Александр Мейерович
Путешествие в мир металлов
Что говорит о металлах Библия
Если верить Ветхому Завету, а именно тому, что весь материальный мир был создан Господом в первые дни Творения, то Адам и Ева, появившиеся на шестой день кипучей Божьей деятельности, могли бы знать о существовании 96 металлов. Однако только пять металлов могут похвастаться упоминанием о них в Ветхом Завете.
Рисунок в гробнице Рехмира в Фивах, 1550–1292 гг. до н. э., рассказывает о литье и обработке металлов в Древнем Египте. Фото Jean Vertut (а), таких открытых печах плавили медь и медные сплавы.
Воздух в печь подавался снизу через отверстие мехами или дутьём через трубку
И первый из них – конечно же, золото. Оно упоминается в Библии около 460 раз (реже, примерно 160 раз, встречаются в Библии слова медь и бронза). Моисей, написавший свою Первую Книгу «Бытие» около 1500 г. до н. э., упомянул в связи с рекой Фисон места добычи и, быть может, обработки золота: «Она обтекает всю землю Хавила, ту, где золото. И золото той земли хорошее». (Хавила – райская страна, а Фисон – одна из четырёх рек, вытекающая из Эдемского сада). Металлы были, вероятно, найдены на поверхности Земли или близко к ней. Позднее были вырыты глубокие шахты. Около 3600 лет назад Иов (Книга Иова в Ветхом Завете) писал, что «железо получается из земли; из камня выплавляется медь» и шахтёры «вырывают рудокопный колодец в местах, забытых ногою, спускаются вглубь, висят и зыблются вдали от людей».
Моисей в своей Второй книге «Исход» говорит и об обработке металлов: «И разбили они золото в листы и вытянули нити, чтобы выткать их между голубыми, пурпуровыми, червлёнными и виссонными нитями, искусною работою. К наперснику сделали толстые цепочки витою работою из чистого золота». Моисей описал Землю Обетованную, в которую израильтяне собирались войти, как «землю, в которой камни – железо, и из гор которой будешь высекать медь». И эти библейские сведения оказались верными. Уже в наше время археологи обнаружили на Синайском полуострове, примерно в 80 километрах от горы Синай, египетские бирюзовые рудники, а на побережье Красного моря остатки античной горнодобывающей промышленности.
Очень распространённое в природе железо, чьё производство сегодня более чем в 300 тысяч раз превышает производство золота, упоминается в Библии только около 100 раз. Впервые о нём говорится в Первой книге Моисея, где мы находим запись о том, что потомок Каина, Тубаль-Каин, живший до Всемирного потопа, занимался производством предметов из бронзы и железа: «Тубаль-Каин, кузнец всех орудий из меди и железа». Результаты археологических раскопок подтверждают, что железо было известно задолго до того, как человек научился выплавлять его из руды. Его находили в виде фрагментов метеоритов и не только использовали их в качестве орудий труда, но и почитали, как предметы небесного происхождения. Во втором тысячелетии до н. э. библейский народ филистимляне хранили секрет и считались монополистами производства железа. Библия рассказывает, что во времена Саула (а дело происходило в XI веке до н. э.) израильтяне сами не умели ни плавить, ни обрабатывать железо, что делало их зависимыми от филистимлян: «И должны были ходить все Израильтяне к Филистимлянам оттачивать свои сошники, и свои заступы, и свои топоры, и свои кирки».
Горняки за работой. Иллюстрация по картине XVI века.
Как символ железо связано в Библии прежде всего с оружием и военными действиями. Из железа, считавшегося металлом войны, делали мечи, боевые топоры, наконечники стрел и копий, а позднее – боевые доспехи. В те времена железо ещё не использовали как конструкционный материал, но при строительстве храма Соломона в Иерусалиме в 10 веке до н. э. уже применяли железные гвозди и кронштейны: «И множество железа к дверям ворот и для связей заготовил Давид, и множество меди без весу».
О важном значении металлов говорят поэтические строфы пророка Исайя: «Вместо меди буду доставлять тебе золото, и вместо железа – серебро, и вместо дерева – медь, и вместо камней – железо; и поставлю правителем твоим мир, и надзирателями твоими – правду» (Книга пророка Исайи, гл. 60).
Руды: их добыча и обработка
Инструменты, домашние устройства, оружие, пушки и монеты: спрос на металл рос постоянно. После завоевания Латинской Америки в Европу везли из Мексики золото, а из Перу – серебро. В Европе тоже добывали серебро, а также медь, свинец, олово и железо. С XVI века в Англии и Бельгии стали активно использовать в качестве топлива каменный уголь, которым заменяли древесный уголь. Многие купцы вкладывали огромные суммы денег в разработку рудных месторождений, за счёт чего увеличивали свои состояния и способствовали развитию промышленности.
Руды различают по содержанию в них тех или иных металлов, например чёрных, т. е. железа, и цветных металлов (в их состав не входит железо или его содержание мало). А ещё существует особая категория руд – руды благородных металлов, к которым относятся золото, серебро, платина, палладий и некоторые металлы платиновой группы. Имеется также немало пород, которые содержат несколько металлов, например свинец и цинк или медь и никель, поэтому при разработке технологий стараются учитывать все ценные компоненты руды и возможность их совместного извлечения. До начала добычи, используя специальные знания и методы, выясняют нахождение руд в земле.
Первые находки металлов происходили без каких-либо усилий человека, а исключительно за счёт стихийных процессов – обвалов, пожаров, землетрясений. Постепенно накапливаемый опыт позволил людям отметить ряд природных явлений и признаков, сопутствующих залежам руд: определённые виды растущих трав и грибов, высохшие деревья и деревья над рудными жилами, часто выкорчеванные сильными ветрами. Сегодня всё иначе и проще: человек вооружён специальными приборами, позволяющими определить наличие в земле тех или иных руд.
Куски руды специальным воротом поднимали в коробах на поверхность, а потом вручную измельчали
Добычу руд ведут открытым способом в карьерах или подземным способом на рудниках, в шахтах. В шахте под землёй имеются вертикальные стволы, по которым каждый день горняки спускаются вниз и возвращаются после работы наверх, а также поднимают в специальных коробах добытую руду на поверхность. Другие, относительно узкие вертикальные стволы служат для вентиляции и как аварийные выходы; через них можно при аварии по лестницам, прикреплённым к стене, выбраться на поверхность. Между двумя вертикальными стволами прорубают горизонтальные коридоры, называемые штольнями, где ведут добычу руды. Для освещения штолен в aнтичное время использовали факелы, а затем масляные светильники, называемые «третьим глазом».
В середине XVI века для подъёма руды и откачиваемой воды на поверхность на рудниках стали применять специальное колесо, имевшее около 10 метров в диаметре. Оно приводилось в движение водой или конной тягой. А в XVII веке на шахтах стали взрывать породу и вывозить руду на вагонетках, движущихся по деревянным рельсам.
Cегодня на рудниках почти все операции выполняются машинами и механизмами. В штольнях, где ведётся добыча руды, стены закрепляют от обвалов не деревянными стойками, как раньше, а металлическими; при этом своды штолен частично бетонируют. Сама руда добывается машинами, оборудованными специальным инструментом, напоминающим огромную фрезу. Руда поступает на длинный транспортёр, который доставляет её к приёмному бункеру. Руды, добываемые открытым способом в карьерах, сразу грузят на машины и отправляют на предприятия, где подвергают сортировке, обогащению и, в конечном счёте, из них извлекают металл.
Обогащение руды ведут, используя различия таких физических и химических свойств, как плотность, электропроводность, смачиваемость и т. д.; руду разделяют на рудный концентрат, содержащий минерал или минералы металла, и отходы, называемые отвалами и размещаемые на поверхности рядом с местом добычи.
Способ извлечения металлов из руд зависит прежде всего от свойств самих металлов и связан с изменением их химического состояния – восстановлением. Многие распространённые металлы, такие как железо, медь, олово, плавят при высоких температурах с использованием углерода в качестве восстановителя. Если руды содержат серу, то часто проводится их предварительный обжиг без или со специальной продувкой кислородом воздуха. Алюминий и натрий извлекают из растворов в процессе электрохимического восстановления.
Когда-то я читал новеллы замечательного американского писателя О. Генри, у которого были два любимых героя Джефф Питерс и Энди Такер – два весёлых проходимца, нередко становившихся жертвами собственного незамысловатого коварства. Каждый, кто знаком с рассказами О. Генри, безусловно, запомнил их коммерческие операции по выпуску акций на несуществующие рудники. Хотя времена Джеффа Питерса и Энди Такера давно миновали, но не только в Соединённых Штатах, а и во всём мире персонажи, сходные с героями О. Генри, частенько продают «богатые рудники» или «долевое участие в разработке новых, перспективных месторождений металлов». Все понимают: металлы – это выгодно!
Металлургическое производство: от руды к металлу