Что же представляет собой ванадий, совершивший поистине революцию в автомобильной промышленности?
Вот как описывает историю открытия ванадия известный шведский химик Берцелиус:
«В давние-давние времена на далеком севере жила Ванадис, прекрасная и любимая всеми богиня. Однажды кто-то постучал в ее дверь. Богиня удобно сидела в кресле и подумала: «Пусть он постучит еще раз». Но стук прекратился, и кто-то отошел от дверей. Богиня заинтересовалась: кто же этот скромный и неуверенный посетитель? Она открыла окно и посмотрела на улицу. Это был некто Вёлер, который поспешно уходил от ее дворца.
Через несколько дней вновь услышала она, что кто-то стучится к ней, но на этот раз стук настойчиво продолжался до тех пор, пока она не встала и не открыла дверь. Перед ней стоял молодой красавец Нильс Сёвстрем. Очень скоро они полюбили друг друга, и у них появился сын, получивший имя Ванадий. Это и есть имя того нового металла, который был открыт в 1831 году шведским физиком и химиком Нильсом Сёвстремом».
В этом рассказе имеется неточность. Первым, кто «постучал» в комнату богини Ванадис, был не немецкий химик Фридрих Вёлер, а замечательный мексиканский химик и минералог Андрес Мануэль дель Рио. Еще задолго до Вёлера, в 1801 году, изучая бурые свинцовые руды Мексики, дель Рио обнаружил, что в них присутствует неизвестный в то время металл.
Соединения нового металла были окрашены в самые разнообразные цвета, поэтому ученый назвал открытый им элемент «панхромом», т. е. «всецветным», а позднее заменил это название на «эритроний», что означает «красный».
Однако научно подтвердить свое открытие дель Рио не смог. Более того, в 1802 году он пришел к выводу, что новый элемент - это открытый незадолго до того хром. Ту же ошибку спустя несколько лет повторил Вёлер, который так робко «стучался в дверь богини Ванадис».
Лишь спустя почти тридцать лет состоялось второе рождение ванадия. На этот раз у колыбели новорожденного стоял молодой шведский ученый Нильс Сёвстрем. В то время в Швеции начала развиваться металлургия. В разных частях страны появлялись заводы. И вот что было замечено: металл, выплавленный из железных руд одних месторождений, был хрупким, в то время, как из других руд получался весьма пластичный металл. Чем объяснить такое различие? Сёвстрем решил найти ответ на этот вопрос.
Исследуя химический состав руд, из которых был выплавлен металл высокого качества, ученый после долгих опытов сумел доказать, что в этих рудах содержится новый элемент, причем именно тот, который в свое время был обнаружен дель Рио и ошибочно принят им за хром. Новый металл был назван ванадием.
Ни дель Рио, ни Вёлеру не суждено было стать «крестными отцами» нового элемента, хотя они были близки к этому. После успеха Сёвстрема Вёлер писал своему другу: «Я был настоящим ослом, что проглядел новый элемент в бурой свинцовой руде, и прав был Берцелиус, когда он не без иронии смеялся над тем, как неудачно и слабо, без упорства стучался я в дом богини Ванадис».
В России ванадий впервые был найден в 1834 году в свинцовой руде Березовского рудника на Урале, а в 1839 году - в пермских песчаниках.
Уже в то время русский инженер Шубин высказал мысль о благотворном влиянии ванадия на свойства железных и медных сплавов. «Медистый чугун, черная медь, гаркупфер и штыковая медь, - писал он в одной из статей, - составляют металлические сплавы с ванадом и, вероятно, его присутствие придает им большую твердость».
На протяжении многих лет никому не удавалось выделить ванадий в чистом виде. Только в 1869 году английский химик Генри Роско после напряженных поисков сумел получить чистый металлический ванадий. Впрочем, чистым он мог считаться лишь по тем временам, так как содержал более 4% примесей. А между тем даже небольшие примеси резко меняют свойства этого элемента. Чистый ванадий - серебристо-серый металл, обладающий высокой пластичностью, - его можно ковать. Самые незначительные количества примесей, особенно азота, кислорода, водорода, делают металл хрупким и твердым, неохотно поддающимся обработке. Получить чистый ванадий долгое время представлялось очень сложным из-за его необычайной активности при высоких температурах: не удавалось подобрать такой материал для тигля, который бы не растворялся ванадием и не загрязнял его при плавке. Тогда ученые пошли по другому пути. Совсем недавно был разработан электролитический метод рафинирования ванадия до чистоты 99,99%. Что и говорить, 4 и 0,01% - разница существенная. \
Долгое время ванадий не находил широкого промышленного применения. Так, в 1907 году мировое производство ванадия составило всего ... 3 тонны. Да и цена на ванадий вначале была баснословная: 50 тысяч рублей золотом за 1 килограмм!
И мизерное производство ванадия, и безумная цена его объяснились просто. Несмотря на то что земная кора содержит немало ванадия - примерно 0,2% (т. е. в 15 раз больше, чем свинца, и в 2000 раз больше, чем серебра), скопления его встречаются на земле крайне редко (именно поэтому ванадий и относят к редким металлам). Руда, содержащая 1 % ванадия, считается чрезвычайно богатой; промышленной переработке подвергают даже те руды, которые содержат всего 0,1% этого ценного и дефицитного элемента.
Интересно, что в падающих на землю метеоритах содержание ванадия в 2 - 3 раза больше, чем в земной коре. Судя по тому, что в спектре Солнца имеется немало линий, присущих атомам ванадия, солнечная материя также богаче этим элементом, чем наша планета.
Возможно, когда-нибудь прибытие на металлургический завод партии богатой ванадиевой руды, например, с Марса или Венеры будет расцениваться как обычная транспортная операция, но пока землянам приходится рассчитывать лишь на свои собственные ресурсы.
Трудность извлечения ванадия из руд и была причиной того, что этот чудесный металл несколько десятков лет не мог найти себе применения. Однако бурное развитие техники вскоре широко распахнуло перед ванадием дверь в промышленный мир. Замечательная способность этого элемента придавать стали ценнейшие свойства определила его судьбу, его «амплуа» - ванадий начинает играть роль «витамина» для стали.
Незначительная добавка ванадия (доли процента) делает сталь мелкозернистой, придает ей большую упругость, большую прочность. Такая сталь легче переносит удар и изгиб, упорнее сопротивляется истиранию, лучше противостоит разрыву. А ведь именно эти качества «позарез» нужны автомобильным деталям! Вот почему такие ответственные узлы и детали автомобиля, как мотор, клапанные пружины, рессоры, оси, валы, шестерни изготовляют из неутомимой ванадиевой стали. Вот почему так высоко оценил роль ванадия Генри Форд. И не случайно академик А. Е. Ферсман сказал об этом элементе: «... сказочны те силы, которые он придает железу и стали, вооружая их твердостью и прочностью, вязкостью и гибкостью, неразрушимостью, необходимой для оси автомобиля».
Во время первой мировой войны настоящую сенсацию вызвал созданный французскими инженерами самолет, который был вооружен не пулеметом, как обычно, а пушкой, наводившей страх на немецких летчиков. Но каким же образом удалось поставить пушку на самолет? Ведь грузоподъемность тогдашних «этажерок» была очень мала. Оказалось, что пушке помог забраться в самолет... ванадий. Французские авиационные пушки были изготовлены из ванадиевой стали. При относительно небольшом весе они обладали прекрасными прочностными характеристиками, позволяющими вести сокрушительный огонь по немецким самолетам.
Вслед за этим ванадиевую сталь начали использовать для изготовления солдатских шлемов. Сравнительно легкий шлем из тонкой, но прочной стали надежно предохранял своего владельца от пуль, от осколков гранат. Броня требовалась и для защиты артиллерийской прислуги хотя бы от снайперской пулевой стрельбы. Для этой цели в Шеффилде изготовили броневую сталь, содержащую довольно много кремния и никеля. Увы, при испытаниях, пули легко прошивали плиты из этого металла. Тогда решено было испробовать сталь, содержащую всего 0,2% ванадия.
Успех превзошел все ожидания: сталь выдержала сложнейший экзамен на прочность в 99 случаях из 100!
Так ванадий стал служить не только атаке, но и обороне. Американские, французские, английские фирмы охотно применяли ванадиевую сталь для самых различных целей. Зато совершенно непонятную на первый взгляд позицию заняли немецкие металлурги, которые всегда считались большими специалистами в этих вопросах: они весьма скептически отнеслись к ванадию как легирующему элементу и практически отказались от использования ванадиевой стали. Один из германских заводов дал даже категорическое заключение, что заниматься ее выплавкой не имеет никакого смысла. Это казалось парадоксальным.
Вскоре, однако, все прояснилось: поскольку немцы не располагали собственными ванадиевыми рудами, они не были заинтересованы в том, чтобы цена ванадия на мировом рынке росла вместе со спросом на него; вот почему они всячески пытались затормозить внедрение ванадиевой стали. Сами же они вели интенсивные поиски элементов, способных оказывать такое же действие на сталь, как ванадий. Но вскоре они убедились, что без ванадия не обойтись. Так провалились попытки металлургических «дипломатов» опорочить ванадиевую сталь, а производство ее продолжало расти из года в год.
Авиация, железнодорожный транспорт, электротехника, радиотехника, оборонная промышленность - трудно перечислить все области современной индустрии, где сегодня применяют сталь, содержащую ванадий.
«Услугами» ванадия пользуется и чугун: из высококачественного ванадиевого чугуна отливают поршневые кольца, изложницы, прокатные валки, матрицы для холодной штамповки.
Но ванадий трудится не только как металл-витамин. Соли этого элемента - зеленые, желтые, красные, черные, золотистые (вспомните название, которое дал элементу дель Рио: «панхром» - всецветный) - с успехом служат в производстве красок и особых чернил, в стекольной и керамической промышленности. Кстати, именно с керамического производства и начал ванадий свою практическую деятельность вскоре после того, как был открыт Сёвстремом. Фарфоровые и гончарные изделия с помощью ванадиевых соединений покрывали золотистой глазурью, а стекла окрашивали в зеленый или голубой цвет.
В 1842 году выдающийся русский химик Н. Н. Зинин сумел получить анилин. Это послужило мощным толчком для развития красильного производства. И здесь ванадий пришелся ко двору: оказалось, что одного грамма пятиокиси ванадия достаточно для того, чтобы превратить 200 килограммов бесцветной соли анилина в сильное красящее вещество - черный анилин.
Не обходится без ванадия химия и в наши дни: пятиокись этого элемента - отличный катализатор при производстве серной кислоты, которую называют «хлебом химии». Долгие годы в этой роли выступал платинированный асбест, т. е. асбест с нанесенным на него порошком платины. Но, во-первых, такой ускоритель реакции был весьма дорогим, а во-вторых, довольно нестойким: он часто отказывался работать из-за «отравления» различными газообразными примесями. Вот почему, когда в Одесском химическом институте была разработана технология получения серной кислоты с применением в качестве катализатора окислов ванадия, работники сернокислотных заводов легко отказались от платинированного асбеста. Чудесные свойства окиси ванадия используются также при крекинге нефти, при получении многих сложных органических соединений.
Достоинства ванадия оценили даже ...свиньи. В Аргентине были проведены опыты по введению в их рацион этого элемента. И что же оказалось? Заметно повысился аппетит хрюшек, они быстро прибавляли в весе.
Американские ученые из лаборатории госпиталя в Лонг-Бич исследовали влияние ванадия на рост крыс. Подопытные животные, диета которых была полностью лишена этого элемента, стали расти вдвое медленнее, чем их «подруги» из контрольной группы, получавшие обычный корм. Но стоило лишь ввести в пищу немного ванадия - скорость роста крыс буквально уже через несколько дней восстановилась до нормальной.
По-видимому, ванадий, необходим для деятельности многих живых тканей: он обнаружен в куриных яйцах, мясе кур, коровьем молоке, печени животных и даже в мозгу человека.
Любопытно, что некоторые морские растения и животные - голотурии, асцидии, морские ежи - «коллекционируют» ванадий, извлекая его каким-то неведомым человеку способом из окружающей среды. Одни ученые полагают, что у этой группы живых организмов ванадий выполняет те же функции, что железо в крови человека и высших животных, т. е. помогает ей впитывать кислород, или, образно говоря,
«дышать». Другие ученые считают, что ванадий необходим обитателям морского дна не для дыхания, а для питания. Кто из этих ученых прав, покажут дальнейшие исследования. Пока же удалось установить, что в крови голотурий содержится до 10% ванадия, а у отдельных разновидностей асцидий концентрация этого элемента в крови в миллиарды раз превышает содержание его в морской воде. Настоящие копилки ванадия! Естественно, ученые заинтересовались возможностью добывать ванадий с помощью обитателей подводного царства. В Японии, например, целые километры морских берегов занимают плантации асцидий. Асцидии очень плодовиты: с одного квадратного метра голубых плантаций снимают до 150 килограммов этих животных. После сбора урожая живую ванадиевую «руду» отправляют в специальные лаборатории, где из нее добывают нужный промышленности металл. Недавно в печати появилось сообщение, что японские металлурги уже выплавили сталь, в которой легирующим элементом служит ванадий, «добытый» из асцидий.
В одном из институтов нашей страны проектируется специальное судно для сбора водорослей. Оно будет оснащено новейшими навигационными приборами, подводной телевизионной аппаратурой, различными механическими приспособлениями. Не исключено, что суда подобного типа станут в скором будущем морскими «рудовозами».
Есть «коллекционеры» ванадия и на суше: один из них хорошо знаком каждому - это ядовитый гриб белая поганка. Неравнодушны к нему и некоторые виды плесени, которые вообще не могут развиваться при отсутствии ванадия. Такие растения, которые обладают способностью накапливать в себе тот или иной элемент, называются в науке «биоконцентраторами». Зачастую они оказывают большую помощь геологам, выполняя роль своеобразного индикатора при поиске руд некоторых ценных металлов.
В 1971 году советские палеоботаники обнаружили в отрогах Тянь-Шаня следы неизвестного науке растения (его назвали меннерией), которое представляет собой одноклеточную водоросль, обитавшую на Земле ...полтора миллиарда лет назад. «Позвольте, но какое отношение эта находка имеет к ванадию?» - вправе спросить читатель. Оказывается, прямое: ученые считают, что меннерия в свое время сыграла важную роль в формировании атмосферы нашей планеты, в образовании скоплений в земной коре таких химических элементов, как ванадий и уран.
...Мы рассказали о прошлом и настоящем ванадия. Ну, а что же ждет его завтра? Как в дальнейшем сложится судьба этого замечательного металла?
Трудно предсказывать последующую жизнь ванадия, но, зная его ценные свойства - значительную механическую прочность, большую корроззийную стойкость, высокую температуру плавления, меньший, чем у железа, удельный вес, можно предположить, что в будущем ванадий станет прекрасным конструкционным материалом. Но прежде человек должен научиться отбирать ванадий в больших количествах (значительно больших, чем сейчас!) у природы, которая тщательно хранит его в своих неисчерпаемых «кладовых».
Sc
Ti
V
Cr
Ga
Ge
As
Se
Y
Zr
Nb
Mo
ЗАГАДОЧНЫЙ «X»
Китайская грамота. - «Сибирский красный свинец». - Серые иголки в тигле. - Друзья дают совет. - Вспышки на Солнце. - Французская академия регистрирует открытие. - Фортуна благосклонная. - «Вызывающее» поведение. - Углерод противопоказан. - Сталь покрывается «чешуей». - Чувствительные сплавы. - Первый патент. - Черепашьи темпы. - Разговор с немецким металлургом. - Чтобы не попасть в кабалу. - Запасов много. - Хромовые сапоги. - Боги проливают кровь. - Выход из положения. - Новая специальность. - Вне конкуренции. - Неожиданные трудности. - «Принимаю огонь на себя». - «Броня» для алмаза. - «Англичане понимают толк...»
Перелистайте любой металлургический справочник, и среди многочисленных марок сталей вы, безусловно, не раз встретите такие, в которые входит буква «X»: Х18Н10Т, Х12М, 0Х23Ю5, ШХ15, 8Х4В4Ф1, Х14Г14НЗТ, 12Х2НВФА, 30ХМЮА и многие другие. Для несведущего в этой области человека такой «тайный шифр» понятен не больше, чем китайские иероглифы. Но, как музыкант, читая ноты, слышит притаившуюся в них музыку, так и металлург легко разбирается в этих на первый взгляд случайных комбинациях букв и цифр. Даже беглого взгляда достаточно, чтобы увидеть общее для перечисленных марок сталей: все они в том или ином количестве содержат элемент хром (о чем свидетельствует буква «X»),
Вместе со своими «коллегами» по легированию - никелем, вольфрамом, молибденом, ванадием, титаном, цирконием, ниобием и другими элементами - хром позволяет выплавлять стали самого разнообразного назначения. Применяемая в современной технике сталь должна многое «уметь»: сопротивляться колоссальным давлениям, противостоять химическим «агрессорам», не зная усталости, выдерживать длительные перегрузки, обладать хорошей обрабатываемостью, не бояться ни жары и ни холода. В эту богатую гамму свойств стали вносит свою лепту и хром.
...Еще в 1766 году петербургский профессор химии И. Г. Леман описал новый минерал, найденный на Урале на Березовском руднике, в 15 километрах от Екатеринбурга (ныне Свердловск). Обрабатывая камень соляной кислотой, Леман получил изумрудно-зеленый раствор, а в образовавшемся белом осадке обнаружил свинец. Спустя несколько лет, в 1770 году, Березовские рудники описал академик П. С. Паллас. «Березовские копи, - писал он, - состоят из четырех рудников, которые разрабатываются с 1752 года. В них наряду с золотом добываются серебро и свинцовые руды, а также находят замечательный красный свинцовый минерал, который не был обнаружен больше ни в одном другом руднике России. Эта свинцовая руда бывает разного цвета (иногда похожего на цвет киновари), тяжелая и полупрозрачная... Иногда маленькие неправильные пирамидки этого минерала бывают вкраплены в кварц подобно маленьким рубинам. При размельчении в порошок она дает красивую желтую краску...». Минерал был назван «сибирским красным свинцом». Впоследствии за ним закрепилось название «крокоит».
Образец этого минерала был в конце XVIII века привезен Палласом в Париж. Крокоитом заинтересовался известный французский химик Луи Никола Воклен. В 1796 году он подверг минерал химическому анализу. «Все образцы этого вещества, которые имеются в нескольких минералогических кабинетах Европы, - писал Воклен в своем отчете, - были получены из этого (т. е. Березовского. - С. В.) золотого рудника. Раньше рудник был очень богат этим минералом, однако говорят, что несколько лет назад запасы минерала в руднике истощились и теперь этот минерал покупают на вес золота, в особенности если он желтый. Образцы минерала, не имеющие правильных очертаний или расколотые на кусочки, годятся для использования их в живописи, где они ценятся за свою желто-оранжевую окраску, не изменяющуюся на воздухе... Красивый красный цвет, прозрачность и кристаллическая форма сибирского красного минерала заставила минералогов заинтересоваться его природой и местом, где он был найден; большой удельный вес и сопутствующая ему свинцовая руда, естественно, заставляли предполагать о наличии свинца в этом минерале...»
В 1797 году Воклен повторил анализ. Растертый в порошок крокоит он поместил в раствор углекислого калия и прокипятил. В результате опыта ученый получил углекислый свинец и желтый раствор, в котором содержалась калиевая соль неизвестной тогда кислоты. При добавлении к раствору ртутной соли образовывался красный осадок, после реакции со свинцовой солью появлялся желтый осадок, а введение хлористого олова окрашивало раствор в зеленый цвет. После осаждения соляной кислотой свинца Воклен выпарил фильтрат, а выделившиеся красные кристаллы (это был хромовый ангидрид) смешал с углем, поместил в графитовый тигель и нагрел до высокой температуры. Когда опыт был закончен, ученый обнаружил в тигле множество серых сросшихся металлических иголок, весивших в 3 раза меньше, чем исходное вещество. Так впервые был выделен новый элемент. Один из друзей Воклена предложил ему назвать элемент хромом (по-гречески «хрома» - окраска) из-за яркого разнообразного цвета его соединений. Между прочим, слог «хром» в значении «окрашенный» входит во многие термины, не связанные с элементом хромом: слово «хромосома», например, в переводе с греческого означает «тело, которое окрашивается»; для получения цветного изображения пользуютсяприбором хромоскопом; фотолюбителям хорошо известны пленки «изопанхром», «панхром», «ортохром»; яркие образования в атмосфере Солнца астрофизики называют хромосферными вспышками и т. д.
Сначала Воклену не понравилось предложенное название, поскольку открытый им металл имел скромную серую окраску и как будто не оправдывал своего имени. Но друзья все же сумели уговорить Воклена и, после того как французская Академия наук по всей форме зарегистрировала его открытие, химики всего мира внесли слово «хром» в списки известных науке элементов.
Фортуна оказалась достаточно благосклонной к новому металлу. Высокая температура плавления хрома, его чрезвычайно большая твердость, легкость образования сплавов с другими металлами, в частности с железом, заинтересовали прежде всего металлургов. Годы не охладили этого интереса: и в наши дни среди разнообразных направлений использования хрома металлургия по-прежнему продолжает занимать ведущее место.
Хром обладает всеми характерными свойствами металлов - хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления электрическому току, имеет присущий большинству металлов блеск. Любопытна одна особенность хрома: при температуре около 37°С он ведет себя явно «вызывающе» - многие его физические свойства резко, скачкообразно меняются. В этой температурной точке внутреннее трение хрома достигает максимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так же внезапно изменяются электропроводность, кооффициент линейного расширения, термоэлектродвижущая сила. Пока ученые не могут объяснить эту аномалию.
Даже незначительные примеси делают хром очень хрупким, поэтому в качестве конструкционного материала его практически не применяют, зато как легирующий элемент он издавна пользуется у металлургов почетом. Небольшие добавки его придают стали твердость и износостойкость. Такие свойства присущи шарикоподшипниковой стали, в состав которой, наряду с хромом (до 1,5%), входит углерод (около 1%). Образующиеся в ней карбиды хрома отличаются исключительной твердостью - они-то и позволяют металлу уверенно сопротивляться одному из опаснейших врагов - износу.
«Нержавейка» - сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению, содержит примерно 17 - 19% хрома и 8 - 13% никеля. Но этой стали углерод вреден: карбидообразующие «наклонности» хрома приводят к тому, что большие количества этого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границах зерен стали, а сами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойко обороняться против натиска кислот и кислорода. Поэтому содержание углерода в нержавеющей стали должно быть минимальным (не более 0,1%).
При высоких температурах сталь может покрываться «чешуей» окалины. В некоторых машинах детали нагреваются до сотен градусов. Чтобы сталь, из которой сделаны эти детали, не «страдала» окалинообразованием, в нее вводят 25 - 30% хрома. Такая сталь выдерживает температуры до 1000° С!
В качестве нагревательных элементов успешно служат сплавы хрома с никелем - нихромы. Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена придает металлу способность переносить большие нагрузки при 650 - 900° С. Из этих сплавов делают, например, лопатки газовых турбин. Сплав кобальта, молибдена и хрома («комохром») безвреден для человеческого организма и поэтому используется в восстановительной хирургии.
Одна из американских фирм недавно создала новые материалы, магнитные свойства которых изменяются под влиянием температуры. Эти материалы, основу которых составляют соединения марганца, хрома и сурьмы, по мнению ученых, найдут применение в различных автоматических устройствах, чувствительных к колебаниям температуры, и смогут заменить более дорогие термоэлементы.
Основная часть добываемой в мире хромистой руды поступает сегодня на ферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома и металлического хрома.
Впервые феррохром был получен в 1820 году восстановлением смеси окислов железа и хрома древесным углем в тигле. В 1854 году удалось получить чистый металлический хром электролизом водных растворов хлорида хрома. К этому же времени относятся и первые попытки выплавить углеродистый феррохром в доменной печи. В 1865 году был выдан первый патент на хромистую сталь. Потребность в феррохроме начала резко расти.
Важную роль в развитии производства феррохрома сыграл электрический ток, точнее электротермический способ получения металлов и сплавов. В 1893 году французский ученый Муассан выплавил в электропечи углеродистый феррохром, содержащий 60% хрома и 6% углерода.
В дореволюционной России ферросплавное производство развивалось черепашьими темпами. Мизерные количества ферросилиция и ферромарганца выплавляли доменные печи южных заводов. В 1910 году на берегу реки Сатки (Южный Урал) был построен маленький электрометаллургический завод «Пороги», который стал производить феррохром, а затем и ферросилиций. Но об удовлетворении нужд своей промышленности не могло быть и речи: потребность России в ферросплавах приходилось почти полностью покрывать ввозом их из других стран.
Молодое Советское государство не могло зависеть от капиталистических стран в такой важнейшей отрасли промышленности, как производство качественных сталей, являющейся основным потребителем ферросплавов. Чтобы воплотить в жизнь грандиозные планы индустриализации нашей страны, требовалась сталь - конструкционная, инструментальная, нержавеющая, шарикоподшипниковая, автотракторная. Один из важнейших компонентов этих сталей - хром.
Уже в 1927 - 1928 годах началось проектирование и строительство ферросплавных заводов. В 1931 году вошел в строй Челябинский завод ферросплавов, ставший первенцем нашей ферросплавной промышленности. Один из создателей советской качественной металлургии член-корреспондент Академии наук СССР В. С. Емельянов в эти годы находился в Германии, куда он был направлен для изучения опыта зарубежных специалистов.
В своих воспоминаниях он рассказывает о любопытном разговоре, который произошел у него с одним из металлургов: «В 1933 году на небольшом немецком заводе я спросил главного инженера:
- Кому вы продаете изготовляемый на заводе феррохром?
Он принялся перечислять:
- Примерно пять процентов всего производства мы поставляем близлежащим химическим заводам, два процента у нас покупает завод Беккера, около трех процентов...
Перебив его, я спросил:
- Ну, а много ли у вас покупает Советский Союз?
- А Советский Союз когда как. Семьдесят пять - восемьдесят процентов нашей продукции мы отправляем на ваши заводы. Да мы и работаем-то на уральской хромистой руде».
Да, в то время наша хромистая руда вывозилась не только в Германию, но и в Швецию, Италию, США. И у них же нам приходилось покупать феррохром.
Но когда вслед за Челябинским в 1933 году были построены еще два ферросплавных завода - в Запорожье и Зестафони, наша страна не только прекратила ввозить важнейшие ферросплавы, в том числе и феррохром, но и получила возможность экспортировать их за границу. Качественная металлургия страны была практически полностью обеспечена необходимыми материалами отечественного производства.
Выступая на XVII съезде партии, нарком тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе сказал: «...если бы у нас не было качественных сталей, у нас не было бы автотракторной промышленности. Стоимость расходуемых нами сейчас качественных сталей определяется свыше 400 миллионов рублей. Если бы их надо было ввозить - это 400 миллионов рублей ежегодно, - мы бы, черт побери, в кабалу попали к капиталистам».
В 1936 году в Казахстане, в районе Актюбинска, были найдены огромные залежи хромита - основного промышленного сырья для производства феррохрома. В годы войны на базе этого месторождения был построен Актюбинский ферросплавный завод, который впоследствии стал крупнейшим предприятием по выпуску феррохрома и хрома всех марок.
Богат хромистой рудой и Урал. Здесь расположено большое число месторождений этого металла: Сарановское, Верблюжьегорское, Алапаевское, Монетная дача, Халиловское и др. По разведанным запасам хромистых руд Советский Союз занимает ведущее место в мире.
Руды хрома имеются в Турции, Индии, Новой Каледонии, на Кубе, в Греции, Югославии, некоторых странах Африки. В то же время такие промышленные страны, как Англия, Франция, ФРГ, Италия, Швеция, Норвегия, совершенно лишены хромового сырья, а США и Канада располагают лишь очень бедными рудами, практически не пригодными для производства феррохрома. Всего же на долю хрома приходится 0,02% земной коры.
Хромиты широко используют и в огнеупорной промышленности. Магнезитохромитовый кирпич - отличный огнеупорный материал для футеровки мартеновских печей и других металлургических агрегатов. Этот материал обладает высокой термостойкостью, ему не страшны многократные резкие изменения температуры.
Химики используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют «хромом», а сапоги из нее «хромовыми».
Как бы оправдывая свое название, хром принимает деятельное участие в производстве красителей для стекольной, керамической, текстильной промышленности.
Каждый вечер над Москвой вспыхивают рубиновые звезды Кремля. В мире драгоценных камней рубину принадлежит второе место после алмаза. По древнему индийскому преданию, рубины образовались из капель крови, пролитой богами: «Падают капли тяжелой крови на лоно реки, в глубокие воды, в отражение прекрасных пальм. И назвалась река с тех пор Раванагангой, и загорелись с тех пор эти капли крови, превращенные в камни рубина, и горели они с наступлением темноты сказочным огнем, горящим внутри, и пронизывались воды этими огненными лучами...», - так рассказывает о происхождении рубина древняя восточная легенда. В наши дни технология получения чудесного красного камня значительно упростилась и богам уже не надо проливать свою священную кровь: для этого в окись алюминия вводят дозированную добавку окиси хрома, - ему-то и обязаны рубиновые кристаллы своим чарующим цветом. Но искусственные рубины ценятся не только за свои «внешние данные»: рожденный с их помощью лазерный луч способен буквально творить чудеса. Подобно волшебному лучу, созданному гиперболоидом инженера Гарина и богатой фантазией Алексея Толстого, луч лазера может разрезать любые металлы с той же легкостью, с какой ножницы режут бумагу, или прошивать в алмазах, корундах и других «крепких орешках» тончайшие отверстия, не проявляя при этом ни малейшего почтения к их всемирно известной твердости.
Окись хрома позволила тракторостроителям значительно сократить сроки обкатки двигателей. Обычно эта операция, во время которой все трущиеся детали должны «привыкнуть» друг к другу, продолжалась довольно долго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов. Выход из положения был найден, когда удалось разработать новую топливную присадку, в состав которой вошла окись хрома. Секрет действия присадки прост: при сгорании топлива образуются мельчайшие абразивные частицы окиси хрома, которые, оседая на внутренних стенках цилиндров и других подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют шероховатости, полируют и плотно подгоняют детали. Эта присадка в сочетании с новым сортом масла позволила в 30 раз сократить продолжительность обкатки.
Недавно окись хрома приобрела еще одну интересную «специальность»: в США изготовлена экспериментальная магнитофонная пленка, рабочий слой которой содержит не частицы окиси железа, как обычно, а частицы окиси хрома. Замена оказалась удачной - качество звучания резко улучшилось, пленка стала надежнее в работе. Новинкой в первую очередь предполагается обеспечить блоки магнитной памяти электронно-вычислительных машин.
Фотоматериалы и лекарства, катализаторы для химических процессов и металлические покрытия - всюду хром оказывается «при деле». О хромовых покрытиях следует, пожалуй, рассказать подробнее.
Давно было замечено, что хром не только отличается большой твердостью (в этом отношении у него нет конкурентов среди металлов), но и хорошо сопротивляется окислению на воздухе, не взаимодействует с кислотами. Тонкий слой этого металла попробовали электролитически осаждать на поверхность изделий из других материалов, чтобы предохранить их от коррозии, царапин и прочих «травм». Однако хромовые покрытия оказались пористыми, легко отслаивались и не оправдывали возлагаемых на них надежд.
Почти три четверти века бились ученые над проблемой хромирования, и лишь в 20-х годах нашего столетия проблема была решена. Причина неудач заключалась в том, что используемый при этом электролит содержал трехвалентный хром, который не мог создать нужное покрытие. А вот его шестивалентному «собрату» такая задача оказалась по плечу. С этого времени в качестве электролита начали применять хромовую кислоту - в ней валентность хрома равна 6. Толщина защитных покрытий (например, на некоторых наружных деталях автомобилей, мотоциклов, велосипедов) составляет до 0,1 миллиметра. Но иногда хромовое покрытие используют в декоративных целях - для отделки часов, дверных ручек и других предметов, не подвергающихся серьезной опасности. В таких случаях на изделие наносят тончайший слой хрома (0,0002 - 0,0005 миллиметра).
Существует и другой способ хромирования - диффузионный, протекающий не в гальванических ваннах, а в печах. Первоначально стальную деталь помещали в порошок хрома и нагревали в восстановительной атмосфере до высоких температур. При этом на поверхности детали появлялся обогащенный хромом слой, по твердости и коррозионной стойкости значительно превосходящий сталь, из которой сделана деталь. Но (и здесь нашлись свои «но») при температуре примерно 1000°С хромовый порошок спекается и, кроме того, на поверхности покрываемого металла образуются карбиды, препятствующие диффузии хрома в сталь. Пришлось подыскивать другой носитель хрома; вместо порошка для этой цели начали использовать летучие галоидные соли хрома - хлорид или иодид, что позволило снизить температуру процесса.
Хлорид (или иодид) хрома получают непосредственно в установке для хромирования, пропуская пары соответствующей галоидоводородной кислоты через порошкообразный хром или феррохром. Образующийся газообразный хлорид обволакивает хромируемое изделие, и поверхностный слой насыщается хромом. Такое покрытие гораздо прочнее связано с основным материалом, чем гальваническое.
Литовские химики разработали способ создания многослойной «кольчуги» для особо ответственных деталей. Тончайший верхний слой этого покрытия (под микроскопом его поверхность и в самом деле напоминает кольчугу) состоит из хрома: в процессе службы он первым «принимает огонь на себя», но пока хром окисляется, проходят многие годы. Тем временем деталь спокойно несет свою ответственную службу.
До последнего времени хромировали только металлические детали. А недавно советские ученые научились наносить хромовую «броню» на изделия из пластмасс. Подвергнутый испытаниям широко известный полимер - полистирол, «одетый» в хром, стал прочнее, для него оказались менее страшными такие известные «враги» конструкционных материалов, как- истирание, изгиб, удар. Само собой разумеется, возрос срок службы деталей.
Хромовая «броня» пригодилась даже такому эталону твёрдости, каким по праву считается алмаз. Дело в том, что далеко не все добытые алмазы могут быть использованы для изготовления обрабатывающего инструмента: как правило, природные алмазы имеют множество тончайших трещинок, которые делают камни непригодными для установки на резцы или буровые коронки: как только такой инструмент касался металла или твердой породы, алмаз рассыпался на мелкие осколки. Кроме того, кристаллики природных алмазов часто выскакивали из державки инструмента. Чтобы устранить этот недостаток, ученые предложили покрывать алмазы тонкой пленкой хрома, довольно плотно соединяющегося и с алмазом, и с медной державкой.
Металлизованный алмаз был подвергнут испытаниям. И что же выяснилось? Алмаз не только надежно держался в инструменте, но и срок службы самого кристалла возрос в несколько раз. Когда этот кристалл исследовали под микроскопом, на одной из граней обнаружили довольно глубокую трещинку, «зацементированную» пленкой, покрывавшей камень. Оказалось, что атомы хрома, соединившись с углеродом алмаза, образовали на его поверхности твердые карбиды, причем хром проник и в трещинку, стенки которой также покрылись карбидной «броней». А слой чистого хрома, прилегающий к державке, образовал с медью сплав, благодаря чему алмаз прочно закрепился в инструменте. Так с помощью хрома удалось «убить двух зайцев»: инструмент стал долговечнее, а алмаз - прочнее... алмаза.
...Прежде чем закончить рассказ о хроме, мы вновь обратимся к воспоминаниям В. С. Емельянова. «Года два назад, - писал ученый в 1967 году, - я узнал глубоко взволновавшую меня новость, оставшуюся в нашей стране - увы! - незамеченной. Мы продали партию феррохрома Англии - стране, которая всегда была для нас символом технического прогресса. И вот теперь Англия покупает наш феррохром! Англичане понимают толк в том, что покупают».
P
S
Cl
Ar
V
Cr
Mn
Fe
As
Se
Br
Kr
ВЕЧНЫЙ СПУТНИК ЖЕЛЕЗА
Колонны подземного дворца. - Чудесный черный порошок. - «Стекольное мыло». - Ган или Кайм? - Эстафету принимает Шееле. - «Адский огонь» делает свое дело. - Гадфильд получает патент. - Попробуйте взломать сейф. - Удастся ли собрать вече? - На смену платине и палладию. - Знакомы с детства. - Почему рыжие муравьи рыжие? - В зубах акулы. - По скромным подсчетам. - «Витязь» бороздит океаны. - Без бактерий не обошлось. - В петлях подводного кабеля. - По недоразумению за борт. - Для работы в пучинах. - «Посылка» из космоса. - Нуждалась ли в нем Россия? - Путь лежит в тртен.
Если вы бывали в московском метро, то, должно быть, обратили внимание на одну из его красивейших станций - «Маяковскую». Колонны этого подземного дворца украшены тонкой каемкой из розового камня. Это родонит - минерал, содержащий марганец. Нежный розовый цвет («родон» по-гречески - роза) и хорошая обрабатываемость делают камень прекрасным облицовочным и поделочным материалом. Изделия из родонита хранятся в Эрмитаже, в Петропавловском соборе и многих других музеях нашей страны. Большие залежи его встречаются на Урале, где была найдена глыба весом 47 тонн. Нигде в других местах нашей планеты нет таких значительных скоплений этого минерала, как здесь. Да и по красоте уральский родонит не имеет себе равных.
Но главный промышленный минерал марганца - не родонит, а пиролюзит, представляющий собой двуокись марганца. Этот черный минерал известен человеку с давних гор.
Еще в I веке Плиний Старший - замечательный естествоиспытатель Древнего Рима, погибший при извержении Везувия, писал о чудесной способности черного порошка (молодого пиролюзита) осветлять стекло.< бывает темно-коричневого цвета; ...если прибавить к нему стекловидных веществ, то он окрашивает их в красивый фиолетовый цвет. Мастерастеклоплавилыцики окрашивают им стекла в изумительный фиолетовый цвет; мастера гончары также пользуются им для образования фиолетовых узоров на посуде. Кроме того, пиролюзит обладает особым свойством - при сплавлении с литым стеклом очищать его и делать белым вместо зеленого или желтого».
Название «пиролюзит» пришло к минералу позже, а в те времена из-за способности обесцвечивать стекло его называли «стекольным мылом», или «марганцем» (от греческого «манганезе» - очищать). Было известно и другое название минерала - «черная магнезия»: пиролюзит с древних времен и добывали в Малой Азии близ города Магнезии; кстати, там же добывалась и «белая магнезия», или «магнезия альба», - окись магния.
И История химии приписывает открытие марганца как металла шведскому химику » Ю. Гану (1774 год). Однако есть основания полагать, что первым человеком, получившим крупицы металлического марганца, был Игнатий Готтфрид Кайм, который описал его в своей диссертации, изданной в 1770 году в Вене. Кайм не довел эти исследования до конца, и поэтому они остались неизвестными большинству химиков того времени. Тем не менее, в одном из химических словарей есть упоминание об открытии Кайма: «Нагревая смесь из одной части порошкообразного пиролюзита с двумя частями черного плавня, Кайм получил синевато-белый хрупкий металл в виде кристалла с бесчисленными блестящими гранями различной формы, излом которого переливается всеми цветами от синего до желтого».
Следующую попытку поближе познакомиться с марганцем сделал шведский ученый Торберн Бергман. «Минерал, который называют черной магнезией, - писал он, - представляет собой новую землю, которую не следует смешивать ни с обожженной известью, ни с магнезией альба». Но выделить марганец из пиролюзита ему так и не удалось.
Изучение этого минерала продолжил друг Бергмана знаменитый химик Карл Шееле. В 1774 году он представил в Стокгольмскую Академию наук доклад «О марганце (т. е. о пиролюзите. - С. В.) и его свойствах», в котором сообщал об открытии нового элемента - газообразного хлора. Наряду с этим Шееле утверждал в докладе, что в состав пиролюзита входит новый металл, отличный от всех известных в то время. Но получить этот металл не сумел и он.
То, что не смогли сделать Бергман и Шееле, удалось в том же 1774 году Гану. В тигель, внутренняя стенка которого была покрыта влажной древесноугольной пылью, ученый поместил смесь размолотого пиролюзита и масла, а сверху насыпал порошок древесного угля. После сильного нагрева смеси в течение часа в тигле была обнаружена крупинка металлического марганца. Это открытие принесло Гану мировую славу, а семья металлов пополнилась новым, пятнадцатым по счету членом.
16 мая 1774 года Шееле послал Гану очищенный пиролюзит вместе со следующей запиской: «Я с нетерпением жду сообщений о том, к каким результатам приведет этот чистый пиролюзит, когда Вы примените к нему Ваш «адский огонь», и я надеюсь, что Вы пришлете мне небольшой королек металла как можно скорей».
«Адский огонь» сделал свое дело, и уже 27 июня Шееле благодарил Гана за полученный королек марганца. Шееле писал: «...считаю, что королек, полученный из пиролюзита, представляет собой полуметалл, отличный от всех остальных полуметаллов и имеющий близкую связь с железом».
В России марганец начали получать в первой четверти XIX века в виде сплава с железом - ферромарганца. «Горный журнал» в 1825 году упоминал о выплавке стали с применением тмарганца. С этого времени судьба элемента неразрывно связана с металлургией, которая является сейчас основным (95%) потребителем марганцевой руды.
Великий русский металлург П. П. Аносов в своем классическом труде «О булатах», изданном в 1841 году, описывал исследования сталей с различным содержанием марганца. Для введения его в сталь Аносов использовал ферромарганец, полученный в тиглях. С 1876 года начинается промышленная выплавка ферромарганца в доменных печах Нижне-Тагильского завода.
Вехой в истории марганца стал 1882 год, когда английский металлург Роберт Гадфильд выплавил сталь с высоким содержанием этого элемента
(около 13%).
В 1878 году 19-летний Гадфильд приступил к исследованию сплавов железа с другими элементами, в частности с марганцем. Спустя четыре года молодой шеффилдский металлург сделал следующую запись в своем исследовательском журнале: «Я начал эти опыты, имея в виду изготовление стали, которая была бы твердой и одновременно вязкой. Опыты привели к некоторым любопытным результатам, весьма важным и способным изменить существующие взгляды металлургов на сплавы железа».
В 1883 году Гадфильду был выдан первый Британский патент на марганцовистую сталь, изготовленную присадкой к железу богатого ферромарганца. В последующие годы Гадфильд продолжал изучать проблемы, связанные с марганцовистой сталью. В 1883 году появились его труды «О марганце и его применении в металлургии», «О некоторых вновь открытых свойствах железа и марганца», «О марганцовистой стали». Исследования показали, что закалка в воде придает этой стали новые замечательные свойства. Гадфильд получил еще ряд патентов, касающихся термической обработки марганцовистой стали, а в 1901 году им была запатентована конструкция печи, предназначенной цля нагрева этой стали перед закалкой.
Сталь. Гадфильда быстро получила признание металлургов и машиностроителей. Благодаря высокой износостойкости ее начали применять для изготовления тех деталей, которые в процессе эксплуатации истираются при значительном удельном давлении, - рельсовых крестовин, щек дробилок, шаров шаровых мельниц, гусеничных траков и т. п. Самое удивительное заключалось в том, что под действием нагрузок эта сталь становилась все тверже и тверже. Причина такого странного явления заключается в следующем. После литья в марганцовистой стали по границам зерен выпадают избыточные карбиды, снижающие ее прочность. Поэтому сталь необходимо подвергать закалке, в результате которой пограничные карбиды растворяются в металле. Во время службы детали вследствие наклепа (под действием нагрузок) в поверхностном слое выделяется углерод - именно этим и объясняется упрочнение стали.
Не мудрено, что сталью Гадфильда очень заинтересовались фирмы, выпускающие сейфы и замки.
Свойством самоупрочняться обладает и марганцовистый чугун. Так, экскаваторы, на которых были установлены подшипники из этого чугуна, находились в эксплуатации без ремонта вдвое дольше, чем их «собратья» с бронзовыми подшипниками.
В металлургии марганец широко применяют для раскисления и десульфурации стали.
Как легирующий элемент он входит в состав пружинных сталей, сталей для нефте- и газопроводных труб, сталей с немагнитными свойствами... впрочем, вряд ли нужно перечислять стали, содержащие марганец: в том или ином количестве элемент, открытый Ганом, присутствует буквально во всех сталях и чугунах.
Не случайно ведь его называют вечным спутником железа. Да и в Периодической системе элементов они занимают соседние клетки № 25 и 26. (Вместе с железом марганец попадает даже... в зубы акулы, но об этом речь пойдет ниже).
После того, как в 1917 году русские ученые С. Ф. Жемчужный и В. К. Петрашевич обнаружили, что уже незначительные добавки меди (около 3,5%) придают марганцу пластичность, металлурги стали проявлять интерес и к марганцевым сплавам.
В современной технике применяют большое число манганинов - сплавов марганца, меди и никеля, обладающих высоким электрическим сопротивлением, практически не зависящим от температуры. На способности манганина изменять сопротивление в зависимости от давления, которое испытывает сплав, основан принцип действия электрических манометров. В тех случаях, когда нужно измерить давление, например, в несколько десятков тысяч атмосфер, воспользоваться обычным манометром не удается: жидкость или газ под таким напором вырываются сквозь стенки манометрической трубки, как бы прочна она ни была. Электрический же манометр успешно справляется с этой задачей: измеряя электросопротивление манганина, находящегося под определяемым давлением, можно по известной зависимости вычислить давление с любой степенью точности.
Манганины обладают еще одним ценным свойством - демпфированием, т. е. способностью поглощать энергию колебаний. Если бы какомунибудь чудаку пришла мысль отлить из манганина колокол, то с его помощью вряд ли удалось бы собрать вече: вместо набатного звона манганиновый колокол издавал бы лишь короткие глухие звуки.
Но если для колокола «молчание» - явный недостаток, то для железнодорожных или трамвайных колес, рельсовых стыков и многих других «звучащих» деталей умение «держать язык за зубами», не создавая никому не нужный грохот, - очевидное достоинство. В кузнечных, штамповочных металлообрабатывающих цехах с помощью «немых» сплавов можно значительно уменьшить вредные производственные шумы. Наибольшей способностью «не поднимать шум» отличаются сплавы, содержащие 70% марганца и 30% меди. Некоторые из них по прочности не уступают стали.
Интересно, что марганцевая бронза - сплав марганца с медью - может намагничиваться, хотя ни тот, ни другой компонент в отдельности не проявляют магнитных свойств.
В последние годы широкую известность приобрели сплавы с «памятью» (о самом известном из них - нитиноле - рассказано в очерке «Медный дьявол»). Число таких сплавов с каждым годом растет. Не так давно ученые Института металлургии им. А. А. Байкова под руководством члена-корреспондента Академии наук СССР Е. М. Савицкого разработали сплав на основе марганца (с добавкой меди), который по способности «помнить» свою прежнюю форму превосходит даже знаменитый нитинол. Сплав прост в изготовлении, легко подвергается обработке и, несомненно, найдет немало интересных областей применения.
При получении сверхчистого азота долгое время приходилось в качестве катализатора применять такие дорогие металлы, как платина и палладий. В Институте неорганической химии и электрохимии Грузинской Академии наук недавно разработан способ, при котором роль катализатора с успехом выполняет марганец. На Руставском заводе синтетического волокна уже создана уникальная промышленная установка для получения из воздуха идеального азота, который необходим для производства капрона.
С одним из соединений марганца - перманганатом калия, или, попросту говоря, «марганцовкой», - мы познакомились еще в детстве: в качестве дезинфицирующего средства оно служит для промывания ран, полоскания, смазывания ожогов. В химических лабораториях марганцовокислый калий широко применяют при количественном анализе - перманганатометрии.
Подобно многим элементам, марганец совершенно необходим для нормального развития животных и растительных организмов. Обычно содержание в них марганца не превышает нескольких тысячных долей процента, однако некоторые представители флоры и фауны проявляют к этому элементу повышенный интерес. В организме рыжих муравьев, например, содержится до 0,05% марганца. Еще богаче им ржавчинные грибы, морская трава, водяной орех (до 1 %). В некоторых же видах бактерий содержание марганца доходит до нескольких процентов. В крови человека присутствует 0,002 - 0,003% марганца. Суточная потребность в нем человеческого организма составляет 3 - 5 миллиграммов.
Поскольку речь зашла о растениях и животных, пора вспомнить и о рыбах - точнее, о той самой акуле, о которой уже говорилось выше. Ученые подвергли исследованию зуб этого морского хищника, пролежавший на дне океана несколько тысяч лет. И оказалось: зуб хорошо сохранился, но весь оброс соединениями железа и марганца. Какими путями они попали сюда?
Еще в прошлом веке, а точнее в 1876 году, британский трехмачтовый парусник «Челленджер», в течение трех лет бороздивший с научными целями моря и океаны, среди прочей «добычи» привез в Англию загадочные шишковидные образования темного цвета, поднятые с различных участков морского дна. Поскольку главной составной частью «шишек» был марганец, их стали называть «марганцевыми почками», или, выражаясь более научно, железо-марганцевыми конкрециями. Последующие экспедиции показали, что громадные скопления «марганцевых почек» покоятся во многих местах океанского дна. Однако до середины XX века никто не проявлял к ним особого интереса. И лишь в последние годы в связи с относительным дефицитом марганцевой руды подводные богатства приковали к себе внимание ученых. Районы залегания этих конкреций были тщательно изучены - результаты оказались ошеломляющими. По предварительным (и, можно смело добавить, скромным) подсчетам, только в Тихом океане скопилось примерно 100 миллиардов (!) тонн прекрасной железно-марганцевой руды. Именно руды: ведь содержание марганца в ней доходит до 50%, а железа - до 27%. (Концентраты некоторых конкреций содержат 98% двуокиси марганца и могут быть использованы без дальнейшей переработки, например, в производстве электрических батарей).
Не меньшими богатствами располагает и Атлантический океан. А совсем недавно экспедицией советских ученых на «Витязе» железо-м арганцевые конкреции обнаружены и на дне Индийского океана. Расчеты показывают, что и этот океан не беднее своих «коллег».
Как полагают океанологи, конкреции возникли в результате концентрации минеральных веществ из водных растворов вокруг какого-либо тела. Некоторые ученые считают, что здесь дело не обошлось без участия морских бактерий - «микрообогатителей». Недавно ленинградские биологи обнаружили не известные ранее виды так называемых металлогенических бактерий, способных извлекать из воды и концентрировать марганец. В лабораторных условиях «подводные металлурги» проявили завидную работоспособность: за две-три недели они создавали марганцевые конкреции величиной со спичечную головку. Если учесть, что сами эти «труженики» едва различимы под микроскопом, то такую производительность нельзя не признать весьма высокой.
Своей формой океанские конкреции напоминают клубеньки картофеля. Цвет их - от коричневого до черного - зависит от того, что в них преобладает - железо или марганец. При большом содержании марганца их окраска становится совершенно черной.
Обычно размеры конкреций колеблются от долей миллиметра до 15 сантиметров. Однако встречаются отдельные образования значительно больших размеров. В музее Скриппсовского океанографического института (США) хранится конкреция весом 57 килограммов, найденная в районе Гавайских островов. Еще крупнее оказалась конкреция, случайно запутавшаяся в петлях подводного телеграфного кабеля при подъеме его на ремонт - она весила 136 килограммов. К сожалению, этому уникальному образцу не суждено было стать музейным экспонатом: после изучения и зарисовки он был по недоразумению выброшен за борт. Однако все рекорды побила полутораметровая железо-марганцевая конкреция, поднятая на борт «Витязя» в Тихом океане: глыба весила почти тонну.
Многие страны уже всерьез заинтересовались проблемой разработки океанских складов. Разумеется, при этом ученым и инженерам придется решить немало сложнейших технических задач. Уже сейчас создаются специальные подводные лодки, тракторы-амфибии, экскаваторы на поплавках и другое оборудование для добычи сокровищ с океанского дна. «Океанорудная» промышленность будет иметь неоспоримое преимущество перед горнорудной: не нужно прокладывать дороги и коммуникации, как на суше. Суда доставят людей и оборудование в любую точку океана и смогут транспортировать добытые полезные ископаемые по какому угодно нужному маршруту. Голландские конструкторы, например, разработали проект подводного гусеничного экскаватора-автомата, предназначенного для добычи на морском дне марганцевых и других руд, причем этот автоматический «горняк» способен трудиться на глубине до 5 километров. Все его механизмы будут приводиться в действие электричеством. В роли «машиниста» предполагается использовать телевизионную камеру, которая позволит оператору, находящемуся на борту океанского рудовоза, добывать из пучины полезные ископаемые. Спиральный ротор экскаватора будет захватывать порцию руды и направлять ее в корпус машины.
Проект батискафа, предназначенного для разведки подводных месторождений нефти и газа, залежей марганцевого сырья на морском дне и для других поисковых целей, создается в Японии. Батискаф водоизмещением 30 тонн, рассчитанный на трех человек, будет способен погружаться на глубину до двух километров и перемещаться в воде с довольно большой скоростью и маневренностью. Аппарат сможет находиться в океанских пучинах, не поднимаясь на поверхность, более трех суток. В начале 80-х годов японские ученые и конструкторы намерены приступить к созданию исследовательского подводного судна, которое будет проводить разведку полезных ископаемых и изучение рыбных ресурсов океана на глубинах до шести километров.
Большие работы, направленные на освоение подводных богатств, проводятся и в нашей стране. Сотни экспедиций выходят ежегодно в океаны и моря, покрывающие свыше 70% поверхности Земли. Не за горами то время, когда начнется промышленное освоение ресурсов Мирового океана, а пока геологи и горняки заняты разработкой земных недр.
По содержанию в земной коре (0,09%) марганец занимает 15-е место. Геологи определили, что почти все его месторождения имеют примерно одинаковый «возраст». По мнению ряда ученых, это свидетельствует о космическом происхождении марганцевых скоплений. Выдвинута гипотеза, что около двух миллиардов лет назад на поверхность Земли выпала богатая марганцем метеоритная пыль, которая образовала месторождения марганца на суше и на дне морей и океанов.
Руды этого элемента встречаются в Индии, Гане, Южно-Африканской Республике, Марокко, Бразилии, но ни одна из стран не может конкурировать по запасам марганца с Советским Союзом. В нашей стране расположено и крупнейшее в мире месторождение - Чиатурское. Характерный факт: вместе с водами небольшой реки Риони, протекающей в этих краях, Черное море ежегодно «приобретает» свыше ста тысяч тонн марганца.
Добыча чиатурских руд началась еще в 1879 году. Несколько позднее, в 1886 году, в России стали разрабатывать еще одно крупное месторождение - в районе Никополя. Как это ни печально, но царская Россия «не нуждалась» в марганце: из 1245 тысяч тонн марганцевой руды, добытой в 1913 году, 1195 тысяч тонн было вывезено за границу. В годы Великой Отечественной войны начали усиленно разрабатывать месторождения марганца на Урале, в Казахстане, Сибири.
В настоящее время Советский Союз по добыче этой ценной руды прочно занимает ведущее место в мире.
Основной потребитель марганцевой руды - ферросплавные заводы. Здесь в результате различных технологических процессов получают сплавы марганца (с железом, кремнием) или металл в чистом виде. Дальше путь марганца лежит в сталеплавильный цех.
N
O
F
Ne
P
S
Cl
Ar
V
Cr
Mn
Fe
ВЕЛИКИЙ ТРУЖЕНИК
Грозит ли железный голод? - Любовь требует жертв. - Ешьте опилки. - В золотой оправе. - Хрустальная мечта туземцев. - Пир царя Соломона. - «Небесный камень». - Факты - упрямая вещь. - Воронка в Аризонской пустыне. - Бронзовый век сдает полномочия. - «Волшебная» палочка. - Гнев и милость Петра I. - Проверьте качество кольчуги. - «Фрола Фукса бить кнутом...» - Демидов высылает погоню. - Чудо-корабль. - Эйфель и скептики. - Дворцы Солнца. - Загадай желание. - «Деревянная» сталь. - Не вините железо. - Пора ли на пенсию? - Атомиум в Брюсселе.
г» 1910 году в Стокгольме проходил Международный геологический конгресс. Одной из важнейших проблем, стоявших перед учеными, была проблема борьбы с железным голодом. Специальная комиссия, которой было поручено подсчитать мировые запасы железа, представила конгрессу баланс железных ресурсов Земли. По заключению авторитетной комиссии, полное истощение залежей железа должно было наступить через 60 лет, т. е. к 1970 году.
К счастью, ученые мужи оказались плохими оракулами, и сегодня перед человечеством не стоит необходимость ограничивать себя в потреблении железа. Ну, а что было бы, если бы их пророчество сбылось и железные руды иссякли? Что было бы, если бы вообще железо исчезло и на земле не осталось ни единого грамма этого элемента?
«...На улицах стоял бы ужас разрушения: ни рельсов, ни вагонов, ни паровозов, ни автомобилей... не оказалось бы, даже камни мостовой превратились бы в глинистую труху, а растения начали бы чахнуть и гибнуть без живительного металла.
Разрушение ураганом прошло бы по всей Земле, и гибель человечества сделалась бы неминуемой.
Впрочем - человек не дожил бы до этого момента, ибо, лишившись трех граммов железа в своем теле и в крови, он бы прекратил свое существование раньше, чем развернулись бы нарисованные события. Потерять все железо - пять тысячных процента своего веса - было бы для него смертью!»
Что и говорить, «веселенькую» картину нарисовал замечательный советский минералог академик А. Е. Ферсман, желая показать ту громадную роль, которую играет в нашей жизни железо. Не будь его, на Земле не смогло бы существовать ничто живое: ведь этот химический элемент входит в кровь всех представителей животного мира нашей планеты. Двухвалентное железо содержится в гемоглобине - веществе, обеспечивающем кислородом ткани живых организмов. Именно железу кровь обязана своим красным цветом. Впрочем, кровь некоторых червей, в состав которой также входит железо, имеет зеленую окраску. А сравнительно недавно участники советской антарктической экспедиции обнаружили в Индийском океане редкую щуку: кровь ее оказалась прозрачной, как вода.
Как выяснилось, содержание железа в крови этой рыбы было в десять раз меньше, чем у рыб с красной кровью.
Впервые железо в крови человека обнаружил в прошлом веке француз Мери. Рассказывают, что один влюбленный студент-химик, узнав об этом, решил подарить избраннице своего сердца кольцо, сделанное из железа собственной крови. Периодически выпуская кровь, юноша получал соединение, из которого затем химическим путем он выделял железо. Бедняга погиб от малокровия, так и не собрав железа, нужного для изготовления кольца: ведь общее количество этого элемента в крови человека - всего несколько граммов.
При недостатке железа человек начинает быстро утомляться, возникают головные боли, появляется плохое настроение. Еще в старину были известны рецепты различных «железных» лекарств. В 1783 году «Экономический журнал» писал: «В некоторых случаях и самое железо составляет весьма хорошее лекарство, и принимаются с пользой наимёльчайшие оного опилки, либо просто, либо обсахаренные». В той же статье рекомендуются и другие лекарства того времени: «железный снег», «железная вода», «стальное вино» («виноградное кислое вино, как, например, рейнвейн, настоять с железными опилками, то получится железное или стальное вино и вкупе весьма хорошее лекарство»).
Разумеется, во второй половине XX века больным не приходится глотать железные опилки, но многочисленные соединения железа широко используют и в современной медицине. Богаты железом и некоторые минеральные воды. История рассказывает о том, как был открыт первый в России источник железистых вод. В 1714 году рабочий Кончезерского медеплавильного завода (в Карелии) Иван Ребоев, «болевший сердечной болью и едва волочивший ноги», увидел однажды на железистом болоте неподалеку от Ладожского озера источник и стал пить из него воду. «Пил три дня кряду и исцелился». Об этом стало известно Петру I, и вскоре по его указанию были обнародованы «Объявления о Марциальных водах на Олонце», названные так в честь бога войны и железа Марса. Царь вместе с семьей не раз приезжал в эти края и пил целительную воду. Но после его смерти этот источник был надолго забыт.
Целебные качества с давних пор приписывались железу и благодаря его замечательным магнитным свойствам. Древние египтяне, например, были убеждены, что с помощью магнита можно достичь бессмертия, и рекомендовали железные опилки больным для приема внутрь. Теоретик античной медицины Гален утверждал, что магнит является слабительным средством, а Авиценна лечил им ипохондриков.
В железе нуждаются не только живые организмы, но и представители растительного мира. Еще в самом начале XVIII века французский химик и врач Лемери обнаружил железо в пепле сожженных травинок. Впоследствии выяснилось, что этот элемент входит в состав всех растений, так как он совершенно необходим для образования хлорофилла. Железо содержится в дыхательных ферментах и в значительной степени влияет на интенсивность дыхания растений. Любопытно, что морской планктон, например, потребляет в год полмиллиарда тонн железа, т. е. приблизительно столько, сколько производят ежегодно все металлургические заводы нашей планеты.
В таблице элементов Менделеева трудно найти другой металл, с которым была бы так неразрывно связана история цивилизации. Через века и тысячелетия человек пронес уважение к железу и людям, добывающим и обрабатывающим его. В древности у некоторых народов железо ценилось дороже золота. Лишь представители знати могли украшать себя изделиями из железа, причем нередко в золотой оправе. В Древнем Риме из железа изготовляли даже обручальные кольца. Постепенно, по мере развития металлургии, этот металл становился доступнее и дешевле. И все же еще сравнительно недавно многие отсталые народы, испытывая огромную нужду в железе, готовы были платить за него баснословную цену. Известный английский мореплаватель XVIII века Джеймс Кук рассказывал об отношении к железу туземцев Полинезийских островов: «...Ничто так не манило к себе посетителей наших судов, как этот металл; железо всегда было для них самым желанным, самым драгоценным товаром». Однажды его матросам удалось за ржавый гвоздь получить целую свинью.
В другой раз за несколько старых ненужных ножей островитяне дали матросам столько рыбы, что ее хватило на много дней для всей судовой команды.
Одной из самых почетных профессий во все времена считалась профессия кузнеца. Старинная легенда, насчитывающая около трех тысячелетий, повествует о таком событии.
Когда закончилось строительство Иерусалимского храма, царь Соломон устроил пиршество, на которое пригласил и мастеровых, принимавших участие в грандиозной стройке. Собравшиеся гости приготовились было отведать угощения, как вдруг царь спросил:
- Ну, а кто же из строителей самый главный? Кто внес самый большой вклад в создание этого чудо-храма?
Поднялся каменщик:
- Разумеется, храм - это наших рук дело, и двух мнений тут быть не может. Мы, каменщики, выложили его кирпич к кирпичу. Взгляните, какие прочные стены, арки, своды. Века простоит он во славу царя Соломона.
- Спору нет, основа храма каменная, - вмешался плотник, - но судите сами, дорогие гости, хорош был бы этот храм, если бы я и мои товарищи не потрудились в поте лица. Приятно было бы вам смотреть на голые стены, не отделай мы их красным деревом да ливанским кедром? А наш паркет из лучших пород самшита - как радует он взор! Мы, плотники, по праву можем считать себя подлинными творцами этого сказочного дворца.
- Смотрите в корень, - прервал его землекоп, - хотел бы я знать, как эти хвастуны (он кивнул в сторону каменщика и плотника) возвели бы храм, если бы мы не вырыли котлован для его фундамента. Да ваши стены вместе с отделкой рассыпались бы от первого порыва ветра, как карточный домик!
Но царь Соломон недаром был прозван мудрым. Подозвав к себе каменщика, он спросил:
- Кто делал твой инструмент?
- Конечно, кузнец, - ответил удивленный каменщик.
- Ну, а твой? - обратился царь к плотнику.
- Кто же, как не кузнец, - не раздумывая, сказал тот.
- А твои лопату и кирку? - поинтересовался Соломой у землекопа.
- Ты же знаешь, царь, что их мог сделать только кузнец, - был ответ.
Тогда царь Соломон встал, подошел к скромному закопченному чело-, веку - это и был кузнец. Царь вывел его на середину зала.
- Вот кто главный строитель храма, - воскликнул мудрейший из царей. С этими словами он усадил кузнеца рядом с собой на парчовые подушки и поднес ему чарку доброго вина.
Такова легенда. Мы не можем ручаться за достоверность описанных событий, но, как бы то ни было, в легенде отразилось огромное значение, которое издревле придавал железу человек.
Первое железо, попавшее еще в глубокой древности в руки человека, было, по-видимому, не земного, а космического происхождения: железо входило в состав метеоритов, падавших на нашу планету. Не случайно на некоторых древних языках железо именуется «небесным камнем». В то же время многие крупные ученые еще в конце XVIII века не допускали и мысли о том, что Вселенная может «снабжать» Землю железом. В 1751 году вблизи немецкого города Ваграма упал метеорит. Спустя сорок лет венский профессор Штютц писал об этом событии: «Можно себе представить, что в 1751 году даже самые просвещенные люди в Германии могли поверить в падение куска железа с неба, - насколько слабы были тогда их познания в естественных науках... Но в наше время непростительно считать возможным подобные сказки».
Такой же точки зрения придерживался и известный французский химик Лавуазье, который в 1772 году соглашался с мнением ряда своих коллег, что «падение камней с неба физически невозможно». В 1790 году французская Академия наук даже приняла специальное решение: впредь вообще не рассматривать сообщений о падении камней на Землю, поскольку ученым мужам была совершенно очевидна нелепость «россказней» о небесных пришельцах. Но ничего не подозревавшие о грозном решении французских академиков метеориты продолжали частенько посещать нашу планету и тем самым смущать покой светил науки.
Фактов, подтверждающих это, накапливалось все больше и больше, а факты, как известно, вещь упрямая, и в 1803 году французская Академия наук (ничего не попишешь!) вынуждена была признать «небесные камни» - отныне им разрешалось падать на Землю.
На поверхность Земного шара ежегодно выпадают сотни тысяч тонн метеоритного вещества, содержащего до 90% железа. Самый крупный железный метеорит найден в 1920 году в юго-западной части Африки. Это метеорит «Гоба», весящий около 60 тонн. В 1896 году известный американский полярный исследователь Роберт Пири нашел во льдах Гренландии железный метеорит весом 33 тонны. С колоссальными трудностями находка была доставлена в Нью-Йорк, где и хранится до сих пор.
Но истории известны случаи, когда вес космических странников, встретивших на своем пути Землю, был неизмеримо больше. В 1891 году в Аризонской пустыне была обнаружена громадная воронка диаметром 1200 метров и глубиной 175 метров. Ее образовал гигантский железный метеорит, упавший здесь в доисторические времена.
Американцы проявляли к метеориту большой интерес, который к тому же еще подогревался слухами, будто бы в осколках метеорита найдена платина. Было даже создано акционерное общество по использованию метеорита в промышленных целях. Однако поживиться на «небесном подарке» оказалось нелегко: алмазный бур сломался, как только дошел до основной массы метеорита, лежащей на глубине 420 метров, и метеоритные бизнесмены, не найдя в образцах пробуренной породы платины, свернули свои работы. По мнению ученых, Аризонский метеорит весил несколько десятков тысяч тонн. Возможно, когда-нибудь металлурги вновь заинтересуются им.
Метеоритное железо сравнительно легко подвергалось обработке, и человек начал изготовлять из него простейшие орудия. Но, увы, метеориты не падали по заказу, а нужда в железе была постоянной, поэтому люди стремились научиться извлекать его из руд. И вот настало время, когда человек уже мог использовать не только небесное железо, но и свое, земное. На смену бронзовому веку пришел век железный.
Железо - один из наиболее распространенных на Земле элементов: земная кора содержит около 5% железа, или 755 000 000 000 000 000 тонн. Однако лишь примерно сороковая часть этого количества сконцентрирована в виде месторождений, пригодных для разработки. Основные рудные минералы железа - магнетит, гематит, бурый железняк, сидерит. Магнетит содержит до 72% железа и, как показывает его название, обладает магнитными свойствами. Гематит, или красный железняк, содержит до 70% железа; название минерала происходит от греческого слова «гема» - кровь. Само же слово «железо» произошло, как полагают одни ученые, от санскритского слова «джальжа» - металл, руда. Другие считают, что в основе русского названия элемента лежит санскритский корень «жель», означающий «блестеть», «пылать».
Любопытна техника отыскания железных руд в древности. Для этой цели применяли специальные «волшебные» лозы - легкие ореховые прутья с развилкой на конце. Рудоискатель брал лозу за рожки, сжимал руки в кулаки и пускался в путь. При этом требовалось строжайше соблюдать поисковую «технологическую инструкцию», которая гарантировала успешные поиски лишь в том случае, если пальцы древнего геолога все время были обращены к небу. По-видимому, все неудачи тогдашних рудоискателей (а неудач, к сожалению, было гораздо больше, чем удач) и объяснялись нарушением «технологии» поиска. Если же были соблюдены все необходимые условия, то в тот момент, когда ищущий наступал на железную жилу, лоза тут же опускалась, указывая, где находится руда.
Уже в те времена многие понимали, сколь примитивны подобные способы. Автор первого труда по металлургии известный немецкий ученый XVI века Георг Агрикола писал: «Настоящий горняк, в котором мы хотим видеть основательного и серьезного человека, не станет пользоваться волшебной палочкой, ибо мало-мальски сведущий в природе вещей и рассудительный человек понимает, что эта вилка ему в этом деле никакой пользы не принесет, но что он имеет в своем распоряжении естественные признаки руды, которыми он и должен руководствоваться». Однако еще много лет спустя поиски руды, например, на Урале, нередко велись при помощи лозы. Поклонников этого способа высмеял М. В. Ломоносов. «По моему рассуждению, - писал он, - лучше на такие забобоны или, как прямо сказать, притворство, не смотреть».
Московское государство начало остро нуждаться в железе еще в XVII веке. Царь Алексей Михайлович снаряжал экспедицию за экспедицией для поисков новых залежей железной руды. Рудоискатели должны были узнать, «где какая руда объявится», определить, «сколько ее чаять будет, и как лежит, и чаять ли ей быть прочной». Но поиски оказались безрезультатными.
В первые же годы своего царствования Петр I издал Указ: «Искать всякому литому и кованому железу умножения, стороннего светского (шведского - С. В.) железа пронять было мочно, и стараться, чтобы русские люди тем мастерством были изучены, дабы то дело в Московском государстве было прочно». А для тех, кто пытался бы утаить найденные руды, Указом предусматривались «жестокий гнев, неотложное телесное наказание и смертная казнь».
Вскоре с Урала поступило сообщение о том, что у горы Высокой найдены богатые залежи «магнитного камня»: «...Среди горы пуповина чистого магнита, а кругом леса темные и горы каменные...» Присланные в Москву образцы руды получили высокую оценку специалистов, и царь приказал немедленно приступить к строительству металлургических заводов. Крупнейший из уральских заводов - Невьянский - Петр передал тульскому мастеру и железозаводчику Никите Демидовичу Антуфьеву (впоследствии принявшему фамилию Демидов), поставив перед ним задачу добиться того, чтобы Россия прекратила ввоз железа из-за границы. Завод должен был выпускать «пушки, мортиры, фузеи, шпаги, сабли, тесаки, палаши, копья, латы, шишаки, проволоки».
О знакомстве Петра I с Никитой Антуфьевым-Демидовым сохранилась такая версия. Однажды по дороге на Азов царь остановился в Туле. Он велел прислать к нему искусного оружейного мастера, чтобы тот починил заграничный пистолет. За дело взялся Никита Антуфьев, и к утру уже он принес царю готовый пистолет. Петр удивился, что его заказ так быстро выполнен. «А мы не хуже заграничных», - ответил ему оружейник. Царю же эти слова показались пустым бахвальством. Рассерженный, он ударил Никиту по щеке. Тот, однако, не растерялся и сказал: «А ты, царь, сначала разберись, а потом дерись». С этими словами он вынул из кармана пистолет, который царь давал ему для починки.
Оказалось, что за одну ночь он изготовил новый пистолет, точно такой же, как заграничный, причем сделал это столь искусно, что даже опытный глаз Петра не заметил подмены. Царь был поражен. Сменив гнев на милость, он приблизил тульского оружейника к себе, а вскоре, когда выяснилось, что Невьянский завод не справляется с военными заказами, передал его Антуфьеву-Демидову.
Никита Демидов, а позднее и его сын Акинфий Демидов много сделали для развития отечественной металлургии. Уральское железо высоко ценилось на международном рынке. «Демидовское железо, старый русский соболь, - писала в середине прошлого века английская газета «Морнинг пост», - ...играет важную роль в истории нашей народной промышленности; оно впервые введено было в Великобритании для передела в сталь в начале XVIII столетия, когда сталеделательное производство наше едва начала развиваться. Демидовское железо много способствовало к основанию знаменитости шеффилдских изделий».
Качеству железа и железных изделий издавна придавалось большое значение. Рассказывают, что в старину оружейник, сдавая изготовленную стальную кольчугу, надевал ее на себя, а заказчик брал в рукй кинжал и наносил по кольчуге несколько ударов. Если при этом мастер оставался в живых, его «продукция» признавалась годной и он получал большие деньги. Если же оружейник выпускал брак, то плату получать уже было некому.
В эпоху Петра I появились первые правительственные постановления о качестве железа. 6 апреля 1722 года был издан Указ Берг-коллегии «О пробовании железа». В этом документе, ставшем прообразом современных государственных стандартов на сталь, говорилось:
«Его Императорское Величество указал послать из Берг-коллегии на все железные заводы, где железо делается, чтоб с сего времени железо пробовали сим образом, и отпускали в указанные места, и продавали со следующими знаками:
Первая проба: вкопать круглые столбы толщиной в диаметре по шести вершков в землю так далеко, чтоб оное неподвижно было, и выдолбить в них диры величиною против полос, и в тое диру то железо просунуть, и обвесть кругом того столба трижды, потом назад его от столба отвесть, и ежели не переломится, и знаку переломного не будет, то на нем сверх заводского клейма наклеймить № 1.
Вторая проба: взяв железные полосы, бить о наковальню трижды, потом другим концом обратя такожды трижды от всей силы ударить, и которое выдержит, и знаку к перелому не будет, то каждое сверх заводского клейма заклеймить его № 2.
На последнее, которое тех проб не выдержит, ставить сверх заводских клейм № 3. А без клейм полосного железа отнюдь чтоб не продавали».
Бракоделов ждало суровое наказание. В одном из своих указов Петр писал: «Повелеваю хозяина Тульской оружейной фабрики Корнилу
Белоглазова бить кнутом и сослать в работу в монастырь, понеже он, подлец, осмелился войску государеву продавать негодные пищали и фузеи. Старшину олдермана Фрола Фукса бить кнутом и сослать в Азов, пусть не ставит клейма на плохие ружья».
В 1737 году вогул Степан Чумпин нашел на Урале у горы Благодать крупный кусок магнитного железняка и показал его горному технику И. Ярцеву. Тот заинтересовался находкой, осмотрел месторождение и поспешил с докладом в Екатеринбург. Когда об этом узнал Демидов, ставший к тому времени уже некоронованным королем Урала, он немедленно выслал вооруженную погоню, так как не хотел, чтобы вновь открытые железорудные богатства горы Благодать стали достоянием казны, а не его собственностью. Ярцеву все же удалось уйти от погони. Горная канцелярия выдала первооткрывателям месторождения премию, но вскоре Степан Чумпин при загадочных обстоятельствах был убит. Убийцу найти не удалось. Так Демидовы мстили тем, кто становился на их пути к сокровищам недр седого Урала.
Конец XVIII и начало XIX веков ознаменовались настоящим вторжением железа в технику: 1778 год - построен первый железный мост;
1788 год - вошел в строй первый водопровод, сделанный из железа; 1818 год - спущено на воду первое судно из железа. Вот что писал спустя полвека, в ноябре 1868 года, лондонский «Морской сборник»: «В Гринкоке ремонтируется сейчас первый в мире железный корабль «Вулкан», построенный в 1818 году. 50 лет тому назад во время спуска его со стапеля народ собрался со всех окрестностей, чтобы посмотреть на чудо - действительно ли корабль, построенный из железа, в состоянии Держаться на воде». Спустя четыре года, в 18?2 году, между Лондоном и Парижем уже курсировал созданный в Англии первый железный пароход. Крупным потребителем железа стали дороги, названные впоследствии его именем. Первая железная дорога была введена в эксплуатацию в Англии в 1825 году.
В 1889 году в Париже было завершено строительство величественной башни, созданной из железа замечательным французским инженером Гюставом Эйфелем. Многие современники Эйфеля считали, что это ажурное 300-метровое сооружение окажется непрочным, ненадежным.. Возражая скептикам, автор проекта утверждал, что его детище простоит не менее четверти века. Но вот прошло уже более 80 лет, а Эйфелева башня, ставшая эмблемой Парижа, до сих пор привлекает многочисленных туристов. Правда, в 1928 году некоторые американские газеты сообщили, будто бы башня уже насквозь проржавела и может обрушиться. Но исследование состояния железных конструкций, проведенное французскими учеными и инженерами, показало, что это сообщение было обычной газетной «уткой»: металл, покрытый плотным слоем краски, и не думал ржаветь.
И все же опасность ржавления, как дамоклов меч, висит над железными сооружениями и изделиями. Ржавчина, или коррозия, - страшный враг железа. По данным ряда ученых, лишь за период с 1820 по 1923 год при общем мировом производстве железа 1766 миллионов тонн чуть ли не половину - 718 миллионов тонн - «съела» коррозия. Англии, например, коррозия ежегодно наносит убыток в 600 миллионов фунтов стерлингов.
Немудрено, что проблемой защиты железа от коррозии люди заинтересовались еще в древние века. В трудах греческого историка Геродота (V век до н. э.) мы находим упоминание об оловянных покрытиях, предохраняющих железо от ржавчины. В Индии уже около 1600 лет существует общество по борьбе с коррозией. Примерно полтора тысячелетия назад это общество принимало участие в постройке на побережье у Канерака Дворцов Солнца.
И хотя позднее в течение какого-то времени территория дворцов была затоплена морем, железные балки находились в отличном состоянии. Стало быть, уже в далекие времена индийские мастера знали, как противостоять коррозии. Об этом же свидетельствует и знаменитая железная колонна г - одна из многочисленных достопримечательностей индийской столицы. Вот что пишет в своей книге «Открытие Индии» Джавахарлал Неру: «Древняя Индия добилась, очевидно, больших успехов в обработке железа. Близ Дели высится огромная железная колонна, ставящая в тупик современных ученых, которые не могут определить способ ее изготовления, предохранивший железо от окисления и других атмосферных явлений».
Колонна была воздвигнута в 415 году в честь царя Чандрагуты II. Первоначально ее установили на востоке страны перед одним из храмов, а в 1050 году царь Ананг Пола перевез ее в Дели. По народному поверью, у того, кто прислонится к колонне спиной и сведет за ней руки, исполнится заветное желание. С давних времен стекались к ней толпы богомольцев, желавших получить свою толику счастья. Но стал ли кто-нибудь из них счастливым?...
Весит колонна около 6,5 тонн. Ее высота 7,3 метра, диаметр от 42 сантиметров у основания и до 30 сантиметров у верха. Изготовлена она почти из чистого железа (99,72%), чем и объясняется ее «долголетие»: любое другое, менее чистое железо несомненно превратилось бы за прошедшие 15 столетий в труху.
Как же смогли древние металлурги изготовить эту чудесную колонну, перед которой бессильно время? Некоторые писатели-фантасты не исключают, что она создана на другой планете, а завез ее к нам экипаж космического звездолета, который захватил ее с собой либо в качестве вымпела, либо как дар жителям Земли. По другим версиям, колонна выкована из крупного железного метеорита.
И все же, пожалуй, правы те ученые, которые объясняют этот факт высоким искусством древнеиндийских металлургов. Индия в те времена славилась на весь мир своими стальными изделиями, и не случайно у персов бытовала поговорка «В Индию сталь возить», которая по смыслу аналогична русской поговорке «Ехать в Тулу со своим самоваром».
Сегодня обычной нержавеющей сталью уже никого не удивишь. Недавно в США выдан патент на прозрачную нержавеющую сталь. Новый металл изготовляют электрохимическим путем: при этом между отдельными кристаллами образуются мельчайшие поры, которые и делают сталь прозрачной.
В наши дни мастера огненных дел в совершенстве овладели выплавкой металла самого различного назначения. Каких только сталей не встретишь в перечне продукции современного металлургического завода! Нержавеющая и быстрорежущая, шарикоподшипниковая и пружинная, магнитная и немагнитная, жаропрочная и хладостойкая - чтобы только перечислить все м-арки сталей, понадобилась бы не одна страница книги.
Для обработки особо твердых материалов применяют, например, «алмазную» сталь, содержащую примерно 5 % вольфрама - по твердости она лишь немногим уступает самому алмазу.
На одном из бельгийских металлургических заводов несколько лет назад введен в действие стан для прокатки стальной полосы с нанесением на ее поверхность различных узоров. Таким способом стальному листу можно придать вид дерева, кожи, ткани и других материалов. Лист с узорной поверхностью уже пришелся по вкусу автомобилестроителям, создателям бытовой техники, архитекторам.
Весьма многообразен и ассортимент изделий из железа и стали. В ГДР, например, изготовлен гигантский подшипник весом 125 тонн, а в Швейцарии выпускают подшипники-малютки, диаметр которых чуть больше одного миллиметра. Спичечная коробка может послужить «тарой» для 34 тысяч таких подшипников. Но есть еще более крохотные стальные изделия - детали для ручных часов; по сравнению с ними даже мини-подшипники вправе считать себя «крупными фигурами»: в спичечной коробке их помещается до 6 миллионов.
Спрос на железо велик. Достаточно сказать, что уже к концу XIX века из каждых 100 килограммов металла, потребляемых в промышленности, сельском хозяйстве, быту, 96 приходилось на долю железа.
Строительство городов и прокладка новых стальных магистралей, спуск на воду океанских лайнеров и сооружение гигантских доменных печей, создание мощных синхрофазотронов и запуск космических кораблей - все это немыслимо без железа.
Но этот металл оказался не только созидателем - с ним связаны и многие кровавые страницы истории человечества. Миллиардами снарядов и бомб обрушился он на людей в годы первой и второй мировых войн.
Железом разрушалось то, что веками человек создавал из железа при помощи железа.
Почти два тысячелетия назад древнеримский писатель и ученый Плиний Старший писал: «Железные рудокопи доставляют человеку превосходнейшее и зловреднейшее орудие. Ибо сим орудием прорезываем мы землю, сажаем кустарники, обрабатываем плодовитые сады и, обрезывая дикие лозы с виноградом, понуждаем их каждый год юнеть. Сим орудием выстраиваем домы, разбиваем камни и употребляем железо на все подобные надобности. Но тем же самым железом производим брани, битвы и грабежи и употребляем оное не только вблизи, но мещем окрыленное вдаль, то из бойниц, то из мощных рук, то в виде оперенных стрел. Самое порочнейшее, по мнению моему, ухищрение ума человеческого. Ибо, чтобы смерть скорее постигла человека, создали ее крылатою и железу придали перья. Того ради да будет вина приписана человеку, а не природе». Не будем и мы винить железо в грехах человеческих...
В последние десятилетия у железа появилось много соперников: алюминий, титан, ванадий, бериллий, цирконий и другие металлы ведут массированное наступление на позиции железа. Но и железо, несмотря на явно «пенсионный» возраст (более пяти тысяч лет), не собирается сходить со сцены. Академик А. Е. Ферсман писал: «Будущее за другими металлами, а железу будет отведено почетное место старого, заслуженного, но отслужившего своё время материала. Но до этого будущего еще далеко... Железо - пока основа металлургии, машиностроения, путей сообщения, судостроения, мостов, транспорта».
...В 1958 году в Брюсселе над территорией Всемирной промышленной выставки величественно возвышалось необыкновенное здание Атомиума. Девять громадных, диаметром 18 метров металлических шаров как бы висели в воздухе: восемь - по вершинам куба, девятый - в центре. Это была модель кристаллической решетки железа, увеличенная в 165 миллиардов раз. Атомиум символизировал величие железа - металла-труженика, главного металла промышленности.
S
Cl
Ar
Cr
Mn
Fe
Co
Se
Br
Kr
ЗАРЯД МИРНЫХ ПУШЕК
Фокус Парацельса. - Голубой фарфор. - Странные руды Саксонских гор. - Брандт защищает диссертацию. - Хобби ветеринарного врача. - Нет худа без добра. - Новинка фирмы Хейнеса. - Японская сталь. - Коварные «игрушки». - Урон английскому флоту. - Сюрприз старых отвалов. - В союзе с платиной. - Прочнее и дешевле. - Открытие великих супругов. - Подобно сказочному джину. - «Бидоны» проходят испытания. - Профессии радиоактивного кобальта. - Маска фараона. - Голубые алмазы. - Как поймать молнию? - Помощник врачей.
Рассказывают, будто бы известный врач и химик XVI века Парацельс любил показывать фокус, который неизменно пользовался успехом у аудитории. Ученый демонстрировал картину, где был изображен зимний пейзаж - деревья и пригорки, покрытые снегом. Дав зрителям вдоволь налюбоваться полотном, Парацельс на глазах у публики превращал зиму в лето: деревья одевались листвой, а на пригорках появлялась нежнозеленая трава.
Чудо? Но ведь чудес на свете не бывает. Действительно, в роли волшебника в этом опыте выступала химия. При обычной температуре раствор хлористого кобальта, к которому примешано некоторое количество хлористого никеля или железа, бесцветен, но если им что-либо написать, дать просохнуть, а затем хотя бы слабо подогреть, то он приобретает красивую зеленую окраску. Такими растворами и пользовался Парацельс, создавая свой чудо-пейзаж. В нужный момент ученый незаметно для присутствующих зажигал находившуюся за картиной свечу и на полотне, точно в сказке, происходила изумлявшая публику смена времен года.
Правда, сам Парацельс еще не мог в то время знать точный химический состав своих красок: ведь тогда ни кобальт, ни никель еще не были известны науке. Но использование соединений кобальта в качестве красителей насчитывало к этому моменту уже не одно столетие. Еще пять тысяч лет назад синюю кобальтовую краску применяли в керамическом и стекольном производстве. В Китае, например, в те далекие времена кобальт использовали в производстве всемирно известного голубого фарфора. Древние египтяне синей глазурью, содержащей кобальт, покрывали глиняные горшки. В гробнице фараона Тутанхамона археологи нашли стекла, окрашенные в синий цвет солями этого элемента. Такие же стекла удалось обнаружить и при раскопках на месте древней Ассирии и Вавилона.
Однако в начале нашей эры секрет кобальтовых красок, видимо, был утерян, так как в синих стеклах, изготовленных в этот период александрийскими, византийскими, римскими и другими мастерами, кобальт уже не содержался, а синяя окраска, которая достигалась введением меди, явно уступала прежней.
«Разлука» стекла с кобальтом затянулась: лишь в средние века венецианские мастера стекольных дел начали выпускать чудесные синие стекла, которые быстро завоевали популярность во многих странах. Своим успехом стекла были обязаны все тому же кобальту.
Рецепт изготовления своей неповторимой по красоте продукции венецианцы держали в строжайшем секрете. Чтобы свести к минимуму возможность утечки информации, правительство Венеции перевело в XIII веке все стекольные фабрики на небольшой остров Мурано, куда посторонним «вход» был воспрещен строго-настрого. Да и покинуть остров без разрешения властей не дозволялось ни одному из специалистов по варке цветного стекла. И все же подмастерье Джиорджио Белерино сумел каким-то путем сбежать оттуда. Он добрался до Германии и открыл в одном из городов свою стекольную мастерскую. Но просуществовала она недолго: однажды в ней «возник» пожар и она сгорела дотла, а беглеца-владельца нашли заколотым кинжалом.
Сохранившиеся документы XVII века свидетельствуют, что на Руси большим спросом пользовалась дорогая, но очень стойкая и сочная кобальтовая краска «голубец». Ею были расписаны стены Грановитой и Оружейной палат, Архангельского и Успенского соборов и других замечательных сооружений того времени.
Дороговизна кобальтовых красок объяснялась очень малой добычей руд этого элемента. Точнее, кобальтовых руд промышленность попросту не знала, так как крупных скоплений этого металла в природе не существует, а он лишь сопутствует в сравнительно небольших концентрациях мышьяку, меди, висмуту и некоторым другим элементам. Именно поэтому горняки средневековой Саксонии долго и не подозревали о том, что недра их гор содержат никому не ведомый тогда еще металл.
Но время от времени им попадалась довольно странная руда, которая по внешним признакам была серебряной, однако все попытки получить из нее серебро оказывались неудачными. К тому же в процессе обжига из руды выделялись ядовитые газы, доставлявшие горнякам немало неприятностей. В конце концов саксонцы научились отличать настоящую серебряную руду от ее коварной копии, которую решено было назвать «кобольдом» по имени «поселившегося» в ней горного духа.
В 1735 году шведский химик Г. Брандт, проанализировавший некоторые саксонские руды, в том числе и печально известный «кобольд», защитил диссертацию, в которой доказал, что в рудах присутствует неизвестный в то время металл. Новый металл Брандт назвал, как и руду, «кобольдом». Если бы это открытие было сделано в наши дни, телетайпы тотчас же разнесли бы весть о нем по свету, но XVIII век не располагал такими могучими и оперативными средствами информации. Долгие годы о диссертации шведского химика знали лишь немногие. Даже спустя 30 лет ученый Леман, например, считал кобольд смесью меди, железа и какой-то «особой земли».
Только в конце XVIII столетия трудами ряда ученых, в том числе русского химика Г. И. Гесса, открытие Брандта было подтверждено и узаконено, а за найденным им металлом закрепилось то название, которым мы пользуемся до сих пор, - кобальт.
К этому времени уже был открыт и ближайший химический родственник кобальта - никель. Эти металлы и в природе частенько оказывались рядом, и не случайно перед учеными встал вопрос: как разделять их, чтобы получать и тот, и другой в чистом виде?
Ответ на этот вопрос был найден довольно неожиданно. Сложнейшую химическую задачу удалось разрешить... ветеринарному врачу Шарлю Аскину. Дело обстояло так. Все свободное время ветеринар посвящал своему хобби - металлургии. В 1834 году он заинтересовался никелем и его сплавами. Аскин предпринял попытку извлечь никель из руды. Но к несчастью (впрочем, справедливее сказать, к счастью), эта руда содержала к тому же и кобальт. Что же предпринять? Аскин обратился за помощью к владельцу местного химического завода Бенсону. Как выяснилось, тот как раз нуждался в кобальте, который он применял в производстве керамики. Однако и Бенсону не были известны способы разделения этих металлов. После некоторых раздумий они решили воспользоваться для достижения своей цели хлорной известью, точно рассчитали, сколько потребуется ее для работы, и каждый из них приступил к делу.
Бенсон, у которого было достаточно хлорной извести, отмерил нужное ее количество и попытался обработать ею руду, но ничего не добился: из раствора в осадок выпали окиси как того, так и другого металла.
Аскин же, готовясь начать опыты, обнаружил, что располагает лишь половиной расчетного количества хлорной извести. «Вот уж не везет, так не везет», - должно быть, подумал он, однако все же не стал откладывать эксперимент. Но недаром говорится, что нет худа без добра. К удивлению и радости Аскина, опыт, не суливший ему, казалось бы, никаких успехов, дал желанный результат: кобальт в виде окиси выпал в осадок, а никель, которому не хватило хлорной извести, почти весь остался в растворе. Позднее этот способ был несколько усовершенствован и по сей день широко используется в промышленности для разделения родственных металлов.
До начала XX века сфера деятельности кобальта была весьма ограничена. Металлурги, например, которые сегодня с почтением относятся к кобальту, тогда имели смутное представление о его свойствах. В книге «Металлургия цветных металлов», вышедшей в 1912 году, ее автор Е. Про утверждал: «...до настоящего времени металлический кобальт с точки зрения потребления не представляет интереса... Были попытки ввести кобальт в железо и приготовить специальные стали, но последние не нашли еще никакого применения».
Уважаемый автор заблуждался. Еще за пять лет до появления его книги металлургическая фирма Хейнеса создала необычные сплавы, обладавшие колоссальной твердостью и предназначавшиеся для металлообрабатывающей промышленности. Один из лучших стеллитов - так были названы новые сплавы (от слова «стелла» - звезда) - содержал более 50% кобальта. В дальнейшем производство твердых сплавов неуклонно росло, и кобальт играл в них далеко не последнюю роль.
Советскими учеными и инженерами разработан сверхтвердый сплав «победит», превосходящий по своим качествам аналогичные зарубежные сплавы. В состав победита, наряду с карбидом вольфрама, входит кобальт.
В 1917 году японские ученые Хонда и Такати получили патент на созданную ими сталь, содержавшую от 20 до 60% кобальта и характеризовавшуюся высокими магнитными свойствами. Нужда в такой стали, за которой закрепилось название японской, была огромная. Конец XIX и начало XX веков ознаменовались буквально вторжением магнитов в промышленность, чем и был обусловлен голод на магнитные материалы.
Из трех основных ферромагнитных металлов - железа, никеля и кобальта - последний обладает наиболее высокой точкой Кюри, т. е. той температурой, при которой металл утрачивает свойство быть магнитом. Если для никеля точка Кюри составляет всего 358°С, для железа 770°С, то для кобальта она достигает 1130°С.
И так как магнитам приходится трудиться в самых разнообразных условиях, в том числе и при весьма высоких температурах, кобальту суждено было стать важнейшим компонентом магнитных сталей.
Едва успев появиться на свет, кобальтовая сталь привлекла к себе внимание военных чинов и промышленников, смекнувших, что ее особые свойства можно с успехом использовать в целях, отнюдь не безобидных. Уже в годы гражданской войны нашим морякам и красноармейцам, сражавшимся на Севере с английскими интервентами, довелось познакомиться с необычными минами, на которых, даже не прикоснувшись к ним, подрывались тральщики Северодвинской флотилии. Когда водолазы выудили и обезвредили одну из таких коварных «игрушек», оказалось, что она магнитная, а принцип ее действия заключался в следующем: как только стальной корпус приближавшегося к мине корабля оказывался в зоне силовых линий ее магнитного поля, срабатывал механизм взрывателя и корабль шел ко дну.
Накануне второй мировой войны в фашистской Германии производство кобальтовых сталей, служивших материалом для изготовления магнитных мин, заметно возросло. Как утверждала геббельсовская пропаганда, немецкие мины по точности, чувствительности и быстроте реакции «превосходят нервную систему многих высших существ, созданных творцом». И действительно, когда немцам удалось заминировать с воздуха побережье Англии, устья Темзы и других важнейших рек, магнитные мины нанесли большой урон английскому флоту. Но на всякий яд находится противоядие. Уже примерно через две недели после вероломного нападения гитлеровской армии на Советский Союз военный инженер 3-го ранга М. И. Иванов в районе Очакова разминировал первую немецкую магнитную мину.
К периоду войны относится и случай, который произошел на одном из уральских рудников. В старых отвалах обогатительной фабрики, перерабатывающей в течение многих лет медную руду, был обнаружен кобальт, о чем до этого никто и не подозревал. В короткий срок была разработана технология извлечения кобальта, и вскоре военная промышленность уже получила ценнейший металл, добытый из «пустой» породы.
В годы войны кобальт начал принимать участие в создании жаропрочных сталей и сплавов, которые идут на изготовление деталей авиационных двигателей, ракет, паровых котлов высокого давления, лопаток турбокомпрессоров и газовых турбин. К таким сплавам относится, например, «виталлиум», содержащий до 65% кобальта. Однако дороговизна и дефицитность кобальта являются препятствием для еще более широкого использования его в этой области.
В то же время есть такие сферы, где кобальт с успехом заменяет еще более дорогой металл - платину, годовая добыча которой легко поместится в кузове грузовика. В гальванотехнике распространены нерастворимые аноды, которые не должны реагировать с содержимым гальванической ванны. Очень подходящий для этих целей материал - платина, но платиновые аноды обходятся «в копеечку». Замена платины более дешевыми металлами давно волновала умы ученых. В результате кропотливых поисков удалось разработать композицию сплава, не только не уступающего платине, но и превосходящего ее по способности противостоять крепким кислотам. В состав такого сплава входит до 75% кобальта.
В ряде случаев кобальт выступает в союзе с платиной. Так, английская фирма «Мулард» создала магнитный сплав этих металлов - «платинакс-2», который к тому же обладает высокими антикоррозийными свойствами, легко поддается механической обработке. Из него изготовляют миниатюрные магнитные детали для электрических часов, слуховых аппаратов, датчиков различного назначения.
Кобальтохромовый сплав оказался прекрасным материалом для каркасов зубных протезов: он вдвое прочнее золота, обычно используемого для этой цели, и, как легко догадаться, значительно дешевле.
До сих пор мы рассказывали об обычном кобальте, но с тех пор, как в 1934 году известные французские ученые Фредерик и Ирен Жолио-Кюри открыли явление искусственной радиоактивности, наука и техника стали проявлять большой интерес к радиоактивным изотопам различных элементов, в том числе и кобальта. Из 12 радиоактивных изотопов этого металла наиболее широкое практическое применение получил кобальт-60.
Его лучи обладают высокой проникающей способностью. По мощности излучения 17 граммов радиоактивного кобальта эквивалентны 1 килограмму радия - самого мощного природного источника радиации. Вот почему при получении, хранении и транспортировке этого изотопа, как, впрочем, и других, тщательно соблюдают строжайшие правила техники безопасности, принимают все необходимые меры, чтобы надежно оградить людей от смертоносных лучей.
После того как в ядерном реакторе обычный металлический кобальт превращается в радиоактивный, его, подобно сказочному джину, «заточают» в специальные массивные контейнеры, по виду напоминающие молочные бидоны. В этих контейнерах, окруженный слоем свинца, кобальт-60 переезжает на специальных машинах к месту будущей работы. Ну, а вдруг автомобиль попадет в аварию - контейнер-«б ид он» может разбиться, и тогда упрятанная в нем ампула с кобальтом будет угрожать жизни людей? Нет, этого не произойдет. Разумеется, от дорожной аварии не застрахован ни один автомобиль, но даже, если она случится, «бидон» останется целым и невредимым. Ведь прежде, чем стать хранилищем для радиоактивного изотопа, контейнеры проходят серьезные испытания. Их бросают с пятиметровой высоты на бетонные плиты, помещают в термокамеры, подвергают различным испытаниям, и лишь после этого они обретают право принять в свой «чрев» маленькую ампулу с тем или другим радиоактивным веществом. Все эти меры предосторожности делают работу людей, связанных с источниками ядерного излучения, практически безопасной.
У радиоактивного кобальта много «профессий». Все более широкое применение в промышленности находит, например, гаммадефектоскопия, т.е. контроль качества продукции путем просвечивания ее гамма-лучами, источником которых служит изотоп кобальт-60. Такой метод контроля позволяет с помощью сравнительно недорогой и компактнои аппаратуры легко выявлять трещины, поры, свищи и другие внутренние дефекты массивных отливок, сварных швов, узлов и деталей, находящихся в труднодоступных местах. В связи с тем, что гаммалучи распространяются источником равномерно во все стороны, метод дает возможность контролировать одновременно большое число объектов, а цилиндрические изделия проверять сразу по всему периметру.
С помощью гамма-лучей удалось разрешить давно интересовавший ученых-египтологов вопрос о маске фараона Тутанхамона. Одни утверждали, что она сделана из целого куска золота, другие считали, что ее собрали из отдельных частей. Решено было прибегнуть к помощи кобальтовой пушки - специального устройства, «заряженного» изотопом кобальта. Оказалось, маска действительно состоит из нескольких деталей, но настолько тщательно подогнанных одна к другой, что заметить линии стыка было совершенно невозможно.
Радиоактивный кобальт используют для контроля и регулирования уровня расплавленного металла в плавильных печах, уровня шихтовых материалов в домнах и бункерах, для поддержания уровня жидкой стали в кристаллизаторе установок непрерывной разливки.
Прибор, называемый гамма-толщиномером, быстро и с большой степенью точности определяет толщину обшивки судовых корпусов, стенок труб, паровых котлов и других изделий, когда к их внутренней поверхности невозможно подобраться и поэтому обычные приборы оказываются бессильны.
Для изучения технологических процессов и исследования условий службы различного оборудования широкое применение находят так называемые «меченые атомы», т. е. радиоактивные изотопы ряда элементов, в том числе и кобальта.
В Советском Союзе впервые в мировой практике создан промышленный радиационно-химический реактор, в котором источником гамма-лучей служит все тот же изотоп кобальта.
Наряду с другими современными методами воздействия на различные вещества - такими, как сверхвысокие давления и ультразвук, лазерное излучение и плазменная обработка, - радиационное облучение широко внедряется в промышленность, позволяя значительно улучшить свойства многих материалов. Так, автомобильные покрышки, подвергнутые радиационной вулканизации, служат на 10 - 15% дольше обычных, а ткань для школьных костюмов, к нитям которой с помощью радиации «привили» молекулы полистирола, оказывается вдвое прочнее. Даже драгоценные камни после радиационных «процедур» становятся еще красивее: алмаз, например, под действием быстрых нейтронов обретает голубую окраску, медленные нейтроны делают его зеленым, а лучи кобальта-60 придают ему нежный голубовато-зеленый цвет.
Радиоактивный кобальт трудится и на сельскохозяйственной ниве, где его применяют для изучения влажности почв, для определения запасов воды в снежном покрове, для предпосевного облучения семян и других целей.
Совсем недавно интересное открытие сделали французские ученые. Они установили, что радиоактивный кобальт может с успехом служить... приманкой для молний. При небольшой добавке изотопа в стержень громоотвода воздух вокруг него в результате гамма-излучения ионизируется в значительных объемах. Грозовые разряды, возникающие в атмосфере, притягиваются, словно магнитом, к радиоактивному громоотводу. Эта новинка помогает «собирать» молнии в радиусе нескольких сот метров.
В заключение скажем еще об одной, пожалуй, самой важной профессии радиоактивного кобальта. Он оказался надежным союзником врачей в их борьбе за жизнь людей. Крупицы изотопа кобальт-60, помещенные в медицинские «пушки», не причиняя вреда организму человека, бомбардируют гамма-лучами внутренние злокачественные опухоли, губительно влияя на быстро размножающиеся больные клетки, приостанавливая их деятельность и тем самым ликвидируя очаги страшной болезни.
В подземных хранилищах Всесоюзного объединения «Изотоп» находятся десятки контейнеров - больших и маленьких. В них - радиоактивный кобальт, стронций, цезий и другие источники ядерных излучений. Приходит время, и они отправляются в больницы и клиники, на предприятия и в научно-исследовательские институты - туда, где нужен сегодня мирный атом.
ТЕЛЕГРАМКанал с обзорами, анонсами новинок и книжными подборками
Книжный Вестник
Бот для удобного поиска книг (если не нашлось на сайте)
Поиск книг
Свежие любовные романы в удобных форматах
Любовные романы
О психологии, саморазвитии и личностном росте
Саморазвитие
Детективы и триллеры, все новинки
Детективы
Фантастика и фэнтези, все новинки
Фантастика
Отборные классические книги
Классика
ВКОНТАКТЕБиблиотека с любовными романами, которая наверняка придётся по вкусу женской части аудитории
Любовные романы
Библиотека с фантастикой и фэнтези, а также смежных жанров
Фантастика
Самые популярные книги в формате фб2
Топ фб2
книги