая главасодержаниеследующая глава

Был ли "Золотой" век?

 Ценной была тогда медь, а золото было в презреньи, 
 Как бесполезная вещь с лезвеём, от удара тупевшим. 
 Ныне в презрении медь, а золото в высшем почете. 
 Так обращенье времен изменяет значенье предметов.

Тит Лукреций Кар

Один археолог - участник раскопок в "Долине царей" в Египте - с изумлением отмечал, что найденное там золото такое яркое и светлое, будто оно только что вышло из рук золотых дел мастера. Вот это свойство самородного золота - минерала и металла - никогда не терять своего солнечного цвета и яркого блеска испокон веков поражало воображение людей. Древним оно казалось сверхестественным, волшебным. "Золотая маска навеки сохранит неизменным облик фараона, - верили египтяне, - и его душа всегда сможет вернуться в свой золоченый футляр".

А жители степей скифы считали, что сплошная маска не обязательна - самое главное закрыть от злых духов золотыми пластинками-дверцами наиболее "опасные ворота" - глаза и рот покойного. И своему грозному идолу - боевому мечу (таков был символ верховного бога вольнолюбивых скифов!) они чеканили "охранительные" золотые ножны.

Народы солнцепоклонники думали, что золото - сродни солнцу. Вспомним хотя бы Древний Египет - тревожное время фараона- бунтаря Эхнатона. Этот очень решительный молодой фараон, чтобы разом покончить с целой армией жрецов, отверг многочисленный пантеон старых богов, покинул древнюю столицу предков Фивы и на пустом месте воздвиг новый город. В честь единственного достойного бога Атона-Солнца, дающего жизнь и свет, новую столицу назвали "небосклон солнца" - Ахет-Атон. В ее храмах крышей служил лазурный небесный свод и знойное африканское солнце дробилось и пылало в полированных золотых дисках, горящих словно сотни маленьких солнц! Само же солнце египтяне называли "Большой диск яркого золота". Золотой диск - символ солнца - пережил тысячелетнюю славу Египта.

А когда могущество страны фараонов миновало, золотой диск словно перекатился вслед за солнцем через океан и запылал в перуанских джунглях в ступенчатых храмах Куско священного города солнцепоклонников-инков. И здесь люди считали золото священным воплощением солнца на земле. Только имя бога Солнца было не Атон, а Инти. Огромный золотой диск с глазами-самоцветами олицетворял божество в храме Солнца в Куско. Примыкающий к храму Золотой сад с кустарниками, деревьями, цветами и птицами, отчеканенными из чистого золота, как бы символизировал солнце, дающее жизнь.

Греческий бог солнца Гелиос, управлявший квадригой огненных коней и ежедневно возносивший светило на небосклон, "по совместительству заведывал" также и золотом. Уже значительно позже в средние века в манускриптах алхимиков золото и солнце имели единый знак-символ.

Да и наше русское слово "золото" скорее всего происходит от слова "сол" - солнце.

Весьма убедительно и торжественно выглядели в золотом обличии и другие божества древности - от золотого тельца скотоводов израильтян до колоссальных (высотой с десятиэтажный дом) позолоченных статуй бога Будды в горах Афганистана.

Геохимия объясняет чудесную неизменность, вечность золота его химической инертностью - оно почти не способно образовывать соединения с другими элементами. Более 99% золота присутствует в земной коре в самородном виде.

Коренное самородное золото (рис. 33) в высокотемпературных кварцевых жилах встречается вместе с пиритом, арсенопиритом, сфалеритом и галенитом, а в низкотемпературных жилах его сопровождают вездесущий кварц, халцедон, барит, флюорит, полупрозрачный полевой шпат - адуляр и карбонаты - сидерит и анкерит. Серебристый сульфид - арсенопирит в низкотемпературных жилах уже не встретишь, но галенит, сфалерит и пирит там есть.

Рис. 33. Самородное золото в кварце
Рис. 33. Самородное золото в кварце

А как выглядит само золото в жилах? Старатели говорят, что отличить золото от других минералов очень просто: если ты хоть немного сомневаешься в том, что перед тобой золото - то это точно не золото! И действительно, самородное золото трудно спутать с чем-либо: для него характерны яркий металлический блеск, необычайная мягкость (твердость 2,5 - 3), чистый золотой цвет (правда, при повышенных количествах примесей серебра у минерала появляется серебристо-белый оттенок) и очень высокая плотность (15,6 - 19,3 г/см3). Золото обладает необычайной ковкостью - кусочек его величиной со спичечную головку можно вытянуть в проволоку длиной более трех километров или расплющить в прозрачный голубовато-зеленый лист площадью 50 квадратных метров (из книги С. И. Венецкого "Рассказы о металлах").

Один из парадоксов концентрации золота состоит в следующем: в месторождениях с "невидимым" золотом - запасы промышленные, там же, где золото "видимое", - запасов, как правило, нет, хотя оно и выглядит здесь очень эффектно: маленькие яркие блестки, чешуйки в кварцевых жилах вместе с голубовато-серебристыми кубиками галенита или блестящим темно-бурым сфалеритом. Очень редко, обычно в музеях, можно увидеть более крупные (до 23 сантиметров) изогнутые пластиночки или нити золота, а еще реже октаэдрические, несколько сплющенные, искаженные и часто сдвойникованные кристаллы. В Сибири и на Урале есть несколько месторождений, образцы золота из которых составляют украшение лучших минералогических музеев: это миниатюрные, словно отчеканенные веточки-дендриты.

Воды великих и малых рек разрушают коренные месторождения золота, перемывая многие миллионы кубических метров горных пород. Дробятся и уносятся водой огромные массы кварца, полевого шпата, слюды, а маленькие тяжелые крупинки золота оседают на дно. Вода не уносит их, а время бессильно изменить их состав (ведь они не вступают ни в какие химические реакции!), и постепенно в некоторых местах накапливаются золотоносные россыпи.

Среди тонких крупинок и чешуек здесь кое-где таятся и золотые самородки. Чаще всего это "узлы" и "узелочки" разрушенных рудных жил: на поверхности самородков можно видеть прекрасные отпечатки кристаллов кварца, кальцита или других минералов, пустотки между которыми заполнило более позднее золото. Таков, например, найденный в 1842 году на Урале в бассейне реки Миасс колоссальный (36 килограммов) самородок "Большой треугольник", хранящийся сейчас в Москве в Алмазном фонде. Самые маленькие самородки весят 5 - 10 граммов, а самые большие монстры (имеющие мировую известность) - до 60 - 70 килограммов. Самородок чемпион мира был найден в Австралии на руднике Химэнд в конце прошлого века - 112 килограммов. Всего же человечество добыло за весь исторический период немногим более 50 тысяч тонн золота. Может быть, это и не так уж много, если учесть, что в земной коре его содержится не меньше 100 миллиардов тонн (правда, на 90 процентов в рассеянном виде).

Итак, золото - фетиш, во имя которого велись войны, поднимались паруса флотилий и вслед за "открывателями новых земель" шли полчища конкистадоров... Более пятисот лет золото как магнитом притягивало алхимиков. "Философский камень", превращающий все металлы в золото, найти так и не удалось, однако важные попутные открытия легли в основу современной химии. Но вот парадокс! Ядерная физика XX века, ставя перед собой более грандиозные задачи, чем превращение в золото других металлов, решила и эту: для подобных превращений одних атомов в другие нужен не столько "философский камень", сколько... атомный реактор. В реакторе атомы платины, иридия, ртути и таллия в результате бомбардировки нейтронами превращаются в радиоактивные изотопы золота. К сожалению, для промышленного получения золота этот метод пока не подходит.

В наше время ученые подошли к этому древнему металлу с технической меркой, и его свойства (инертность, высокая электропроводность и другие) позволили золоту стать непревзойденным металлом в тонком химическом машиностроении и электронике. Однако и по сей день основная роль золота - служить эквивалентом национального достояния, обеспечивать относительную стабильность государственной валюты.

Долго существовала легенда о золотом веке. Древнегреческий мыслитель Гесиод так записал эту легенду:

 "Создали прежде всего поколенье людей золотое 
 Вечно живущие боги..."

И все же, как мы знаем, "золотого" века не было. Не золото, а медь и бронза дали название эпохе стремительного осознания человеком своих сил и возможностей.

Знакомство человека с медью насчитывает почти девять тысячелетий! Самые древние из известных находок этого первого в нашей истории металла датируются VIII - VII тысячелетиями до нашей эры. Правда, первые изделия свидетельствовали о том, что человек оценил прежде всего красоту и блеск металла - это были бусинки, проколки, трубочки-пронизки, украшавшие одежду. А топоры и ножи оставались каменными. Видимо, медь была еще слишком дорога.

Однако преимущество медного инструмента* позволило металлу довольно быстро вытеснить камень как орудие труда и войны. Не удивительно, что расцвет медного и затем бронзового века совпадает в историии человечества с эпохой грандиозного монументального строительства. Так, легендарная Вавилонская башня и другие гигантские ступенчатые храмы - зиккураты Вавилона и Ассирии и знаменитые египетские пирамиды, а также храмы и дворцы гомеровской Трои были выстроены главным образом медными и бронзовыми орудиями. А герои гомеровской Илиады сражались, конечно, бронзовым и медным оружием.

*(В увлекательной книге Е. Н. Черных "Металл - человек - время" ("Наука", 1972) приводятся данные интересного эксперимента, проведенного доктором исторических наук С. А. Семеновым, по сравнительной скорости обработки дерева кремневыми и медными орудиями. Оказалось, что медный топор эффективнее каменного в 3 раза, нож в 6 - 7 раз, а сверло - в 22 раза.)

В Новом Свете медь была освоена значительно позднее (I тысячелетие до н. э. - I тысячелетие н. э.). Но и в великих древних государствах майя и инков расцвет бронзового века сопровождался строительством гигантских ступенчатых храмов - пирамид и дворцовых комплексов в Куско (культура инков), Паленке и Чичен-Ице (культура майя).

Вот как образно и убедительно показал роль меди на заре цивилизации римский мыслитель и ученый Тит Лукреций Кар в философской поэме "О природе вещей".

"Прежде служили оружием руки могучие, когти, Зубы, каменья, обломки ветвей от деревьев и пламя, После того как последнее стало людям известно. После того была найдена медь и порода железа. Все-таки в употребленье вошла прежде медь, чем железо, Так как была она мягче, притом изобильней гораздо. Медным орудием почва пахалась, и медь приводила Битву в смятенье, тяжкие раны везде рассевая. Скот и поля похищались при помощи меди, легко ведь Все безоружное, голое повиновалось оружью".

Почему же именно медь определила целую эпоху человеческой истории? Конечно, по сравнению с золотом медь "изобильна" - в земной коре ее в сто тысяч раз больше. Но ведь великий мыслитель Древнего Рима сравнивает медь с железом, а не с золотом! Сейчас, когда мы знаем, что содержание железа в земной коре составляет 5,1%, а меди всего 0,007% (т. е. в 700 раз меньше!), слова медь "изобильней гораздо" могли бы вызвать улыбку превосходства с высоты современного уровня знаний. Естественно, блестящие, красочные, броские минералы меди (одна из нарядных страниц минералогии!) могли ввести в заблуждение Тита Лукреция Кара: то, что блестит сильнее, всегда создает впечатление "изобилия". Здесь важно другое - проследить, какие особенности минералогии меди способствовали ее становлению в качестве "первого металла планеты".

Только медь образует самородки весом в сотни и тысячи килограммов (а случается и в сотни тонн!). Целые стены ковкого, легкого в обработке, красноватого минерала-металла (рис. 34). Следы древних разработок месторождений самородной меди найдены в горах Дегилен (бассейн Амударьи), на островах Крит и Кипр (откуда и латинское название меди "купрум"), в Халкиде на о. Эвбее (Греция) (по-гречески медь "халькос").

Рис. 34. Дендриты самородной меди
Рис. 34. Дендриты самородной меди

Из-за меди Синайского полуострова фараоны предпринимали военные походы, и, возможно, медные богатства горы Марта в Подунавьи заставили некогда племена гуннов осесть на территории нынешней Венгрии. Медные залежи на озере Мичиган (Северная Америка) немало способствовали былому могуществу воинственных гуронов и дакотов. И все же меди не удалось бы приобрести столь важного значения, если бы не особенности ее минералогии. Как показывает археология, почти одновременно с самородной медью осваивались и продукты ее изменения - малахит и азурит.

Малахит мы воспринимаем как камень "малахитовой шкатулки", самоцвет уральской сказки. Насыщенная плотная зелень малахита складывается из бессчетных оттенков густо-зеленого, лиственно-зеленого, бирюзово-зеленого; зелень завивается затейливыми узорами: пенистыми волнами, кружевными фестонами, переливчатым орнаментом полукружий и овалов. Ведь именно из малахита носила платье Хозяйка Медной горы! Был у нее, по свидетельству П. Бажова, и свой любимый сорт - не фестончатый, а переливчатый, как шелк. В минералогических музеях можно видеть и такой малахит - он состоит из тончайших волокон - лучей, собранных в пучки. Русская царица пожелала не платье, не ларец, а целую комнату из малахита! Тысячи посетителей Эрмитажа и сейчас любуются этим малахитовым чудом - широкие пилястры от пола до потолка, искусно сложенные из малахитовой мозаики, создают такое ощущение, будто вы попали внутрь малахитовой шкатулки.

Между тем малахит имеет весьма различный облик. Далеко не всегда он выглядит так нарядно, значительно чаще это землистые массы, порошковатые корочки и налеты на самородной меди. Как же малахит стал рудой? В виде корочек на мелких самородках меди малахит случайно попал в плавку. Когда же выяснилось, что из этого ярко-зеленого минерала легко получается прекрасный металл, разрабатывать стали собственно малахитовые залежи.

Отметим еще одну особенность минералогии меди, важную для истории ее освоения: в самородной меди и малахите сконцентрирована сравнительно малая часть металла. Основная масса меди в земной коре представлена сульфидом меди (и железа) - халькопиритом - тяжелым, золотисто-желтым минералом с сильным металлическим блеском (рис. 35). Медь словно просвечивает сквозь его кристаллическую решетку!

Рис. 35. Халькопирит с пирротином
Рис. 35. Халькопирит с пирротином

Вместе с халькопиритом нередко наблюдаются другие медьсодержащие сульфиды, главным образом блеклые руды (группа темно-серых, иногда красноватых и в целом оправдывающих свое название минералов) и борнит. Борнит же - самая нарядная из медных руд: коричневато-медный цвет борнита виден только в свежем изломе, обычно же минерал покрыт яркой пленкой побежалости, в которой, как в пленочке нефти на воде перемежаются малиновый, бирюзовый, латунно-желтый и ярко-синий цвета в сочетании с тусклым полуметаллическим блеском. В верхней части сульфидных месторождений образуются новые, более богатые медные минералы - вторичные сульфиды: темно-серый халькозин (содержит до 80% меди) и индигово-синий ковеллин.

Как считают археологи, трудности переработки сульфидных руд были непреодолимы на первых этапах освоения меди. Большинство первичных сульфидных месторождений меди сверху покрыты яркой "шляпой" вторичных окисленных медных руд. Именно в этой зоне встречаются малахит, азурит и другие более богатые медью и легкие для переработки окислы меди - кирпично-красный или красный куприт и землисто-черный тенорит. Куприт иногда образует очень красивые полупрозрачные кристаллы, отливающие на гранях свинцово-серым полуметаллическим блеском, а иногда и более ярким алмазным. Вот эти-то окисленные верхние части медных месторождений и служили основной металлургической базой древности. А яркие вторичные карбонаты - малахит и азурит - были не только рудами, но и первыми поисковыми минералами.

Природа все время словно вела человека за руку в глубь месторождений по ступенькам трудности их освоения - от самородной меди к малахиту и азуриту, к окислам меди и к более глубинным и мощным сульфидным рудам - основным поставщикам меди и по сей день.

Но и на этом не исчерпаны особенности минералогии месторождений меди: совместно с ней находятся обычно и те металлы, добавка которых значительно улучшает свойства меди как металла. При кристаллизации растворов, несущих металлические ионы, сера связывает в минералы не только медь, но и свинец и цинк. Возникают полиметаллические (т. е. многометаллические) жилы. Вместе с халькопиритом в них встречаются сульфиды свинца (галенит), цинка (сфалерит) и других металлов.

Голубовато-серые кубы галенита покрыты ступеньками спайности, по которым они легко раскалываются на более мелкие сверкающие кубики (рис. 36). Но значительно чаще галенит образует сплошные плотные тонкозернистые агрегаты с тусклым металлическим блеском - свинчак. Сверкающий алмазным блеском сфалерит поражает разнообразием окрасок: почти бесцветные и медово-желтые кристаллы при больших содержаниях железа сменяются темно-бурыми и черными (рис. 37).

Рис. 36. Галенит
Рис. 36. Галенит

Рис. 37. Сфалерит
Рис. 37. Сфалерит

Из первичных месторождений свинец, цинк и другие металлы вместе с медью переходили в "шляпу" уже в виде других вторичных соединений: каламина (галмея), смитсонита (минерал цинка), церуссита (минерал свинца). Естественно, при разработке таких месторождений в плавильные печи не могли не попасть кусочки "посторонних" минералов. И - о чудо! Медь с примесью цинка превращалась в золотоподобную очень пластичную латунь, полюбившуюся египетским ювелирам; примеси свинца и сурьмы придавали мягкой меди твердость бронзы. Это и упрочило на тысячелетия значение меди.

Древние бронзы Египта, Урарту, Ассирии представляли собой сплав меди со свинцом или сурьмой, нередко с добавкой мышьяка. Мышьяк и сурьма отчасти попадали в плавку из блеклых руд, встречающихся вместе с халькопиритом. Не исключено, что примесь этих элементов объясняется заведомой добавкой таких распространенных мышьяковых минералов, как оранжево-красный реальгар (по-арабски "рудная пыль") и золотистый аурипигмент. По мнению известного металлурга В. А. Пазухина, исследовавшего древние бронзы, реальгар, который обычно встречается в природе вместе с аурипигментом, мог добавляться в плавку в качестве добавки. Огненно-красные минералы с незапамятных времен считались "колдовским зельем" в огненном и таинственном ремесле древнего кузнеца. Тем более, что польза от такого "колдовства" была самая реальная.

Но вот в городке Бриндизи на берегу Адриатического моря научились делать великолепные сплавы меди с оловом, которые стали во всем мире называть бронзой ("медью из Бриндизи"). Однако олова было очень немного, и корабли греков и финикийцев потянулись к далеким островам Касситеридам за оловянным камнем - касситеритом. Острова эти уже давно называют Британскими, но блестящий хрупкий коричневый минерал касситерит, образующий красивые кристаллы - четырехгранные призмы с пирамидальными головками по концам - до сих пор остается почти единственной рудой олова. Касситерит встречается и в виде натечных (колломорфных) образований; рисунок этих оловянных руд подобен рисунку малахита (рис. 38). Такой касситерит называют "деревянистым оловом".

Рис. 38. Натечный касситерит
Рис. 38. Натечный касситерит

По мере того, как бронзы стали делать на основе олова, свинец и сурьма постепенно "переквалифицировались". Свинец получил мирную профессию: каменные плиты античных сооружений часто скреплялись свинцовыми штырями. Долгие века свинец был самым мирным металлом, пока изобретение огнестрельного оружия не призвало его "под ружье" - из свинца стали отливать пули для мушкетов. Свинец для этих целей добывали не только из руд, нередко разбирались древние храмы и свинцовые штыри шли на переплавку.

Сурьмой же, как известно, сурьмились восточные красавицы и римские матроны (правда, мода на черные ободки вокруг глаз считалась устаревшей уже в Древнем Риме).

Кроме бронзы и латуни еще с давних времен использовали другой тип медных сплавов. Если латунь по внешнему виду имитирует золото, то эти сплавы очень похожи на серебро. Так, в Китае еще до нашей эры выплавляли "пектхонг" (или "пекфонг"). Этот сплав состоял из меди, никеля и цинка. Никель, отбеливая красноту меди, придавал металлу благородный облик серебра. В XIX веке в Европе фабриканты столового серебра объявили конкурс на создание металла, не отличимого внешне от серебра. Победили французские инженеры Майе и Шорье, создавшие на основе древнего китайского рецепта сплав мельхиор. Канадский металлург А. Монель предложил рецепт "натурального сплава". В богатых канадских рудах сульфид никеля пентландит и сульфид меди халькопирит образуют тесные срастания, и разделить медь и никель необычайно трудно. А. Монелю пришла счастливая идея, необычайно простая, как все гениальное - не разделять эти металлы, выплавлять их вместе! Так родился новый сплав монельметалл - один из главных сплавов химического машиностроения.

предыдущая главасодержаниеследующая глава




© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2010-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://metallurgu.ru/ "Metallurgu.ru: Библиотека по металлургии"