Михаил Васильев - Металлы и человек
Сейчас в нашей стране работает целый ряд цинковых заводов, оборудованных по последнему слову техники. Они расположены в Донбассе, Казахстане, в Сибири и на Урале.
Существуют две технологии получения металлического цинка, но по какой бы технологии ни шла дальнейшая переработка, начинается все с добычи руды. Обычно цинковые руды содержат, помимо цинка, свинец, медь, железо, кадмий, редкие и драгоценные металлы. И первый этап переработки таких руд — разделение составляющих ее пород по концентратам. И уже цинковый концентрат поступает на переработку.
Первый способ переработки — восстановление окисла цинка углеродом топлива. Процесс идет при температуре не ниже 1000 градусов. Восстановленный цинк сразу же превращается в пар. Вместе с газами горения он поступает в очистители и конденсатор. Жидкий металлический цинк из конденсатора разливают в изложницы.
Этот способ требует большого расхода топлива, он дорог, поэтому его вытесняет более совершенный гидрометаллургический способ.
Технология этого способа такова. Цинковый концентрат обжигают, затем огарки обрабатывают серной кислотой. Полученный раствор очищают от примесей и подвергают электролизу. Серная кислота возвращается за новой порцией цинка, а полученный металл переплавляется в слитки.
В целом ряде стран выплавка цинка достигает сотен тысяч тонн. Так, США получили в 1958 году 709 тысяч тонн этого металла; Бельгия, кстати, не имеющая собственной руды, — 215 тысяч тонн; Канада — 229 тысяч тонн. А общее производство этого металла в капиталистических странах мира в 1958 году достигло 2210 тысяч тонн.
Цинк — легкоплавкий, непрочный металл, к тому же чувствительный к температурным воздействиям. При комнатной температуре он твердый и хрупкий, а уже при 100–150 градусах становится тягучим, пластичным, легко прокатываемым в тонкие листы. При 419 градусах он уже плавится, а при 905 — кипит. Кажется, на что может пригодиться этот слабосильный металл? Зачем его выплавляют в столь больших количествах?
Оказывается, есть в его активе качества, обеспечивающие ему благодарность и уважение человека.
Цинк — довольно устойчивый против коррозии металл. В сухом воздухе при комнатной температуре он не окисляется вовсе. Во влажном воздухе или в воде его поверхность покрывается тонкой пленкой, предохраняющей металл от дальнейшего развития коррозии.
Есть у него и другое любопытное свойство: в расплавленном состоянии он образует с железом химическое соединение. Этим и пользуются, покрывая железные листы тонкой пленкой цинка. Наверное, все видели такие листы — их называют оцинкованными, из них изготовляют ведра, детские ванны, корыта. Цинковая пленка очень крепко соединяется с железом и хорошо защищает его от коррозии.
Основная часть добываемого на земном шаре цинка и используется для этой цели.
Применяется цинк и как составная часть многих широко распространенных сплавов — таких, как латунь, мельхиор, бронза, типографские сплавы.
Значительная часть цинка идет и на производство электрических батарей карманных фонарей, сельских радиоприемников и т. д.
Служат людям и соединения цинка. Одни из них используются в качестве белил, другие — сильные антисептики — для пропитки шпал, защищающей их от гниения, третьи — как заполнитель каучука, целлюлозы, пластмасс, четвертые — в медицине и т. д.
Металл консервной банки
«Олово отжило свой „бронзовый век“ и стало металлом консервной банки» — это цитата из прекрасного очерка академика А. Е. Ферсмана об олове, из книги «Занимательная геохимия». Название очерка повторяет название этой главы.
Действительно, известное человеку с древнейших времен олово в течение тысячелетий употреблялось как главная добавка к меди. Великий сплав — бронза — получался в результате этого союза.
Но прошла эпоха бронзового века. Бронзы стали одним из широко применяемых, но отнюдь не главных сплавов. И олово нашло себе другое применение. Оно подружилось с железом, точнее — с жестью, тонкими листами прокатанного железа. Тысячи применений имеет такой лист. И одно из важнейших — быть тарой консервированного продукта, проще — консервной банкой.
Олово обладает значительной устойчивостью против химических воздействий. Оно не реагирует с водой, очень медленно растворяется в разбавленных кислотах, только при нагревании до 150 градусов начинает окисляться кислородом воздуха. Все это полностью удовлетворяет тем высоким требованиям, которые можно предъявить к металлу, покрывающему изнутри жесть консервной банки, соприкасающемуся с пищей, предназначенной для человека. И поэтому оловом и покрывают внутреннюю поверхность консервных банок.
Есть несколько способов осуществить такое покрытие жести оловом. Издавна известен горячий способ, когда очищенное и обезжиренное изделие погружают сквозь слой флюса в расплавленное олово. Извлеченное изделие уже покрыто полудой.
В случае, если надо полудить одну сторону металлического листа, его очищают, нагревают снизу и очищенную сторону натирают оловом и флюсом. Осуществляется это с помощью обыкновенной сухой и чистой тряпки.
В настоящее время, однако, эти способы лужения отошли в прошлое. Сегодня жесть консервных банок лудится в гальванических ваннах.
Мировая добыча олова подвергается довольно резким колебаниям. Так, в 1940 году в капиталистических странах было добыто около 250 тысяч тонн этого металла, а в 1952 году — только около 170 тысяч тонн. Пожалуй, нет страны в мире, в которой олово не считалось бы дефицитным металлом. И большая часть этого олова везде идет на производство белой жести — металла консервных банок.
Недостаток олова заставляет работать в трех направлениях. Геологи стараются найти новые месторождения оловянного камня — руды олова.
Металлурги изыскивают способы заменить олово в сплавах, обойтись без него. И все должны думать над тем, чтобы сберечь уже добытое олово, не дать ему погибнуть.
Каждая консервная банка — это примерно полграмма олова, которое может вернуться в цикл производства, если консервная банка попадет в утиль, а не поржавеет под забором. Извлечение же олова со старых консервных банок несложно: ведь олово растворяется в щелочах. В них-то и погружают старые банки, а потом олово выделяют электролизом.
Вторая очень серьезная статья расхода олова — сплавы. Ведь этот металл входит в состав бронз, легкоплавких сплавов, типографских сплавов, подшипниковых материалов. Но особенно много его идет на производство припоев.
А вот и паспортные свойства этого металла. Он плавится при 232 градусах, кипит при 2430 градусах. Удельный вес его при обычных условиях около 7,3 г на куб. см. Олово мягко, его можно царапать ногтем. Легко куется и прокатывается в тончайшую фольгу.
Было время, из олова делали не только ложки и миски, а и пуговицы для солдат. Рассказывают, что в одну суровую зиму эти пуговицы внезапно «заболели». Совсем недавно блестящие, прочные, они покрывались ни с того ни с сего сероватым налетом и рассыпались в пыль. Казалось, какой-то заразной болезнью заболело олово пуговиц. Даже название этому явлению придумали — «оловянная чума».
А все объяснялось очень просто. Дело в том, что обычное, известное нам олово устойчиво только при температуре выше минус 13 градусов. Ниже этой температуры происходит перекристаллизация олова, оно сильно увеличивается в объеме и поэтому начинает рассыпаться в пыль. Особенно быстро этот процесс идет при температуре около минус 30 градусов. Видимо, такая температура и стояла, когда начали рассыпаться пуговицы солдатских шинелей.
Такова служба человеку олова. Хотя этот металл и не является непосредственным соседом меди в периодической системе, я поместил его в этой главе. Слишком много столетий состоял он в огнем скрепленной дружбе с медью, а теперешняя его служба человеку слишком схожа с работой цинка, чтобы можно было оторвать этот металл от его друзей и коллег по труду.
Медь — избранница электричества.
Экономить металл
Производство цветных металлов — мы уже убедились в этом на целом ряде примеров — сложный, дорогой, трудоемкий процесс. Вспомните: для получения одной тонны меди надо добыть 100 тонн руды; чтобы получить одну тонну никеля, надо поднять из земных недр 200 тонн руды, а олова — даже 300 тонн. Сколько затрачивается на это человеческого труда! И как надо экономить этот воплотившийся в металл труд!
Когда-то весь добываемый цветной металл расходовался лишь на производство оружия, инструментов и предметов домашнего обихода. Пускали жаркую медь, подобную золоту латунь, звонкую бронзу и на изготовление украшений. Каюты и надстройки военных кораблей увешивали медяшками, которые приходилось ожесточенно драить матросам. Из этих же материалов изготовляли громоздкие и тяжелые люстры, разнообразные подсвечники, вентиляционные решетки, краны и т. д. Да техника и не знала сто лет тому назад, например, других материалов для изготовления всех этих и многих других предметов.
