Все новости
НАУКА 3.0
13 Июня 2021, 11:47

Бронзовый век и его минералы. Часть вторая

…Мы уже говорили о том, что состав древних сплавов свидетельствует о знакомстве людей далекого прошлого с некоторыми минералами сурьмы, свинца и цинка.

Основной рудный минерал сурьмы – антимонит, который исследователи зовут «самым элегантным сульфидом». Ладные друзы длиннопризматических кристаллов, легкие изгибы которых повторяются глубокой штриховкой вдоль граней, похожи на законченные скульптурные композиции – ни дать ни взять кристаллические цветы.
По древности происхождения с сурьмяными бронзами соперничают свинцовые. Скажем, жителям Месопотамии и Египта свинец был известен уже шесть-семь тысячелетий назад! В частности, в Британском музее хранятся египетские статуэтки из свинца, отлитые в 3800 году до нашей эры. Самые древние бронзы из археологических раскопок в Средней Азии – это сплав меди и свинца. Основной рудный минерал свинца – галенит, его сульфид содержит 86,69% металла. В состав галенита входят примеси серебра, висмута, рассеянных элементов: селена, теллура, галлия, германия, индия, таллия, кадмия. Галенит отличается сильным металлическим блеском и ощутимой тяжестью. В отличие от сульфидов меди и железа, галенит, как и сам свинец, имеет серый, точнее голубовато-серый, цвет, иногда с синей пленочной побежалостью. Но самая главная черта галенита, его облика – блестящие ступеньки на поверхности скола. Интересно, что минерал галенит, когда его разбивают, образует, как правило, не бесформенные осколки, а разламывается на аккуратные серебристые кубики. Мягкий и химически нестойкий, галенит образует сплошные массы в десятки и даже сотни тонн весом.
Сегодня помимо цинка из сфалерита извлекают и рассеянные элементы: кадмий, галлий, индий, таллий (при разработке медноколчеданных руд Урала и полиметаллических руд Алтая).
Ученые, кстати, считают, что в Древнем Египте для получения латуни были использованы вторичные минералы цинка. Внешне новенькая латунь так похожа на золото. Потому-то египетские металлурги, создатели латуни, приняли ее за благородный металл, получающийся из меди, если добавить сверкающий белый камень каламин (на Руси его называли галмеем). Некоторые исследователи даже считают, что именно история с похожей на золото латунью положила начало легендам о возможности превращения различных металлов в золото и о «философском камне». Золотоподобную латунь выплавляли и в Древнем Египте, и в Греции времен Гомера, и в Риме, где из этого сплава чеканили монеты.
Однако цинк долгое время металлом не считали – равно как сурьму и мышьяк, его относили к группе полуметаллов. Только в XVIII веке известный металлург из Фрейберга Иоганн Фридрих Хенкель доказал, что цинк – полноправный металл.
Латунь и сегодня является одним из самых востребованных сплавов в металлургии. Однако пальму лидерства сегодня занял новый сплав цинка и алюминия – цинкаль. Он обладает замечательным свойством – сверхпластичностью, то есть способностью к большим пластическим деформациям под действием очень малых напряжений. Скажем, из нагретого цинкаля можно даже… надувать пузыри не хуже, чем из жевательной резинки. После остывания цинкаль приобретает все свойства металла. Чтобы произвести обыкновенный кухонный чайник или кофейник по давно существующей технологии, на заводе металлоизделий надо проделать не меньше полусотни операций. А из цинкаля чайник можно выдуть одним приемом. Цинк в этом чудесном сплаве составляет 22%.
Впрочем, цинкаль сегодня – не единственный пластичный сплав. В современной технике используются магний-цинк-циркониевый и алюминий-цинк-кальциевый сплавы, отличающиеся не менее удивительными свойствами.
В последние годы ХХ века минералоги открыли природные сплавы: самородную латунь и самородную бронзу. Правда, их количество невелико. Но существует мнение, что на заре цивилизации подобных самородков было намного больше и металлурги древности ими пользовались. Использовать-то, разумеется, могли. Однако исследовать их состав – вряд ли.
А как развивалась судьба свинца и сурьмы, которым люди обязаны самыми древними бронзами?
А в Риме из свинца, мягкого и податливого металла, стали отливать водопроводные трубы. Надо отметить попутно, что римляне были прекрасными инженерами, и при сооружении своих знаменитых водопроводов они для соединения труб и проектирования ввели стандартизацию по диаметру сечения. Впрочем, эти инженеры оказались плохими химиками – никто из них не предполагал, что соединения свинца крайне токсичны и свинцовый водопровод просто опасен.
Но самым главным потребителем свинца во всем мире является… автомобиль. Ведь в каждой из машин есть аккумулятор, решетки которого сделаны из сплава свинца и сурьмы. Кстати, о сурьме…
Этот хрупкий серебристо-белый металл известен человечеству около пяти тысяч лет – уже в 3000 году до нашей эры в Вавилоне из него изготавливали сосуды. Соединения сурьмы повсеместно использовали и в косметике. Само же название «сурьма» происходит от тюркского слова «сюрме», обозначавшего порошок для подводки бровей (по другой версии, название происходит от персидского «сурме» – «металл»). Сурьмяные веки, подведенные черным кантом, – отличительная черта изображений всех древнеегипетских красавиц. С Востока и из Египта эта броская мода перекочевала к красоткам славного Рима. Намного позже сурьмой заинтересовались алхимики: оказывается, расплавленная сурьма растворяет, как и ртуть, почти все металлы! Вообще алхимики порой были великие фантазеры: они сурьму изобразили волком, пожирающим царя (а царем металлов они именовали, разумеется, золото).
Интересно, что хрупкая, твердая сурьма и пластичный, мягкий свинец отменно дополняют друг друга в сплаве, без которого трудно представить нашу жизнь. Еще в XVI веке знаменитый немецкий металлург, медик, химик Георг Агрикола (настоящая фамилия его Бауэр), живший в центре горно-металлургической науки, Файберге, писал: «Если путем сплавления определенная порция сурьмы прибавляется к олову, получите типографский сплав, из которого изготовляется шрифт, применяемый теми, кто печатает книги». Сплав свинца, олова и сурьмы – гарт – использовался для отливки типографских наборов.
Еще одно соединение свинца и сурьмы – баббит. Это исключительно нужный сплав, получивший свое имя в честь американца Исаака Бэббита, изобретателя первого подшипникового сплава. Тяжела служба подшипника – непрерывное вращение при огромном трении. Износу при таких условиях может противостоять только соединение, обеспечивающее одновременно твердость и мягкость. Подобными антифрикционными свойствами обладает сплав олова, меди и сурьмы, в структуре которого твердые частички сурьмы погружены в пластическую основу свинца и меди. Сурьма «отвечает» за твердость сплава, свинец – за износостойкость, а медь обеспечивает низкий коэффициент трения.
Самая современная область применения сурьмы и свинца – полупроводниковая техника. Однако здесь они трудятся уже порознь. Сверхчистая сурьма используется в качестве легирующей добавки к одному из классических полупроводников – германию. А сверхчистый свинец является прекрасным полупроводником.
Напоследок – несколько слов об олове, незаменимом металле классических бронз. Плавкое олово – незаменимый металл припоев. Например, сплав, содержащий 16% олова, 52% висмута и 32% свинца, плавится в крутом кипятке – при температуре + 96 градусов по Цельсию. Легкоплавкие сплавы олова незаменимы в предохранителях электрических цепей.
С древнейших времен из олова делали бытовую посуду и солдатские кубки – например, оловянные тарелки и бокалы, принадлежавшие семье Ганнибалов, предков Александра Сергеевича Пушкина (хранятся в селе Петровском, неподалеку от знаменитого Михайловского). Вплоть до XVIII века из олова изготовлялась не только простая недолгая посуда, но даже изящные столовые сервизы.
А сегодня без олова не прожить ни морякам, ни геологам, ни географам, ни космонавтам. Да и вообще никаким путешественникам! Ведь олово – главный металл для так хорошо знакомых нам консервных банок, и равноценной замены здесь ему нет. Только белая жесть – тончайший лист железа, покрытый оловом, – способна сохранить надолго мясо, рыбу, молочные изделия.
Об олове можно сочинять хвалебные оды – и оно их в полной мере заслуживает. Олово как воздух нужно текстильной промышленности: хлопок и шелковые ткани без олова не примут окраски. При наведении красных и розовых узоров на фарфор без олова не обойтись. Оно широко применяется даже в военном деле – для изготовления химикалий, служащих для постановки дымовых завес.
…Вспомним нашего знакомца с раннего детства – оловянного солдатика, о героических поступках которого нам поведал знаменитый сказочник Ганс Христиан Андерсен. Облик этого мужественного солдатика отражает замечательное свойство олова, пластичного металла, легко принимающего любую форму, но стойкого против коррозии (ни ливень, ни брюхо хищницы щуки солдатику, как мы помним, не повредили). А трагический финал его чудесной истории – костер, где смешались жар любви и жар пылающих поленьев, костер, где солдатик плавился, но держался геройски стойко, – все это прямое подтверждение легкоплавкости олова. Металла, без которого бронзовый век просто не наступил бы…
Автор:Минниахмет МУТАЛОВ
Читайте нас в