Михаил Васильев - Металлы и человек
Он найдет путь!
Да разве для одной сурьмы возможно применение этого метода? Гидрометаллургия — растворение того или иного вещества из руды с последующим выделением его для дальнейшей переработки — применяется в металлургии меди, кадмия, серебра, марганца, галлия, молибдена, кобальта и некоторых других. Кстати, такое подземное выщелачивание меди из руд давно уже применяется у нас на Урале. Почему же нельзя развить этот метод и широко внедрить его? Конечно, можно!
Кстати, подобным методом в Италии добывают серу. А ведь она тоже твердая, да к тому же почти ни в каких жидкостях не растворяется. Что же сделали? Спустили в скважину до месторождения серы трубу и подали по ней сжатый пар. Сера начала плавиться, и ее, жидкую, расплавленную, просто выкачивают насосами.
Аналогичным способом кое-где получают и пищевую соль: в скважину закачивают горячую воду, а выкачивают насыщенный раствор.
Вероятно, по этому пути пойдет будущее развитие горного дела. Причем, отказаться от шахт придется еще и потому, что они не могут обеспечить достаточно большой глубины добычи полезных ископаемых: ведь их глубина не может быть очень большой из-за повышения температуры с углублением в землю. В предельных существующих сегодня «глубинных» шахтах «Ист Рэнд» в Трансваале и «Чемпион Риф» в Индии— глубина этих шахт приближается к 3500 метрам — работать можно только при очень интенсивном искусственном охлаждении. А скважины не имеют пределов глубины (ведь в них работают только механизмы, без людей), и поэтому уже сегодня они вдвое превысили предельную глубину шахт.
Будущей металлургии понадобится спускаться под землю все глубже и глубже. Нет, несомненно, завоевание больших глубин земной коры осуществят буровые скважины, а не шахты.
И, конечно, верной спутницей этих скважин будет то, что мы сегодня называем гидрометаллургией.
Цветники металлов
Особой совершенно проблемой является добыча рассеянных элементов. Так называют те элементы, которые не образуют рудных скоплений, не имеют собственных минералов, а находятся в виде ничтожных примесей во многих горных породах. Их атомы разбросаны в кристаллических решетках кристаллов, образованных другими веществами. В число их входят металлы скандий, галлий, рубидий, таллий, ниобий, индий, цезий, тантал, германий, селен, теллур, гафний, рений.
Да, правда, большинство из перечисленных здесь названий встречается только в периодической системе элементов Менделеева. Иные начали применяться лишь в последние годы и десятилетия. Так, между 1930 и 1940 годом нашли впервые применение индий и ниобий, а между 1940 и 1950 — галлий и германий. Некоторые — среди них иттрий, рубидий — не нашли и до сего времени применения ни в чистом виде, ни в виде сплавов или химических соединений. Но это вовсе не значит, что они не могут быть полезны человеку. Очень часто просто незнание тех или иных свойств элемента делало его бесполезным. Так было с титаном, который долгое время считали хрупким и непрочным. Так не находил применения германий — основа современной техники полупроводников. И для техники будущего, может быть, самый неизвестный из сегодняшних металлов окажется наиболее важным.
Сегодня рассеянные элементы получают из руд других металлов, в которые они входят, как правило, в ничтожном количестве. Но человеческая мысль непрерывно бьется в поисках иных, более обильных источников этих элементов. И тут внимание человека начинают привлекать бескрайные просторы зыбящегося волнами мирового океана.
Морская вода содержит в себе в растворенном виде почти все металлы, в том числе и редкие. Конечно, концентрация их очень невелика. Если натрия в ней содержится более одного процента по весу, то уже магния — второго по количеству металла — в ней имеется всего 0,14 процента. Еще меньше кальция и калия — по 0,04 процента. И, конечно, еще меньше рассеянных элементов. Но все же их не так уж мало. Рубидия, например, в ней содержится 0,0002 процента, лития — 0,00015, селена — 0,000 004, цезия — 0,000 002, германия — 0,000 001. Значительно меньше в морской воде скандия — 0,000 000 04 и радия — 0,000 000 000 000 1 процента. Ну, а если перейти с языка процентов на язык точных цифр, то это означает, что в каждом кубическом кубометре воды содержится 2 г рубидия, 1,5 г лития, 0,04 г селена, 0,01 г германия.
Обычно в подтверждение того, насколько велики запасы металлов, содержащихся в воде, приводят цифры из общего содержания в мировом океане. Получаются головокружительные величины. Оказывается, что в морской воде содержится 5,5 млрд. тонн скандия, еще большие количества германия, цезия, селена. Но…
Но ведь чтобы добыть этот скандий, надо пропустить сквозь какие-то фильтрующие аппараты всю воду океанов земного шара. Несбыточная, фантастическая даже в перспективе ряда ближайших столетий задача! И все-таки отказываться от сокровищ, содержащихся в морской воде, не следует. Надо найти способ концентрации этих металлов в отдельных местах.
Но как это сделать? Каким способом «заманить», например, атомы растворенного в воде золота из всего мирового океана в одно Азовское море? Или весь германий — в воды Финского залива?
Нечто подобное (конечно, в значительно меньших масштабах) можно сделать с помощью морских животных и растений; ведь металлы входят в состав и живых организмов, причем нередко играют там очень важную роль.
Так, железо является важнейшей составной частью гемоглобина крови. Благодаря ему имеет красный, ржавый, цвет наша кровь. Лет полтораста назад, когда определили химический состав крови, один влюбленный юноша решил подарить своей невесте обручальное кольцо, сделанное не из золота, а из железа, добытого из собственной крови. Трогательная история не имеет конца: во всем организме человека вряд ли найдется столько железа, чтобы из него можно было сделать обручальное кольцо. Его там всего несколько граммов.
В человеческом организме имеются цинк, медь, кобальт. Считают, например, что наличие никеля в человеческих волосах делает их светлыми, титан придает им золотистый оттенок, молибден делает их ярко-красными, рыжими. Даже такие редкие металлы, как уран и радий, входят в состав человеческого организма.
Металлы входят и в состав животных, насекомых, растений, водорослей, одноклеточных организмов. Причем, самое интересное, многие растения и водоросли могут концентрировать в своем организме те или иные металлы. Так, в теле асцидий Кольского залива содержится до 0,5 процента ванадия, хотя содержание его в морской воде составляет всего 0,000 005 процента.
Один из видов болотного хвоща накапливает в своем организме золото. Даже при концентрации его в почве всего в 0,1 г на тонну зола хвоща имела его свыше 600 г на тонну.
В морских растениях сосредоточено примерно в 100 раз больше радия, чем в воде.
Не отстают и сухопутные растения. Так, в одном грамме сухого вещества гриба-дождевика содержится до 0,25 г цинка. Зола некоторых растений, живущих на богатой цинком почве, содержит в каждом килограмме до 294 г этого металла. Это уже настоящий концентрат цинка, могущий пойти без дальнейшего обогащения прямо на переплавку.
Зола некоторых трав и листьев содержит до 0,001 процента германия, хотя его среднее содержание в почве не превышает 0,000 000 7 процента.
В золе одного из видов лавров обнаружено до 15 процентов марганца.
Что ж, геохимики знают, что эта удивительная способность живых организмов концентрировать в себе те или другие элементы не раз была причиной образования мощных залежей ископаемых. «Железные, марганцевые, алюминиевые руды в очень большой, может быть главной, части связаны с явлениями жизни, — писал основатель интереснейшей новой науки, биогеохимии, академик В. И. Вернадский. — Она дает начало фосфорным отложениям, селитрам, самородной сере. По-видимому, с нею связано образование некоторых рудных отложений: меди, ванадия, серебра, свинца…» Живое вещество — самый стремительный, в геологическом смысле слова, концентратор тех или иных веществ.
Так почему не воспользоваться этой удивительной способностью живых организмов концентрировать в себе те или иные вещества для их добычи? В первую очередь, видимо, для их добычи из вод океана.
Человек много столетий занимался «усовершенствованием» яблони— и из лесного дичка с кислыми, почти несъедобными, величиной с орех плодами вывел он десятки сортов с плодами самых разнообразных свойств: сладкими, мягкими, способными долго не портиться, кислыми, твердыми и т. д. Человек занялся пшеницей — и еще сегодня ученые как следует не представляют, кто является ее диким предком, так сильно изменила она свой характер. А как непохожи приземистая такса или скуластый бульдог на своего прародителя — волка. Все это — вмешательство человека.
Но никогда ни один генетик не ставил перед собой задачи вырастить сорт капусты, в листьях которой содержалось бы предельно возможное количество германия или лития, вывести породу свиней, в костях которых концентрировался бы теллур или актиний. А, наверное, такая задача вполне осуществима.
