Руда, украшающая землю

Некоторые тяжелые цветные металлы образуют самородки – золото, платина, реже серебро. На Урале, например, равно как в Калифорнии и Австралии, золотодобыча зародилась после находки месторождений россыпного золота с крупными самородками (на Южном Урале находили самородки весом до 36 кг, в Австралии – до 135 кг). Случались и курьезы: когда на Урале случайно открыли залежи неизвестного красивого серебристо-белого металла, не знали, что с ним делать. Потом стали применять с большой пользой – делали обручи для бочек, в которых квасили капусту и солили огурцы. Так использовались замечательные свойства ковкой, мягкой, тягучей… платины.

Еще реже встречаются самородки железа, если не считать посланцев из космоса – метеоритов. И уж совсем диковинная вещь – самородки свинца.

Первенство же среди самородков по размеру безоговорочно принадлежит меди: мои коллеги-геологи встречали самородки красного металла весом в сотни тонн!

Среди свойств меди человека в первую очередь привлекла ее ковкость. Освоение нашими предками метода холодной ковки меди археологи датируют VIII–VII тысячелетиями до нашей эры.

Наиболее вероятными территориями зарождения холодной обработки самородной меди считаются Малая Азия, Палестина, Иран. Однако недавно был открыт еще один центр древней металлургии – на севере России, в Карелии. Здесь была найдена древнейшая в Северной Европе мастерская по обработке самородной меди, датируемая II тысячелетием до нашей эры. По всей видимости, карельская медь была открыта в процессе добычи сырья для производства каменных орудий труда.

При посещении горного музея Санкт-Петербургского горного института по делам увековечения памяти башкирского рудопромышленника Исмагила Тасимова я любовался «шкурой бурого медведя» – причудливым плоским самородком меди весом в 860 кг. Кандидат геолого-минералогических наук Жанна Полярная рассказывает, что гигантский самородок меди имеется в геологическом музее Московского геологоразведочного института им. Серго Орджоникидзе, а, например, медные самородки Джезказганского месторождения похожи на диковинных лошадок и смешных медвежат. Кстати, по-казахски «жезь» означает «медь», а «казган» – «копал» («добывал»). Отсюда название древнего богатого месторождения – Джезказганское, и города Джезказган.

Вообще дендриты – сложные сростки кристаллов, выросших в условиях стесненного пространства. Впрочем, самородная медь может встретиться в виде кубиков с притупленными гранями и углами, – но такие «медные кубики» очень редки.

С древнейших времен горняки заметили, что в заброшенных шахтах и карьерах самородная медь нарастает на железных болтах, скобах, скрепляющих полусгнившие бревна, когда-то служившие в качестве крепи горных выработок. Здесь мы наблюдаем в действии классический химический закон ряда напряжений металлов: в данном случае медь вытесняется из купоросных шахтных растворов железом и оседает на поверхности железных предметов. Этот процесс в современной гидрометаллургии с большим экономическим эффектом используется для получения элементарной, то есть металлической, меди – на северо-востоке Казахстана с 70-х годов по такому принципу работал целый медно-химический комбинат. Сам производственный процесс очень прост: емкость размером с двухкомнатную квартиру заливают купоросной (медьсодержащей) водой, которая многими годами накапливается в шахтах и карьерах. В емкость помещают железную стружку, коей полным-полно на металлообрабатывающих комбинатах. Начинается обменный процесс: из катионной части раствора железо вытесняет медь, которая оседает на дно. Полученную медь остается только выгрести и высушить.

В свое время этот метод мы пытались внедрить в поселке Бурибай. Здесь в карьере (глубина 120 м, длина 250 м и ширина – 150 м) накопилось огромное количество купоросной воды. Причем насыщение медью раствора за счет растворения медных минералов в бортах карьера продолжается. Можно создать сезонную бригаду из 6–7 человек и в период с апреля по октябрь извлекать примерно 250–300 тонн чистой меди (железную стружку можно в избытке получить с белорецких и орских заводов). И никаких шахт не нужно… К сожалению, реализовать проект не удалось.

Самый большой самородок меди добыт в районе горячих водных источников в американском штате Мичиган, на южном берегу озера Верхнее. Размеры этого самородка 13,7 на 6,7 на 9,4 метра, а чистый вес – 420 тонн! В давние времена красный металл здесь добывали воинственные племена индейцев – дакота и гуроны. И по сей день здешние залежи самородной меди считаются самыми крупными в мире.

Самородная медь и изделия из нее «щеголяют» в зеленой шершавой рубашке. Это медная зелень, порошковая разновидность красивейшего минерала – малахита (карбоната меди). Имя ему – как и многим другим минералам – дал древнегреческий минералог Теофраст, ученик великого Аристотеля.

Собственно кристаллики малахита – очень тоненькие иголочки, образующие сплошные шары – сферолиты (вроде как головки одуванчика). Кроме меди в состав малахита входят кислород, углерод и вода. Малахит образуется там, где медная руда залегает среди известняков (грунтовая вода, размывая медную руду, окисляет ее сульфатными и медными ионами). Эти активные растворы, попадая затем в известняки, легко растворяют их. Как только концентрация углекислоты становится достаточной, в трещинах, в пустотах и в маленьких пещерках, образующихся при растворении известняка, откладывается новый минерал меди, ее благородная разновидность – малахит. А родиной лучшего в мире поделочного малахита является Урал.

По окрашенным в зеленый цвет скалам геологи без особого труда находили коренные месторождения меди. Сами уральцы приспособились красить порошковым малахитом железные крыши домов – дескать, раз эта самая краска родилась «от сырости», значит, ни сырости, ни дождя не боится.

«Компаньоном» малахита является азурит (не путать с лазуритом), чудесный минерал, по составу очень схожий с малахитом – только меди в нем чуть побольше, а цвет не зеленый, а темно-синий. Сочетания этого цвета с ярко-зеленым малахитом придают штуфам (кускам, образчикам руды) нарядный вид павлиньего пера. Если из малахита делают зеленую краску, то из азурита – ярко-синюю. Однако есть у азурита не совсем приличная особенность: со временем он приобретает зеленый цвет своего собрата малахита. В этом переходе кроется и разгадка тайн некоторых старых картин, на которых небо может оказаться зеленым, – азурит, который старые мастера использовали для изготовления синей краски, перерождается в малахит.

Впрочем, если бы медь встречалась в природе только в виде этих красивых минералов, малахита и азурита, то человеку бронзового века пришлось бы вернуться обратно в каменный. Однако щедрая природа создала так называемые сульфиды – основная масса меди встречается в земной коре в виде медного колчедана, золотисто-желтого минерала халькопирита, очень и очень похожего на металл. Происходит его название от сочетания греческих слов «халькос» («медь») и «пирос» («огонь»). В этом минерале содержание меди достигает 35%. Чаще всего «главный медный минерал» халькопирит встречается в виде рудных жил и рудных залежей, образуя сплошные массы, и очень редко – в пустотах в виде кристалликов. Вместе с ним встречаются и другие медные минералы, образуя сплошные колчеданы, что мы наблюдаем на месторождениях всего Урала и Башкортостана. Можно сказать, что халькопирит в виде медной руды – основа сырьевой базы медной промышленности Урала. 80% запасов этого минерала сосредоточено в Башкортостане. За счет халькопирита республика дает стране более 25% меди и 50% цинка.

Сегодня, чтобы начать разработку месторождения, геологам необходимо знать масштабы его запасов: годятся лишь крупные месторождения, если даже руды бедные. Наши предки, напротив, за размером не гнались – лишь бы руды были побогаче да металл извлекался полегче.

В руде вместе с медью находятся металлы, улучшающие свойства самой меди как металла. Вместе с халькопиритом встречаются сульфиды свинца (галенит), цинка (сфалерит), реже – так называемый оловянный камень (касситерит). Получается, что идея бронзы и латуни, чудесных сплавов на основе меди, дремала в недрах природы. В конце ХХ века отечественные геологи и минералоги обнаружили природные готовые «сплавы»: оловосодержащую медь – бронзу, цинкосодержащую – латунь.

Конечно, мы рассказали далеко не обо всех минералах меди. Есть еще подлинные медные самоцветы: медный изумруд – диоптаз, ярко-голубая бирюза и известный с глубокой древности минерал с удивительным названием «золотой клей» – хризоколла. Но о них – как-нибудь в другой раз…